【正文】 當(dāng)我遇到困難時(shí)，他們給了我許多好的建議和無私的幫助。 PID雖然控制起來了，但恒溫控制卻實(shí)現(xiàn)不了，好幾個(gè)老師都要我改變方案，把它改裝過。 圖 61 PID恒溫控制系統(tǒng)實(shí)物圖 36 結(jié) 論 經(jīng)過兩個(gè)月的 畢業(yè)設(shè)計(jì) ，基本上完成了 PID恒溫控制的課題， 本課題完全實(shí)現(xiàn)了溫度顯示和恒溫控制，經(jīng)過檢驗(yàn) ，控制顯示的溫度，與實(shí)際的溫度差在 5度范圍內(nèi)變化不定，雖說誤差比較大，但能夠控制到這個(gè)水平已經(jīng)是不錯(cuò)了。） Pr14 適用負(fù)載選擇 0～ 3 1 風(fēng)機(jī)類負(fù)載應(yīng)該屬于低轉(zhuǎn)矩負(fù)載，所以選擇 1 Pr73 模擬量輸入選擇 0/1/10/11 1 端子 2輸入， 0～ 5V無極性 Pr77 參數(shù)寫入選擇 0～ 2 0 僅限于停止時(shí)可以寫入，防止在運(yùn)行狀態(tài)下誤寫入?yún)?shù) Pr78 反轉(zhuǎn)防止選擇 0～ 2 1 不可反轉(zhuǎn)，因?yàn)楣娘L(fēng)機(jī)只有正轉(zhuǎn)才能正常鼓風(fēng) Pr79 運(yùn)行模式選擇 0～ 7 4 外部／ PU組合運(yùn)行模式 2，由面板啟動(dòng)，外部調(diào)節(jié)運(yùn)行。 空調(diào)里制冷時(shí)的反饋信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)正作用原理如圖55（ a）所示，偏差與操作量（輸出頻率）之間的關(guān)系如圖 65（ b） 所示。 測(cè)量值階跌變化時(shí)的動(dòng)作示例 如圖 62所示 。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使 用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器， PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成，其中： 比例（ P）調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。 INT 為積分器輸出端，按積分電容 CINT。 POL 為負(fù)極性指示的驅(qū)動(dòng)端。 ICL7107 的數(shù)字電路顯示如圖 53 所示 。 電路的調(diào)節(jié)：本電路的調(diào)節(jié)，首先是調(diào)節(jié)電位器 VR4使運(yùn)放 2腳的輸入電壓為 +1V，然后用一個(gè)電橋進(jìn)行其他電位器，把電橋調(diào)到 1K，然后將兩端接到原本接鉑電阻的兩個(gè)端子上，然后調(diào)節(jié) VR1 是輸出電壓為零為止，再調(diào)節(jié)電橋，讓其電阻為 500℃時(shí)的電阻 ，調(diào)節(jié) VR VR3 使輸出電壓為 5V。 第二部分是由鉑電阻 Rt 與電阻 R1 經(jīng)過運(yùn)放 LM324 的 U1B構(gòu)成的線性放大電路，24 本電路的關(guān)鍵電路就在這里 。若將電壓／電流輸入切換開關(guān)設(shè)為“ I”（電流輸入規(guī)格）進(jìn)行電壓輸入，若將開關(guān)設(shè)為“ V”（電壓輸入規(guī)格）進(jìn)行電流輸入，可 能導(dǎo)致變頻器或外部設(shè)備的模擬電路發(fā)生故障。 擴(kuò)充 PID，柔性 PWM 鼓風(fēng)機(jī)組 系統(tǒng)屬 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載 ，低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對(duì)便宜的 U/f 控制變頻器。 ⑥ 變頻器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，與工頻電源相比，會(huì)降低輸 出容量 10％～ 20％，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動(dòng)機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積。因此，選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變15 頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率變壞。 （ 2）加減速時(shí)變頻器的選擇： 變頻器的最大輸出轉(zhuǎn)矩是由變頻器的最大輸出電流決定的。應(yīng)注意：6 極以上的電動(dòng)機(jī)和變極電動(dòng)機(jī)等特殊電動(dòng)機(jī)的額定電流比標(biāo)準(zhǔn)電流大，不能根據(jù)適用電機(jī)功率選擇變頻器容量。 （ 3） 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載 在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度 n 的 2 次方成正比。變頻器拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。 (3) 不同調(diào)控方式的比較 圖 3－ 2 不同調(diào)節(jié)方式下功率消耗比較 圖 3－ 2給出了不同調(diào)控方式時(shí)風(fēng)量和軸功率的關(guān)系。 圖 3－ 1 變頻調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)機(jī)的性能曲線 變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能原理： 如 圖 3－ 1中曲線 1和 2表示調(diào)速時(shí)的壓力 流量曲線，曲線 3和 4表示節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)管路阻力特性曲線，曲線 5表示恒速時(shí)功率 流量曲線，設(shè) A 點(diǎn)為風(fēng)機(jī)最大工況點(diǎn)。