基于PLC的砌块成型机的电气系统设计.docx

内容提要

砌块砖成型机是墙砖压制成型的关键设备。为了克服传统的继电器、接触器控制手段接线复杂，机械触点多，可靠性低的局限性，通过采用可编程序控制器(PLC)予以克服和弥补。本文介绍了砌块成型机的结构及其液压系统模型，设计出了它的电气原理图、操作控制面板,对元器件进行了选型，利用变频器对输送带进行传动速度控制，并实现系统故障报警。PLC选用日本三菱公司FX2N系列，设计出了系统程序框图，顺序功能图以及梯形图。经过检测和实验室的模拟调试，结果较为理想，均已达到各项设计要求，充分证明了该砌块成型机控制方案的正确性和可行性。

Summary

The artificial brick shaper is the essential equipment which the wall brick suppresses takes shape. but its control section still used the traditional control method of Relays and ntactors caused the wiring complex and the mechanical electronic contact many. These limitations may use the programmable foreword controller (PLC) to overcome and to make up. The design is given a set of artificial brick shaper of the structure and its hydraulic system model. designed its Electrical schematic diagram、 peration control panel and The selection of components. This design selects Japan Mitsubishi Corporation FX2N rises PLC to carry on the control. Designed the system of Process diagram 、Sequential Function chart and the trapezoidal chart. Used inverter to drive on the conveyor belt speed control and achieved the breakdown reports to the police procedure. The result of system debugging experiment is ideal, which has met each design requirements and fully proven accuracy and the feasibility of this dyeing machine control plan.

目 录

内容提要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅰ
Summary．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅱ
绪 论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1 砌块成型机的结构和液压控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.1 砌块成型机的结构组成及功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.2砌块成型机的液压控制原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2 砌块成型机电气系统设计方案的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3 砌块成型机电气系统设计具体过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.1 砌块成型机电气控制系统设计的电气设计概况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.2 砌块成型机电气控制系统电气原理图的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
3.3 电气元件选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3.4 PLC程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
3.5 操作面板布置设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
3.6 提高该控制系统可靠性的措施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
4 设计结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
附 录 1 电气原理图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
附 录 2 操作面板布置图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
附 录 3 电气元件清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
附 录 4 PLC程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50

绪 论
砌块成型机是近年发展较快的一种新型建材设备，随着用户对产品质量和生产效率要求的提高，砌块成型机控制系统也在不断更新。
国内产品主要有两种类型:一种是压制成型机械，完全靠液压加压使混凝土密实，其不足之处是成型效率低，砌块的上下密实度不均匀，严重影响砌块强度，而且砌块表面太光滑，不利于墙体粉刷和装修。另一种是振动成型机械，振动在砌块成型机中所起的作用是使混凝土均匀地分配和压实，它的应用促进了现代化砌块成型机的发展，成型机的小时产量可达2000块砌块以上[3]。振动成型设备一般采用垂直定向振动来实现理想的振动成型，目前振动技术在砌块成型中的应用主要有两种方式:
⑴ 由一个或多个振动板所产生的垂直单向振动;
⑵ 在模箱上上产生或直接传递到模箱的垂直单向振动。
本设计采用第二种方式的振动技术，在生产过程中砌块成型机工作台垂直单向振动并直接传递到模箱。
将PLC控制技术引入砌块成型设备中，并采用机、电、液三结合的控制方法，控制系统结构紧凑，安装操作方便，自动化、智能化程度高。可以随时将设备的当前状态及故障信息，便于操作人员掌握设备状态，快速处理故障。
本设计将在现有成型机技术基础上,研究设计一种砌块成型机的电气控制系统，利用现在的先进控制技术，使用可编程控制器对其进行控制，使其实现自动化生产。利用PLC对该系统进行自动控制，对砌块成型机的液压系统、主机、出砖输送带进行电气控制。系统设置手动和自动两种工作方式。要求出砖输送带有传动速度控制，液压系统、主机、出砖输送带均具有过流、短路、过载等保护措施，并实现故障报警。

1 砌块成型机的结构和液压控制系统
1.1 砌块成型机的结构组成及功能[4]
砌块成型机主要由工作台、输送带、模具、上压头，底板，以及料车组成，其他部件及模型如图1.1所示。

