【文章內容簡介】 需要用測速元件，以測量轉子的瞬時狀態(tài)來確定轉子磁鏈的位置。從應用角度看，要提高傳動系統(tǒng)的控制精 度，就需要精確測量轉子的轉速，構成速度閉環(huán)控制 。但速度傳感器安裝要求高 , 機械調試工作量大 , 由于場地及空間的限制 , 有些裝置不允許安裝速度傳感器 , 于是近些年，許多公司紛紛推出無速度傳感器的高性能交流調速系統(tǒng)。它正能彌補這些不足之處。無速度傳感器的初始方法是實時檢測定子電壓和電流 , 再依據電機模型對轉速直接進行估算 , 用估算的值作為內部速度反饋量，完成高精度的速度控電氣傳動控制系統(tǒng) 12 制。因此提高轉速估算精度是該系統(tǒng)的關鍵。第三類是采用目前最先進的變頻控制理論 DTC 構成的交流傳動。 DTC 變頻器由 ABB 公司于上世 紀 90年代推出。它的控制思路簡單明了，控制性能卓越，幾乎達到了交流異步電機調速的完美程度。很快深入到工業(yè)應用的各個領域。 它擯棄了大量的矢量控制中坐標系變換的計算，直接以電機的磁場和力矩為目標進行控制，系統(tǒng)原理簡單明確。 理論和實踐都證明了異步電動機接受了變頻器饋入的 SPWM 電壓后 , 在定子繞組中得到的是連續(xù)的正弦電流 , 且三相正弦電流在三相定子繞組中會產生圓形的旋轉磁場 , 從而產生恒定的電磁轉矩。反過來 , 如果用跟蹤圓形旋轉磁場的方法來控制定子繞組輸入端的脈寬調制電壓 , 形成反饋、閉環(huán)控制 , 那么效果會比輸入 SPWM 電壓更好。這就是“ 電壓空間矢量控制 ” 思想，亦稱 “ 磁鏈跟蹤控制 ”。 DTC 控制著眼于定子側的磁鏈為被控對象，極大的簡化了矢量控制中的坐標變換計算。某一時刻的電壓空間矢量決定了該時刻的磁鏈空間矢量，每一個磁鏈空間矢量都要根據前一個矢量的位置單獨計算，由此形成的 PWM 輸出，就時時刻刻反映著電機的實際力矩。因為數據從采集到運算完輸出，僅經過 25微妙，所以變頻器的力矩可以快速的跟隨負載的變化而變化，始終保持轉速為給定值。 PWM 脈沖經過優(yōu)化后在取控制逆變橋，進一步改善了速度控制 過程中的指標。精確的電機模型直接輸出電機速度值，作為反饋量，使交流異步機調速系統(tǒng)也具有象直流機一樣的雙閉環(huán)調節(jié)過程，使交流調速達到了目前的最高控制水平。 現在各廠商為了適應市場的需求，都在不斷完善產品的控制性能和規(guī)格容量。其中 ABB 公司的變頻調速產品在控制原理方面涵蓋了上面提到的三個類別。有性能最好的 DTC 控制的，有現在市場大量存在的無傳感器磁通矢量控制的，還有恒壓頻比控制的。他們被分別定義為工業(yè)應用級，標準應用級， OEM 應用級和一般機械配套級。根據不同的系列，功率可以從 ，大到 。電壓可 以從 220V 三電氣傳動控制系統(tǒng) 13 相到 4160V 三相。其性能幾乎可以滿足當前工業(yè)應用中絕大多數的需求。 此外，還有一些國外知名品牌，雖然沒有 DTC變頻器，但矢量控制型變頻器應用的范圍也是很大的。 2 電氣傳動控制與 PLC 控制系統(tǒng)的應用 利用 PLC 控制的自動配料系統(tǒng) 基于 PLC 控制的自動配料系統(tǒng)通過在配料系統(tǒng)中引入數據自動采集、監(jiān)控以及變頻、組態(tài)技術，建立以 PLC 為控制核心的自動配料系統(tǒng)，能夠實現對配料成分進行精確計量的同時，為最終產品的生產效率與質量提供了保障。 作為精細化工生產過程中最為重要的工業(yè)環(huán)節(jié)，配 料工序的效率直接決定了產品的品質與質量。傳統(tǒng)工藝下的配料工序不僅效率低下，且通過人工配料的操作方式精度極其有限，因而嚴重制約了最終產品的質量。 可編程控制器（ PLC）的核心微處理器，通過將計算機技術與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)有機結合起來，能夠實現高度靈活、高可靠性的工業(yè)控制。