自动折叠机设计(59页).doc

-第页自动折叠机设计-第页摘 要随着社会的进步，社会分工不断加细，越来越多的酒店，学校，工厂等事业单位把被单，毛巾，台布和窗帘等布草送给专业的洗涤厂来洗烫。折叠机作为洗涤厂的自动化设备之一，自动完成对各种洗好并且熨平的布草的折叠工作，解决了人工折叠布草时间长，质量差和不可以流水作业等问题。可编程的控制器（PLC）作为替代继电器的新型控装置，简单可靠，操作方便，通用灵活，体积小，使用寿命长且功能强大，容易使用，可靠性高，被大量用于自动化电气控制系统中。本文介绍了一种基于可编程控制器（PLC），结合变频器，触摸屏等技术的折叠机电气控制系统。主要内容包括以下几个方面：（1）折叠机机械传动部分的计算，包括了轴，皮带的计算和校核，电机、制动/离合器的选型。（2）介绍折叠机电气控制系统所需要的硬件，包括 PLC、变频器、人机交互界面设备、传感器及其他的电子器件。（3）描述了控制系统流程图、PLC 的 I/O 分配及其他软件的功能、PLC 程序的设计、人及交互界面设计及 PLC 通讯程序设计。关键词关键词：折叠机；可编程控制器；人机交互；三菱ABSTRACTWith the development of society,as well as the specialization of the division oflabor in society,there are more and more groups such as hotel,school and factory andso on that give the clothing liking sheet,towel,tablecloth and curtain and so on to thewashing factory to clear and ironing.As one of the automatic devices,foldingmachinefoldsthecleared-and-ironedclothingautomatically,solvingtheartificial-foldedproblemssuchastime-consuming,poorqualityanddirect-operation,etc.Programmable logic controller(PLC)is usually applied toelectric control system because its simplicity,reliability,flexibility and strongfunctions.In this paper,we introduce the electric control system of folding machine,usingthe technology of PLC,transducer and touch panel.This paper can be summarized asfollows:-第 I 页（1）Briefly introduce the mechanical drive parts,including the calculation ofshaft and belt,and the chose of motor and break/clutch union.（2）Introduce the main hardware of the electric control system of the foldingmachine including PLC,transducer,touch panel,sensor and other electric and otherelectric parts.（3）Give the flow chart of the electric control system,the I/O and other softelement of the PLC,the program,the design of touch panel and the communication ofPLC.Keyword:folding machine;Programmable logic controller(PLC);Human computerinteraction；Mitsubishi-第页目 录摘 要.ABSTRACT.