【文章內(nèi)容簡介】 子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的。 異步電機的轉(zhuǎn)差率定義： s nnn?? 1 異步電機的同步速度為： n1=pf60 異步電機的轉(zhuǎn)速為： n=p sf )1(60 ? 其中： n—異步電機的理想空載轉(zhuǎn)速 ； n—異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ； f—是異步電機的定子電源頻率 ； p—為異步電機的極對數(shù) 。 從上式可知，當(dāng)極對數(shù) p 不變時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 與定子電源頻率 f 成正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速時，從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速具有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，調(diào)速性能可與直內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 流電動機調(diào)速系統(tǒng)相媲美。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它被廣泛地應(yīng)用于對水泵電機的調(diào)速。 變頻調(diào)速 拖動系統(tǒng)是由變頻器供電的電動機帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。描述了轉(zhuǎn)速n 和轉(zhuǎn)矩 T 之間的關(guān)系 )(Tfn? 稱為機械特性。拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定工作取決于電動機和負載的機械特性。一般負載的機械特性有三類 :恒轉(zhuǎn)矩負載、恒功率負載、二次方率負載 (泵類負載 )。 三相異步電動機定子相電動勢的有效值為公式 ： mkfNE ?? (21) 式中 : E— 定子每相的磁感應(yīng)電動勢 k— 與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) f — 定子頻率 (Hz) N— 每 相繞組 串聯(lián) 匝數(shù) m?— 每極磁通量 (Wb) 由上式可見 ，m?的值由 E 和 f 共同決定的，對 E 和 f 進行適當(dāng)?shù)目刂?，就可以使氣隙磁通m?保持額定值不變。 即使 ： CCfE m ??? 1/ (22) 上式中常數(shù) NKC 11 ? 。 式 (22)表示了感應(yīng)電動勢有效值與頻率之比為常數(shù)的控制方式。 采用這種控制方式， 可以 獲 得很好的效果，這是一種較為理想的控制方式。 變頻調(diào)速運行的節(jié)能原理 在供水系統(tǒng)中 ， 最根本的控制對象是流量。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。 閥門控制法 :通過關(guān)小或打大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速則保持不變 (通常為額定轉(zhuǎn)速 )。 閥門控制法的實質(zhì)是，水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來改變供水的能力 (反映為供水流量 )， 以適應(yīng)用戶對流量的需求。這時，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性則不變。 轉(zhuǎn)速控制法 ： 即通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度則保持不變 (通常為 最大開度 )。轉(zhuǎn)速控制法實質(zhì)是通過改變水泵的揚程來適應(yīng)用戶對流量的需求。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。 圖 水泵特性曲線 轉(zhuǎn)速控制法節(jié)能的 3 個方面 (1)通過上文對兩種調(diào)節(jié)流量的方法的比較，可以看出 :在所需流量小于額定流量的情況下，轉(zhuǎn)速控制時的揚程比閥門控制時的小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需得供水功率也比閥門控制方式小得多。兩者之差便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面積 HCBF成正比。 (2)同時在轉(zhuǎn)速控制方式下，水泵的工作效率要比閥門控制方式的工作效率大得多，這是變頻調(diào) 速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第二個方面。 (3)采用轉(zhuǎn)速控制方式后，可將排水閥完全打開而適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，由于電動機在低頻運行時，變頻器的輸出電壓也將下降，從而提高了電機的工作頻率。 恒壓供水的特點 對供水系統(tǒng)進行的控制，歸根到底是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。而流量的大小又取決于揚程，但揚程難以進行具體測量和控制。考慮到動態(tài)情況下，管道中水壓的大小與供水能力 (供水流量 )和用水需求 (用水流量 )之間的平衡情況關(guān)系有關(guān)，即供水能力大于用水需求時壓力上升，供水能力小于用水需求時壓力下降，當(dāng) 兩者相等時壓力不變。