因此， 生產(chǎn) 工程中 若 需經(jīng)常調(diào)節(jié)風(fēng)量的鼓風(fēng)機(jī)，應(yīng)選擇合適的調(diào)節(jié)方式，以降低能耗。 由于 f1fN是， U1/f1=常數(shù)， Φ m基本不變，因此各種轉(zhuǎn)速下的滿載轉(zhuǎn)矩 T=CTΦ mI2Ncosφ 2基本不變。 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載 電動(dòng)機(jī)在各種不同轉(zhuǎn)速下滿載運(yùn)行時(shí)，如果允許輸出的功率相同，則這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速；如果允許輸出的轉(zhuǎn)矩 相 同，則這種調(diào)速方法稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 。其定 義為：在某一機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)有理想空載到滿載時(shí)的轉(zhuǎn)速差與理想空載轉(zhuǎn)速之百分比，即 %10000 ??? n nn f? δ越小，穩(wěn)定性越好。 （ 3） 調(diào)速的平滑性 調(diào)速的平滑性由一定調(diào)速范圍內(nèi)能得到的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)來說明。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級(jí)調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn) 差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，且成本高而影響它的推廣價(jià)值。 圖 2－ 2 變頻器恒溫控制系統(tǒng)框圖 在此次 設(shè)計(jì)中 ， 由于 在市場(chǎng)上 購(gòu)買能夠供熱氣的熱 鼓 風(fēng)機(jī) 價(jià)格昂貴， 所以 我們 在系統(tǒng)的實(shí)物設(shè)計(jì)中對(duì)加熱這一塊做了改變， 我們的思路是在恒溫箱中直接用熱電爐加熱，通過鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)的大小來排出箱子中的熱氣，如果箱子中溫度高，變頻器頻率增大，是電機(jī)轉(zhuǎn)速增加鼓風(fēng)量就加大，使熱氣排出量加大，溫度下降。 (3) 控制機(jī)構(gòu)：恒溫控制系統(tǒng)一般安裝在供氣控制系統(tǒng)柜中，包括供氣控制器 PID變頻器和電子電控設(shè)備兩部分。該變頻器將溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供氣供水場(chǎng)所。隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)采取要么直接從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi)外結(jié)合，即在自行設(shè)計(jì)制造的成套裝置中采用外 國(guó)進(jìn)口或合資企業(yè)的先進(jìn)變頻調(diào)速設(shè)備，然后自己開發(fā)應(yīng)用軟件的辦法，很好地為國(guó)內(nèi)重大工程項(xiàng)目提供了電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的解決辦法，適應(yīng)了社會(huì)的需要。由于利用 PLC 還要利用模擬 PID 調(diào)節(jié)的恒溫控制，其算法需要查表轉(zhuǎn)換，比較復(fù)雜 ， 單片機(jī)的恒溫控制系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，而且不是很穩(wěn)定。本電路經(jīng)濟(jì)、可靠，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中需要恒溫的地方，一般均能適用。 在日常生活中，人們 也 經(jīng)常碰到需要控制溫度的問題。 27 6 PID 功能簡(jiǎn)介及系統(tǒng)的設(shè)置與調(diào)試 18 操作面板及其功能介紹 14 4 三菱變頻器的簡(jiǎn)要介紹 9 變頻器的分析和選擇 3 2 PID 變頻恒溫系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 1 變頻恒溫系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 課 題 摘 要 本 課題的設(shè)計(jì)是 根據(jù) 工業(yè)生產(chǎn)上和社會(huì)生活中需要恒溫控制的 要求，設(shè)計(jì)了一套基于 PID 變頻調(diào)速恒 溫 系統(tǒng)。 6 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 6 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo) 16 三菱變頻器 FRE740 簡(jiǎn)介 23 電壓電流轉(zhuǎn)換電路 29 PID 基本構(gòu)成及功能概述 32 PID 恒溫控制系統(tǒng)接線圖 例如，冬天做面包時(shí)，酵母菌發(fā)酵緩慢，甚至不能發(fā)酵，這時(shí)，人們常采用加熱的方法提高發(fā)酵溫度，但若 經(jīng)驗(yàn)不足，溫度提得過高，則容易把酵母菌殺死。 對(duì)于不同場(chǎng)所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測(cè)溫元件、測(cè)溫方法以及對(duì)溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時(shí)效不同，則對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同。