為了進一步提高設備的自動化程度，越來越多的企業(yè)將 PLC 技術應用于其工廠設備中。通過對原有配料系統(tǒng)的技術改造，引入配料系統(tǒng)的數據自動采集、監(jiān)控以及變頻、組態(tài)技術完善并改進自動配料系統(tǒng)機構 [1]。在此基礎上，實現了稱重、配比、流量控制以及故障檢 測與報警的自動化，結合友好人機控制界面，在對配料成分進行精確計量的同時，為最終產品的生產效率與質量提供了保障。 1．自動配料系統(tǒng)的主要功能模塊及其原理 本文的研究對象將通過采取 PLC 以及變頻調速技術，結合組態(tài)軟件技術對傳統(tǒng)的配料系統(tǒng)進行技術升級。這里，傳統(tǒng)的模擬控制方式將被數字處理的方式所取代，封閉式鼠籠電機由可編程控制器控制變頻器進行拖動 [2]。通過組態(tài)軟件技術定制系統(tǒng)的控制平臺，并控制原輔料經過傳送帶進入配料系統(tǒng)。 電子皮帶秤及其稱重原理 電氣傳動控制系統(tǒng) 14 在配料系統(tǒng)中，電子皮帶秤將通過皮帶將系統(tǒng)需要的物料 進行稱重，并按照預先設定的比率與流量，將其運送到相應的功能模塊。電子電子皮帶秤是配料系統(tǒng)的主要組成部分，不僅能夠用于各種規(guī)則物體的稱重，同時也能夠實現對散裝配料的傳輸與稱重。 為電子皮帶秤的基本結構原理圖，由圖我們可以看出，物料在其上的傳輸方向是自左向右，依次經過落料區(qū)、稱重去以及出料區(qū)。由于皮帶自身也存在一定重量，這樣在稱重傳感器上就會有一個預加載的力。在未加入任何物料的時候，稱重傳感器上的預加載以及配重塊與皮帶作用于稱重托輥上的力相互平衡。這樣，便形成了電子皮帶秤的稱重零點，所有的稱重任務均是在此 基礎上進行的。 流量控制的實現 流量控制就是通過控制在一定時間內經皮帶運送的物料總量，其一般計算方式為流經皮帶的物料總量與時間的比值。實際上，電子皮帶秤通過脈沖信號來對物料進行流量的采樣。由計算機設定的計數器會定時采樣，并測算物料所經過的距離，通過這一程序，我們可以得到流量的瞬時值。 在確定了瞬時流量以及系統(tǒng)對流量的設定值后，根據這兩者之間的差額，系統(tǒng)需要對速度進行適當控制調節(jié)。在實際控制中，我們多采用已在工業(yè)控制中得到廣泛應用的 PID 算法進行調節(jié)控制。 PID 控制是指通過比例、微積分的算法控制來操控 流量的控制過程。 電氣傳動自動控制系統(tǒng)優(yōu)化設計方法研究 2. PLC 的工作原理及其應用 PLC 的工作原理 PLC 是一種專業(yè)用于工業(yè)控制的微型計算機系統(tǒng)，與一般的計算機系統(tǒng)類似， PLC也是由中央存儲器（ CPU）、存儲器、電源、輸入輸出元件、編程器以及外設等部分組成。一般將 PLC的運行過程大體分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行以及輸出刷新三個階段。在 PLC 的運行過程中，其 CPU 會控制系統(tǒng)重復執(zhí)行由此三階段組成的運行周期。在輸入的采用階段， PLC 將所輸入狀態(tài)以及數據通過掃描的方式一次讀取，然后將其存入 I/O 映象區(qū) 中。當進入用戶程序的執(zhí)行階段后， PLC 將按照一定的順序依次掃描并讀取用戶程序，并根據其邏輯運算的結果，對輸入點在 I電氣傳動控制系統(tǒng) 15 ／ O映象區(qū)以外的存儲數據進行刷新。此后， PLC 進入輸出刷新階段，該階段里，PLC 會通過 CPU 將 I/O 映象區(qū)內部對應的狀態(tài)數據對所有的輸出鎖存電路進行刷性，然后通過輸出電路驅動相應的外設執(zhí)行輸出結果。 3. 基于 PLC 控制的配料工藝原理 為了保證系統(tǒng)能正常有序的運行，必須對各執(zhí)行設備的運行狀況進行實時監(jiān)測與控制。