毕业论文-基于plc的鼓风机的变频调速系统

毕业论文-基于plc的鼓风机的变频调速系统内容摘要：

把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到异步电动机的变频调速控制 12 特性，如图 5 所示。 如果电动机在不同的转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升容许的条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。 在基频以下，属于“恒转矩调速”的调速，而在基频以上，基本上属于“恒功率调速”。 图 5 异步电动机变频调速控制特性 调速控制风量的节能原理 与风门控制风量方式相比 ,采用调速控制风量有着明显的节能效果。 通过图 1 的风机特性曲线可以说明其节能原理。 图中，曲线 1 为风机在恒速 n1 下的风压 —— 风量（ HQ） 特性；曲线二为管网风阻特性 (风门开度全开 )。 设工作点为 A ,输出风量 Q 1 为 100% ,此时风机轴功率 N 1 同 Q 1 与 H1的乘积即面积 AH1 OQ1 成正比。 根据工艺要求，风量从 Q1 降至 Q 2 有两种控制方法。 ( 1 ) 风门控制。 风机转速不变，调节风门 (开度减小 )，即增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线 3，系统工作点由 A 移到 B。 由图 6 可见，此时风压反而增加，轴功率 N2与面积 B H2 OQ 2 成正比，大小与 N 1 差不多。 ( 2 ) 调速控制。 风 机转速由 n1 降到 n2 ,根据风机参数的比例定律，画出转速 n2 下的风压 风量 ( HQ )特性 ,如曲线 4。 工作点由原来的 A 点移到 C 点。 可见在相同风量 Q 2 的情况下，风压 H3 大幅度降低，面积 CH3 OQ 2 也显著减少；节省的功率损耗△ N 同 Q 2 与 △ H 的乘积面积成正比，因而节能效果十分明显。 13 图 6 节能原理图 变频调速控制的优点 变频控制的优点除节能外，还有以下几点 : ( 1 ) 精确的速度控制。 变频器输出频率的精确度和分辨率都达到 0. 01 Hz。 也就是说， 1对磁极的电动机 ,转速可以以每分钟不到 1 转的速率调节。 因此 ，在工厂中可以根据物料流量的变化，精确地控制风机风量，既保证物料不堵不掉 ，又保证可靠的运行在最低转速，达到尽可能大的节能效果。 ( 2 ) 软起动。 变频器输出频率可以连续地从 0到 50 Hz 之间变化，变化速率可以根据工艺要求设定，因此高压风机可以实现软起动。 通常高压风机容量都较大 ( 45 kW 以上 ) ,直接起动时冲击电流很大 ( 5～ 7 倍额定电流值 ) ，造成对电网的干扰，同时对电网容量的要求也相应增加；即使安装 附加的起动装置 ，冲击电流仍然相当大。 而软起动是平稳的，没有冲击电流，从根本上解决了大容量电动机的起动问题。 ( 3 ) 完善的保护功能。 变频器的保护功能很强，在运行过程中能随时监测到各种故障，显示故障类别 (如电网电压降低，缺相，模块过热，过载，直流过电压，欠电压等 )，并立即封锁输出电压。 这种自我保护的功能，不仅保护了变频电源，还保护了电机不被损坏。 ( 4 ) 操作简单可靠。 变频器操作十分简单，通过按键就能设置各种参数、完成起动和停机操作，特别是简化了风机起动的操作过程。 由电网 直接供电的电动机 —— 风机传动系统，启动前必须将风门全部关闭，待起动完成后，再将风门逐渐打开至适当的位置 (该位置必须有相当的“风量欲量”，不可能适度 )。 而对变频器 —— 电动机 —— 风机的传动系统，风机风门始终在全开位置，不需要调 14 节风门，只要操作按钮就能完成起动和精确的速度控制。 变频控制除上述优点外，还降低了电机的损坏率，延长了使用寿命，这同样也是一种节能，为厂家间接带来了经济效益。 