图1.1 砌块成型机结构示意图
⑴支撑架：主要用来支撑设备的各部件以及承受砌块成型时的压制力。
⑵上压头：主要用于砌块的成型加压，另外，还在工作中起脱模作用。
⑶底板：主要用于砌块的成型和辅助脱模上升到位时用于砌块的成形。下降时和上压头一起将成型砌块从模具中脱出 。
⑷料车：主要完成将料斗中的料送入模具成型。
⑸模具：位于工作台上，选用不同的模具，可生产不同类型的砌块。
⑹工作台：用于安装模具，为料车提供运动轨道。另外在成型过程中起振动作用。
⑺输送带机构：将托板送到底板以及将底板上的成型砌块送出。
⑻液压系统：实施料车和砌块压制系统的驱动。
砌块成型机成型工艺流程如图1.2所示。

图1.2 砌块成型机成型工艺流程图
砌块成型机的工作过程：输送带将托板送到模具下部的底板上，底板上升至模具底部，料车通过往复运动将混合好的料送入模具,上压头压下，模具振动，将模具中的料在振动的同时压实成型；然后上压头下压稍许，底板随上压头下降，底板带动托板和成型砌块下降至最底部，完成脱模；最后由输送带将成型砌块带走，完成砌块成型过程。
1.2 砌块成型机的液压控制原理
砌块成型机液压系统的工作原理如图1.3所示。

图1.3 液压系统原理图
初始位置:上压头处于上限位,底板处于下限位,料车处于右限位.其全自动动作过程如下:
⑴ 启动液压泵电机。电磁阀1为电动溢流阀，当其他电磁阀（电磁阀2-电磁阀8）线圈任何一个都不得电时，油路如图2所示，形成自然溢流回路。 当电磁阀2-8线圈任何一个得电动作时，电磁阀1线圈也得电，将自然溢流回路切断,形成工作油路。
⑵ 启动输送带电机，送板。 送板到底板上，行程开关SQ6动作，停止送板。
⑶ 电磁阀2动作，下油缸上行，底板上升。底板上升到上限位，行程开关SQ5动作，电磁阀2 断电，下油缸停止。
⑷ 电磁阀6动作，小车驱动油缸左行，料车送料。
⑸ 料车左行到左限位，行程开关SQ7动作，电磁阀6断电，小车驱动油缸停止，电磁阀11得电，倒料驱动油缸上行，带动推杆使料车往模具里倒料。倒料时间定为5S。
⑹ 倒料结束，电磁阀7动作,小车驱动油缸右行，料车后退，退回原位，行程开关SQ8 动作，小车驱动油缸停止。电磁阀9得电，料斗闸门驱动油缸左行，料斗闸门打开，料斗往料车里装料；10S后电磁阀9断电, 电磁阀10得电, 料斗闸门驱动油缸右行，料斗闸门关闭。
⑺ 电磁阀5动作，上油缸下行，上压头下降。
⑻ 上压头下降到行程开关SQ2，启动振动电机，开始压振，并保压。使模具中的物料成型。
⑼ 上压头下压到行程开关SQ3，压振结束，开始脱模。
⑽ 电磁阀8动作，蓄能器将单向阀打开，底板随上压头同步下降，进行脱模。由于此时底板随下压头同步下降, 不会把成型砖挤坏。
⑾ 当上压头降至行程开关SQ4处，完成脱模。电磁阀3动作，底板快速下降，同时电磁阀4动作，上压头快速上升到行程开关SQ1处，行程开关SQ1动作，上油缸停止。当底板下降到行程开关SQ6处，行程开关SQ6动作，下油缸停止。
⑿ 输送带出砖。将底板上的托板和成型砖带出，完成一个自动过程。
砌块成型机采用液压和电气联合驱动和控制，在满足功能和可靠性前提下，液压部分大大简化，使设备的成本降低，控制变得更为简便。应用独立的液压集成站，避免了由于主机振动对液压系统的影响，从而保证了液压系统工作的可靠性[5]。
2 砌块成型机电气系统设计方案的选择
方案一：单片机控制交流电机
⑴ 硬件组成：
主要由传感器、信号变换电路、单片机、键盘电路、光电耦合器、功率放大电路、交流电机等组成。
⑵工作原理
外部传感器负责将感应到信号变换电路后转变成单片机可以接受的电平信号，键盘电路负责接收外部命令，都发送到单片机中。单片机接收命令后，运行相关程序，通过PWM端口输出PWM脉冲波，经过光电耦合器，再通过功率放大电路将PWM脉冲波信号进行电流和电压放大，使电机随着不同的PWM脉冲波信号启动、停止或驱动电磁阀控制液压系统工作。
⑶ 系统原理框图

