【正文】 域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測。西門子CPU226介紹：CPU 226具有24個輸入點和16個輸出點。本機集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7個擴展模塊，設(shè)計時選擇一個擴展，擴展板塊選用EM233。最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于論文設(shè)計的控制系統(tǒng)。CPU226與變頻器開關(guān)量的接線設(shè)計PLC控制系統(tǒng)接線設(shè)計見附錄圖3。CPU226輸入接口 變頻停止 急停 變頻/停止/就地 遠程/就地 就地變頻停止 遠程復(fù)位 遠程變頻啟動 工頻啟動 備用 遠程信號圖412 PLC引腳分配圖 風機故障信號 風機運行信號 頻率鎖定信號 變壓器超溫信號 備用圖413 PLC與系統(tǒng)故障連接圖CPU226輸出接口： 變頻故障切除 封鎖IGBT 工頻故障切除 變頻運行指示 KM1合閘 報警故障指示 KM1分閘 變頻器運行指示 KM4合閘 變頻器就緒指示 KM4分閘 變頻器故障指示 KM3合閘 KM3分閘 風機保持 風機分閘圖414 PLC輸出引腳圖EM223輸出接口 跳用戶開關(guān) 用戶開關(guān)合閘允許 備用 變頻器報警指示 PLC電源：輸出側(cè)采用220VAC給輸出的繼電器和指示燈，輸入側(cè)采用自身的24VDC，如415圖：圖415 PLC電源接線圖高壓變頻器設(shè)計本身帶有PID調(diào)節(jié)器，通過參數(shù)設(shè)置，從變頻器的控制端子上連接反饋信號，從面板或控制端子上設(shè)定目標值，通過內(nèi)部的PID參數(shù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自動控制。給定儀表調(diào)節(jié)器面板風量設(shè)定，同時檢測引風機出風口風量和變送器檢測到的負壓實際值比較，經(jīng)儀表調(diào)節(jié)器 PID運算后輸出 4 ～ 20mA 電信號，作為變頻器頻率給定信號，用于變頻器控制電機轉(zhuǎn)速，達到自動控制風量的目的。這種方式采用內(nèi)部控制，優(yōu)點是不用增加別的器件，直接進行控制，投資少，缺點是PID的調(diào)節(jié)精度不高，對于一般的控制精度不高的場合可達到要求，對于要求精密度較高的則難以滿足工況需求。另外，若采用手、自動切換的場合，則不好實現(xiàn)。必須再重新設(shè)置參數(shù)，改成開環(huán)控制才能實現(xiàn)，比較繁瑣。如有的系統(tǒng)要求開始運行時采用手動調(diào)節(jié)，待系統(tǒng)的實際運行參數(shù)與目標值接近一致時，再用閉環(huán)運行，由被控物理量自動調(diào)節(jié)；還有的是在運行中反饋環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，如壓力傳感器或流量計出現(xiàn)問題，不能正常工作，或儀表線出現(xiàn)斷線，無法實現(xiàn)自動控制，在不能查出原因的情況下，只能用手動先暫時運行，這種情況該方案就比較麻煩，要重新設(shè)置參數(shù)，才能實現(xiàn)手動控制。 為保證高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的高可靠性，在提高系統(tǒng)各組單元的內(nèi)在可靠性和系統(tǒng)抵抗外部故障因素的能力方面，主要采用以下設(shè)計措施：（1）上位操作計算機采用與主控計算機基本相同的軟硬件配置，當主控計算機發(fā)生故障時，可以在不停機的狀態(tài)下，迅速替換，保證系統(tǒng)的可靠性運行。（2）控制系統(tǒng)由主控單元、PLC(西門子S7200)、主控計算機組成，在主控計算機發(fā)生故障時，系統(tǒng)不停機，確保生產(chǎn)的進行。（3）為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，所有的功率模塊與主控單元之間通過光纖通訊，低壓和高壓部分完全可靠隔離，所有I/O板全部采用了隔離措施，將通道上竄入的干擾源拒絕在系統(tǒng)之外。（4）控制器結(jié)構(gòu)上采用箱體結(jié)構(gòu)，各控制單元板采用FPGA、CPLD等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的可靠性。