实验指导书西门子教材.docx
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实验指导书西门子教材
运动控制系统综合训练实验指导书
---------西门子交、直流调速系统实验
兰州理工大学电信学院
运动控制实验室
运动控制系统综合训练实验的特点
1、实验工作电压高：
远远超过了人身所允许的安全电压。
易造成触电事故,
2、实验对象电流大、功率大，对设备、电器、电路等功率容量要求高；弱电电子电路及控制软件的情况复杂，当发生实验失误或实验中因弱电硬、软件意外失控引起工作异常时，极有可能导致设备、电路、器件等过度功率损耗、剧烈温升、燃烧甚至爆炸等事故。
3、被控制对象均为大功率交、直流电动机。
电动机转速高、力矩大，控制涉及各类复杂的线路、硬件、软件，系统状态与参数情况多变，在系统闭环时情况尤其复杂。
4、强电、弱电、硬件、软件、测量、调试等混合交织，易发生强电、弱电、硬件、软件互为交织的复杂故障。
测量调试过程中，设备、线路、仪器意外损坏以及触电伤亡事故的风险较大。
运动控制系统综合训练实验安全规范
为了确保人身安全与设备安全，顺利完成实验任务，实验者必须严格遵守如下安全规范：
1．严格遵守纪律，提高安全意识，必须时刻意识到：
强电实验存在导致人身伤害和死亡的高度危险性。
（1）实验时，必须始终站在绝缘胶垫上操作。
（2）严禁带电接线、带电拆线、带电改线。
接线、拆线、改线都必须在确保切断全部设备电源的情况下进行。
否则将直接导致触电伤亡事故。
（3）严禁用湿手操作各种电器开关、触摸设备。
2．实验过程中：
（1）人体任何部位不得接触带电线路，不得接触线路中的任何金属导体。
（2）在线路连接、测试等操作时必须始终坚持单手操作，严禁双手操作。
（3）绝对不允许双手同时接触任何位置的线路插头、插座和端子，或将人体作为负载使用。
3．每阶段接线完毕通电前：
必须认真检查所接线路，接线必须完全正确！
做强电实验时，必须有两人以上方可进行。
设备通电运行时必须设防护栏或防护线，以免他人误入触电。
线路接好后同组人员必须严格检查，确保接线无误后方可通电，通电时做到：
“一看，二问，三合闸”。
严禁未经检查盲目通电！
决不允许随意操作、调节、动用与实验无关的设备部件、仪器仪表及各类调节元件与装置等。
实验中如发生报警、异常情况和电路故障，应立即切断电源，仔细检查线路以及各类硬、软件调节参数，查清问题和妥善处理故障，确定无误后才能继续进行实验。
4．做实验时不能披长发，衣服上不能有裙带。
接线、测试等必须严格注意导线、身体衣裤以及发辫等，避免发生导线、身体衣裤以及发辫等被卷入旋转体而造成严重的人身伤残事故。
5．总电源或实验台控制屏上的电源接通应由指导老师来控制，其他人只能由指导老师允许后方可操作，不得自行合闸。
6．实验过程中，精神必须高度专注，严格按照拟定的步骤操作。
同组同学分工明确、相互监护。
整个实验过程必须做到态度严肃，条理清晰，秩序井然。
7．实验过程中，须警惕关注设备仪表的状况，若遭遇设备、仪器仪表故障或损坏，必须立刻停止实验，切断总电源并报告指导老师处理。
严禁带故障操作或自行随意处置。
8．保持严肃认真的实验态度，维持实验室的安静秩序和整洁环境，不准玩游戏、吸烟、嬉闹等，否则取消实验成绩。
实验一西门子交直流传动系统的硬件构成及其基本原理
一、实验目的
1、了解直流传动系统和交流传动系统的基本配置，了解实验用上位机的基本操作方法以及相应的通信原理。
2、加深对西门子全数字直流调速装置SIMOREGDCMaster6RA70、西门子全数字矢量控制变频器SIMOVERTMasterDriversVC6SE70和西门子SIMATICS7-200可编程逻辑控制器的认识。
二、实验设备
序号
名称
备注
1
运动控制实验交流柜
2
运动控制实验直流柜
3
直流机组
直流电动机：
Z4-112/2-1，3KW,440V,他励180V,1500r/min
直流电动机，直流发电机和光电编码器三者同轴连接
直流发电机：
Z2-41,2.4KW,230V,他励,110V,1450r/min
光电编码器：
LF-100BM-C05DDC:
5V
连接基座
4
交流机组
交流电动机：
Y100L-4,3KW,3QC380V,50HZ,1430r/min
交流电动机，直流发电机和光电编码器三者同轴连接
直流发电机：
Z2-41,2.4KW,230V,他励,110V,1450r/min
光电编码器：
LF-100BM-C05DDC:
5V
连接基座
5
PC机
安装运动控制软件平台
6
SIMATICS7-200
三、实验线路
1、采用PC控制/PLC控制变频器交流传动控制系统硬件构成
2、采用PC控制/PLC控制调速器的直流传动控制系统硬件构成
四、实验内容
1、根据实验设备确定系统配置。