图2.1 方案一系统原理框图
方案二：PLC控制交流电机
⑴ 硬件组成
主要由操作面板、PLC、定位行程开关、变频器、交流电机等组成。
⑵ 工作原理
在PLC构成的自动控制系统中，信息直接送入PLC中，操作面板可以进行砌块成型机控制的一些手动操作，PLC负责把来自器件和操作面板的信息收集、处理后，驱动接触器或电磁阀，从而完成对交流电机以及液压系统的控制。
⑶ 系统原理框图

图2.2 方案二系统原理框图
下面对这两种方案进行分析：
方案一采用的控制器是单片机，而方案二控制器是PLC。两种控制器的比较如下。
单片机是一种芯片，在一定场合，配合外围电路，可以用来设计所需要的各种功能，大都用汇编语言、C语言等来开发嵌入式软件，可应用于多种领域。
单片机的可靠性：由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐，很大一部分还是国外筛选出来的次等品，加上其它外围元件（如电阻、电容等）的参数离散性也很大，批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理，因此这样的产品很难做到很好的一致性和高可靠性，因为任意元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳定。另外，单片机的所有器件均不是工业级的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力很弱，而国内的电源一般都很差，因此，更可能引起单片机系统的不稳定。
单片机的可扩展性：由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的，所以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都要重新设计。这样对于增加功能的开发成本和周期都会增加。
单片机的可维护性：一旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件，最简单的方法是更换整个系统，这样维修成本增加了。
操作：单片机系统的操作采用的键盘，设定数据用拨码开关，显示用LED，整个面板显得繁锁，而且为了减少操作键，设计时往往一键多用，操作人员很难脱开说明书操作。特别是故障显示只能显示故障代码，一旦发生故障，操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在，最终按说明书指示排除故障，这样排除故障的时间相对较长。总之，这样的人机对话不够友善。
PLC是一种可编程的控制器，相当于一种控制设备，主要用于工业自动化等领域，大都采用梯形图编程，也可以用组态软件。PLC控制开关量的能力是很强的。PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时，可编写多套，或多组程序，依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。
PLC的可靠性：进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。
PLC的可扩展性：要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。
PLC的可维护性：PLC本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。
综上所述，方案二在系统稳定性、控制器的性能以及系统操作方式上明显优于方案一，可以实现电机调速，接线简单，操作维护方便，可靠性和安全性能高，对电机能够起到很好的保护作用，节能效果也比较理想，能够很好的满足控制要求，所以本设计采用方案二 。

