機(jī)電一體化-基于plc控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-11 03:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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 FXN2 系列 PLC的模擬量模塊以及，它們分別具有 FXN2 4AD及 FXN2 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 FXN2 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 21所示，當(dāng)使用電流輸入時(shí)，需將 V+及 I+端短接。 圖 21 FX N2 4AD 模塊的連接圖 FXN2 4AD的寬及高與 FXN2 相同，在安裝時(shí)裝在 FXN2 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 4所示 FXN2 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 ， +24VDC電源（外部電源）55mA電流。其通常轉(zhuǎn)換速度為 15ms/ 道，高速轉(zhuǎn)換速度為 6/ms道。 8 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。 FXN2 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。 FXN2 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 FXN2 32MR A/D FXN2 8EX A/D D/A FXN2 基本單元 0 1 2 21特殊功能模塊 模擬量輸出模塊的功能及 PLC 系統(tǒng)連接 FX N2 2DA 模塊用來將 12 位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流輸出。它具有 2 個(gè)模擬量輸出通道。這兩個(gè)通道都可以輸出 0~10VVDC(分辨率 2。 5mV)、 0~5DVC（ 分辨率1。 25mV）的電壓信號(hào)，或 4~20Ma(分辨率為 4μ A)的電流信號(hào)。模擬量輸出可通過雙絞屏蔽電纜與驅(qū)動(dòng)負(fù)載相連，當(dāng)使用電壓輸出時(shí)，需要 IOUT 和 COM 端短接。 圖 22 FX N2 2DA模塊的連接圖 FX N2 2DA安裝時(shí)裝在 FX N2 基本單元的右邊。 FX N2 2DA將消耗基本單元或電源擴(kuò)展單元的 +5VDC電源單元的 （ 內(nèi)部電源） 20mA電流， +24VDC電源 5mA電流。轉(zhuǎn)換時(shí)間為 4ms/通道。 COM IOUT VOUT COM IOUT VOUT 基本單元 FX N2 2DA 記錄儀器 電流輸出 變頻器等 電壓輸 出 9 第三章 變頻器和壓力傳感器 交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每秒 50Hz。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。 PfN 11 60? （ 31） 式中 1N 同步轉(zhuǎn)速， r/min； 1f 定子頻率， Hz； P 電機(jī)的磁極對數(shù)。 而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 )1(60)1( 11 sP fsNN ???? （ 32） 式中 s 異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率， 11 /)( NNNs ?? ，一般小于 3%。 均與送入電機(jī)的電流頻率 /成正比例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便地改變電機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說變頻對于交流電機(jī)的調(diào)運(yùn)來說是十分合適的。 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，通過對轉(zhuǎn)差率的控制，可以實(shí)現(xiàn)對電機(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。 10 （ 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。 變頻器硬件選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，變頻器選用日本三菱變頻器 FRA500 產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以和三菱 PLC工作協(xié)調(diào)。 變 頻器選用日本三菱變頻器 FRA500 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 31為日本三菱變頻器 FRA500在電路中的接線圖。 11 圖 31
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