【正文】 2萬 開題日期 2020年 2月 20日 選題的根據(jù)： 科學(xué)技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，自動化技術(shù)成倍的提高了生產(chǎn)力。 。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。 PLC 的連接設(shè)計 。 （三）設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)要求： 根據(jù)張掖市錦世化工有限 公司重鉻酸鈉生產(chǎn)線上的酸化過程的設(shè)計的設(shè)計要求，包括酸化過程的酸化原理和參數(shù)、變頻器 、 PLC 選 擇依據(jù) ，并遵守電氣安全規(guī)程。 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。研究方法如下： （ 1）根據(jù)需要調(diào)節(jié)的 PH 值范圍選定 調(diào)節(jié)點。 (5) 完成論文答辯。 當(dāng)酸化液達到標(biāo)準(zhǔn)的酸度時打開電磁閥放出酸化液。采用該系統(tǒng)提供反應(yīng)液使酸化罐 的 PH 值的保持穩(wěn)定并平穩(wěn)過渡，方便地實現(xiàn)酸化系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控 。 該酸化過程的理論基礎(chǔ) 本設(shè)計是根據(jù)張掖市錦世化工有限公司 重鉻酸鈉 生產(chǎn)過程中的鉻酸鈉溶液的酸化系統(tǒng)自動控制改造進行設(shè)計的。（加注硫酸時沒有定量，而是根據(jù) PH試紙的顏色通過人工比對 ） 在加酸的過程中，操作人員不得離開工作現(xiàn)場，要密切注意加酸量及加酸速度，還要勤取樣、勤測試，其勞動強度較大，在測試的過程中操作人員使用 PH 試紙進行測試，而測試的結(jié)果是以個人的經(jīng)驗為主，測量誤差比較大。另外還可用干凈沒有雜物的取樣桶傾斜到料，如果料液出現(xiàn)渾濁和發(fā)黑表明其酸化率過高，如果料液淺紅色酸化率偏低，若料液清澈且顏色呈現(xiàn)深紅色其酸化指標(biāo)達到指標(biāo)范圍。 變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望 目前，變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的有效措施。因此，人 們便轉(zhuǎn)向應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、便于維護、價格低廉的交流電動機 。 在現(xiàn)代自動化控制領(lǐng)域中，以現(xiàn)代控制論為基礎(chǔ)，融入模糊控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等新的控制理論為高性能變頻調(diào)速提供了理論基礎(chǔ)；16 位、 32 位高速微處理器和專 用集成電路 (ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展，則為實現(xiàn)變頻調(diào)速的高精度、多功能提供了硬件手段。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，后者要解決硬、軟件開發(fā)問題 。 4）實現(xiàn)變頻器的特大容量化隨著電力電子技術(shù)的不斷 進步，控制容量將進一步增大， 7 使交流電機比直流電機的優(yōu)勢更加明顯 。所謂清潔電能變頻器是指變頻器的功率因數(shù)為 1，電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè) 的諧波分量很少。 而異步電動機轉(zhuǎn)速 ： )1(60)1( 11 sP fsNN ???? 式中 s 異步電機轉(zhuǎn)差率， 11 /)( NNNs ?? ，一般小 于 3%。市售通用變頻器多是交 直 交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖 21 所示， 圖 21 交 直 交變頻器的基本結(jié)構(gòu) 由主回路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路組成，現(xiàn)將各部分的功能分述如下： (1)整流器。所以又常稱直流中間環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。控制電路是變頻器的核心部分。圖 22為電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu)示意圖 圖 22 電壓型變頻器和電流型變頻器主電路基本結(jié) 構(gòu) 10 RS TVD1VD2 VD3 VD4 VD5VD6VD7 VD8 VD9VD10 VD11 VD12CF 1 CF 2RC 1 RC 2 RHRBVBV1 V2V3 V4V5 V6S L R L U V W交 — 直 變 換能 耗 電 路 直 — 交 變 換圖 23 變頻器主電路結(jié)構(gòu)圖 變頻器的分類及工作原理 變頻器的較詳細(xì)的工作原理還與變頻器的工作方式有關(guān)，通用變頻器按工作方式分類如下： （ 1） U/f控制。從電動機的轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電動機的實際運行速度加上該速度下電動機的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器的輸出頻率的控制方式。