所以我們采用了 變頻器 PID 自動(dòng)計(jì)算控制， 集合電子電路來 實(shí)現(xiàn)恒溫 控制。總之，雖然國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成績(jī)，但是總體上來說國(guó)內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱，對(duì)國(guó)外公司的依賴還很嚴(yán)重 。可以看出，目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào) 速在恒壓恒溫控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的兼容性閉環(huán)控制研究還不夠深入。 PID 變頻控制器是整個(gè)變頻恒溫供氣控制系統(tǒng)的核心。如果箱子中溫度低， 變頻器控制頻率為零或者很小，使 鼓風(fēng)機(jī)不用鼓風(fēng)或者 鼓小風(fēng)，讓溫度迅速上升。下面重點(diǎn)分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點(diǎn)。級(jí)數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。 靜差率與機(jī)械特性的硬度有關(guān)。 不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)此 的要求往往不同。 ② f1fN時(shí)為恒功率調(diào)速。 （ 1） 離心風(fēng)機(jī)的工作原理及特性 ： 單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)的工作原理是 ， 原動(dòng)機(jī)通過軸驅(qū)動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，氣流由進(jìn)口軸向進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪后變成徑向流動(dòng)被加速，然后進(jìn)入擴(kuò)壓腔，改變流動(dòng)方向而減速，這種減速作用將高速旋轉(zhuǎn)的氣流中具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能（勢(shì)能），使風(fēng)機(jī)出口保持穩(wěn)定壓力。當(dāng)風(fēng)量需從 Q1減少到 Q2時(shí)，如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)法，工況點(diǎn)由 A到 B，風(fēng)壓增加到 H2，由圖中可看出軸功率 P2下降，但減少的不太多。 其中可以看出 變頻調(diào)節(jié)的離心鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)范圍很廣，在節(jié)能上有顯著效果， 通過對(duì)變頻調(diào)節(jié)方式的原理與特點(diǎn)的分析 ，鼓風(fēng)機(jī)調(diào)控方式的選擇， 從 節(jié)能 方面和 對(duì)風(fēng)量、風(fēng)壓要求前提下，從流量變化范圍、風(fēng)機(jī)功 率大小、調(diào)節(jié)裝置的技術(shù)復(fù)雜程度、可靠性及投資等方面綜合考慮，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，作出合理的選擇。如果需要在低速下穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)的散熱能力，避免電動(dòng)機(jī)的溫升過高。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的 2 次方減小。因此，用標(biāo)準(zhǔn) 4 極電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的連續(xù)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，變頻器的容量可根據(jù)適用電動(dòng)機(jī)的功率選擇；對(duì)于用 6 極以上和變極電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載、變動(dòng)負(fù)載、斷續(xù)負(fù)載和短路負(fù)載，變頻器的容量應(yīng)按運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。一般情況下，對(duì)于短時(shí)間的加減速而言，變頻器允許達(dá)到額定輸出電流的 130%~150%（依變頻器容量而定）。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加 10％而溫升會(huì)增加 20％左右。 ④ 使用變頻器驅(qū)動(dòng) 齒輪減速電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤(rùn)滑方式的制約。 ⑦ 對(duì)于壓縮機(jī)、振動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的負(fù)載和油壓泵等有峰值負(fù)載情況下，如果按照電動(dòng)機(jī)的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象。 由于購(gòu)買一臺(tái)變頻器比較昂貴，學(xué)校又有兩種型號(hào)的變頻器可以借，其中有三菱變頻器和亞泰變頻器，都可以用與本系統(tǒng)。 內(nèi)置 ModbusRTU協(xié)議 21 操作面板及其功能介紹 （ 1） 變頻器的面板及功能介紹 :變頻器所有參數(shù)設(shè)置 都 是在操作面板上進(jìn)行 ,下圖就是操作面板的各部分的名稱及功能介紹。 由于鉑電阻的阻值和溫度之間存在非線性關(guān)系 (尤其在高溫段更為明顯 ) ， 因此 ， 對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性校正是高精度測(cè)溫不可缺少的環(huán)節(jié) 。調(diào)節(jié)好后方可裝上鉑電阻溫度傳感器。 圖