西門子主機(jī)模塊6ES7313-6BG04-0AB0

矢量控制(VC)方式

　　矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對速度，磁場兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式

　　1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授*提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。

　　矩陣式交—交控制方式

　　VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。具體方法是：

　　——控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實(shí)現(xiàn)無速度傳感器方式；

　　——自動(dòng)識(shí)別(ID)依靠的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別；

　　——算出實(shí)際值對應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；

　　——實(shí)現(xiàn)Band—Band控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band—Band控制產(chǎn)生PWM信號，對逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。

　　矩陣式交—交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)(<2ms)，很高的速度精度(±2％，無PG反饋)，高轉(zhuǎn)矩精度(<＋3％)；同時(shí)還具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時(shí)(包括0速度時(shí))，可輸出150％～200％轉(zhuǎn)矩

配置中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架

　　中央機(jī)架中帶有CPU模塊，通過接口模塊可以進(jìn)行機(jī)架的擴(kuò)展，擴(kuò)展機(jī)架上不能插入CPU模塊。根據(jù)不同的擴(kuò)展接口，有的擴(kuò)展機(jī)架上帶有通信總線可以插入通信模塊CP及功能模塊FM，不帶有通信總線的擴(kuò)展機(jī)架上只能插入I/O模塊(支持IO總線的CP、FM除外)。

　　3.2.1配置S7-300 PLC中央機(jī)架

　　配置S7-300中央機(jī)架，必須遵循以下規(guī)則：

　　1. 1號槽只能放置電源模塊，由于電源模塊不帶有背板總線接口，可以不進(jìn)行硬件配置。

　　2. 2號槽只能放置CPU模塊，不能為空。

　　3. 3號槽只能放置接口模塊，如果一個(gè)S7-300 PLC站只有主機(jī)架，而沒有擴(kuò)展機(jī)架，則 主機(jī)架不需要配置接口模塊，但是3號槽必須預(yù)留（實(shí)際的硬件排列仍然是連續(xù)的）。

　　4. 由于機(jī)架不帶有源背板總線，相鄰模塊間不能有空槽位。

　　數(shù)字仿真模塊SIM 374 IN/OUT 16專用于實(shí)驗(yàn)測試使用，不能連接實(shí)際的輸入、輸出設(shè)備，在硬件目錄里并不存在。因此在配置該模塊時(shí)，應(yīng)該添加需要仿真的模塊，如6ES7 323-1BH01-0AA0，而不是該模塊本身。

　　6．4-11號槽可放置多8個(gè)信號模塊、功能模塊或通信處理器，與模塊的寬窄無關(guān)。如 果需要配置更多的模塊則需要進(jìn)行機(jī)架擴(kuò)展或者使用分布式IO。

　　使用TIA博途進(jìn)行硬件配置的過程與硬件實(shí)際安裝過程相同，在項(xiàng)目中插入一個(gè)新設(shè)備選擇”SIMATIC S7-300”，這里選擇CPU315-2PN/DP，然后選擇設(shè)備視圖進(jìn)入硬件配置界面。此時(shí)，CPU和機(jī)架已經(jīng)出現(xiàn)在設(shè)備視圖中。在硬件目錄中，使用鼠標(biāo)雙擊或拖拽的方法添加模塊到機(jī)架上，配置的機(jī)架中帶有11個(gè)槽位，按實(shí)際需求及配置規(guī)則將硬件分別插入到相應(yīng)的槽位中，如圖3-3所示。硬件組態(tài)遵循所見即所得的原則，當(dāng)用戶在計(jì)算機(jī)組態(tài)界面中將視圖放大后，可以發(fā)現(xiàn)此界面與實(shí)物基本相同。注意硬件配置中沒有3號槽，該槽被自動(dòng)隱藏，可以點(diǎn)擊2號槽和4號槽之間的 ，隱藏和打開3號槽。點(diǎn)擊工具欄上的

　　按鈕，用于顯示模塊的標(biāo)簽，包括導(dǎo)軌以及模塊的名稱。

　　圖 3-3 插入S7-300 PLC模塊

　　由于與早期的STEP7組態(tài)方式有所不同，在早期的STEP7項(xiàng)目組態(tài)中，在添加一個(gè)站點(diǎn)的硬件組態(tài)中可以添加機(jī)架、電源、CPU等，而在TIA博途中添加一個(gè)站點(diǎn)時(shí)首先需要選擇CPU，因此機(jī)架將自動(dòng)添加到設(shè)備中，此時(shí)也可以更改CPU類型，如圖3-3所示，在2號槽可以對選擇的CPU進(jìn)行替換，先選擇需要插入的槽號，再雙擊選擇的CPU或使用鼠標(biāo)將選擇的CPU拖放到相應(yīng)的槽位中。在添加CPU時(shí)，需要注意CPU的型號和固件版本都要與實(shí)際硬件一致，一般情況下，添加CPU的固件版本都是的，可以在硬件目錄選擇相應(yīng)的CPU，在設(shè)備信息中更改組態(tài)CPU的固件版本，如圖3-4所示。插入其他模塊例如功能模塊、通信處理器等，同樣需要注意模塊的型號和固件版本，更改組態(tài)的固件版本與CPU的方法相同。

　　圖 3-4 修改CPU固件版本