自动调速实训学生指导手册修订1105.docx
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自动调速实训学生指导手册修订1105
自动调速系统实训
学生指导手册
2008-10
前言
本实训装置设计时结合了当今自动调速系统技术水平的发展，集计算机控制技术、网络技术、通信技术、自动控制技术于一体。
自动调速系统实训装置采用真实的在企业中使用的工程产品，系统的各个单元部件可拆装，安装过程接近实际工业产品的组装场景，系统的各个单元部件可以根据实训项目的要求自由组合。
实训系统台配有测量仪表、常规电器、可编程控制器、变频器、直流调速器、三相异步电机-发电机组、直流电机-发电机组等装置。
系统设备具有漏电、缺相、短路、过载、过压、欠压、失磁、超速等各种保护报警装置。
通过本实训装置可分别组建一个完整的模拟/全数字直流调速系统，可以完成部件安装、接线、系统调试、性能测试、故障处理等实训过程。
通过本实训装置组可分别建一个完整的通用变频/矢量变频交流调速系统，可以完成部件安装、接线、系统调试、性能测试、故障处理等实训过程。
本实验指导书是专为扩展学生视野及熟悉实际现场控制而编写，包含各个实训功能的试验内容。
实训安全操作规程
为了顺利完成相关实训，确保人身安全与设备的可靠运行，要严格遵守如下安全操作规程：
1.实训开始前，指导教师对实训装置作介绍，要求学生熟悉本次实训使用的实训设备、仪器，明确这些设备的功能与使用方法。
2.学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，接线完成后经指导教师检查无误才能启动电源并锁住柜门。
通电状态下绝对不允许实训人员自行开门检测柜内的任何部件（该实训装置无隔离变压器保护），也绝对不允许实训人员触及机组旋转部件及电气端子。
3.任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进行。
4.如果在实训过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确定无误后方能重新进行实训。
5.在实训中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实训，以免损坏仪表、电源或负载。
6.控制柜中所用保险丝规格和型号是经我们反复实训选定的，不得私自改变其规格和型号，否则可能会引起不可预料的后果。
7.在完成电流、转速闭环实训前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈，避免出现正反馈，造成过流。
8.除作阶跃起动试训外，系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。
9.在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。
在完成实训后，要先关电枢电压，再关励磁电源。
10.使用示波器时，应特别注意安全保护。
由于示波器垂直信号输入端的接地端是与机壳相连接的，而机壳通过电源插头接地线，为了防止测量主回路时可能造成被测点对地短路，一般将示波器电源插头的接地暂时断开，但这样使用示波器时仪器机壳带电，因此必须注意对地绝缘，以防止人身触电。
由于双踪示波器的两个垂直信号输入端是共地的，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
目录
实训一自动调速系统方案设计及控制柜布局设计5
一、实训目的5
二、实训设备5
三、实训课时5
四、实训内容5
五、实训总结12
六、思考题12
实训二欧陆514C直流调速系统实训
14
一、实训目的14
二、实训设备14
三、实训课时14
四、实训内容14
五、实训总结15
第二章变频器实训16
实训一MM420变频器调速系统实训16
一、实训目的16
二、实训设备16
三、实训课时16
四、实训步骤16
五、变频器参数17
六、实训注意事项22
七、实训总结22
实训二6SE70变频器调速系统实训23
一、实训目的23
二、实训设备23
三、实训课时23
四、实训步骤23
五、变频器参数23
六、实训注意事项25
七、实训总结25
实训三514C变频器调速系统实训26
一、实训目的26
二、实训设备26
三、实训课时26
四、实训步骤26
五、变频器参数26
六、实训注意事项28
七、实训总结28