普通功能型變頻器適用于泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于位能性負(fù)載 11 ]7[ 。這是通過操作面板上的按鈕手動設(shè)置輸出頻率的一種操作方式。為了方便與輸出量為模擬電流或電壓的調(diào)節(jié)器、控 制器的連接，變頻器還設(shè)有模擬量輸入中端， 當(dāng)接在這些端口上的電流或電壓量在一定范圍內(nèi)平滑變化時，變頻器的輸出頻率在一定范圍內(nèi)平滑變化。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT）作為功率輸出器件。 ]9[ 變頻器有 2個作用，一是作為電機的軟起動裝置，限制電動機的啟動電流；二是改變異步電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)變頻調(diào)速 ，達到自動控制的目的 。圖中 PH測量儀傳感器用于 檢測酸化罐中酸化液的 PH 值，常裝設(shè)在酸化罐的中部，當(dāng)用 PH大于給定值時， PH測量儀傳感器的輸出電流在 4～ 20mA 的 14 范圍內(nèi)增加， PH 值測量儀傳感器的輸出電流 通過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后 輸入 PLC,采用變頻器的外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式，即 PLC 控制方式。由于接觸器功能較多，又具使用安全、維修方便、價格低廉等優(yōu)點，所以接觸器的應(yīng)用非常廣泛，有統(tǒng)計資料表明，電力系統(tǒng)總售電量 15 的一半以上是通過它分配到各種用電設(shè)備上去的。高通濾波器相反，濾低通高。此外， PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。 ，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。由于體積小 ， 很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。其中 FX S0 、 FXS1 型 PLC只是基本單元，不能擴展，輸入輸出點數(shù)在 10~30之間，用于要求不高、點數(shù)較少的場合。 模擬量輸入模塊的功能及與 PLC系統(tǒng)的連接 ]13[ FX N2 2AD是 2模擬量輸入模塊具有 2個通道，可同時接受并處理 2路模擬量輸入信號， 最大分辨率為 12位。 FX系列可編程控制器中 ， 與 PLC連接的特殊功能擴展模塊位置從左至右依次編號 （ 擴展單元不所示。 25V）。數(shù)據(jù)按二進制形式保存。實現(xiàn) PH值的穩(wěn)定。兩路 420mA隔離電流輸出，兩組可編程繼電器，一組清洗功能繼電器， RS485 通訊，標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 協(xié)議。當(dāng)液面達到 2/3 時液面?zhèn)鞲衅?L2 變?yōu)?ON， Y2 閥門打開，液體 B 流入酸化罐。仿真驗證可以發(fā)現(xiàn)程序的錯誤。 30 編寫一個簡單的梯形圖： 可以通過菜單欄啟動仿真： 也可以通過快捷圖標(biāo)啟動仿真： 31 上面兩種方式都可以啟動仿真，仿真窗口顯示運行狀態(tài)，如果出錯會有說明： 啟動仿真后程序開始模擬 PLC 寫入過程： 程序?qū)懭牒螅? 32 這時可以通過軟件元件測試來強制一些輸入條件 ON，進行仿真： 按照 以上的 的仿真方法及步驟對本設(shè)計仿真。 。因為仿真軟件被集成到編程軟件 GXDeveloper 中了，其實這個仿 真軟件相當(dāng)與編程軟件的一個插件。有 PH 測量儀 L3 的輸入，要考慮模擬量輸出模塊，經(jīng)綜合考慮選擇 三菱 224 型PLC,EM235 的輸入、輸出模塊。按下啟動按鈕 SB1，先是 YI 閥門打開，液體 A 流入酸化罐。該傳感器還具有體積小，重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的特點。工控機與數(shù)顯儀表的具體設(shè)置在 MCGS 組態(tài)軟件的設(shè)備窗口中完成的 ]19[ 。數(shù)據(jù)值按二進制形式保存。在輸出電纜的幅載短使用單點接地（ 3級接地：不大于 100歐姆）。1% 轉(zhuǎn)換 速度 15ms/通道 （ 常速 ） ]14[ FX2AD 模擬量輸入模塊有兩個輸入通道，可以接成電壓輸入，也可以接成電流輸入形式，其數(shù)字量和模擬量的比例關(guān)系如圖 41所示。模擬量擴展單元有單獨用于模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨用于數(shù) /模轉(zhuǎn)換的，也有兼具模 /數(shù)及數(shù) /模兩種功能的。 17 PLC的選擇 由于張掖市錦丗化工有限公司大部分硬件和軟件都是 三菱 的，所以選用 三菱 的 PLC。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。近年來 PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。一些使用冗余 CPU的 PLC的平均無故障工作時間則更長。 濾波器分很多種，作用各不相同，但總名稱上總體來說，當(dāng)然是過濾信號的。熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。 