前 言.0第 1 章 绪论.11.1 国内外研究现状.11.2 本文主要研究内容.3第 2 章 总体设计.42.1 自动折叠机的性能结构分析.42.1.1 自动折叠机的工作原理.42.1.2 折叠机的主要参数.52.1.3 折叠机的误操作原理分析及改正方法.52.2 折叠机电气控制总体系统设计方案.62.2.1 系统功能设计.62.2.2 系统总体结构设计方案.62.3 折叠机的主要控制方式.62.3.1 继电器控制技术.62.3.2 交流变频变压控制技术.7第 3 章 控制系统硬件设计.93.1 传感器选型及其安装.93.1.1 光电传感器选型及其安装.93.1.2 旋转编码器的选型及安装.123.2 变频器的选择.143.2.1 变频器的基本构成.143.2.2 变频器的分类.153.2.3 变频器变频原理.153.2.4 变频器品牌型号与规格的选择.163.2.5 选择的变频器应满足的条件.173.2.6 通用变频器概况.173.2.7 安川 VS616G5 型通用变频器.183.2.8 变频器参数的设置.203.2.9 变频器容量和制动电阻参数的计算.223.3 PLC 简介及选择.223.3.1 PLC 简介.22-第 I 页3.3.2 可编程控制器（PLC）的选型.253.4 控制系统人机交互设备的选择.273.5 静电消除器.293.6 其它电子器件.30第 4 章 控制系统软件设计.364.1 整体设计思路.364.1.1 目标要求.364.1.2 系统结构.364.1.3 总流程图.384.2 可编程控制器的程序设计.394.2.1 可编程控制器的 I/O 分配及其它的内部继电器分配.394.2.2 控制系统程序.414.3 GOT1000 人机交互界面设备设计.504.4 折叠机的通讯.514.4.1 串行通讯.514.4.2 串行通讯传送软件设计.54结论及展望.56致谢.58参考文献.59附录一.60附录二.66-第 0 页前 言洗涤行业作为现代服务业的一部分，大大方便了人民的生活，增加社会就业，减少对环境的污染。洗涤行业包括普通洗涤业和工业洗涤业。但是洗涤行业劳动强度大，就业人员知识水平偏低，自动化水平低等等因素严重制约着洗涤业的发展。现在国家大力推广低碳经济，洗涤行业的高能耗也有待改善。折叠机是洗涤厂主要设备。折叠机通过控制布料传送系统的速度，测定布料长度并计算折叠长度，再通过气流的喷射和折刀来完成水平折叠和交叉折叠。作为洗涤厂自动化的一个重要组成部分，折叠机承接大烫机输出口，再进行布草的自动折叠。折叠机作为自动折叠的机械，要充分发挥机械自动化的优势，可以适应不同的纺织物宽度，厚度和质地。同时，折叠机也要和洗涤厂其它的机械协调运行，比如大烫机和输送机。要实现这些功能，电气控制系统是必不可少的。目前，国内大部分国内的洗涤厂用的折叠机都是国外洗涤厂的淘汰设备，其中又以德国品牌的折叠机为多，包括 Kannegiesser、Jensen、Lavatec 等等。这些设备陈旧，制造标准不一，零配件少，控制系统复杂，使用和维修都十分的困难，加上外国的折叠习惯和中国的不一样，给洗涤厂生产造成了一定的困难。而国内生产的折叠机机械结构设计不合理，控制系统不完善，折叠核心原理没有掌握，只能进行一到二折的折叠，使用量比较少。这些折叠机的电控系统都是老式继电器控制系统，由订做的专用芯片进行控制，机械的运行很难甚至不能修改。因此开发合适中国国情的折叠机电气控制系统可以提高洗涤厂的自动化水平，减少折叠劳动强度，减轻工人的负担，为现代服务行业出一份力。-第 1 页第 1 章 绪论1.1 国内外研究现状国外研究和生产折叠机比较早，American Machine and Metal 公司的 Matin就设计和注册了世界上第一台现代化的带有控制系统的折叠机，这种折叠机第一次运用了气流的喷射和折刀来完成纺织物的折叠工作，但由于微电子技术的不成熟和控制手段的落后，吹气时间和折刀执行的动作只能预先设备，机械不能测量布 的宽度从而完成自动折叠工作。后来经过如德国公司如 Jensen 和Kannegiesser、英国公司如 HJ Weir 等等公司的大力研究开发，折叠机才真正地实现了自动化和可视化操作。德国 Jensen 公司的折叠机的种类很多，可以适合不同的洗涤厂的工作量，Jensen 折叠机的特点是机械的核心零部件几乎都是 Jensen 公司开发的，包括控制器、电机、变频器和光电传感器和旋转编码器等等。这种折叠机的机械和控制系统十分的协调，工作得很好。但同时由于专用性，机械的零部件不通用，比较买到，价格偏高，不利于维修。德国 Kannegiesser 公司生产一系列的洗涤设备，包括自动送布机、大烫机和折叠机等等，Kannegiesser 的折叠机采用德国 Lenze 电路板作为控制的核心，通过 Lenze 控制核心来对光电开关、变频器、电机、离合器等等进行数据的处理和控制。