实训四6RA70变频器调速系统实训29
一、实训目的29
二、实训设备29
三、实训课时29
四、实训步骤29
五、变频器参数29
六、实训注意事项31
七、实训总结31
第三章西门子S7-300PLC实训33
实训一PLC硬件及组态33
一、实验目的33
二、试验内容33
实训一自动调速系统方案设计及控制柜布局设计
一、实训目的
1、生产工艺对控制系统的要求的分析；
2、自动调速系统方案设计；
3、自动调速系统电气控制原理电路设计及绘制；
4、调速系统设备选型；
5、调速系统装置元器件的选型；
6、自动调速系统电气控制柜安装布局图设计及绘制；
三、实训课时
2天
四、实训内容
本实训装置的设计结合了当今国际工业自动化应用技术高水平，集计算机控制技术、网络技术、通讯技术、自动控制技术于一体，充分考虑装置的实用性、可靠性与安全性研制的新型实验装置。
实验装置配有智能仪表、常规电器、可编程控制器、变频器、直流调速器、上位机组态软件、三相异步电机、直流电机等装置。
该系统可以完成工业自动化控制技术的多种教学实验，系统是同时支持自行编制、设计开发的综合性实验，具有较强的完备性、灵活性和先进性。
系统分为五个部分：
1电源及仪表部分：
开关等常规电器选用施耐德产品，电机智能综合保护器为DZB-03IIIB（4L）型。
2交流调试装置：
普通工程型VVVF变频器西门子MM420和全数字矢量变频器西门子6SE70。
3直流调速装置：
英国欧陆的模拟型直流调速装置514C和全数字直流调速器西门子6RA70。
4西门子S7-300型可编程控制器。
5交流发电机组和直流发电机组
4.1主要设备介绍：
1电机保护器DZB-03IIIB）组成：
DZB电机保护器由显示面板、保护器壳体、电流互感器模块组成。
显示面板提供显示和操作界面，保护器壳体提供各种接线端子，电流互感器模块用于三相电流的变送。
基本功能：
显示面板可本地显示电机运行时的三相电流、电压及漏电流，故障时的故障状态并可进行故障历史数据查询，键盘可设定多种报警和保护参数，对三相电机运行时出现的缺相、短路、堵转、过载、相不平衡、漏电、过压、欠压、轻载等故障进行监测和保护。
功能设置：
a.检查接线正确后给保护器供电，显示窗首先显示“U-x.xx”,指明当前软件版本号为x.xx,一秒后保护器进入正常工作状态，开始循环显示电机的三相电流。
b.按“设置”键，显示窗首先显示“P----”提示输入用户密码（保护器的出厂设置密码为“1234”，进入设置状态后，用户可随时更改密码为其它值）。
此时若按“设置”键则退回到正常工作状态，按“递增”或“递减”键，显示窗左起第2位出现数字并开始闪烁，按“递增”或“递减”键可使闪烁的数字在0-9之间变化，按“设置”键可切换闪烁位到第2到第5位置。
将各位数字设置完成后按“确认”键即完成密码数据的输入。
若输入密码错误，按“确认”键后，显示窗重新显示“P----”，等待用户重新输入密码。
c.若输入密码正确，保护器进入设置状态，显示窗显示“SEL--”。
此时若按“设置”键，可返回到正常工作状态，按“递增”或“递减”键，显示窗左起第5位出现数字并开始闪烁，再按“递增”或“递减”键可使闪烁的数字在0-9之间变化，按“设置”键可切换闪烁位在第4到第5位置。
d.输入欲设置的参数号后，按“确认”键即进入参数设置，显示窗显示该参数原来的设置值，按“递增”或“递减”键可改变闪烁位置处的数字在0-9之间，按“设置”键可改变闪烁位置，按“确认”键后则将当前的设置值保存，显示窗再次显示“SEL--”，用户可继续选择参数号进行设置或返回到正常工作状态。
e.若设置的参数超过允许的范围，保护器内置蜂鸣器将响1秒种，提示参数输入错误，该次设置的参数作废（保留原设置参数）。
f.初次上电后，用户应设置以下参数：
1）设置外接互感器变比应设置为1。
2）设置额定电流。
交流电机额定电流为3.7A，直流电机额定电流为13.4A。
操作说明：
电机启动后，保护器进入保护监测状态。
电机出现故障时，保护器对应的故障状态指示灯开始闪烁，当保护条件满足时（缺相、短路、过载热累积到100，堵转或次要故障持续到次要故障保护延迟时间后），保护器保护控制触点断开以切断电机供电，同时蜂鸣器断续鸣响，显示窗闪烁显示“E--xx”,xx为故障代码，直到自动复位延时时间后保护器才“复位”回到正常工作状态，允许电机再次启动。
在自动复位延时时间内，若按下“确认”键，可立即“复位”保护器到正常工作状态。
故障代码如下表所示：
故障代码
故障描述
01
缺相：
某相电流不平衡度达到60%
02