推广应用变频调速控制技术，提高经济效益，节约能源，已刻不容缓。 变频器选型原则 （ 1） 变频器类型的选择 目前市场上的变 频器，大致可分为三类。 1)通用型变频器通常指没有矢量控制功能的变频器，也称简易变频器。 2)高性能变频器通常指配备矢量控制功能的变频器。 3)专 用变频器专门针对某种类型的机械而设计的变频器，如水泵、风机用变频 器，电梯专用变频器，起重机械专用变频器，张力控制专用变频器等。 在此选择三菱 FRE500 系列的变频器 （ 2）变频器选择原则 变频器在选型时其匹配的功率应比鼓风机电机铭牌功率高些，节电效果会比相同的功率匹配好。 为了最大程度的节电，鼓风机应做到升频时快速达到高频高速，降频时快速达到低频低速 ,然后恒频低耗 运转。 等同的功率匹配，会使变频器较难有效控制鼓风机电机快速升频或降频 ,这两个阶段耗时较多，从而削弱了节电效果。 如功率选高些，可使变频器牵制鼓风机电机快速升频或降频，减少了这两个阶段的电耗，并且在鼓风机的低频运转阶段频率还可再低些，节电效果会更加突出，一般情况下变频器功率高出鼓风机电机铭牌功率 10%－ 20%，即可达到良好的效果。 [6] 注意限制起动电流 容量大的电动机，每相绕组的匝数较少，电感量较小。 故电流的脉动幅度和起动瞬间的冲击电流较大，起动过程中的加速电流也较大。 因此，有必要采取如下对策。 1)在变 频器和电动机之间接入输出电抗器，如图 7 中的 L0 ， L0 可对冲击电流起 缓冲作用，以保护变频器。 15 图 7 接入输出电抗器 2)起动时的 U/f 比应预置得小一些。 3)加速时间和减速时间应预置得长一些，在设备要求快速起动和快速停机的情况下，变频器的容量不宜选得太小。 [7] 变频器的接线 (1) 变频器主电路的接线 主电路的基本接线变频器主电路的基本接线如图 8所示。 应注意几点：。 R、 S、 T是变频器的输入端，接电源进线，可不分相序。 U、 V、 W是变频器的出端，接线时千万要搞清这一点，万一将电源进线接到了 U、 V、 W端，则不管哪个逆变管导通，都将引起两相间的短路而将逆变管迅速烧坏，如图 9所示。 图 8 主电路接线 16 图 9 电源接错的后果示意图 KM 的触头来控制变频器的运行和停止，应该使用控制面板上的操作键或接线端子上的控制信号来控制变频器的启、停。 ，最好用调换变频器输出端相序的方法（也可调换电动机的接线）不要用调换控制端子 FWD 或 REV 的控 制信号来改变电动机的旋转方向。 （ 2）变频器控制电路的接线 变频器的控制电路大体可分为模拟量控制和开关量（或称数字量）控制两种。 a．模拟量控制线模拟量控制线主要包括：输入侧的给定信号线和反馈信号线；输出侧的频率信号线和电流信号线。 模拟量信号的抗干扰能力较低，因此必须使用屏蔽线。 屏蔽层靠近变频器的一端，应接控制电路的公共端（ COM），而不要接到变频器的地端（ E）或大地，如图 10所示。 屏蔽层的另一端应该悬空。 布线时还应注意遵守以下原则：一是控制线要尽量 远离主电路 100mm 以上；二是尽量不要和主电路交叉，如必须交叉时，应采取垂直交叉的方式。 b．开关量控制线如启动、点动、多挡转速控制等的控制线，都是开关量控制线。 一般来说，模拟量控制线的接线原则也都适用于开关量控制线。 但开关量的抗干扰能力较强，故在距离不远时，允许不使用屏蔽线，但同一信号的两根线必须相互绞在一起。 且绞合间距离应尽可能小。 （小于 20 米）如果操作台离变频器较远，应该先将控制信号转变成能远距离传 送的信号，（中间加装信号转换及放大电路）再将能远距离传送的信号转变成变频器所要求的信号。 17 c．变频器的 接地所有变频器都专门有一个接地端子 E，用户应将此端子单独与大地相接。 即当变频器和其他设备，或有多台变频器一起接地时，每台设备都必须分别和地相接，如图 11 所示；不允许将一设备的接地端和另一台设备的接地线相接后再接地，如图 12所示。 接地线的线径不小于。 [8] 图 10 屏蔽接线法 图 11 正确接地 图 12 错误接地 18 PLC 的选型 PLC 从结构上分， 可 分为固定式和组合式（模块式）两种。 固定式 PLC 包括CPU 板、 I/O 板、显示面 板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 PLC 的主要特点 （ 1） 可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。 而且 PLC 采用了许多硬件和软件抗干扰措施。 硬件方面 : ，在微处理与 1/0 电路之间采用光电隔离减少外部干扰源对 PLC 的影响。 ，对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，减少高频干扰。 且有些模块还设置了连锁保护、自诊断电路等。 软件方面 :。 件 故障条件出现时，立即把状态重要信息存入指定存储器，禁止对存储器进行任何不稳定的读写操作，以防止存储器信息被冲掉。 这样，一旦外界调节正常后，便可以恢复故障发生前的状态，恢复原来的工作。 （ 2） 编程简单、使用方便目前大多数 PLC 采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。 一些 PLC 还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。 （ 3） 设计安装容易，维护工作量少。 功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。 本系统选用松下 FP0 型的 PLC，点数为 32 点。 PLC 和变频器对系统的控制原理 变频运行时，利用 PLC 实现数据采集、过程控制和变频调节鼓风机 的转速。 过程参数送至 PLC，在 PLC 内进行 A/D 转换。 当实际压力低于设定压力时 ,根据偏差进行 PID 数据处理，通过 D/A 转换后发出指令，使变频器输出频率升高，增加鼓风机转速 ,两台 风机最大流量无法满足要求时，备用风机变频启动 ,并联运行 ,使实行压力达到设定压力要求；反之则逆运行，使压力在波动时保持稳定。 其控制流程框图如图 15 所示。 [10] 19 图 13 PLC变频控制原理图 I/O 口的分配 下面是鼓风机与变频器组 成的系统的 I/O口分配 输入设备 输入地址 输出设备 输出地址 工频（ SA1） X0 接触器 KM1 Y0 压力传感器 X1 接触器 KM2 Y1 电源通电（ SB1） X2 接触器 KM3 Y2 正转起动按钮（ SB2） X3 正转起动端 Y3 反转起动按钮（ SB3） X4 反转起动端 Y4 电源断电按钮（ SB4） X5 蜂鸣器报警 Y5 变频制动按钮（ SB5） X6 指示灯报警 Y6 电动机过载（ FR） X7 电动机过载指示灯 Y7 变频故障 X10 20 外部接线 PLC 与变频器的外部接线如下图所示： 图 14 PLC与变频器的外部接线 图 4 系统软件设计 梯形图程序 梯形图程序如下： 21 程序说明 （ 1）合上空气开关，接通电源。 在 PLC 中输入程序。 （ 2）将转换开关 SA1 拨向“工频”，按下电源通电按钮 SB1，鼓风机在工频状态下运行。 （ 3）当收到压力信号需要鼓风机变频时，开关 SA1 拨向“变频”，鼓风机开始变频运行。 （ 4）可以通过开关 SB SB3控制鼓风机的正反转。 （ 5）故障处理： 如果变频器因故障而跳闸，报警后，操作人员应立即将 SA1拨向“工频”位置，这时输入继电器 X0 动作，一方面使控制系统投入工频运行方式；另一方面使 Y5和 Y6 复位，停止声光报警。 （ 6）可以通过调节频率设定器 RP使鼓风机处于不同的频率运行。 5 变频器的抗干扰 在变频器的输入和输出电路中，除较低次的谐波成分外，还有许多频率很高的谐波电流，这些谐波电流除了增加输入侧的无功功率、。