2、熟悉直流传动控制柜中的核心设备
1）西门子全数字直流调速装置SIMOREGDCMaster6RA7013-6DV62-0
功率：
6.3KW
输入电压：
3AC380V50Hz
额定直流电压：
420V
额定直流电流：
15A
四象限运行
2）西门子SIMATICS7-200可编程控制器
3、熟悉交流传动控制柜中的核心设备
1）西门子全数字矢量控制变频器SIMOREGMasterDriversVC6SE70
功率：
4KW
输入电压：
3AC380V50Hz
额定输出电压：
3AC0-380V
额定输出电流：
10.2A
2）西门子SIMATICS7-200可编程控制器
4、了解4种不同的控制方式
五、实验报告
1、简述西门子全数字直流调速装置SIMOREGDCMaster6RA70、西门子全数字矢量
控制变频器SIMOVERTMasterDriversVC6SE70的基本工作原理并画出其原理图。
2、简述西门子SIMATICS7-200通信模块EM277的作用。
3、列出直流以及交流传动控制系统中电机铭牌参数，以及主要元器件的型号。
实验二DriveMonitor软件的使用
一、实验目的：
1.了解DriveMonitor软件的基本功能
2.了解数字测速的原理及测速方法。
二、实验设备
序号
名称
备注
1
交流传动实验柜
2
直流传动实验柜
3
直流机组
直流电动机：
Z4-112/2-1，3KW,440V,他励180V,1500r/min
直流电动机，直流发电机和光电编码器三者同轴连接
直流发电机：
Z2-41,2.4KW,230V,他励,110V,1450r/min
光电编码器：
LF-100BM-C05DDC:
5V
连接基座
4
交流机组
交流电动机：
Y100L-4,3KW,3QC380V,50HZ,1430r/min
交流电动机，直流发电机和光电编码器三者同轴连接
直流发电机：
Z2-41,2.4KW,230V,他励,110V,1450r/min
光电编码器：
LF-100BM-C05DDC:
5V
连接基座
5
PC机
安装运动控制软件平台
6
存储示波器
选用
三、实验内容
1．学习DriveMonitor软件，并熟悉其操作流程。
2．学习各种数字测速方法，并进行比较分析。
3．了解本实验所用的光电编码器。
4、实验方法
1.熟悉运动控制软件开发平台的系统结构图和基本单元。
2.连接实验线路，检查无误后给控制电路通电（通电时先加控制电路电源，后加高压电源；断电时也应先断高压电源，后断控制电路电源），运行“Drivemonitor”上位机软件，检查通讯是否成功（在软件状态栏中显示）；如不成功请检查串口线和端口设置。
3.Drivemonitor新建项目
1）双击Drivemonitor快捷图标打开画面
2）通过file/new/baseonfactorysettingoremptyparameterset新建一个项目.
3）根据弹出的画面进行设置，如图所示：
a.根据实际装置的类型选择UNITTYPE
交流调速实验选择MASTERDRVIESVC（CUVC）
直流调速实验选择SIMOREGDCMASTER
b.UNITVERSION应与装置的实际版本一致,可以读参数R069得到（本实验设置为03.3）
c.BUSADDRESS应与装置一致（本实验设置为0）
d.PZD数量（本实验设置为2）
e.选择OK后，保存。
4）选择Basicfunctions/Directtoparameterlist图标。
5）在线链接
可以选择两种在线方式：
RAM/EEPROM，如图中1所示：
6）在线连接后，Devicestatus显示OK，ConnectionwithdeviceOK。
如下图中3所示，通信连接正常。
a.在图中2所示位置中输入速度百分比给定值。
b.选择图中1所示的红绿色按钮，分别对应分闸（OFF）与合闸（ON）状态，控
制系统运行或停止运行。
7）选择工具栏中的Trace按钮，选择setting，在弹出的对话框中选择所要观察的参数，如图中1位置。
DRIVEMONITOR的TRACE功能可以记录装置运行中的实际值,并形成记录曲线保存.点DIAGNOSTICS/TRACEFUNCTION.
点击DIAGLOSTICS（诊断）的TRACE功能
a.点SETTING,弹出设置对话框
b.选TRACE1
c.勾选记录项
d.选择连接量K参数
e.在Recording中输入记录数据的时间（一般为10）。
f.触发前需记录的内容（如不需要记录触发前内容可设为0）
g.触发条件,当这个值大于/小于/等于设定值时,开始记录当前值.也可以设置二进制条件.
h.设置完成后,点START按钮后就直接开始记录,如点GO按钮后,当条件满足后开始记录.
例如记录实际输出电流。
（即有启动命令时）
点GO键,等待触发条件.
