【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)機(jī)，選用鼠籠型電機(jī)就可以滿足要求。濟(jì)南華力貝爾機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 YJTG 三相變頻調(diào)速電機(jī)專門(mén)為變頻調(diào)速設(shè)計(jì)可以根據(jù)技術(shù)要求訂貨設(shè)定其額定電壓為380V 額定功率為 100Kw。 變頻器的選型 變頻器是電機(jī)的供能設(shè)備，合理選擇變頻器關(guān)系到電機(jī)能否正常工作為汽包供水。由電機(jī)的選型可以知道電機(jī)在 50Hz 三相交流電下工作時(shí)電機(jī)的功率大約是 100Kw，當(dāng)三相交流電動(dòng)機(jī)在基頻以下工作時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出工作，而此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)小于額定轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)的輸出功率也會(huì)小于額定功率，同時(shí)由于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩保持不變，其工作電流同在 50Hz 三相交流電下工作時(shí)電流基本一致。根據(jù)以上的分析選我們可以選擇羅克韋爾公司的 1336PlusII 系列1336FB150 型號(hào)的變頻器。給變頻器可以輸入 380V480V 50/60Hz 三相交流電，輸出 380480V 三相交流電并通過(guò)控制信號(hào)控制其輸出頻率，其容量是 149Kw，可以滿足設(shè)備功率要求。該型號(hào)變頻器具有豐富靈活的控制接口，可以通過(guò)控制信號(hào)方便地改變變頻器的工作特性。設(shè)計(jì)時(shí)將變頻器連接在 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上， 就可以利用 PLC 控制變頻器的輸出電壓和頻率。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件選型18 接觸器的選型接觸器是系統(tǒng)中用到的重要開(kāi)關(guān)設(shè)備，接觸器的合理選擇能保證交流電動(dòng)機(jī)能夠準(zhǔn)確及時(shí)的啟動(dòng)、停止。根據(jù)以上分析三相交流異步電機(jī)的最高工作電流是工作于 50Hz 交流電壓下，其工作電流為： ()105238KwAv??因此根據(jù)設(shè)計(jì)的要求浙江宏立電器有限公司生產(chǎn)的 HLC3X 系列空調(diào)接觸器主要適用于 50Hz 或 60Hz、在 AC7b 使用類別額定工作電壓為 230V 或480V 時(shí)額定電流至 40A 電路中，適用于起動(dòng)和控制三相交流電動(dòng)機(jī)(壓縮機(jī))及其它三相負(fù)載，選擇五套該類型接觸器同時(shí)帶動(dòng)一臺(tái)電機(jī)可以滿足設(shè)計(jì)要求。 熔斷器的選型由于系統(tǒng)的主要耗電設(shè)備是電動(dòng)機(jī)，因此系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)電流大約在150A 左右，當(dāng)系統(tǒng)異常工作是可能導(dǎo)致工作電流變大因此可設(shè)定工作電流為 200A 時(shí)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。浙江中泰熔斷器有限公司生產(chǎn) XRNT12 型限流熔斷器型額定電流可以設(shè)定為 200A，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 功率三極管的選型 為了能使 PLC 輸出的數(shù)字量能夠控制接觸器的通斷我們?cè)O(shè)計(jì)如下電路：山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件選型19 接觸器線圈2 2 0 V A CP L C 數(shù)字量輸出圖 接觸器控制線路當(dāng)PLC數(shù)字量輸出為高電平時(shí)三極管導(dǎo)通工作于飽和狀態(tài)，接觸器線圈上電使接觸器觸點(diǎn)閉合，否則PLC數(shù)字量輸出為低電平時(shí)三極管截止工作于截止?fàn)顟B(tài)，接觸器線圈失電通過(guò)二極管續(xù)流，使接觸器觸點(diǎn)斷開(kāi)。浙江省杭州富陽(yáng)市奧星電子有限公司I3DD5686型功率三極管最大工作電流超過(guò)5A，完全可以滿足工作要求。 PLC 及相關(guān)模塊的選型 PLC 我們選擇羅克韋爾公司 Logix5000 系列，該系列 PLC 性能穩(wěn)定，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求靈活的選擇相關(guān)模塊，而且使用 RS Logix5000 組態(tài)軟件進(jìn)行梯形圖程序設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況建立標(biāo)簽，避免了對(duì) PLC 直接按照地址尋址造成的麻煩和錯(cuò)誤。該系統(tǒng)需要輸入或輸出的模擬量有：給水流量信號(hào)、水位信號(hào)、蒸汽流量信號(hào)、變頻器給定信號(hào)，需要輸出的數(shù)字量有：接觸器通斷信號(hào)、報(bào)警信號(hào)。