【文章內(nèi)容簡介】 。為了電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻及一些輔助電路。逆變電路最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用 6個(gè)半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三橋式逆變電路。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?，F(xiàn)代變頻器控制電路的核心器件是微型計(jì)算機(jī)，全數(shù)字化控制為變頻器的優(yōu)良性能提供了硬件保障 。圖 32為電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 32 電壓型變頻器和電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu) (a)電壓型變頻器主電路； (b)電流型變頻器主電路 電源 M~ 電動(dòng)機(jī) 平 滑 電 容 + M~ 電動(dòng)機(jī) 平滑電感 電源 （ a） （ b） 11 Fig23 Voltage frequency changer and current mode frequency changer main circuit basic structure (a) voltage frequency changer main circuit； (b) current mode frequency changer main circuit 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） fU 控制。 fU 控制即電壓與頻率成比例變化控制。 由于通用變頻器的負(fù)載主要是電動(dòng)機(jī)，出于電動(dòng)機(jī)磁場恒定的考慮，在變頻的同時(shí)都要伴隨著電壓的調(diào)節(jié)。 fU 控制由于忽略了電動(dòng)機(jī)漏阻抗的作用，在低頻段工作特性不理想。因而實(shí)際變頻器中采用 fE控制。采用 fU 控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。 （ 2）轉(zhuǎn)差頻率控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是在 fE 控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差控制的一種控制方式。從電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度加上該速度下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器的輸出頻率的控制方式。更重要的是，在 fE =常數(shù)的條件下，通過對(duì)轉(zhuǎn)差率的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。采用轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻器通常屬于多功能型變頻器。 （ 3）矢量控制。矢量控制是受調(diào)速性能優(yōu)良的直流電動(dòng)機(jī)磁場電流及轉(zhuǎn)矩電流可分別控制啟發(fā)而設(shè)計(jì)的一種控制方式。矢量控制將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流采用矢量分解的方法，計(jì)算出定子電流的磁場分量及轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度及性能。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。 通用變頻器按工作方式分類的主要工程意義在于各類變頻器對(duì)12 負(fù)載的適應(yīng)性。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。 變頻器的操作方式及使用 和 PLC一樣，變頻器是一種可編程的電氣設(shè)備。在變頻器接入電路工作前，要根據(jù)通用變頻器的實(shí)際應(yīng)用修定變頻器的功能碼。功能碼一般有數(shù)十甚至上百條， 涉及調(diào)速操作端口指定、頻率變化范圍、 力矩控制、系統(tǒng)保護(hù)等各個(gè)方面。功能碼 在出廠時(shí)已按默認(rèn)值存儲(chǔ)。修訂是為了使 變頻器的性能與實(shí)際工作任務(wù)更加匹配。 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(gè)操作面板，功能碼的修訂一般就通過操作面板完成。 變頻器的輸出頻率控制有以下幾種方式： （ 1）操作面板控制方式。這是通過操作面板上的按鈕手動(dòng)設(shè)置輸出頻率的一種操作方式。具體操作又有兩種方法，一個(gè)按面板上頻率上升或頻率下降的按鈕調(diào)節(jié)輸出頻率，另一個(gè)方法是通過直接設(shè)定頻率數(shù)值調(diào)節(jié)輸出頻率。 （ 2）外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式。變頻器常設(shè)有多段頻率選擇功能。各段頻率值通過功能碼設(shè)定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。變頻器通常在控制端子中設(shè)置一些控制端，如圖 4端子 XX X3，他們的 7種組合課選定 7種工作頻率值。這些端子的接通組合可通過機(jī)外設(shè)備，如 PLC控制實(shí)現(xiàn)。 (3)外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式。