即系統(tǒng)必須能夠在要求的時間內及時作出相應并完成控制模塊所規(guī)定的工作 [4]。因而 ，配料系統(tǒng)工作的準確運行不僅與 PLC 系統(tǒng)的邏輯信號處理的正確性相關，同時也有賴于其輸出結果的準確性。 系統(tǒng)的工藝現場設備包括電子皮帶秤體、速度傳感器、驅動電動機、傳感器、電機的控制變頻器、電磁閥以及三菱可編程控制器及其擴展模塊等。系統(tǒng)通過 PLC對關鍵部位，如電機、電磁閥以及變頻器等對象信息進行采集統(tǒng)計，經過系統(tǒng)輸入、處理、輸出，將信息通過上級監(jiān)控機，并對其進行必要的分析與處理，通過輸出控制信號控制調頻調試系統(tǒng)的工作，完成對系統(tǒng)的監(jiān)控及對監(jiān)控對象的運行控制。 將 PLC 輸出的數字量信號作為對變頻器的控制輸入信號 ，變頻器在接收到來自PLC 信號后根據其內容調整電機轉速的大小，并將其工作狀態(tài)信息通過反饋渠道傳送至 PLC。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，則傳感器將收集到的故障信息傳送到 PLC 及上級監(jiān)控系統(tǒng)，由其項變頻器發(fā)送電機的自我保護功能指令。 在精細化工生產過程的重要功能模塊，即自動配料系統(tǒng)。此系統(tǒng)以 PLC 為其控制核心，通過其對皮帶電動機以及變頻器的控制，能夠實現工藝過程的精細化以及控制過程的數字化，不僅有利于最終產品的質量控制，同時也實現了企業(yè)能源與原料資源的節(jié)省。 PLC 控制系統(tǒng)與智能化中央空調 可編程控制器由 于其在工業(yè)控制方面的應用意義日趨明顯，并在發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設備的電氣控制方面得到了廣泛的應用。它具有功能強大、使用可靠、維修簡單等許多優(yōu)點，并且在很多地方已逐步取代了繼電器電路的邏輯控電氣傳動控制系統(tǒng) 16 制。與此同時 ,智能化中央空調也正被廣泛地應用 ,在將其倆雙雙結合的情況下 ,不僅促進了科技的發(fā)展 ,也提高了人民生活水平。 隨著我國經濟的不斷發(fā)展，社會高度信息化，新的高科技技術不斷應用到各個方面中，使得智能化已成為一種發(fā)展的必然趨勢。智能化也往往是從設備自動化系統(tǒng)開始。本文主要針對我們本次的畢業(yè)設計《智能化小型 中央空調》闡述 PLC控制設計與智能化中央空調 (冷凍站 )系統(tǒng)的關系。 系統(tǒng)及工藝簡介 現介紹如下：我們本次的設計中有兩套中央空調系統(tǒng)，由三臺冷卻水泵、三臺冷凍水泵、一臺冷卻塔風機、兩臺冷水機組等主要設備組成兩套制冷系統(tǒng)（因系統(tǒng)小，冷卻塔功率大，實驗室要求等，本系統(tǒng)較一般兩套制冷系統(tǒng)不同的是兩臺冷水機組卻只選擇一個冷卻塔，經計算核定，這并不影響其效果）其中冷水機組是由設備生產廠成套供應的。根據本次設計的實驗室要求，我們選擇了 2*5 匹全封閉式壓縮機冷水機組。它一般是根據空氣調節(jié)原理及規(guī)律等 由微處理器自動控制。冷水機組由壓縮機、冷凝器與蒸發(fā)器組成。壓縮機把制冷劑壓縮，壓縮后的制冷機進入冷凝器，被冷卻水冷卻后，變成液體，析出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器進入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，然后冷凍水進入冷風機盤管吸收空氣中的熱量。 如此循環(huán)不已，把室內的熱量帶出，達到降低環(huán)境溫度的目的。因此，中央空調冷凍系統(tǒng)的工藝控制要求為： （ 1）測量冷凍水供回水溫度及流量，從而計算空調實際的冷負荷，根據實際的冷負荷來決定冷水機組的開啟臺數，達到最佳節(jié)能狀態(tài)。 （ 2）各設備的程 序聯動：啟動：冷卻塔風機 ——冷卻水泵 ——冷凍水泵 ——冷水機組。停止：冷水機組 ——冷凍水泵 ——冷卻水泵 ——冷卻塔風機。當其中一臺冷卻水泵 /冷凍水泵出現故障時，備用冷卻水泵 /冷凍水泵會自動投入工作。 （ 3）測量冷凍水系統(tǒng)供回水管的壓差 △ P=P1－ P2控制其旁通閥 (TV)的開口度，使其維持壓差。 電氣傳動控制系統(tǒng) 17 （ 4）因我們本次設計的實驗室的目的是為給同學們更形象生動的學習理解中央空調系統(tǒng)，所以設計過程中，我們還會考慮到在合適并重要的位置處裝上便于觀察制冷劑或水流情況的窺視鏡。 PLC 原理及應用 中央空調冷凍 系統(tǒng)的控制有 3 種控制方式：早期的繼電器控制系統(tǒng)、直接數字式控制器 DDC以及 PLC(可編程序控制器 )控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高，系統(tǒng)復雜，功耗高等明顯的缺點已逐漸被人們所淘汰，直接數字式控制器 DDC 雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展。但由于 DDC其本身的抗干擾能力問題和分級分步式結構的局限性而限制了其應用范圍。相反， PLC 控制系統(tǒng)以其運行可靠、使用與維護均很方便，抗干擾能力強，適合新型高速網絡結構這些顯著的優(yōu)點使其逐步得到廣泛的應用。 可編程控制器是計算機家族中的一員。于上個世紀中后葉被發(fā)明后， 在機床、各種流水線的輸送機械、發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設備的電氣控制方面得到了廣泛的應用，早期的可編程控制器被稱作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller） , 即簡稱為 PLC。 PLC 具有功能強大、使用可靠、維修簡便等許多優(yōu)點。對于傳統(tǒng)的繼電器電路來說，它難以實現復雜邏輯功能的和數字式控制，而且要實現一定規(guī)模的邏輯控制功能不僅設計繁瑣，難以實現升級，并易發(fā)故障，維修復雜，現在已被大中型設備的控制系統(tǒng)所拋棄。而 PLC 正被廣泛的應用并且已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。隨著 科學技術不斷的飛躍發(fā)展， PLC 也不斷得到完善和強大，同時它的功能也大大超過了邏輯控制的范圍，如聯網通信功能和自診斷功能等。因此今天這種裝置被我們稱作可編程控制器，不過我們還是習慣簡稱這種裝置為 PLC。 2 PLC 的體系結構 PLC 結構圖 電氣傳動控制系統(tǒng) 18 PLC 實質上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一致的。如圖 所示： 圖 PLC 硬件的基本結構 PLC 主要是模塊式的，包含 CPU模塊、 I/O 模塊等， PLC一端接傳感器，另一端接執(zhí)行器，從傳感器得到的數據經 PLC讀、運算等處理下達給執(zhí)行器，執(zhí)行器動作。PLC 相當于 繼電器的作用，其好處是可靠性高，自動化程度高、可進行網絡化等。 PLC 的選型及設置 為 了滿足以上所介紹的空調工藝要求，整個控制系統(tǒng)需要可編程序控制器的輸入、輸出點分別是 112 點和 32點，其中模擬量輸入、輸出為 6點和 4點。根據 PLC 的I/O 原理使用原則，即留出一定的 I/O 點以做擴展時使用，以及系統(tǒng)設計中實際所需的 I/O 點數。選用華光電子工業(yè)有限公司的 SU－ 5/B 型。主機： SU－ 5/B；輸入模塊： U－ 25N、 U－ 01AD；輸出模塊： U－