3 砌块成型机电气系统设计具体过程
本章主要对砌块成型机的电气系统设计方案进行介绍。要求对液压系统、主机、出砖输送带进行电气控制。系统设置手动和自动两种工作方式，要求出砖输送带有传动速度控制，液压系统、主机、出砖输送带均具有过流、短路、过载等保护措施，并实现故障报警。
3.1 砌块成型机电气控制系统的电气设计概况
电气系统设计主要包括系统电气原理图设计、相关元器件选型、操作面板设计、PLC控制程序的编制及调试等。
电气原理图包括主电路、PLC外部接线电路和操作面板。主电路为系统主要机械设备的连接电路；PLC外部接线电路是指操作面板、开关装置等与PLC的连接电路，PLC作为系统的控制器，对砌块成型机的运行状态进行自动化控制；操作面板是人与PLC控制系统交换信息的中介设备，通过它可以了解机器运行状态。
设计过程：先进行电气原理图设计，再便是电气元器件的选择，然后进行PLC控制程序的设计，最后是操作面板布置设计。
报警是电气自动控制中不可缺少的重要环节。在控制过程中，由于操作不当或设备故障等原因，各种过程参数会超出正常工作范围，为了及时发现越界的过程参数，常设置信号报警电路。设计原则如下：
①发生事故前能及时提供信号报警信息，避免事故的发生；
②发生事故时应能从安全的角度出发，使联锁动作用于切除与事故有关设备的运行，尽量减少事故的影响。
③事故发生时应能提供第一事故原因的信息，以便及时消除事故发生根源；
本设计中有多台异步电机和变频器，采用声光报警，以保护这些设备，避免事故，及时了解故障产生的原因。
电气元器件的选择主要是根据控制要求选择电机、变频器、保护电器、PLC等。之后进行PLC选型和I/O口地址分配，绘制电气控制系统原理图。最后对操作面板进行设计。操作面板设计是设置启动、停止按钮、与砌块成型机运行状态有关的指示灯以及报警显示等。
成型机电气系统的设计跟据成型机工艺流程进行。控制系统采用FX2N系列的可编程控制器作为控制装置。PLC控制系统具有程序编写、调试简单、容易更新，自动化程度高等优点。而且，当产品更新、生产工艺发生变化时，系统可以随着要求的不同而随时作相应的变动，非常简单，不需花费太多的资金。
3.2 砌块成型机电气控制系统原理图的设计
3.2.1 控制电路设计
在主电路中使用的是三相四线制的380V交流电源，而控制电路需要220V的交流电源和24V的直流电源，因此必须对主电路中的电源进行电压的变换。
根据要求控制电路设计如图3.1所示。

图3.1 控制电路设计图
图中：从三相四线制主电路引出L1L2的380V，50Hz的电源通过熔断器FU4接入变压器TC1（带屏蔽层）, 转换为220V，50Hz的交流电，经过熔断器FU5作为PLC的输出负载电源，对于电源线来的干扰，PLC本身不具有足够的抵制能力，安装一台滤波器V1，以减少设备与电源线之间的干扰。VC1为稳压电源，220V交流电通过熔断器FU6输入，24V直流电源通过熔断器FU7输出至PLC等设备，HL1是主电路电源指示灯，HL2是PLC电源指示灯。KM1、KM2、KM3为交流接触器线圈，KM1、KM2、KM3为交流接触器线圈，分别由中间继电器KA1、KA2、KA3控制其通断电。
3.2.2 主电路图的设计
根据砌块成型机的工作流程，我们进行了系统的电气原理图设计，主电路图如图3.2所示。

图3.2 主电路图
电源：采用工厂生产常用的三相四线制380V交流电源，频率为50Hz，由A、B、C三相和中线N组成。
空气开关：QF1为总的空气开关，对整个电路有过流和短路保护 。
熔断器：熔断器FU1、FU2、FU3分别为各异步电机提供短路保护。
热继电器：热继电器FR1、FR2、FR3分别为各个异步电机提供过载保护。
变频器：变频器U用来对输送带拖动电机进行调速与节能，变频器带制动电阻，AC为变频器报警开关。变频器启停控制端子STF和SD短接，启动、停止交由交流接触器KM3控制，与电机同时起停。
交流接触器：KM1、KM2、KM3为交流接触器，控制电路通过控制它的通断控制异步电机的工作。
交流电机：本系统采用3台交流异步电机, 分别为液压泵电机M1、振动电机M2和输送带电机M3, 其功率都为5.5KW。
3.2.3 PLC输入、输出控制接线图（系统I/O接线图）
砌块成型机电气控制图以PLC为主控制器，控制各电机的起、停和液压系统的运行以及故障报警等。根据控制要求设计出的PLC的I/O接线图如图3.3所示。

