plc和变频技术在离心风机调速控制系统中的应用正文

plc和变频技术在离心风机调速控制系统中的应用正文内容摘要：

39。 n ，风量 Q 、风压 H 及轴功率 P 的变化关系： 图 5 QH 曲线 图 6 风阻特性曲 39。 Q =Q )/( 39。 nn （ 4） 239。 39。 )/( nnHH  （ 5） 339。 39。 )/( nnPP  （ 6） 上面的公式说明， 风量与转速成正比。 风压与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。 变频调速时电动机的机械特性：变频调速时，为了使电动机的运行性能好，励磁电流和功率因数应基本保持不变，即希望气隙磁通  也保持不变，若 N ( N 为额定运行时的磁通 )，将引起电机磁路过分饱和而使励磁电流增加，功率因数降低；若 N ，将使电机的容许输出转矩下降，电机的功率得不到充分利用，因此变频调速一般应使气隙磁通保持不变。 6 离心风机主电路 三台大容量的离心风机 (1, 2, 3)根据工作状态的不同，具有变频、工频两种运行方式，因此每台离心风机均要求通过两个接触器分别与工频电源和变频电源输出相联。 QS1, QS2, QS3, QS4分别为主电路、变频器和各电机的工频运行控制开关， KM1， KM2， KM3为三台风机工频运行时的交流接触器， KM4，KM5， KM6为三台风机变频运行时的交流接触器， FR1, FR2, FR3为工频 和变频运行时的电机过载保护用热继电器，变频运行时由变频器也可实现电机过载保护。 变频器的主电路输出端子 (U, V, W)经接触器接至三相电动机上，当旋转方向与工频时电机转向不一致时，需要调换输出端子 (U, V, W)的相序，否则无法工作。 主电路见图 7所示。 图 7 离心风机主电路图 离心风机的控制电路 控制电路的设计中，必须要考虑弱电和强电之间的隔离问题。 为保护 PLC 设备，PLC 输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是在 PLC 输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，通过中间继电器控制接触器线圈的得电 /失电，进而控制电机或者阀门的动作。 通过隔离，可延长系统的使用寿命，增强系统工作的可靠性。 控制电路之中还要考虑电路之间互锁的关系，这对于变频器安全运行十分NL1L2L3R S TU V WF U 1Q S 1 Q S 2 Q S 3 Q S 4K M 1 K M 2 K M 3K M 4 K M 5 K M 6F R 1 F R 2 F R 3M1 M2 M33~ 3~ 3~变频器 7 重要。 变频器的输出端严禁和工频电源相连，也就是说不允许一台电机同时接到工频电源和变频电源的情况出现。 因此，在控制电路中，对各风机电机的工频 /变频运行接触器作了互锁设计；另外，变频器是按单台电机容量配置，不允许同时带多台电机运行，为此对各电机的变频运行也作了互锁设计。 为提高互锁的可靠性，在 PLC 控制程序 设计时，进一步通过 PLC 内部的软继电器来做互锁。 出于可靠性及检修方面的考虑，设计了手动 /自动转换控制电路。 通过转换开关及相应的电路来实现。 电气控制线路图见图 8 所示。 图 8 离心风机控线制路图 8 3 硬件设计 压力传感器的选择 本系统是将传感器安装在矿井中，通过实时检测矿井内的压力 ,换算出与设定压力之间的调整值，通过变频器自动调节到合适的离心风机转速，从而使矿井内压力达到设定的压力值。 根据系统的具体情况，选定 MPX2020 压阻式压力传感器 ， 压阻式压力 传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件。 它是在单晶硅基片上用扩散工艺制成一定形状的应变元件，当受到压力作用时，使应变元件的电阻率发生变化，电阻变化引起电路输出电压发生变化。 