这种控制手段比较实用，并且稳定，减少资源的浪费，但是不利于对机械进行改进和调整。英国 HJ Weir 的折叠机是现在市场是最好用的折叠机之一，它没有复杂的控制系统，机械所有的信号和操作面板的信号都集中到了一起，主电机的速度由变频器独立控制，与操作面板分离。这种折叠机可以方便地进行二/五折二种折叠方式的折叠。由于机构设计合理，机械很少出现卡布，误折的情况。但是它的控制系统也十分的不通用，要改进改造机械只能对机构、电路进行改造，不能对控制电路核心进行编程，十分不方便。我国的洗涤设备研发和生产的时间都很短，大都是仿制国外的机械，由于加工技术和控制技术的制约，再加上售价的影响，国内生产的折叠机的折叠的质量和稳定性不是很好。国内洗涤设备公司研发和销售的折叠机有以下几种：（1）盛锐 ZD-30-2L 折叠机-第 2 页盛锐 ZD-30-2L 折叠机（如图 1-1）为上海航星机械（集团）有限公司研发和销售的折叠机。图1.1 盛锐ZD-30-2L折叠机外观图该折叠机主要有以下特点：高强度框架保证了整机的可靠性和高性能。每小时可折叠 1,000 条床单；横向折叠配置最多四通道折叠工作模式，布草不必同步输入，布草不必同样大小、四倍提高工作效率；具有布料传送系统的速度控制和准确定位，对布料长度准确测定并计算折叠长度；高度智能化的 PLC 和触摸屏，可靠性高，寿命长，查寻故障方法和使用操作方便直观；采用同步带传动，传动精度高、噪音小、无污染，不需要加油和维护；采用智能红外线检查系统，测量织物的长度和实际运动速度，提高折叠精度。具有折叠规范的判别，交叉折超宽拒折，保护和报警，确保高质量折叠效果。完善的自诊断功能和安全保护系统，便于机器的日常使用和维护。（2）D3000-C5 系列折叠机D3000-C5 系列折叠机（如图 1-2）是泰州市成飞洗涤机械有限公司的产品。该折叠机主要有以下的特点：采用吹气和折刀相结合的自动折叠技术；采用大屏幕液晶显示器智能化控制系统；中文电脑人机对话界面；采用双轮双速计长系统，不论大小布草一次整定精确折叠；运转速度调节范围大，能与各种熨平机匹配；具有自诊断功能，单环节信号检测技术和完善的安全保护系统；控制电脑采用继电口输出，无需中间继电器动作准确维护方便；备有自动消除静电装置和安全防护开关，工作安全可靠。图 1.2D3000-C5 折叠机外观图分析以上两种折叠机可以看出，尽管我国折叠机的研究和开发已取得了一些成果，但仍存在以下几个问题：对折叠原理过程中的问题没有认真分析，折叠机经常发生卡布，折歪，扯布-第 3 页等等现象；人机界面操作过程比较复杂，普通工人难以操作；PLC 控制程序过于复杂，机械稳定性差，程序修改困难，不利于机械的改进；折叠机的研究没有系统化，专业的、学术性的资料十分少。鉴于此，本文设计了一种功能比较完善的折叠机电气控制系统.1.2 本文主要研究内容本文在分析国内外折叠机的基础上设计了一种功能比较完善的折叠机电气控制系统。该折叠机的电气控制系统以三菱 PLC 为主控制器，以按钮和液晶显示屏为人机接口，可对折叠系统各种参数进行设置。通过光电传感器测量出布草的位置信号和旋转编码器测量输送系统的线速度，再把这些数据送到 PLC 中进行分析处理，从而计算出布草的长度和位置，从而控制电机、电磁阀、离合/制动单元，从而实现布草的自动折叠，这些机械运行的信息都会通过 RS-232 串行信号线送给触摸屏，从而实现机械状态的监控。为了更好的控制机械运行速度和减少机械的能耗，机械采用变频器调节电机的运行电压频率。-第 4 页第 2 章 总体设计本章首先介绍了自动折叠机的工作原理，分析了折叠机的主要参数，并从中选出折叠机电气控制系统的参数。根据所提出的系统功能，本章设计了系统总体方案，并对主要电子器件进行了选型。2.1 自动折叠机的性能结构分析2.1.1 自动折叠机的工作原理自动折叠机的结构图如图 2-1 所示。折叠机由五个折叠机构组成，一共可以对布草进行 32 层折叠。图 2.1 自动折叠机结构图1布草进料输送机构 2第二折叠机构 3折刀 4第四折叠机构5第五折叠机构 6底架 7电气控制柜 8第一折叠机构9PLC 控制柜10布草出口11二折布草出口平面布草进料输送机构 1 会把从大烫机烫好的布草输送到折叠机，光电传感器会记录布草的位置及长度相关信息并把数据传送给 PLC 处理，PLC 根据数据控制第一折到第五折折叠机构的电机、电磁阀、气缸的中间继电器，从而控制相应的执行器件，从而准确、自动和迅速完成对布草的折叠作业。第一折叠机构 8 和第二折叠机构 2 中的输送动力是由主电机完成的，第三折叠作业是由折刀 3 完成的。