【正文】 5 交 直 交變頻器主電路 ........................................................................... 16 變頻器的參數(shù)介紹 .................................................................................. 17 變頻器的選型及硬件配置 ...................................................................... 18 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ii 可編程控制器（ PLC） ..................................................................................... 19 可編程控制器的作用 .............................................................................. 19 可編程控制器的特點(diǎn) .............................................................................. 20 PLC 的基本結(jié)構(gòu)框圖 ............................................................................... 21 S7200 系統(tǒng)概述 ...................................................................................... 22 電磁流量傳感器 ................................................................................................ 23 冷凍站鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 ............................................................ 24 結(jié)構(gòu)圖說明 .............................................................................................. 24 PLC 外部接線圖 ....................................................................................... 25 變頻 /工頻切換電路 ................................................................................. 27 4 系統(tǒng)軟件介紹 ............................................................................................................... 29 閉環(huán)控制與 PID 控制 ........................................................................................ 29 模擬量閉環(huán)控制的組成 .......................................................................... 29 變送器的選擇 .......................................................................................... 29 閉環(huán)控制反饋極性的確定 ...................................................................... 30 PID 控制的特點(diǎn)與原理 ...................................................................................... 30 PID 控制器參數(shù)的調(diào)節(jié) ............................................................................ 31 系統(tǒng)流程圖 ........................................................................................................ 32 結(jié)論 .................................................................................................................................. 35 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 36 致謝 .................................................................................................................................. 37 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 引言 煤礦凍結(jié)法鑿井是利用傳統(tǒng)的氨循環(huán)制冷 技術(shù)來完成的，其工藝過程包括凍結(jié)站安裝；鉆孔施工；井筒凍結(jié)核井筒掘砌四大內(nèi)容，其鑿井是屬高耗能技術(shù)，凍結(jié)過程中要耗費(fèi)大量的電能及水資源，長期以來，由于人們?cè)谠O(shè)計(jì)、操作中忽視了節(jié)能問題，僅僅在電能發(fā)面的浪費(fèi)就相當(dāng)嚴(yán)重?？梢哉f變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)利國利民、有 廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。 