压阻式传感器的特点有：易于小型化、易于集成化、灵敏度高、测量范围宽、频率响应宽、工作可靠寿命长、受压力影响大。 压阻式压力传感器广泛应用于流体压力、压差的测量。 PLC 的选择 主控设备 PLC 选择．国内外各种 PLC 资料看．充分考虑工业离心风机工作状况和本控制系统的特点以及现有条件，最终选择松下电工 FP0 系列 PLC 产品。 FP0 系列 PLC 的特点 FP0 系列 PLC 在小机壳内汇聚了先进的功能和优异的表现，包括脉冲捕捉，两路脉冲输出， PID， PWM，高速计数，网络通信，模拟量设定和时钟功能等。 主机单元是集成了 CPU，电源 (AC)，输入输出单元的独立模块，可单独使用也可以和扩展单元任意组合使用，最多可配置 3 个扩展模块。 I/O 点可以从最少的10 点扩展到最多的 128 点。 使用时可根据实际情况进行适当的组合。 主机和扩展单元都有专门的扩展接口，在扩展时可以直接连接，不需要连接电缆。 本设计根据需要，主模块选用 FP0C32，扩展模块选用 FP0E16， A/D 转换模块采用FP0A80 模块。 PLC 控制系统设计流程 PLC 控制系统的设计步骤附录 1 所示， 在本系统的设计中，使用了一个主 模块，一个扩展模块，一个 A/D 转换模块，共使用 19 个输入口， 12 个输出口，在I/O 口的使用上，充分考虑了系统在以后扩展的需要，对一些有特殊用途的端口如 A/D 转换模块的接口尽量不用或者少用。 为了提高系统的可靠性，在软件设计时除了编制正常工作下的自动控制程序外，还在 PLC 中编制了手动控制程序，这样做较之以往的控制系统有三个好处：第一，可以在系统安装完成后，对各个设备进 行单个调试，以检查设备是否工作正常；第二，可以在系统自动控制程序 9 出现错误时，用手动方式在 PLC 上控制系统的运行；第三，当系统工作单元如电机出了故障时，可以手动切换出现故障的电机，使之停止运行，把没有故障的电机切换入系统保证系统正常运行；正是因为有这些好处，在 PLC 上用了 12 个输入口实现对手动控制程序的支持，从而大大提高了系统可靠性。 PLC 模块接线图如图 9 所示， I/O 分配表如表 1 所示 [4]。 图 9 PLC 接线图 10 表 1 I/O 分配表 X0 系统启动 Y0 电源指示灯 X1 系统停止 Y1 压力过高指 示灯 X2 变频器信号输入 Y2 接变频器 VRF 端 X3 压力传感器 1 信号输入 Y4 变频器报警 X4 压力传感器 2 信号输入 Y5 电机线圈过热报警 X5 压力电偶传感器信号输入 YA 1风机工频运转 X6 连接上位机 YB 1风机变频运转 X8 1风机工频选择 YC 备用系统 X9 1风机变频选择 YE 2风机工频运转 XA 1风机启动 YF 2风机变频运转 XB 1风机停止 Y22 3风机工频运转 XC 2风机工频选择 Y23 3风机变频运转 XD 2风机变 频选择 XE 2风机启动 XF 2风机停止 X20 3风机工频选择 X21 3风机变频选择 X22 3风机启动 X23 3风机停止 变频器容量的确定及型号选择 变频调速是通过变频器来实现的，对于变频器的容量确定至关重要。 合理的 容量选择本身就是一种节能降耗措施。 根据现有资料和经验，比较简便的方法有三种： (1) 电机实际功率确定发 首先测定电机的实际功率，以此来选用变频器的容量。 (2) 公式法： 设安全系数取 ，则变频器的容量 PB 为： PB = cosy (kW) （ 7） 式中， PM 为电机负载； HM 为电机功率。 计算出 PM 后，按变频器产品目录可选出具体规格。 In 为第 n 台电动机的额定电流， n 为电机的台数。 在任何情况下，都不能在连续使用时超过额定电流 [5]。 (3) 电机额定电流法变频器 变频器容量选定过程，实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程，最常。