第四折叠机构和第五折叠机构是和一二折叠机构分离的，通过螺栓连接底架从而固定到一二折叠机构上的。正确完成五折折叠的布草会从布草出口 10 输送出来；而如果只对布草进行二折折叠，布草从一二折布草出口平面 11 出来。折叠机的电气控制柜 7 主要布置变频器、继电器、变压器、接触器等等的控制电子器件，而 PLC 控制单元布置在 PLC 控制柜，光电传感器和旋转编码器，启动/停止等等的信号都会通过信号线通到 PLC 控制柜进行处理，PLC 控制柜还负责发出各种控制信号控制折叠机的运行。8123456791110-第 5 页2.1.2 折叠机的主要参数(1)折叠层数 n折叠机的折叠层数指折叠机折好的布草的层数，这个数字是 2 的倍数，如 2 层，4 层，8 层，16 层和 32 层等等，在国内，折叠机最多只要进行 32 层折叠就足够了。(2)折叠速度 s大烫机的速度比较慢，加上布草的材料的因素，折叠机的输送速度不能太快，折叠速度一般在 30 到 40 之间。输送机的动力源是异步电动机，主电机的速度由变频器控制，速度可以在一定的范围内调整，这样是可以适应大烫机的速度和第四。第五折的速度。而第四、第五电机由于没有调整系统，速度是不变的，这个速度在35/minm左右。(3)吹气时间 t折叠机有两种折叠布草的方式：吹气和压刀。当布草比较薄、质量比较轻的时候，比较好的折叠方法就是利用吹气进行折叠。吹气由电磁阀控制开关，吹气的时间也是由电磁阀控制。（4）折叠功率 W折叠机的正常运作所需要的功率，由于折叠机的折叠对象是布草，它的功率变化不是很大，因此这个输入功率是可以很稳定的，折叠机的能耗源主要是五个电机的，一个制动/离合器单元，变频器，电气控制系统等等。2.1.3 折叠机的误操作原理分析及改正方法由于洗涤厂要洗的纺织物的各类很多，而这些纺织物的质地和属性有很大的差别，比如粗糙偏硬的麻布和柔软的丝绸，这两种纺织物的质地和属性是有很大的差别的，而折叠机的如果要可以正确折叠麻布，那么当折叠机以同一折叠参数去折叠丝绸制品时，就会由于吹气的时间过长造成折歪，卡布，折不齐等等的现象；相反，如果把折叠机的参数好了折叠丝绸，那么当布草为麻布等偏硬的纺织时，就会出现吹气的时间过短，而造成漏折、卡布等等现象。为了减少折叠机上述这些误操作，我们可以加一些识别布草材料的传感器，从而通过 PLC 处理这些信号，再控制吹气的时间，但是这个方法成本高，而且布草的质地有很大的类同性，系统的稳定性不好，因此放弃这种方法。我们选择了一种折中的方法，就是把吹气的时间定在可以把一定范围内的布草都可以折叠的时间。这种方法没有什么通过统计洗涤厂的洗涤的布草的数据来-第 6 页确定布草，从而来确定吹气的时间，这个只通过现场的机器调试试验得到。2.2 折叠机电气控制总体系统设计方案2.2.1 系统功能设计根据工况需要，本系统设计具有以下功能：（1）通过 GOT 人机接口设定系统参数，如折叠次数，吹气时间等等。（2）实时采集输送带的速度、布草的长度信号，经 PLC 分析处理后在触摸屏上显示所采集信号。（3）PLC 分析比较各信号，并输出各折叠机构的执行命令信号。（4）加入 GOT 变频器调速，从而可以实时对主电机的速度进行调整。（5）预留通信模块，方便以后系统进行网络功能扩展。（6）通过中间继电器对强弱电路分离。2.2.2 系统总体结构设计方案根据系统功能设计7 8 9，本系统主要由 PLC 控制器、光电信号采集、变频器调速单元等等构成。这种模块化的硬件设计可以减小系统出错率，提高可靠性和高效性。PLC 控制器完成信号接收、处理、发送执行机构执行命令等等的功能，外部操作通过按键或者 GOT 触摸屏输入操作命令到 PLC 控制器，外部输出都利用中间继电器进行强弱电隔离，主电机的速度通过变频器进行调节，机械的运行状况通过 GOT 显示，PLC 的输出端口都接了一个二极管指示灯，从而可以方便对各输出信口进行监控和故障诊断。其结构图如下所示：图 2.5 控制系统结构图2.3 折叠机的主要控制方式2.3.1 继电器控制技术对使用者来说，在编制程序时，可以不考虑微处理器及存储器内部的复杂结构，也不必用各种计算机使用的语言，而是把 PLC 看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，以便于提供使用者按设计继电器控制线路的形式进行编程。这样，从功能上来讲，可以把 PLC 的控制部分看作是由许多“软继电器”组成的等效电路。必须注意的是电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器中的一位的触发器。