装置启动,开始记录
五、实验报告
1）简述Drivemonitor软件及操作流程；
2）介绍常用的测速方法并进行比较分析。
3）结合传感器及检测技术，简述本实验所用测速方法的原理。
4）实验总结。
实验三基于西门子全数字
直流调速器6RA70的直流调速系统实验
一、实验目的
1、深入了解全数字直流调速系统的工作原理。
2、掌握转速、电流双闭环直流传动系统的基本原理及实现方法。
3、了解直流电动机双闭环调速控制系统中各个参数的作用。
二、实验设备
序号
名称
备注
1
直流传动控制柜
2
直流机组
直流电动机：
Z4-112/2-1，3KW,440V,他励180V,1500r/min
直流电动机，直流发电机和光电编码器三者同轴连接
直流发电机：
Z2-41,2.4KW,230V,他励,110V,1450r/min
光电编码器：
LF-100BM-C05DDC:
5V
连接基座
3
PC机
安装运动控制软件平台
4
存储示波器
选用
三、实验原理
图3-1转速、电流双闭环直流调速系统
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，分别调节转
速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
二者之间实行嵌套（或称串级）联接如图3-1所示。
图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
四、实验内容
1.观测不同的转速给定条件下调速系统的静态特性。
2.双闭环直流调速系统的动态性能分析。
五、实验方法
实验方法同实验一的操作步骤，下面只说明参数设置中需注意的地方。
1、Drivemonitor新建项目
新建项目中：
（1）UNITTYPE选择SIMOREGDCMASTER；
（2）VERSION设置为03.0；
（3）BUSADDRESS设置为0；
（4）PZD数量设为2
2、在线连接后，若Devicestatus显示NO，通信未连接。
变频器显示故障诊断为F056、F006或O7.2等问题。
则按如下参数值表修改参数列表中的对应参数的数值并按顺序修改（避免引发更严重的故障或危险，请勿随意修改其他参数）：
P51
输入40
P083
输入3
P100
输入8.7
P102
输入1.51
P082
输入2
P078.001
输入380
P078.002
输入220
P351
输入-20
P664
选择B1
P433
选择K2002
P671
选择B1
P672
选择B1
P110
输入6.472
P111
输入119.92
P112
输入74.1
P155
输入0.33
P225
输入6.37
P226
输入0.106
P228
输入106
P654
选择B2100
P51
输入0
六、实验报告
1.分析转速、电流双闭环调速的控制原理。
2.分析速度调节器各参数调节时对系统的影响。
3.通过Trace功能记录速度控制模式下的启动、制动以及正反转波形，并分析电流、转矩、转速之间的关系。
实验四基于西门子矢量控制
变频器6SE70的交流调速系统实验
一、实验目的
1、加深对现代高性能交流调速系统的认识。
2、了解异步电机转子磁场位置检测电流模型法。
3、了解异步电动机转子磁场定向控制原理中实现矢量变换的方法及意义。
二、实验设备
序号
名称
备注
1
运动控制实验交流柜
2
交流机组
交流电动机：
Y100L-4,3KW,3QC380V,50HZ,1430r/min
交流电动机，直流发电机和光电编码器三者同轴连接
直流发电机：
Z2-41,2.4KW,230V,他励,110V,1450r/min
光电编码器：
LF-100BM-C05DDC:
5V
连接基座
3
PC机
安装运动控制软件平台
4
存储示波器
选用
三、实验原理
异步电动机矢量控制系统的原理如下图所示。
图中的给定和反馈信号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号
和电枢电流的给定信号
，经过反旋转变换VR-1得到
和
，在经过2/3变换得到
、
和
。
把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号
加到电流控制的变频器上，即可输出异步电动机调速所需的三相变频电流。
图4-1矢量控制系统原理结构框图
建立动态数学模型，使用除法环节进行解耦的按转子磁链定向的矢量控制系统如下所示。
图4-2用除法环节解耦的矢量控制系统
四、实验内容
1.熟悉交流传动控制系统的硬件构成
2.速度调节器PI调节对系统性能的影响
3.isd，isq波形观察，并与isdref，isqref作比较
4.异步电机转子磁场定向控制（FOC）得输入信号测量，ia、ib和转子磁场位置角计算
5.电流信号的3/2变换（Park变换）及旋转变换
五、实验方法
实验方法同实验三的操作步骤，下面只说明参数设置中需注意的地方。
1、Drivemonitor新建项目
新建项目中：
（1）UNITTYPE选择MASTERDRVIESVC（CUVC）；
（2）VERSION设置为03.3；
（3）BUSADDRESS设置为0；
（4）PZD数量设为2
2、在线连接后，若Devicestatus显示NO，通信未连接，变频器显示故障诊断为F070。
则按如下参数值表修改参数列表中的对应参数的数值（避免引发更严重的故障或危险，请勿随意修改参数）：
P554
选择B2100
P443
选择K2002
P444
输入200
P571
选择B1
P572
选择B1
六、实验报告
1.简述交流调速的主要方式及其优缺点。
2.通过Trace命令记录速度控制模式下的启动、制动以及正反转波形，并分析电枢电流与速度，转矩之间的关系。
3.分析速度调节器参数调节时各参数对系统的影响。
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