图3.3系统I/O接线图
PLC:本次设计采用的是三菱FX2N-48MR-001来完成的。它的输入、输出点共计48个，其中输入、输出各24点。
电源：输入采用24V的直流电源，输出采用220V的交流电源。
工作原理：提高输入点接受来自外部的一切数据后做出相应的采集、分析、处理；通过输出点将输出映像寄存器中的0/1状态创送到对应的输出锁存器，信号经过输出模块隔离和功率放大后，继电器输出型模块中对应的硬件继电器或电磁阀线圈通电，使外部负载按要求工作。
输入端子介绍：开关SA2对应输入信号为系统生产的自动—手动切换开关，按钮开关SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、SB9、SB10、SB11、SB12、SB13、SB14、SB15、SB16、SB17、SB18对应的是各电机的起停，底板和上压头的上升、下降，料斗闸门的开、关以及料车左行、右行的手动控制按钮。按钮开关SB19为报警复位按钮。X33、X34、X35为声光报警系统的输入端子。行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8是自动程序的输入感应开关，使砌块成型机按生产流程工作。SA2为砌块成型机由自动到手动的切换开关。
输出端子介绍：Y1、Y2、Y3分别接控制各电机起停的中间继电器线圈KA1、KA2、KA3； Y6、Y7、Y10为声光报警输出端子；Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17、Y20、Y21、Y22、Y23分别接对应连接电磁阀线圈YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、YV6、YV7、YV8、YV9、YV10、YV11。
本设计采用的是声光报警，电铃和指示灯都是选择交流型号的。当变频器发生故障或电动机过流时，即AC闭合、FR断开，相应的报警指示灯HL3、HL4闪烁，电铃HA1响。操作人员知道故障发生后，按报警复位按钮SB19，电铃关掉。报警指示灯从闪烁变为长亮。故障消失后，报警指示灯自动熄灭。
具体的I/O分配如表3.1所示。
表3.1 系统I/O分配表
输入
输出
通道号
器件代号
功能
通道号
器件代号
功能
X0
SA2
自动-手动切换
Y1
KA1
油泵电机启动
X1
SB1
自动工作启动按钮
Y2
KA2
振动电机启动
X2
SB2
液压泵电机启动
Y3
KA3
输送带电机启动
X3
SB3
液压泵电机停止
Y6
HL3
电机故障报警
X4
SB4
振动电机启动
Y7
HL4
变频器故障报警
X5
SB5
振动电机停止
Y10
HA1
报警
X6
SB6
输送带电机启动
Y11
YV1
形成工作油路
X7
SB7
输送带电机启动
Y12
YV2
底板上升
X10
SB8
总停止按钮
Y13
YV3
底板下降
X11
SQ1
上压头到位
Y14
YV4
上压头上升
X12
SQ2
振动成型
Y15
YV5
上压头下降
X13
SQ3
脱模
Y16
YV6
装料小车左行
X14

底板、上压头复位
Y17
YV7
装料小车右行
X15
SQ5
料车左行
Y20
YV8
脱模
X16
SQ6
底板上升
Y21
YV8
料斗闸门打开
X17
SQ7
料车倒料
Y22
YV10
料斗闸门关闭
X20
SQ8
上压头下降
Y23
YV11
料车倒料
X21
SB9
底板上升按钮
输入
X22
SB10
底板下降按钮
通道号
器件代号
功能
X23
SB11
上压头上升按钮
X31
SB17
料车倒料按钮
X24
SB12
上压头下降按钮
X32
SB18
脱模按钮
X25
SB13
料车左行按钮
X33
SB19
报警复位按钮(5.4)钮
X26
SB14
料车右行按钮
X34
FR1、FR2、FR3
电机故障
X27
SB15
料斗闸门打开
X35
AC
变频器故障
X30
SB16
料斗闸门关闭

3.3 电气元件选型
3.3.1 异步电动机选型
当使用异步电动机时，由于电动机自身运行工况的改变等原因，需要对电动机的型号以及参数等环节进行考虑。
选择电动机容量的基本原则是：能带动负载，在生产工艺所要求的各个转速点长期运行不过热。
根据总体设计中对机械传动功率的要求，确定拖动用电动机功率。即知道机械传动的功率，可计算出所需电动机功率:
(3.1)