触发器为“1”态，相当于继电器接通;为“0”态，相当于-第 7 页继电器断开。PLC 为用户提供的继电器一般是:输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、移位寄存器、计时器、计数器等。这些继电器统称为 PLC 的元素。其中，输入、输出继电器与外部用户输入，输出设备连接，而其他继电器与外部用户设备没有联系，因此统称为内部继电器。继电器由两个主要的部件构成，一是(电磁)线圈，二是(常开、常闭)接点.一旦继电器线圈经接点 A 接通电源，电流就流过线圈(称为得电)，使电磁铁吸动衔铁。衔铁通过机械作用使原来呈闭合状态的常闭接点断开(吸断)，紧接着使原来呈断开状态的常开接点闭合(称为吸合)。反之，继电器线圈断电，电源不再给线圈供电(称为失电)，那么衔铁释放返回原位(复位)，常开接点也随之断开复位(释断)，紧接着常闭接点也复位闭合(释合)。2.3.2 交流变频变压控制技术PWM 控制技术是通用型变频器中应用十分广泛的一种电压和频率控制方法，它可以极为有效地抑制输出电压的谐波，而且动态响应较好。在频率控制、效率等诸方面都有着十分显著的优点。（1）PWM 控制的原理PWM 是 Pulse Width Modulation 的缩写，即脉宽调制。PWM 控制是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到改变电压的目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的。在变频调速应用中，则主要是后者即变压变频。形成 PWM波形的方法有很多种，其中最基本的方法是利用三角形调制波和控制波的比较。控制系统通过比较电路将调制三角波与各相的控制波进行比较，变换为逻辑电平，并通过驱动电路使功率器件交替导通和关断，则变频器输出各相电压波形。为使逆变器输出电压波形趋于正弦波，常采用 SPWM(Sinusoidal Pulse WidthModulation)控制方式。（2）SPWM 控制逆变器开关模式信号通常情况下利用三相对称的正弦波参考信号（控制波）与一个共用的三角波载频信号（调制波）互相比较来生成。控制上常有单极性和双极性两种情况。所谓单极性控制，是指在输出的半个周波内同一相的两个-第 8 页导电臂仅一个反复通断而另一个始终截止。所谓双极性控制是指在输出的半个周波内同一相的两个导电臂互补交替通断，具体工作情况与单极性控制类似。-第 9 页第 3 章 控制系统硬件设计本系统硬件主要包括以下几个部分：传感器、变频器、可编程控制器，触摸屏、静电消除器及其他的电子器件，下面将对其进行详细介绍。3.1 传感器选型及其安装3.1.1 光电传感器选型及其安装（1）光电传感器的选型光电传感器是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。光电传感器主要由发光的投光部和接受光线的受光部构成。如果投射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达受光部的量将会发生变化。受光部将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。光电传感器如下图所示，主要分为 3 类。图 3.1 对射型图3.2 回归反射型图 3.3 扩散反射型光电传感器的特点：1.检测距离长如果在对射型中保留10 m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段(磁性、超声波等)无法达到的长距离检测。2.对检测物体限制少由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不像接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃、塑料、木材、液体等几乎所有物体进行检测。3.响应时间短光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。4.分辨率高发光器受光器被检测物体受光器发光器被检测物体回归反射板被检测物体受光器发光器-第 10 页能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率，也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。5.可以实现非接触检测可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤，因此传感器能长期使用。