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)有模擬量輸入中的端，如圖 34中的 C1端為電流輸入端，端為電壓輸入端，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(shí)，變頻器的輸13 出頻率在一定范圍內(nèi)平滑變化。 (4)通信數(shù)字量操作方式。為了方便與網(wǎng)絡(luò)接口，變頻器一般都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，都可以通過通信方式接 收頻率控制指令，不少變頻器生產(chǎn)廠家還為自己的變頻器與 PLC 通信設(shè)計(jì)了專用的協(xié)議 。 變 頻器硬件 選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 變頻器選用日本安川變頻器 CIMRP5A45P5 產(chǎn)品。 該產(chǎn)品可以和三菱 PLC 工作協(xié)調(diào)。 變 頻器選用日本安川變頻器CIMRP5A45P5 產(chǎn)品，適配電機(jī) 15 kW，該變頻器基本配置中帶有PID 功能。通過變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來的壓力信號(hào) (0～ 10 V)接至變頻器的輔助輸入端 FI、FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。 M M2為變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號(hào)端 ，該信號(hào)進(jìn) PLC，作為泵變頻與工頻切換的控制信息之一，變頻器的極限輸出頻率通過面板可以設(shè)定 。 MA、 MC 為變頻器發(fā)生故障的輸出信號(hào)，該兩端連接信號(hào)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)位按鍵復(fù)位，可重新啟動(dòng)變頻器。 S1 和 S2 短接，并與 S3 連接到 PLC 的輸出點(diǎn)上，由 PLC 控制變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷 ； U、 V、W 輸出端并聯(lián)三個(gè)接觸器分別接 M M M3 泵電機(jī)，變頻器可分別驅(qū)動(dòng)三臺(tái)泵，另外這三臺(tái)泵電機(jī)還通過另外三個(gè)接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這 6 個(gè)接觸器線包連接到 PLC 的四個(gè)輸出點(diǎn)上，由 PLC控制其工 頻、變頻切換工作。 通過變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值 (14端 )，壓力傳感器反饋來的壓力信號(hào) (0～ 10V)接至變頻器端子的 7端、 8端，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改14 變水泵轉(zhuǎn)速。變頻器端子的 19端和 20端是傳感器壓力設(shè)定的上、下限值，該信號(hào)進(jìn) PLC，作為工頻切換的控制信息，由 PLC控制水泵的工頻或變頻運(yùn)行。變頻控制系統(tǒng)主回路如圖 62所示。 變頻器有 2個(gè)作用，一是作為電機(jī)的軟起動(dòng)裝置，限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；二是改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 下圖 33為日本安川變頻 器 CIMRP5A45P5在電路中的接線圖。 圖 33 日本安川變頻器 CIMRP5A45P5在電路中的接線圖 Fig 33 Japan39。s converter CIMRP5A45P5 Yasukawa in the circuit in the wiring diagram 壓力傳感器 在 智能 系統(tǒng)中 檢測是非常重要的一 部分 ，它將檢測到控制量反饋給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，給系統(tǒng)所用的檢測的是水壓， 這個(gè)系統(tǒng)中 選用壓力傳感器，它的作用是通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口 壓力信號(hào)變成 4～ 20mA 變化的電流信號(hào)或 0～ 10V間變化的電 壓信號(hào) 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入 PLC 的端口進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)R S T S1 U S2 V S3 W VVVF FI FC M1 M2 M3 M4 接 PLC 接 PLC 接指示燈 接 電 機(jī) ~380V 7 8 15 算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一 個(gè) 調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過 PLC控制切換器進(jìn)行加減泵。根據(jù)用水量的大小由 PLC 控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能 ，尤其是硬件 /軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。 供水系統(tǒng)的壓強(qiáng)是 gh??P ，下面單位都是估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單位310?? ， g=，一般情況下， h60 米，所以本系統(tǒng)供水系統(tǒng)輸出壓力一般小于或等于 ， 系統(tǒng)選用 YTZ150 型帶電接點(diǎn)式的壓力傳感器， 其水壓檢測范圍為 0～ 1MPa，檢測精度為土 ，該傳感器將 0～ 1MPa 范圍的壓力對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成 0～ 10V 的電信號(hào) 。