短路：
某相电流达到用户设定的短路电流
03
堵转：
某相电流达到用户设定的堵转电流
04
过载：
某相电流达到1.05倍以上额定电流
05
不平衡：
某相电流不平衡度达到用户设定的不平衡度
06
漏电：
漏电流达到用户设定的漏电保护电流
07
过压：
某相电压达到用户设定的过压
08
欠压：
某相电压达到用户设定的欠压
09
轻载：
三相平均电流达到用户设定的轻载电流
正常工作状态时，若短按“确认”键，可在循环显示与固定显示模式之间切换。
在固定显示模式时，持续显示电机的某项参数直到重新选择：
按“递增”或“递减”键可选择三相电压、三相电流、漏电流、电机热累积等参数。
正常工作状态时，若长按“确认”键，即可进入故障查询状态：
显示窗显示“xx-yy”;xx为故障记录序号，yy为故障时的故障代码。
按“递增”键或“递减”键可依次查询到第00-17号故障记录，00为最近的故障记录，01为前1次的故障记录，02为前2次的故障记录，。
。
。
。
。
。
17为前17次的故障记录。
此时按“确认”键可进入/退出具体故障时的故障数据浏览，包括故障时的三相电流、三相电压、漏电流共7项参数，可通过按“递增”键或“递减”键循环选择浏览各项参数，按“设置”键退出故障查询状态回到工作状态。
2全数字调速装置6SE70组成：
变频器、直流母线、逆变器、整流单元、整流/回馈单元、辅助设备。
基本功能：
用全数字部件去解决由三相传动工程所提出的所有传动任务。
功能设置：
通过面板上的PUM参数设置单元，可以实现参数改变和切换。
操作说明：
设置完成后，通过PUM对电机速度控制
3西门子6RA70直流调速装置组成：
三相交流电源直接供电的全数字控制装置，装置带有参数设定单元。
基本功能：
通过参数设定单元完成参数的设定，所有的控制、调节、监视及附加功能都由微处理器来实现。
对外部信号的连接（开关量的输入/输出、模拟量的输入/输出、脉冲编码器等）通过插接端子排实现。
装置软件存放在快闪EPROM中，使用基本装置的串行接口可以方便的使软件升级。
电枢回路为三相桥式电路，励磁回路为单相半控桥。
所有的开环和闭环驱动控制及通讯功能由两台功能强大的微处理器实现，驱动控制功能可以通过参数设置，将软件提供的程序块连接来实现。
所有启动调速器所要采取的调整设置均可通过简易操作面板来实现
功能设置：
基本整流器为标准产品，都带有一个简易操作面板PUM
操作说明：
速度控制通过外接10K电位器，0位在中间，通过不同方向的调节来实现电机的正反转。
4．2接线实训
NGY-Ⅰ型调速系统都配有独立的四套导线，分别是M4420、6ES7013、514C、6RA7018调速装置的连接线。
首先，根据要使用的一套导线的接线表（附后），查看每根导线的两端接线号码时候相同，然后用万用表测量每根导线是否相通。
1、原理图学习
根据试验需要，学习相应调速装置的接线原理图（附后）。
根据原理图，知道每根导线的连接作用，掌握四种调速装置的控制线路。
2、柜内接线
根据每套调速装置导线的接线号码，对应控制柜内端子号，接入相应的位置。
要求接线整齐，导线放到竖的线槽后，多余的长度放到底部线槽整理好，完成后，扣好线槽盖板。
3、检查接线
接线完成后，查看每个接线号码是否接入相应端子；
然后根据接线表，用万用表测量每根导线时候相同。
布线完毕后，既可进行相应调速装置试验。
试验完毕后，拆除导线，整理好放入指定位置。
五、实训总结
1、总结NGY-Ⅰ型调速装置元器件的功能；
2、总结NGY-Ⅰ型调速装置元器件的安装方式；
3、总结NGY-Ⅰ型调速装置元器件的注意事项；
六、思考题
1、例举MM420交流调速系统的元器件清单；
2、例举6SE70交流调速系统的元器件清单；
3、例举514C直流调速系统的元器件清单；
4、例举6RA70直流调速系统的元器件清单；
六、实训总结
1、总结实际动手实训的注意事项；
实训二欧陆514C直流调速系统实训
一、实训目的
1、掌握514C直流调速器的功能；
2、514C直流调速系统电路设计、安装与接线实训；
3、掌握转速电流双闭环不可逆直流调速系统调试；
4、掌握转速电流双闭环可逆直流调速系统调试；
5、了解负载扰动和给定积分器单元功能原理、组成；
6．掌握调试步骤、方法及参数的整定；
7．分析排除实训中出现的故障。
二、实训设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
NGY-Ⅰ型调速装置
1套
2
直流电动机组
1．5KW
1套
3
电工工具
1套
4
万用表