6.可实现颜色识别通过检测物体形成的光的反射率和吸收率，根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异，可对检测物体的颜色进行检测。7.便于调整在投射可视光的类型中，投光光束足眼睛可见的，便丁对检测物体的位置进行调整。根据控制系统的要求和经济性等等的因素，本控制系统选用 OMRON 光电传感器，型号为：E3G-ML79。本光电传感器的参数以下表所示。表3-1 传感器参数检测方式距离设定型检测距离0.2 2 m(白纸 300300mm)设定范围0.5 2 m(白纸 300300mm)投光点径70mm 以下(检测距离 1m 时)响应误差设定距离的 10以下反射率特性（黑白误差）10以下（设定距离 1m 时）光源红外线发光二极管(860nm)电源电压12 240 VDC 10(（p-p）10波动以下)24 240 VAC 10消耗电量DC 2W 以下AC 2W 以下控制输出（输出形式）继电器输出控制输出（负荷电流）0 3A寿命（继电器输出）电气的:10万次以上（开关频率1800次小时）机械的:5000 万次以上（开关频率 18000 次小时）运行模式入光时 ON遮光时 ON 开关切换式负荷外加电压30 VDC 以下250 VAC 以下-第 11 页保护电路防止相互干扰功能应答时间30 ms 以下灵敏度调整示教式使用环境温度白炽灯：3000lx 以下、太阳光：10000lx 以下环境温度范围使用时:-25 55 CEL保存时:-30 70 CEL(不结冰、不结露)环境湿度范围使用时:3585RH保存时:3595RH(不结露)绝缘电阻20M以上（DC500V 兆欧表）充电部整体与外壳间耐电压AC2000V 5060Hz 1min 充电部与外壳间振动（耐久）1055Hz 复振幅 1.5mm X、Y、Z 各方向 2h冲击（耐久）500ms2 X、Y、Z 各方向 3 回保护结构IEC60529:IP67适用标准（EN/IEC（低电压指令）EN60947-5-2适用标准（EN/IEC（EMC 指令）EMI:EN60947-5-2辐射干扰电场强度:EN55011 Group 1 classAEMS:EN60947-5-2静电放电抑制能力:IEC61000-4-2电场强度抑制能力:IEC61000-4-3突发噪声抑制能力:IEC61000-4-4CE 标记:有连接方式端子台型指示灯动作指示灯（橙）、稳定指示灯（绿）质量（包装状态）约 150 g紧固转矩1.2 Nm 以下(使用 M4 螺钉)机壳材质聚对苯二甲酸丁二醇酯镜头部材质异丁烯树脂罩盖材质聚醚砜膜附件操作说明书、调整用螺丝刀光电传感器的电气接线图如下：图3.4 光电传感器接线图电源褐线黄色白线-第 12 页本折叠机一共需要 4 个光电传感器，这些光电传感器在折叠机上的安装布置如下图所示，其中 1、3、8、9 为光电传感器。图3.5 光电传感器的安装示意图3.1.2 旋转编码器的选型及安装要得到要折叠的布草的长度，我们除了要知道布草通过光电传感器的时间外，我们还必须知道折叠机上的输送带的速度，这样才可以知道布的长度，计算布草长度的公式为：其中L为要求的布草的长度，v为输送带的速度，s为布草通过光电传感器的时间。折叠机的线速度为 35/minm，也就v=35/minm左右，输送带的速度是可以根据实际的工况，如大烫机的速度、布草的质地及其它配套设备的等等因素调整。旋转编码器是将旋转的机械位移量转换为电气信号，对该信号进行处理后检检测位置、速度等的传感器。检测直线机械位移量的传感器称为线性编码器。旋转编码器的特点：1.根据轴的旋转变位量进行输出通过联合器与轴结合，能直接检测旋转位移量。2.启动时无需原点复位(仅绝对型)绝对型的情况下，将旋转角度作为绝对数值进行并列输出。3.可对旋转方向进行检测增量型中可通过 A 相和 B 相的输出时间，绝对型中可通过代码的增减来掌握旋转方向。旋转编码器一般情况下有分为两类，分别为增量型旋转编码器和绝对型旋转编码器根据控制系统的要求和其它的因素，本系统选择 OMRON 公司 E6A2-CW5C20P/R 2M 型旋转编码器。旋转编码器的具体参数如下表所示。