畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-基于plc的變頻恒壓供水控制(編輯修改稿)
2025-07-07 21:24 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 箱體式、模塊式和平板式3種。工作原理：CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試及寫輸出等等內(nèi)容。循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)：（1）掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。（2）輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過程中的一個(gè)周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。（3）對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。（4）各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點(diǎn)。 在讀輸入階段，CPU對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入映像寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映像寄存器。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變——輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個(gè)周期的輸入階段才被集中讀入。 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別PLC梯形圖與繼電器控制電路圖非常相似，主要原因是 PLC梯形圖大致上沿用了繼電器控制的元件符號(hào)和術(shù)語(yǔ)，僅個(gè)別之處有不同。同時(shí)，信號(hào)的輸入/輸出形式及控制功能也基本上是相同的，但是PLC的控制與繼電器的控制又有根本的不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）邏輯控制繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有4——8對(duì)觸點(diǎn)。因此，靈活性和擴(kuò)展性很差。而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱為“軟接線”。因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。（2）工作方式電源接通時(shí)，繼電器控制電路中各個(gè)繼電器都同時(shí)處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)該吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而在控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過程中，屬于串行工作方式。（3）可靠性和可維護(hù)性繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高。PLC還配有自我監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便。從以上幾個(gè)方面的比較可知，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便。但是在很小的系統(tǒng)中使用時(shí)，價(jià)格要高于繼電器系統(tǒng)。第二章 變頻器 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。主要由整流（交流變直流）、濾波、再次逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器。它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?，然后用電子元件?duì)直流電進(jìn)行動(dòng)作變?yōu)榻涣麟姟Ｒ话愎β瘦^大的變頻器用可控硅，并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置，使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中。變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 （1）整流電路 整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。整流電路一般都是單獨(dú)的一塊整流模塊. （2）平波電路 平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)，為了抑制電壓波動(dòng)采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓(電流)，一般通用變頻器電源的直流部分對(duì)主電路而言有余量，故省去電感而采用簡(jiǎn)單電容濾波平波電路。 （3） 控制電路 現(xiàn)在變頻調(diào)速器基本系用16位、32位單片機(jī)或DSP為控制核心，從而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。 變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝置。提供控制信號(hào)的回路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構(gòu)成:頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”。運(yùn)算電路的控制信號(hào)送至“驅(qū)動(dòng)電路”以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路 變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)拒控制、PID或其它方式 （4）逆變電路 逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時(shí)間使上橋、下橋的功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互差120176。電角度的三相交流電壓。低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。 （1）U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式。其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 （2）電壓空間矢量（SVPWM）控制方式。以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。 （3）矢量控制（VC）方式。量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流ImIt1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直
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