變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)綜合現(xiàn)代電氣技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制的先進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于水泵節(jié)能和恒壓供水領(lǐng)域。還提到了對(duì)于電動(dòng)機(jī)、變頻器、 PLC 的結(jié)構(gòu)和型號(hào)選擇等相關(guān)方面。 凍結(jié)站三大循環(huán)系統(tǒng)中的水泵和壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備都是三相異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)系統(tǒng)的控制實(shí)際上就是對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。由于變頻器可實(shí)現(xiàn)大的電動(dòng)機(jī)的軟停、軟起，避免了啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊，減少電動(dòng)機(jī)故障率，延長使用壽命，同時(shí)也降低了對(duì)電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。低溫鹽水在凍結(jié)管中沿環(huán)形空間流動(dòng)時(shí)，吸收其周圍巖層的熱量，使周圍巖層凍結(jié)，逐漸擴(kuò)展連成封閉的凍結(jié)圓筒（凍結(jié)壁）。國外在煤礦中凍結(jié)深度最深的是波蘭的盧布林 l 號(hào)井副井，成井 ，凍結(jié)深度 725m。凍結(jié)法建井施工系統(tǒng)由氨循環(huán)系統(tǒng)、鹽水循環(huán)系統(tǒng)、清水循環(huán)系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。目前的鹽水循環(huán)系統(tǒng)都是采用三 相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)離心式水泵帶動(dòng)整個(gè)管路中的鹽水進(jìn)行循環(huán)。到現(xiàn)在，我國已有 200 多家公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作?；痣姀S的各種動(dòng)力設(shè)備中，泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載的耗能占絕大部分?？梢哉f變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)利國利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新 技術(shù)。眾所周知，風(fēng)機(jī)和泵改用調(diào)速傳動(dòng)后可節(jié)約大量電力。大量的統(tǒng)計(jì)調(diào)查表明，一些在運(yùn)行中需要改變工況而要求進(jìn)行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費(fèi)的主要原因，通常是由于采用了不合適的調(diào)節(jié)方式。圖 2l 為不同調(diào)節(jié)流量方法的特性曲線。轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是，通過改變水泵的全揚(yáng)程來適應(yīng)用戶對(duì)流量的需求。而水泵的供水功率 PP是根據(jù)實(shí)際供水揚(yáng)程和流量算得的功率，是供水系統(tǒng)的輸出功率。 當(dāng)流量?Q =60％時(shí)，效率由 C 點(diǎn)決定，它和 ?Q =100％時(shí)的效率 (由 A 點(diǎn)決定 )是相等的。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第 3 個(gè)方面 。大家都知道，從發(fā)電廠送出去的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每秒 50 周。 變頻器的控制方式 本設(shè)計(jì)采用 SAMCOVMO5SPF 系列變頻器，變頻的工作方式采用恒壓頻比的控制方式：異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速主要由電源頻率和極對(duì)數(shù)決定，改變電源頻率，就可進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，及時(shí)進(jìn)行寬范圍的調(diào)速運(yùn)行，也能夠獲得足夠的轉(zhuǎn)矩。 鹽水泵變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn) 節(jié)能效果顯著 水泵采用變頻調(diào)速，其軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電功率將以轉(zhuǎn)速 的立方減少，因而有顯著的節(jié)能效果。電磁流量計(jì)型號(hào) ZJLDG300SM2F11030(DN300)，額定量程 30000m/h，標(biāo)準(zhǔn)電流420mA 輸出 ,電源由 220V交流供電或者是 24V直流供電。 （ 2）按級(jí)數(shù)分類：單極泵 多級(jí)泵 。 泵 的 類 型 ， A 或 B 或 C 分 別 表 示 葉 輪 外 徑 經(jīng) 過一 、 二 、 三 次 切 割多 級(jí) 泵 的 級(jí) 數(shù) ， 若 為 單 極 泵 ， 就 不 標(biāo) 出新 產(chǎn) 品 標(biāo) 出 楊 程 數(shù) ， 有 時(shí) 在 該 值 前 標(biāo) 出 流 量 ，兩 值 前 加 以 橫 線 隔 開 。根據(jù)需要也可生產(chǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的泵，但訂貨時(shí)應(yīng)特殊提出。葉輪經(jīng)過靜平衡校驗(yàn)，用軸套和兩側(cè)的軸套螺母固定，其軸向位置可以 通過軸套螺母進(jìn)行調(diào)整，葉輪的軸向力利用其葉片的對(duì)稱布置達(dá)到平衡 。