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(diǎn)。 16 4 PLC選擇及應(yīng)用 PLC 在恒壓供水泵站中的主要任務(wù) (1)代替調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式 PID調(diào)節(jié)一只傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器往往只能實(shí)現(xiàn)一路 PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路 PID設(shè)置在多功能供水泵站的各類情況 中 PID參數(shù)可能不一樣，使用 PLC作數(shù)字式調(diào)節(jié)器就十分方便。 (2)控制水泵的運(yùn)行與切換。在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻地磨損，水泵及電機(jī)是輪換工作的。在設(shè)單一變頻器的多泵組泵站中，如規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵，主泵也是輪流擔(dān)任的。主泵在運(yùn)行時(shí)達(dá)到最高頻率時(shí) 。 增加一臺(tái)工頻泵投入運(yùn)行 PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。 (3)變頻器的驅(qū)動(dòng)控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采 PLC的模擬量控制模塊 ， 該模塊的模擬量輸入端接受傳感器送來的模擬信號(hào) 。 輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng) PID處理后得出的模擬量控制信號(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。 (4)泵站的其他邏輯控制。除了泵組的運(yùn)行管理工作外，泵站還有許多邏輯控制工作 ， 如手動(dòng)、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報(bào)警，系統(tǒng)的自檢等 ， 這些都可以 在 PLC的控制程序中安排。 PLC 模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用 PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了使 PLC能完成模擬量的處理，常見的方法是為整體式 PLC加配模擬量擴(kuò)展17 單元。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)換為 PLC可處理的數(shù)字量及將 PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為機(jī)外所需的模擬量。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨(dú)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。 以下介紹 三菱 FX N2 系列 PLC的模擬量模塊 以及 ，它們分別具有 FX N2 4AD及 FX N2 2DA， 它們分別具有 4路模擬量輸入及 2路模擬量輸出，可以用于恒壓供水控制中。 模擬量輸入模塊的功能及與 PLC 系統(tǒng)的連接 FX N2 4AD 4模擬量輸入模塊具有 4個(gè)通道，可同時(shí)接受并處理 4路模擬量輸入信號(hào)， 最大分辨率為 12位。輸入信號(hào)可以是 10～ +10V的電壓信號(hào) （ 分辨率為 5Mv） ，也可以 4～ 20mV（ 分辨率為 16μ A）或 20～ +20mA（ 分辨 20μ A） 的電流信號(hào)。模擬量信號(hào)可通過雙絞屏蔽電纜接入，連接及方法如圖 31所示，當(dāng)使用電流輸入時(shí)，需將V+及 I+端短接。 圖 41 FX N2 4AD模塊的連接方法 Fig41 FX N2 4AD method of connecting module FX N2 4AD的寬及高與 FX N2 相同，在安裝時(shí)裝在 FX N2 基本單元的右邊，將總線連接器接入左側(cè)單元的總線插孔中。 FX系列可編程控制器中 ， 與 PLC連接的特殊功能擴(kuò)展模塊位置從左至右依次編號(hào) （ 擴(kuò)展單元不所示。占編號(hào)），如圖 42所示 FX N2 4AD將消耗基本單元或電源擴(kuò)展單元的 +5VDC電源 （ 內(nèi)部電源） 30mA電流 ，24+ 地 24 FG VI I+ V+ FG VI I+ V+ 24VDC 電流輸入 4～ 20mA 電壓輸入 10～ +10V 18 FU2 SA 1 0 2 KM1 KM3 KM6 KM5 KM5 FR3 HL5 KM3 FR2 HL3 KM4 HL4 14 KM5 KM6 HL6 YV2 HL10 KA 基本單元 0 1 2 +24VDC電源 （ 外部 電源） 55mA電流。其通常轉(zhuǎn)換速度為 15ms/ 通道，高速轉(zhuǎn)換速度為 6/ms通道。 模擬量輸入模塊緩沖存儲(chǔ)器 （ BFM）的分配 為了能適用于多種規(guī)格的 輸入、輸出量，模擬量處理模塊都設(shè)成可編程的。 FX N2 4AD模塊利用緩沖存儲(chǔ)器 (簡稱 模 BFM)的設(shè)置完成編輯工作。 FX N2 4AD擬量 量 輸入 模塊共有 32個(gè)緩沖存儲(chǔ)器， 但目前只使用了以下 21個(gè) BFM： L1 FX N2 32MR A/D FX N2 8EX A/D D/A F