式中 P——电动机功率；
P1——机械传动轴上的功率；
——生产机械效率；
——电动机与生产机械之间的传动效率；
选择电动机容量时应考虑几点：电动机容量、起动转矩必须大于负载所需要的功率和起动转矩；电源电压下降10%~15%的情况下，转矩仍能满足起动或运行中的需要；如果电动机每次在最低频率运行的时间不长，则可以留用原有电动机；反之，如果在最低频率时连续运行的时间较长，则电动机的容量应提高一档[9]。
VBH系列电机最适合于潮湿、多尘、起停频繁、负载波动大等环境工作，根据砌块的工作特点以及运行时负载特性，振动电机和输送带电机都可选用此系列同型号电机，根据实际工作参数要求，选定2台VBH-40556-W，额定功率为5.5KW、额定电压为380V、频率50Hz、额定电流12.67A的电机为驱动电机。
根据选型规则，结合砌块成型机的实际情况，液压泵电机选用YB132S-4型电机。额定功率为5.5KW、额定电压为380V、频率50Hz、额定电流11.6A的四极笼型异步电动机作为砌块成型机的液压泵驱动电机。
3.3.2变频器的选型
⑴调速原理
变频器的功用是将频率固定(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)的三相交流电源。

图3.4 变频器结构示意图
如图3.4所示，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，当控制端STF与SD接通时，变频器启动工作，在本设计中，变频器随电机同时启停，因此在变频器主电路后，将端子STF与SD短接，AC为变频器自动报警开关。端子10、2、5接制动电阻。
由式(3.1)，可知当频率f连续可调时，电动机的同步转速也连续可调。
异步电动机的转子转速同步转速、转差率，之间的关系见式(3.2)。由式(3.3)可知异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些。所以，当连续可调时, 也连续可调。
(3.2)
(3.3)
由于磁极对数P不同的异步电动机在相同频率时的转速是不同的，所以即使
频率的调节范围相同，转速的调节范围也是各异的。
⑵异步电动机变频调速控制方式
变频器对电动机进行控制，是根据电动机的特性参数及电动机运转要求，进行对电动机提供电压、电流、频率进行控制达到负载的要求，因此就是变频器的主电路一样，逆变器件也相同，单片机的位数也一样，只是控制方式不一样，其控制效果是不一样的，所以控制方式是很重要的，它代表变频器的水平。目前变频器对电动机的控制方式大体可分为:U/f恒定控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制、非线性控制、自适应控制、滑模变结构控制、智能控制等。其中，前四种己获得成功应用，并有商品化产品。而前两种用得较多。
①U/f恒定控制
U/f恒定控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率、功率因数不下降。因为是控制电压(Voltage)与频率(Frequency)的比，称为U/f控制。此种控制方式比较简单，多用于节能型变频器，如风机、泵类机械的节能运转及生产流水线的工作台传动等。另外，空调等家用电器也采用此控制方式的变频器。
②转差频率控制
转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定输出频率。由于通过控转差频率来控制转矩和电流，与U/f控制相比其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，它有速度调节器，利用速度反馈速度闭环控制，速度的静态误差小，适用于自动控制系统，稳态控制，还得不到良好的动态性能。由于在转差频率控制中需要速度检出器，通常用于单机运转，即一台变频器控制一台电动机。
本设计中的输送带电机属于生产流水线的工作台传动电机，因此变频器对电动机控制方式属于改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压的U/f恒定控制。
⑶负载的分类
变频器的选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。电动机的功率与负载转矩和转速的积成比例为：
(3.4)
式中
P一功率(kW);
T一转矩((Nm);
一角速度(rad / s);
n一转速(r/min);
根据转矩T与转速n的关系，通常将生产机械负载分为三种类型：
①恒转矩负载
恒转矩负载(T为定值)，负载转矩T与转速无关，任何转速下T总保持恒定或基本恒定，即使转速变化，转矩也不大变化。例如挤压机、搅拌机、传送带等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。严格地说，只有U/f控制比为恒定，才能控制电动机的转矩为恒定。