（5）盡量采用低功耗的CMOS元器件提高系統(tǒng)的溫度適應(yīng)能力，降低功耗。（6）電源系統(tǒng)完全采用開關(guān)電源技術(shù)，各部分功能單元采用獨立的供電措施，保證在某一部分發(fā)生故障時，其他部分仍能可靠運行。（7）選用各種電阻、電容器及集成電路、隔離器件時，對其耐壓能力留有較大的余量，對集成電路的拉電流、灌電流能力使用，也留有足夠的余量。（8）輸入干式變壓器免維護，可靠性高。（9）多級模塊串聯(lián)，器件工作在低壓狀態(tài)，便于采用成熟技術(shù)，不易發(fā)生故障。 軟件可靠性措施：整個軟件開發(fā)過程按正向設(shè)計進行，底層實時控制系統(tǒng)為自行設(shè)計和編寫，確保整個系統(tǒng)中沒有不清楚的部分，資源分配留出很大裕度。整個系統(tǒng)的組成軟件經(jīng)過嚴格測試，窮盡各種故障可能，確保系統(tǒng)不死機，不出故障。對所有接口關(guān)系嚴格定義，且均設(shè)立非法進入和退出處理措施。5 節(jié)能計算當風速的轉(zhuǎn)速從n1變?yōu)閚2時，風量Q、風壓H、風機功率P變化關(guān)系為： Q1/Q2= n1/n2 （1） 　　 H1/H2= （n1/n2）2 （2） 　 　P1/P2 = （n1/n2）3 （3） 有上式（1）、（2）、（3）可知，風機流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當需要的風量減小時，改變電機的轉(zhuǎn)速，理論上電機的能耗將以其3次方的速率下降。當風機轉(zhuǎn)速降低以后，其軸功率以轉(zhuǎn)速的3次方的速率降低，驅(qū)動風機電動機所需的電功率亦可大大減少，因此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是風機節(jié)能的重要途徑。 由此可見，當通過降低轉(zhuǎn)速以減少風量達到節(jié)流目的時所消耗的功率降低很多。例如，當轉(zhuǎn)速與風量下降到90％時，軸功率降到額定功率的73％，當轉(zhuǎn)速與風量下降到70％時，軸功率降到額定功率的34％?！　‘旓L機風量需要改變時，如采用調(diào)節(jié)風門開度的方式，則會使大量電能白白消耗在閥門阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時，當風機低于額定轉(zhuǎn)速時，理論節(jié)電為： 　　E=〔1（n′／n）3〕PT（kWh）電機參數(shù)表1 電機參數(shù)型號YPQ12506額定電壓（V）10000額定電流(A)額定功率(KW)1250額定頻率（Hz）50功率因數(shù)額定轉(zhuǎn)速(rpm)995絕緣等級F引風機參數(shù)表2 引風機參數(shù)負載名稱高溫風機所帶負載類型離心風機型號XB2A0315t額定功率(KW)1250額定風量（m3/min）2976額定轉(zhuǎn)速(rpm)995（1）風機流量變化量，如前所述，采用變頻調(diào)速是有效的節(jié)電措施。根據(jù)定有如下的計算公式。采用擋板調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電動機輸入功率P1v與流量Q的關(guān)系為P1v=[+(Q/QN)2]P1e 式中 P1e額定流量是電動機輸入功率，kW QN額定流量，m3/min 節(jié)電率為Ki=1(Q/QN)3/[+(Q/QN)2]節(jié)能計算通風機功率為1250 kW，現(xiàn)總排風量2381m3/min，風機額定最大提風量為2976m3/min，估計節(jié)電率。取Q/QN=，由式(2)得Ki=[+]=由式（1）得P1v= [+] 1250=。（1）每年節(jié)電量計算（每年按工作365天計算）每年工作365天 每天24小時 功率1250kW 節(jié)電率=365 24= kWh（2）每年節(jié)電費計算（h計算）用電量= = 節(jié)電費==6 總結(jié)與展望總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計完成了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在鋁廠焙燒引風機上應(yīng)用的設(shè)計，主要對高壓變頻器、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理和運用及其成套設(shè)備做了簡單設(shè)計、高壓變頻器采用DSP對功率單元的控制設(shè)計了DCS控制系統(tǒng)與變頻器的連接控制，最后節(jié)能運算作了簡單介紹。