表3-2E6A2-CW5C 20P/R 2M旋转编码器参数1346578 9102-第 13 页分类增量型电源电压12 VDC-10%24 VDC+15%(波动（p-p）：5以下)消耗电流DC20mA 以下冲击电流电流:约 9A时间:约 0.3 ms分辨率（单旋转）20 P/R输出相A、B控制输出（输出形式）NPN 开路集电极控制输出（输出电流）30 mA 以下(同步电流)控制输出（残留电压）(DC)0.4 V 以下(同步电流 30mA 时)原点位置接点无负荷外加电压30 VDC 以下最高应答频率30 kHz输出相位差9045输出上升、下降的时间输出上升时间:1 us 以下(控制输出电压：5V 负载电阻 1k 导线长：500mm)输出下降时间:1 us 以下(控制输出电压：5V 负载电阻 1k 导线长：500mm)启动转矩常温时:1 mNm 以下惯性转矩110-7kg.m2 以下轴容许力径向:10 N轴向:5 N容许最高转速5000 r/min机械寿命1 亿转以上环境温度范围使用时:-10 55 CEL保存时:-25 80 CEL(不结冰、不结露)环境湿度范围使用时:3585RH保存时:3585RH(不结露)绝缘电阻20M以上（DC500V 兆欧表）充电部整体与外壳间耐电压AC500V 5060Hz 1min 充电部与外壳间振动（耐久）1055Hz 复振幅 1.5mm X、Y、Z 各方向 扫描时间 2H冲击（耐久）500ms2 X、Y、Z 各方向 3 回保护结构IEC60529:IP50-第 14 页适用标准（EN/IEC（EMC指令）EMI:EN50081-2辐射干扰电场强度:EN55011 Group 1 classA杂音端子电压:EN55011 Group 1 classA静电放电抑制能力:IEC61000-4-2电场强度抑制能力:IEC61000-4-3突发噪声抑制能力:IEC61000-4-4CE 标记:有连接方式导线引出型(电缆长度:2 m)旋转编码器的电气接线图如下。图3.6 旋转编码器接线图旋转编码器的在折叠机的安装为图 3-5 的 2 所示，固定在机架了，另外加一个轮子与输送带相连.3.2 变频器的选择在交流调速系统中，变频器的作用是将频率固定(通常为工频 50Hz)的交流电(三相的或单相的)变换成频率连续可调(多数为 0-400Hz)的三相交流电。变频器的输入端(R、S、T)接至频率固定的三相交流电源，输出端(U、V、W)输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电，接至电动机。3.2.1 变频器的基本构成通用变频器的基本本构成主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成，12 13如图 3-7 所示。图3.7 变频器的基本结构（1）整流器电网侧的变流器是褐色黑色白色橙色蓝色+240ABC整流器逆变器控制器运行指令控制指令控制指令网侧变流器中间直流环节负载侧变流器-第 15 页整流器，它的作用是把三相(也可以是单相)交流电整流成直流电。（2）逆变器负载侧的变流器为逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成三相桥式逆变电路。只要有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，就可以得到任意频率的三相交流电输出。（3）中间直流环节由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态或是发电制动状态，其功率因数总不会为 1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能组件(电容器或电抗器)来缓冲。所以又称中间直流环节为中间直流储能环节。（4）控制电路控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前己经采用微型计算机进行全数字控制，尽可能简化硬件电路，主要依靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的控制。3.2.2 变频器的分类(1)PAM（脉幅调制）：变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中，这种方式已经很少采用。(2)PWM（脉宽调制）：变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普通应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制(SPWM)方式。(3)按主电路工作方式分：电压型变频器，电流型变频器。(4)按工作原理分：U/f 控制变频器，VC 控制变频器，SF 控制变频器。(5)按照用途分：通用变频器，高性能专用变频器，高频变频器3.2.3 变频器变频原理在交流变频控制中，通过改变交流电源的频率 f1 实现对异步电动机的调速。