MF-47
1只
5
慢扫示波器
1台
6
导线
1套
三、实训内容和步骤
（一）欧陆514C直流调速装置介绍
1．控制器的面板及接线端子分布图
514C型调速器是一个逻辑控制的无环流直流可逆调速系统，它的控制回路是一个转速——电流双闭环系统，外环是转速环，可采用速度反馈或电枢电压反馈，用户可以通过操作功能选择开关SW1/3来决定反馈的方式。
当采用电枢电压负反馈时，可使用电位器P8加上电流正反馈来进行速度补偿，如果采用的是速度负反馈，则应去掉电流补偿，即把电位器P8逆时针转到底。
速度反馈的电压范围通过功能选择开关SW1/1，SW2/1的组合来设定，并通过电位器P10对转速进行校正。
514C型调速器主要由集成电路控制板和晶闸管模块组成。
输入电压AC220V，输出电压有两种：
电枢电压DC：
0～220V；励磁电压DC：
110～220V。
基本功能：
514C调速器电路中设有过流保护、电机超温保护、失压保护、速度反馈电路。
功能设置：
调速器面板上设有参数调整电位器P1～P12和LED指示灯，可根据指示灯的情况判断调速器的运行状态。
操作说明：
514C为模拟型调速器，为了更直观，通过电流表、电压表、转速表来显示相关参数。
速度控制通过外接10K电位器，0位在中间，通过不同方向的调节来实现电机的正反转。
514C型调速器的面板如下图所示。
速度调节器ASR的限幅值是以电位器P5来调整的。
通过P5可得到对应最大电枢电流为1.1倍标定电流的限幅值，而在端子7上通过外接电位器输入0~7.5V的直流电压时，通过P5可得到对应最大电枢电流为1.5倍标定电流的限幅值。
电流反馈信号以内置的交流互感器从主电路中取出，并以BCD码开关SW2，SW3，SW4按电动机的额定电流来对电流反馈系数进行设置得出标定电流值。
例如本实训使用的电动机的额定电流为1.2A，则SW2，SW3，SW4即分别设置为0A，1A，2A。
注意：
SW2，SW3，SW4的最大设定不能超过控制器的额定电流，如514C/08的最大设定值不能超过8A。
电流反馈系数非常重要，一旦设定之后系统就按此标定值实行对电枢电流的控制，并按此标定值对系统进行保护。
电流调节器ACR的输出经过选触逻辑电路和变号器分别送往正、反组触发电路。
当需要开放正组时，ACR的输出经选触逻辑电路送往正组触发电路，而当需要开放反组时，ACR的输出经选触逻辑电路并反号后送往反组触发电路，从而只用一个电流调节器就可以很好地配合
正、反组触发器的移相。
选触逻辑电路和变号器均由逻辑切换装置进行控制。
因电流调节器只有一个，其输出极性是可变的，这就要求电流反馈信号的极性也要随之改变，而系统采用的是交流互感器，所取出的电流信号经整流后得到的电流反馈信号始终是正极性的，为了保证电流环的负反馈性质，必须使电流负反馈的极性与速度调节器输出电压的极性相反，所以在电流反馈通道上也设置了一个变号器，根据逻辑切换装置的控制，在需要时对电流反馈信号的极性进行变号。
转速调节器的输出电压（即转矩极性）和零电平信号是逻辑切换装置的两个控制指令。
此外，为了保证切换过程与主电路的同步，系统采用了锁相环技术，对主电路的电压进行取样、变换、整形后，产生同步信号，送往逻辑切换装置进行同步，同时将此同步信号经自动斜率调整后，送往触发电路进行移相触发控制，产生触发脉冲。
2．514C型控制器接线端子功能说明
1）控制端子功能说明
端子
功能
说明
备注
1
测速反馈
测速发电机输出信号
最大+350VDC/220KΩ
2
未用
3
速度测量输出
0～+10V对应0～100％转速
4
未用
5
RUN（运行）输入
+24V对应RUN；0V对应停止
电平输入
6
电流测量输出
0～+7.5V对应+150％标定电流
SW1/5为OFF电流表双极性输出
SW1/5为ON电流值输出
7
转矩/电流限幅输入
0～+7.5V对应+150％标定电流
端子
功能
说明
备注
8
公共0V端
数字/模拟量通用
9
给定积分输出
0～+10对应0+100％斜率值
10
正极性速度给定输入
0～+10对应0～+100％转速
11
公共0V端
数字/模拟量通用
12
速度总给定输出
0～+10对应100％转速
13
速度斜坡给定输入
0～+10对应0～100％正转转速
0～-10对应0～100％反转转速
14
+10V基准
供速度/电流给定的+10V基准
5mA
15
故障排除输入
+10V对应“故障排除”信号
电平输入
16
-10V基准
供速度/电流给定的的-10V基准
17
负极性速度给定输入