通過專業(yè)課程的學習和在老師的悉心教導下，結(jié)合自己的實際工作，完成了本次設(shè)計。論文大部分集中在高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件，系統(tǒng)軟件涉及較少，同時在電氣作圖和設(shè)計尚有不足。在設(shè)計學習過程中，我基本掌握了高壓變頻交流調(diào)速系統(tǒng)的原理、系統(tǒng)控制及一些器件的作用等。通過對題目的設(shè)計，我反復(fù)查閱了國內(nèi)外變頻調(diào)速的方式，比較分析了國內(nèi)變頻器市場，對國內(nèi)趨勢有所了解，同時培養(yǎng)綜合運用所學知識和基本技能、解決工程實際及科學研究問題的能力。培養(yǎng)了查閱、收集、分析和整理資料的能力。通過本次對高壓變頻交流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，是我對變頻交流調(diào)速及變頻器市場有了深一步的了解，同時也把自己的所學知識得以施展和驗證。本次設(shè)計過程中，我查閱了大量有關(guān)變頻交流調(diào)速的信息資料和相關(guān)網(wǎng)站，了解了許多國內(nèi)外的變頻器設(shè)備，對今后的工作有很大幫助。展望論文在對引風機高壓變頻調(diào)速設(shè)計過程中，整個系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)來控制，用DCS系統(tǒng)大大提高了高壓變頻調(diào)速的可靠性。采取DCS控制后，調(diào)速系統(tǒng)可以做到操作簡單，運行靈活，修改參數(shù)簡單，還可以在畫面上可進行手動、自動操作，還具有顯示、報警功能，以便運行人員掌握運行情況并提醒運行人員及時排除故障。高壓變頻器采用“高一高”方式，這種設(shè)計無需使用升壓變壓器和降壓變壓器，并且采用了移相變壓器，移相變壓器采用8級串聯(lián)，使用24個副邊，即能有效的消除諧波干擾，又可以做到節(jié)省制作材料。 目前，單元串聯(lián)式多電平高壓變頻器基本采用低壓 IGBT(1700V 以下)作為主要功率器件，功率單元的額定輸出交流電壓通常在 750V 以下，因而導致變頻 器所用元器件數(shù)量多于其它類型的變頻器?，F(xiàn)在也有公司采用 3300V 的 IGBT 作為功率器件。以后也可能考慮采用 IGCT 等耐壓更高的功率器件，以簡化主電路結(jié)構(gòu)，提高可靠性。當然，采用高耐壓器件后帶來的整體成本增加和由于串聯(lián)單元個數(shù)減少引起的波形質(zhì)量下降必須綜合考慮。國內(nèi)主要配套產(chǎn)業(yè)，如多脈沖整流變壓 器，大容量電解電容器，散熱器，高壓軟電纜等基本成熟。目前主要的瓶頸是技術(shù)研發(fā)環(huán)節(jié)，尤其在大容量和高性能領(lǐng)域和國際領(lǐng)先水平相比有較大差距。隨著電力電子和電氣傳動技術(shù)的進步，國內(nèi)企業(yè)核心研發(fā)能力的增強，未來幾年我國高壓變頻器產(chǎn)業(yè)有望進入一個高速發(fā)展期。 致謝畢業(yè)論文是在我的指導老師張素妍老師的親切關(guān)懷和悉心指導下完成的。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到設(shè)計的最終完成，張老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。每周張老師老師都要詢問我們的論文進度情況并指導我們怎樣去搜集資料、整理資料以及論文的寫作方法等。還經(jīng)常解答我們在實習過程中遇到的各種疑慮，給我的畢業(yè)論文寫作帶來了很大的幫助。在她的指導下，我不僅學到了許多專業(yè)知識和技能，更學到了做事必須嚴謹認真的精神，這些教誨必將惠及一生。在此，謹向她致以崇高的敬意和衷心的感謝?！　≌撐脑谠O(shè)計過程中，我也得到了在校老師和同學的許多幫助、支持和鼓勵，使我能夠順利完成論文，在此，衷心感謝所有關(guān)心，支持我的人。最后再次感謝我的老師在百忙之中來指導我們實習，衷心的說一聲：老師您辛苦了。參考文獻[1] 王兆安,[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.[2] 山東新風光電子使用手冊[Z]. 山東新風光電子科技發(fā)展有限公司.[3] 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