因此只要選擇一個(gè)模擬量輸入模塊1756IF6I、一個(gè)數(shù)字量輸出模塊 1756OB16D 就可以滿足要求，此外由于PLC 還要通過(guò)以太網(wǎng)同上位機(jī)通信，通過(guò) DeviceNet 控制變頻器因此還需要兩個(gè)通信模塊 1756ENET、1756DNB/A，另外還要選擇電源模塊和山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件選型20CPU 模塊 1756L1M2，選擇 7 槽 PLC 底座，此外我們還需要選擇一臺(tái) PC機(jī)作為上位機(jī)完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控操作功能。綜上所述我們可以得到硬件設(shè)備的清單如表 所示。表 硬件設(shè)備清單設(shè)備名稱 型號(hào) 額定電壓 額定電流 額定功率 數(shù)量三相電機(jī) YJTG 380VAC 61A 40Kw 2變頻器 1336FB150 380VAC 149Kw 1功率三極管 I3DD5686 2PLC CPU模塊Logix5000 220VAC 1模擬量輸入模塊1756IF6I 1數(shù)字量輸出模塊1756OB16D 1以太網(wǎng)通信模塊1756ENET 1DeviceNet通信模塊1756DNB/A 1PC 機(jī) 220VAC 1接觸器 HLC3X 380VAC 5熔斷器 XRNT12 3A 3水位傳感器 PTP601 24DCV 3流量傳感器 LUGB99 24DCV 2山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件選型21據(jù)以上硬件選型我們可以繪制系統(tǒng)的硬件配置圖如圖 所示。 C P U 電源1 7 5 6 L 1 M 21 7 5 6 E N E T 1 7 5 6 I F 6 I1 7 5 6 D N B / A1 7 5 6 O B 1 6 D上位機(jī)變頻器傳感器接觸器以太網(wǎng) 交換器圖 硬件配置圖PLC 的電源模塊為其他各個(gè)模塊提供電源，上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)聯(lián)入PLC 的以太網(wǎng)模塊與之通信，并可以對(duì) PLC 進(jìn)行監(jiān)控，PLC 的 CPU 塊負(fù)責(zé) PLC 的數(shù)據(jù)處理和通信，模擬量輸入模塊將來(lái)自傳感器的檢測(cè)信號(hào)傳入PLC，DeviceNet 模塊通過(guò) DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)控制變頻器，數(shù)字量輸出模塊主要控制開(kāi)關(guān)設(shè)備的通斷。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件選型22 硬件工作原理 變頻器工作原理變頻器從電網(wǎng)接收工頻 50Hz 的交流電，經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)制變換方法，將輸入的工頻交流電變換成為頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的交流電輸出到交流電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行 [5]。將工頻交流電變換成為可變頻的交流電輸出的變換方法主要有兩種：一種稱為直接變換方式，又稱為交—交變頻方式，它是通過(guò)可控整流和可控逆變的方式，將輸入的工頻電直接強(qiáng)制成為需要頻率的交流輸出，因而稱其為交流—交流的變頻方式。另一種稱為間接變換方式，又稱為交流直流交流變頻方式。三相交流電引入整流裝置通過(guò)整流器得到直流電，對(duì)直流電利用可控開(kāi)關(guān)器件控制其導(dǎo)通次序、開(kāi)關(guān)頻率、導(dǎo)通時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)壓的效果。常規(guī)的控制方式只能得到階梯波形的輸出電壓，高次諧波分量較多，不利于電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。采用 SPWM 技術(shù)，按照有關(guān)算法控制逆變電路的觸發(fā)信號(hào)，即控制可控開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通角度按正弦規(guī)律變化，這樣變頻器實(shí)際輸出的電壓是一系列寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖，這種電壓波形中含有的高次諧波分量少，經(jīng)過(guò)濾波后可以等效為正弦電壓波形，這樣可以極大地提高變頻器的控制效果能夠使電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。 PLC 工作原理 PLC （Programmable Logic Controller）中文全稱為可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件選型23一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。典型的 PLC 結(jié)構(gòu)圖可以表示為圖 所示。輸入接口輸出接口C P U 電源圖 PLC 結(jié)構(gòu)圖 電源模塊分別為輸入接口、CPU、輸出接口提供直流電源。