0～+10对应0～100％反转转速
0～-10对应0～100％正转转速
18
电流直接给
SW1/8为ON对应电流给定输出
定输入/输出
SW1/8为OFF对应电流给定输入
0～+7.5V对应0～+150％标定电流
19
“正常”信号
+24V对应无故障
电平输出
20
ENABLE使能输入
+10V～+24V对应使能
电平输入
0V对应禁止
21
速度总给定反向输出
0～-10对应100％正转转速
22
热敏电阻
电动机热敏元件接入
（热保护）输入
〈200Ω（对公共地）为正常
〉1800Ω（对公共地）为过热
23
零速/零给定输出
+24V为停车/零给定
电平输出
0V为运行/非零给定
短路保护
24
+24V
+24V电源输出
20mA
注意：
24端子输出的+24V电压仅能用于控制器自身，可用于RUN电路（5端子）和ENANLE电路（20端子）。
绝对不要用这个电源去对控制控制器以外的任何电路和设备供电。
否则，将导致控制器失灵、故障或损坏，导致所连接的设备损坏，甚至造成人身危险。
2）电源接线端子的说明。
端子
功能
说明
A1
接交流接触器线圈
接交流电源相线
A2
接交流接触器线圈
接交流电源中线
A3
辅助交流电源中线
A4
辅助交流电源相线
L1
交流输入相线1
主电源输入
L2/N
交流输入相线2/中线
主电源输入
A+
电枢正极
接电动机电枢正极
A-
电枢负极
接电动机电枢负极
F+
磁场正极
接电动机励磁正极（直流输出）
F-
磁场负极
接电动机励磁负极（直流输出）
FL1
磁场整流电源
主电源输入磁场整流器
FL2
磁场整流电源
主电源输入磁场整流器
3）功能设置开关说明
（1）反馈电压范围选择功能开关
SW1/1
SW1/2
反馈电压范围
OFF
ON
10~25V
用电位器RP10调整达到最大速度所需要的反馈电压数值
ON
ON
25V~75V
OFF
OFF
75V~125V
ON
OFF
123V~325V
4）通用功能开关
SW1/3
速度反馈类型选择
OFF
转速反馈控制
ON
电枢电压反馈控制
SW1/4
零输出选择
OFF
零速输出
ON
零给定输出
SW1/5
电流测量输出选择
OFF
电流表双极输出
ON
电流表输出
SW1/6
给定积分隔离选择
OFF
给定积分连通
ON
给定积分隔离
SW1/7
停止逻辑使能开关
OFF
禁止
ON
使能
SW1/8
电流定
OFF
端子18为直接电流给定输入
ON
端子18为电流给定输出
SW1/9
过流跳闸禁止开关
OFF
过流时继电器脱扣
ON
过流时继电器不脱扣
SW1/10
速度给定信号选择
OFF
总给定输入
ON
斜坡给定输入
注：
功能开关出厂默认设置为
SW1/1=OFF，SW1/2=ON，SW1/3=ON，SW1/4=OFF，SW1/5=OFF，SW1/6=OFF，SW1/7=OFF，SW1/8=OFF，SW1/9=OFF，SW1/10=OFF。
5）电位器功能说明
P1
上升斜率
顺时针为加快升速时间（线性：
1~40s）
默认中间位置
P2
下降斜率
逆时针为加快降速时间（线性：
1~40s）
中间位置
P3
速度环比例增益
中间位置
P4
速度环积分增益
中间位置
P5
电流限幅
顺时针为电流增大
7端未外接电源时最大电流可达110%标定值，7端外接+7.5V电源时可获得150%标定值的最大电流输出
顺时针90%处
P6
电流环比例增益
中间位置
P7
电流环积分增益
逆时针
P8
电流补偿
在使用电压负反馈时，顺时针旋转可增大电流补偿量，减小静差率，但过量的调节可能引起不稳定
逆时针
P9
未用
P10
高速校正
控制电动机的最大转速，顺时针旋转可提高电动机的最大转速
中间位置
P11
零速校正
在速度环零给定时可调零
中间位置
P12
零速检测阀值
调节零速继电器和停车逻辑电路的零速检测门坎电压
逆时针
3．启动与运行
速度给定由两个电位器RP1、RP2及三位置开关S组成。
开关S能正转、停止、反转切换，分别输出的正、零、负电压。
正负电压的大小分别由RP1、RP2来调节，其输出电压范围为0～士l0V。
4、控制器的保护功能
1）停车逻辑
停车逻辑电路能发出封锁信号，将整个控制系统中各个调节器全部封锁，使系统输出为零，电动机停止运行。
封锁信号在以下情况下产生：
（1）给定信号为零并且电动机转速也为零；
（2）琐相环发生故障；
（3）电动机过热（热敏电阻呈高阻，22端为高电平
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