变频的主要装置就是变频器，变频器的主要功能之一就是实现对电源频率的改变。如图 3-8 所示，在这个电路中，首先有可控硅 V1V6 将工频交流电整流成-第 16 页直流电，然后再由可控硅或大功率晶体管 V7V12 将直流电压逆变成交流电，通过对 V7V12 的开关控制，可以改变逆变交流电的频率，实现变频。图 3.8 变频调速电路简单变频器的输出电压、电流质量不好，通常含有较严重的高次谐波分量，高次谐波分量将造成电机发热、振动和噪声，无线电频率的高次谐波还将引起电磁污染，因此必须削弱变频器输出的高次谐波。改善变频器的输出波形的方法通常有两种：一是采用多重化技术，一是采用脉冲宽度调制技术。其中脉冲宽度调制技术是中、小容量变频器改善波形常用的方法，因此适用于电梯控制系统。随着电力电子技术的发展，IGBT 和 MOSFET 开关器件广泛应用于变频器中，大幅度降低电动机的噪音，达到噪音水平。如图 3-9 所示。在实际应用上，正弦波 PWM 的控制是利用等幅的三角波（称为载波）与正弦波（成为调制波）的相应交点发出触发脉冲信号，并经基极驱动电路放大后送至逆变器的开关元件控制极，从而得到一系列幅值相等、宽度不等的矩形脉冲列，记录为 SPWM。由于 PWM 的控制作用，在逆变器的输出端得到一组幅值等于整流电路的输出电压，宽度按正弦波规律变化的矩形脉冲列。提高政协调制波的幅值就可以提高输出矩形波的宽度，从而提高输出等效正弦波的幅值。改变正弦调制波的频率，就可以改变输出等效正弦波的频率，从而就可以实现变频.图 3.9 高载波变频率 PWM 变频器3.2.4 变频器品牌型号与规格的选择变频器是变频调速系统的核心设备，它的质量品质对于系统的可靠性影响很大，选择品牌时，质量品质，尤其是与可靠性相关的质量品质，显然是选择时的重要考虑方面。同时，设备的平均寿命的长短是一个重要的参数，所以根据预期使用寿命来选择品牌，经验和口碑仍然是主要依据。在同一品牌中选择具体型号时，则主要依据已经确定的变频调速方案、负载类型以及应用所需要的一些附加功能来决定。V1V3V5V7V9 V11V4V6V2V10 V12 V8电源-第 17 页变频器产品说明书都提高标称功率数据，但实际上限制变频器使用功率的是定子电流参数。因此，直接按照变频器标称功率进行选择，在实际中常常可能会行不通。根据具体工程的情况，可以有以下几种不同的变频器规格选择方式：（1）按照标称功率选择：一般作初步投资估算依据。（2）按照电动机额定电流选择；多用于恒转矩负载的新设计项目。（3）按照电动机实际运行电流选择：多用于改造工程。（4）按照转矩过载能力选择综上所述，根据实际工程情况，以适当的方法选择变频器规格很重要。选择结果多数情况下变频器标称功率与电动机匹配，少数情况需要放大。所以，笼统的认为放大一级功率选择变频器是没有错的想法，但会造成浪费。总的来说从生产成本来作合适的选择。3.2.5 选择的变频器应满足的条件（1）根据被控设备的负载特性选择通用变频器的类型。（2）所选择通用变频器的类型与被控制异步电动机的参数匹配。（3）为降低电梯成本，首选通用变频器。（4）变频器带有防止失速功能。（5）变频器具有优良的转矩特性。3.2.6 通用变频器概况上个世纪 80 年代初，通用变频实现了商品化。在近 20 年的时间内经历了由模拟控制到全数字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 两个大发展过程。有如下特点：1、容量不断扩大80 年代初采用的 BJT 的 PWM 变频器实现了通用化。到了 90 年代初，BJT 通用变频器的容量达到了 600KVA，400KVA 以下的已经系列化，前几年主开关器件开始采用 IGBT，仅三、四年的时间，IGBT 变频器的单机容量已达 1800KVA，随着 IGBT 容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。2、结构的小型化变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路（LSI）和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技-第 18 页术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”（Intelligent Module，IPM）这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。3、多功能和智能化电力电子器件和控制技术