②恒功率负载
恒功率负载(Tn为定值)，即转速越高，转矩越小。如卷取机、轧机、造纸机、机床主轴等。恒功率调速包含两种含义:
一是负载具有恒功率的转矩一转速特性恒功率的转矩一转速特性指的是负载在转速变化时需要电动机提供的功率为恒定。对此类负载进行凋速时，随着速度的变化，电动机应能满足负载的转矩要求。
二是电动机具有输出恒功率能力当电动机的电压随着频率的增加而升高时，若电动机的电压已经达到电动机的额定电压，继续增加电压有可能破坏电动机的绝缘。为此，在电动机达到额定电压以后，即使频率增加仍维持电动机电压不变。这样电动机所能输出的功率由电动机的额定电压和额定电流的乘积所决定，不随频率的变化而变化，即具有恒功率特性。
③平方转矩负载
平方转矩负载(T In，为定值)，即随着转速的降低，转矩也变小。在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度的平方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的二次方减小。这种负载所需的功率与速度的三次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。
由此可见，本设计中的输送带属于典型的恒转矩负载。
在交流调速系统设计中，在保证系统指标的前提下，应以系统结构简单、成本低、技术成熟、维护工作量小为目标来选择最佳的系统配置，应克服追求高新技术的系统配置，减少造成投资高、维护工作量大、复杂的技术储备型设计。在工程扩建和技术改造中选用变频装置的原则是，根据负载及工艺条件确定变频装置的控制算法，在保证系统的技术指标前提下尽可能减少工程投资。
对于连续运行的场合，由于变频器供给电动机的电流是脉动值比工频供电时电流要大,因此须将变频器的容量留有适当的余量。 应令变频器的额根据实际运行经验可按照以下原则设计以保证高的性能价格比:
①按负载类型选择调速装置。
负载变化时通常希望速度变化越小，系统工作越稳定越好，所以大多数负载希望静态速度误差越小，机械特性越硬越好。但也存在某些负载要求较软的机械特性如车、电梯等负载，当负载超重时为安全起见要求其速度自动地慢下来。
②考虑调速经济性，优先考虑设备投资，从两方面考虑。
一方面在符合系统调速要求条件下选择合适类型的调速装置，如风机、水泵、传送带等的一般性节能调速，考虑选用一般的U/f型SPMW(正弦脉宽调制)通用型变频器，毋需选择矢量控制或直接转矩控制变频器。另一方面应考虑设备性能价格比，在价格相近时应选择性能更优异的变频器。还应考虑调速系统的故障率，包括电动机本身、生产机械因调速系统故障而停工、修理，由此引起的损失往往超过调速装置本身价格的若干倍。在选择变频器型号时，应充分考虑变频器的性能和可靠性单纯考虑变频器价格是片面的。
⑷变频器的容量计算
①根据电动机电流选择变频器容量
变频器驱动异步电动机调速，在电机的容量确定并选定其型号以后，通常应根据电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值(最大值)来选择变频器。定输出电流>(1.05-1.1)电动机的额定电流(铭牌值)或电动机实际运行中的最大电流，见式3.5。
或 (3.5)
式中—变频器额定输出电流((A) ;
—电动机额定电流(A) ;
-电动机实际最大电流(A)
如按电动机实际运行中的最大电流来选择变频器时，变频器的容量可以适当缩小。
②容量选择注意事项
并联追加投入起动
用一台变频器使多台电动机并联运转时，如果所有电动机同时起动加速可按如前所述选择容量。但是对于小部分电动机开起后再追加投入其他电动机起动场合，此时变频器的电压、频率己经上升，追加投入的电动机将产生大的起动电流。因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。
大过载容量
根据负载的种类往往需要过载容量大的变频器，但通用变频器过载容量通常电流的1.33倍的变频器容量。
轻载电动机
电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小时，多认为可选择与实际相称的变频器容量。但是对于通用变频器，即使实际负载小，使用比按电动机额定功率选择的变频器容量小的变频器并不理想[10]。
砌块成型机输送带拖动电机的实际负载比电机的输出功率小，属于轻载电动机，所选用变频器的容量应与实际电动机额定功率相称。
⑸方案的选择及实现
对异步电动机，采用变频调速启动的方案，既改进了原先的控制方式，满足了生产工艺的要求，又不需要很大的设备投资，只需购进变频器，对其加以改造就可以投人使用。
考虑到输送带在生产过程中，起停较多，为得到更好的制动效果，设计中采用了制动电阻。制动电阻R主要是吸收电动机制动时所产生的再生电能。变频器正常运行时制动电阻R不接入，当变频器快停或变频器输出频率骤降时，电动机处于再生发电状态，此时再生电能向电