實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的前提； 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子之所以會(huì)旋轉(zhuǎn)、是因?yàn)檗D(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。從水泵的規(guī)格性能表中初步選擇幾種規(guī)格的水泵，在根據(jù)管道的具體布置情況，同時(shí)求出水泵的工作點(diǎn)看其工況點(diǎn)是否落在泵的高效區(qū)內(nèi)。 故它主要用于容量較大的低速拖動(dòng)系統(tǒng)中。 本次設(shè)計(jì)的選用的變頻器的主電路為交 直 交變頻器。如圖33所示 從電路結(jié)構(gòu)上看，如果把三相負(fù)載看成三相整流變壓器的三個(gè)繞組，那么三相橋式逆變電路猶如三相橋式可控整流電路與三相二極管整流電路的反并聯(lián)，其中可控電路用來實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變，不可控電路為感性負(fù)載電流提供續(xù)流回路，完成無功能量的續(xù)流和反饋，因此 VD1～ VD6稱為續(xù)流二極管。由于基本參數(shù)是各類型變頻器幾乎都有的，完全可以做到觸類旁通。如采用手動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，根據(jù)負(fù)載特性，尤其是負(fù)載的起動(dòng)特性，通過試驗(yàn)可選出較佳曲線。 (5) 偏置頻率 其用途是當(dāng)頻率由外部模擬信號(hào)（電壓或電流）進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可用此功能調(diào)整頻率設(shè)定信號(hào)最低時(shí)輸出頻率的高低，有的變頻器當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為 0%時(shí)，偏差值可作用在 0～ fmax 范圍內(nèi)，有的變頻器（如明電舍、三墾）還可對(duì)偏置極性進(jìn)行設(shè)定。 三肯系列通用變頻器介紹 :三墾通用變頻器采用 /Uf恒定控制方式和無速度傳感器矢量控制方式，通過電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)測定功能進(jìn)行電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)測量，實(shí)現(xiàn)無速度傳感器矢量控制。FLASH 和 JPI 為版本升級(jí)用端子 ； TRA 和 TRB、 RXR 為 RS485 電阻端； AOUT1 和 AOUT2 為模擬信號(hào)輸出端子 ； DO DO2 和 DO3 為多功能輸出端子，分別控制：運(yùn)轉(zhuǎn)中、頻 率一致和過負(fù)載預(yù)報(bào)信號(hào)往開路集電 極傳送 ； U、 V、 W 是 三相交流電輸出端子。 l％，與前幾代變頻器相比，在指令響應(yīng)和負(fù)載響應(yīng)性能方面都有提高； IHF/IPF 系列變頻器還具有 /Uf控制方式，以供選擇使用；最新一代 SAMCOvm05 系列通用變頻器采用了最新的科研成果，整體性能上又有了新的飛躍 。 (6) 頻率設(shè)定信號(hào)增益 此功能僅在用外部模擬信號(hào)設(shè)定頻率時(shí)才有效。 (3) 電子熱過載保護(hù) 本功能為保護(hù)電動(dòng)機(jī)過熱而設(shè)置，它是變頻器內(nèi) CPU 根據(jù)運(yùn) 轉(zhuǎn)電流值和頻率計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的溫升，從而進(jìn)行過熱保護(hù)。通常用頻率設(shè)定信號(hào)上升、下降來確定加減速時(shí)間。如果脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，脈沖的面積和正弦波形等效，則為 SPWM調(diào)制。 電壓型是將電壓源 性質(zhì) 的直流變換為交流的變頻器， 直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電容 。由于 把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)較易控制，因此，在頻率的調(diào)節(jié)范圍，以及改善變頻后電動(dòng)機(jī)的特性等方面，都具有明顯的優(yōu)勢。 選用電動(dòng)機(jī)應(yīng)從電源的容量，電壓和水泵的軸功率、轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)方式考慮，具體進(jìn)行配套時(shí)可根據(jù)水泵 容量來選擇。 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，因此稱作是三相異步電動(dòng)機(jī)。 14Sh9A 型水泵參數(shù)介紹： 流量 1332m3/h 楊程 56m 必須氣蝕余量 轉(zhuǎn)速 1450r/min 電機(jī)功率 257KW。葉輪經(jīng)過靜平衡檢驗(yàn)，用軸套和兩側(cè)的軸套螺母固定，其軸向位置可以通過軸套螺母進(jìn)行調(diào)整，葉輪的軸向力利用其葉片的對(duì)稱布置達(dá)到平衡，可能還有一些剩余軸向力則由軸端的軸承承受。供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的液體。 （ 4）按主軸安放情況分類：臥式泵 立式泵 斜式泵 . 離心泵的命名方式 泵的性能介紹 流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送出去的液體量。利用通信總線，可以將變頻器的運(yùn)行狀態(tài)以及實(shí)時(shí)流量信息傳送給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 調(diào)速性能好，控制方式靈活 可以非常平滑的調(diào)整風(fēng)量，便于運(yùn)行人員對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行調(diào)整和控制。普通功能的變頻器采用這種控制方式，適用于調(diào)速要求不高的風(fēng)機(jī)，泵類場合。 而 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 )1(60)1( 11 spfs