供水能力和用水需求之間的矛盾具體反映在水壓的變化上。從而壓力就成為用來作為控制流量大小的參變量。當(dāng)供水系統(tǒng)中某處壓力恒定時，供水與用水處于平衡狀態(tài)，恰好滿足用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所具有的特點。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 本章小結(jié) 水泵的工作點就是同一坐標系中水泵的性能曲線和管路性能曲線的交點，由于水泵工作點是水泵運行的理想工作點，實際運行時水泵的工作點并非總是固定不變的。本章從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論水泵工作點 (工況點 )的確定方法。接著介紹了水泵工況調(diào)節(jié)的幾種常用方法。在變頻調(diào)速恒壓供水系 統(tǒng)中，水泵工況的調(diào)節(jié)是通過改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。本章重點對變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵能耗機理進行深入研究，得出了 轉(zhuǎn)速控制法下水泵的 供水功率也比閥門控制方式 大 得多 ， 工作效率要比閥門控制控制方式下大得多， 提高了電機的效率。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 恒壓供水系統(tǒng)部件選擇 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、 水泵電機組、 壓力傳感器以及接觸器控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動 2 臺電動機的起動、運行與調(diào)速。 S7300 系列 PLC 簡介 S7300 的概況 S7300屬于模塊式 PLC，主要由機架、 CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接 口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。 圖 PLC 控制系統(tǒng)示意圖 PLC 采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。 OB1 是用于循環(huán)處理的組織塊（主程序），它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。在起動完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用 OB1，在 OB1 中可以調(diào)用其它邏輯塊 (FB, SFB, FC 或 SFC)。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。在循環(huán)程序處理過程中， CPU 并不直接訪問 I/O 模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問 CPU 內(nèi)部的輸入 /輸出過程映像區(qū)。批量輸入、批量輸出。 循 環(huán)時間（ Cycle time）是指操作系統(tǒng)執(zhí)行一次圖 所示的循環(huán)操作所需的時間，又稱為掃描循環(huán)時間（ Scan Cycle Time）或掃描周期。 S7300 系列 PLC 簡介 S7300 的 CPU 模塊（簡稱為 CPU）都有一個編程用的 RS485 接口，有的有PROFIBUSDP 接口或 PtP 串行通信接口，可以建立一個 MPI（多點接口）網(wǎng)絡(luò)或 DP 網(wǎng)絡(luò)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 執(zhí) 行 OB100起 動 循 環(huán) 時 間 監(jiān) 控數(shù) 據(jù) 寫 入 輸 出 模 塊讀 取 輸 入 模 塊 狀 態(tài)執(zhí) 行 用 戶 程 序執(zhí) 行 其 他 任 務(wù) 圖 掃描過程 圖 S7300 PLC 3. DC 24V連接器 (CPU 313 以上 ) 7. MPI 多點接口 S7300 PLC功能最強的 CPU的 RAM為 512KB，最大 8192個存儲器位， 512個定時器和 512個計數(shù)器，數(shù)字量最大 65536，模擬量通道最大為 4096。有 350 多條指令。計數(shù)器的計數(shù)范圍為 1～ 999，定時器的定時范圍為 10ms～ 9990s。 5．故障安全型 CPU： CPU 315F。 根據(jù)設(shè)計需求選用 CPU 314C2DP，它有集成的數(shù)字 I/O,DI為 2 DO為 16；兩個PROFIBUSDP主站、從站接口，通過 CP（通信處理器）各 CPU可以擴張一個 DP主站；有集成的模擬量 I/O， 4路集成的模擬量輸入信號的量程為 177。 10V、 0~10V、 177。 20mA、和0~20mA。各通道的轉(zhuǎn)換時間為 1ms， 25℃ 時的基本誤差為 %。 S7300 的組成部件 S7300PLC是模塊式的 PLC，它由以下幾部分組成： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） （ 1） 中央處理單元（ CPU） 各種 CPU有不同的性能，例如有的 CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入 /輸出點，有的CPU集成有 PROFIBUSDP等通信接口。 CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模式開關(guān)、 24V電源端子、電池盒與存儲器模塊盒。 （ 2） 負載電源模塊（ PS） 負載電源模塊用于將 AC 220V電源轉(zhuǎn)換為 DC 24V電源，供 CPU和 I/O模塊使用。額定輸出電流有 2A、 5A和 10A 3種，過載時模塊上的 LED閃爍。 （ 3） 信號模塊（ SM） 信號模塊是數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號電壓或 電流與 PLC內(nèi)部的電信號電平匹配。信號模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊 SM322，模擬量輸入模塊 SM331和模擬量輸出模塊 SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、 DC4～ 20mA和 DC0～ 10V等多種不同類型和不同量程的模擬信號。每個模塊上有一個背板總線連接器，現(xiàn)場的過程連接到前連接起的端 子上。 （ 4） 功能模塊（ FM） 功能模塊主要用于對實時性和存儲容量要求高的控制任務(wù)，例如計數(shù)器模塊、快速 /慢速進給驅(qū)動位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、 步 進電動機定位模塊、伺服電動機定位模塊、定 位和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標識系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。 （ 5） 通信處理器（ CP） 通信處理器用于 PLC之間、 PLC與計算機和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC接入 PROFIBUSDP、 ASi和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點對點通信等。通信處理器可以減輕 CPU處理通信的負擔(dān)，并減少用戶對通信的編程工作。 （ 6） 接口模塊（ IM） 接口模塊用于多機架配置時連接主機架（ CR）和擴展機架 (ER)。 S7300通過分布式的主機架和 3個擴展機架，最多可以配置 32個信號模塊 、功能模塊和通信處理器。 （ 7） 導(dǎo)軌 鋁制導(dǎo)軌用來固定和安裝 S7300上述的各種模塊 S7300 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) S7300采用緊湊的、無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，電源模塊（ PS）、 CPU、信號模塊（ SM）、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 功能模塊（ FM）、接口模塊（ IM）和通信處理器（ CP）都安裝在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌是一種專用的金屬機架，只需將模塊鉤在 DIN標準的安裝軌道上，然后用螺栓鎖緊就可以了。有多種不同長度規(guī)格的導(dǎo)軌供用戶選擇。 電源模塊總是安裝在機架的最左邊， CPU模塊僅靠電源模塊。如果有接口模塊，它放在 CPU模塊的右側(cè)。 S7300用 背板總線將除電源模塊之外的各個模塊連接起來。背板總線集成在模塊上，模塊通過 U形總線連接器相連，每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后（見圖 ）安裝時先將總線連接器插在 CPU模塊上，并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個模塊。外部接線在信號模塊和功能模塊的前連接器的段子上，前連接器用插接的方式安裝在模塊前門后面的凹槽中。 S7300的電源模塊通過電源連接器或?qū)Ь€與 CPU模塊相連，為 CPU模塊提供 DC24V電源。 PS307電源模塊還有一些端子可以為信號模塊提供 24V電源。 圖 S7300 的 安裝 更換模塊時只需松開安裝螺釘，拔下已經(jīng)接線的前連接器。前連接器上的編碼塊用于防止將已接線的連接器插到其他模塊上。 CPU 模塊的元件 1．狀態(tài)與故障顯示 LED CPU模塊面板上的 LED（發(fā)光二極管）的意義如下： （ 1） SF（系統(tǒng)出錯 /故障顯示，紅色）： CPU 硬件故障或軟件錯誤時亮。 （ 2） BATF（電池故障，紅色）：電池電壓低或沒有電池時亮。 （ 3） DC 5V（＋ 5V 電源指示，綠色）： CPU和 S7300總線的 5V電源正常時亮。 （ 4） FRCE（強制，黃色）：至少有一個 I/O被強制 時亮。 （ 5） RUN（運行方式，綠色）： CPU處于 RUN狀態(tài)時亮；重新啟動時以 2Hz的頻率內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 閃亮； HOLD（單步、斷點）狀態(tài)時以 的頻率閃亮。 （ 6） STOP（停止方式，黃色） CPU處于 STOP， HOLD 狀態(tài)或重新啟動時常亮。 （ 7） BUSF（總線錯誤，紅色）。 CPU有 4種操作模式： STOP（停機）、 STARTUP(啟動 )、 RUN（運行） HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通過 MPI接口與其他設(shè)備通信。 （ 1） STOP模式： CPU模塊通電后自動進入 STOP模 式，在該模式不執(zhí)行用戶程序，可以接收全局數(shù)據(jù)和檢查系統(tǒng)。 （ 2） RUN模式：執(zhí)行用戶程序，刷新輸入和輸出，處理中斷和故障信息服務(wù)。 （ 3） HOLD模式：在起動和 RUN模式執(zhí)行程序是遇到調(diào)試用的斷點，用戶程序的執(zhí)行被掛起（暫停），定時器被凍結(jié)。 （ 4） STARTUP模式：可以用鑰匙開關(guān)或編程