當(dāng) 按下停止按鈕 SB2，返回初始狀態(tài)。 變頻器發(fā)生故障的輸出信號，該兩端連接信號燈，以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵，輕故障用復(fù)位按鍵 12 復(fù)位，可重新啟動變頻器。 選用 FRF540 變頻器 ，F(xiàn)RF540變頻器 是用于控制三相交流電動機速度的變頻系列。這些端子的接通組合可通過機外設(shè)備，如PLC控 制實現(xiàn)。 變頻器與外界交換信息的接口很多，除了主電路的輸入與輸出接線端外，控制電路還設(shè)有許多輸入輸出端子，另有通信接口及一個操作面板，功能碼的修訂一般就通過操作面板完成。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。 （ 2）轉(zhuǎn)差頻率控制。有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。變頻器的控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路及保護電路等幾個部分。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。而交 直 交變頻器則是先把工頻交流電通過整流變成直流電。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每秒 50Hz。各國正在利用新一代高頻電力電子器件，如靜電感應(yīng)晶閘管 (SITH )，以及 IGCT 和 IECT，研發(fā)新一代高頻的電控裝置 。進一步可形成集散式 (DCS)變頻控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線 (FCS)變頻控制系統(tǒng)。 變頻調(diào)速未來的發(fā)展方向 交流變頻調(diào)速是強、弱電混合，機電一體的綜合技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換，又要處理信息的收集變換和傳輸。 近年來，高電流、大電流的 SCR、 GTO、 IGBT、 IGCT 以及智能模塊 IPM (Intelligent Power Module) 等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實。同時，電動機在實際應(yīng)用中，已由過去簡單的起?？刂?，以提供動力為目的發(fā)展為對其速度、位置、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)進行精確控制，使被驅(qū)動的機械運動符合預(yù)想的要求。 本設(shè)計的目的和意義 本設(shè)計的目的：就是將其改為基于 FX2N變頻器 的 PLC 變頻調(diào)速系統(tǒng)。 以上檢測為終點測試的 PH 值反應(yīng)現(xiàn)象。（含量 %，屬強酸，具有強腐蝕性），在攪拌的過程中，要嚴(yán)禁料液外溢。但是 張掖市錦世公司依然有部分落后生產(chǎn)工藝需要進行改造。 人們對工業(yè)自動化水平的要求越來越高，再加上自動化技術(shù)、控制技術(shù)迅速發(fā)展，以及 PLC 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，設(shè)計高性能、高要求、適應(yīng)不同領(lǐng)域的調(diào)速系統(tǒng)成為必然的趨勢。 將該酸化過程改為基于 FX2N變頻器的 PLC 變頻調(diào)速系統(tǒng) ，本設(shè)計有緒論、變頻器、 PLC、設(shè)計仿真等部分組成。 (3)收集需要的資料并進行正整理。FXN2在中國多 種 行業(yè)占據(jù)著絕對的主導(dǎo)地位。酸化過程依然靠人工采用 PH 試紙測量 PH 值來調(diào)節(jié)鉻酸鈉、 硫酸的進液量，調(diào)節(jié)的時效性較差，誤差較大，工序繁多，生產(chǎn)環(huán)境差，不 利 于生產(chǎn)效率的 提高，有必要進行改造，改善工作環(huán)境，進一步提高生產(chǎn)力效率。 （一）設(shè)計內(nèi)容要求： （ 2020 字左右） （ 10000 字左右） （ 1） PH 測量儀的技術(shù)參數(shù) （ 2）圖形資料 （ 3） 編成資料 （ 4） 仿真資料 （ 2020 字左右） （二）圖紙要求 圖紙標(biāo)題欄如下所示： 河西學(xué)院機電工程系電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 圖號 基于 FX2N變頻器的 PLC 變頻調(diào)速設(shè)計 比例 班級 （圖名） 日期 姓名 成績 學(xué)號 教師 標(biāo) 注：標(biāo)題欄各列寬度從 左到右依次為 15， 30， 95， 15， 25mm，各行寬度為8mm。 。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）作者簽名： 二○一○年 五月十五 日 3 目 錄 河西學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 河西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 摘 要 ......................................................................... 1 ABSTRACT ................