輸入接口將外部輸入的數(shù)字量、模擬量送入 CPU，CPU 根據(jù)所編程序完成相應(yīng)的運(yùn)算并由輸出接口輸出給外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制的目的。其工作過(guò)程可以分為如下三個(gè)階段： （1）輸入采樣階段在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映像區(qū)中相應(yīng)的單元內(nèi)。 （2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件選型24線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映像區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映像區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。（3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照 I/O 映像區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)254 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體線路設(shè)計(jì)首先我們需要三相電源為系統(tǒng)供電，由電源插頭引入，同時(shí)通過(guò)過(guò)流保護(hù)裝置以保證電流過(guò)大時(shí)能夠及時(shí)斷電，以確保安全不造成設(shè)備的損壞，正常情況下設(shè)備正常工作不會(huì)發(fā)生電流過(guò)大的現(xiàn)象，只有在出現(xiàn)故障時(shí)才有可能發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象此時(shí)才需要進(jìn)行斷電以確保安全。對(duì)于需要 220V 交流電壓工作的設(shè)備可以連入三相電源中的任意一相與中性線之間的 220V交流電壓下。例如 PLC 就是采用 220V 交流電工作，因此按照上述方式連接就可以直接接入任意一相與中性線之間的 220V 交流電壓下。此外還要引入地線在需要接地的地方保證可靠接地確保安全。由于系統(tǒng)內(nèi)各種傳感器等設(shè)備需要直流電壓才能正常工作，因此還需要一個(gè)整流裝置將它的交流輸入側(cè)連入任意一相與中性線之間的 220V 交流電壓下并對(duì) 220V 交流電進(jìn)行整流穩(wěn)壓，然后輸出穩(wěn)定的直流電壓，直流輸出側(cè)可以為各個(gè)直流設(shè)備提供直流電壓保證各個(gè)設(shè)備穩(wěn)定、有效、安全的工作。由于我們選用的是交直 交變頻器 [6]因此應(yīng)當(dāng)首先應(yīng)該將 380V 三相交流電連入變頻器的 LLL3 三個(gè)端子輸入供變頻器整流，逆變后的是頻率、電壓變化的三相交流電通過(guò)接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)連入三相異步電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)回路為其工作提供電源，并通過(guò)變頻器調(diào)頻調(diào)壓從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而改變汽包的送水流量對(duì)汽包水位進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)直接將由電網(wǎng)引入的三相電通過(guò)另一接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)連入三相異步電機(jī)的定子側(cè)回路，此時(shí)電機(jī)工作于工頻 50Hz 三相交流電山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)26下以用來(lái)在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)或其他情況下使用。但兩個(gè)接觸器不能同時(shí)閉合，否則將會(huì)發(fā)生事故。根據(jù)以上所訴我們?cè)O(shè)計(jì)總體電器線路如圖 所示。電源插頭ANCB過(guò)流保護(hù)地線Q S 1總電源K M 1P E2 2 0 V2 4 V 1 2 V0 V2 4 V 0 V 1 2 V變頻器P EL 1L 3L 2UWVK M 2K 1M信號(hào)輸入A 1C 1B 1N 1C 2B 2A 2C 2B 3A 2C 3N 3N 4B 2 W 1 U 1 V 1 Q S 2Q S 3Q 1Q 2P EJ 1J 0J 2 P ED e v i c e N e t圖 總體電氣線路圖根據(jù)該設(shè)計(jì)可以得到供電線路接線如表 所示。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)27表 供電線路接線表腳號(hào) 信號(hào)代號(hào) 信號(hào)名稱 所連設(shè)備 備注A B C N ACP3 三相電源電源插頭 經(jīng)開(kāi)關(guān) QS1 到過(guò)流保護(hù)裝置三相供電設(shè)備A1 B1 C1 N1 ACP3 三相電源 過(guò)流保護(hù)裝置 保護(hù)設(shè)備PE GND 接地線電機(jī)外殼 傳感器接地線接地保護(hù)A2 B2 C2 ACP3 三相電