【正文】 域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)。西門子CPU226介紹：CPU 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，設(shè)計(jì)時(shí)選擇一個(gè)擴(kuò)展，擴(kuò)展板塊選用EM233。最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)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(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于論文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。CPU226與變頻器開(kāi)關(guān)量的接線設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)接線設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄圖3。CPU226輸入接口 變頻停止 急停 變頻/停止/就地 遠(yuǎn)程/就地 就地變頻停止 遠(yuǎn)程復(fù)位 遠(yuǎn)程變頻啟動(dòng) 工頻啟動(dòng) 備用 遠(yuǎn)程信號(hào)圖412 PLC引腳分配圖 風(fēng)機(jī)故障信號(hào) 風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào) 頻率鎖定信號(hào) 變壓器超溫信號(hào) 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(yùn)行指示 KM1合閘 報(bào)警故障指示 KM1分閘 變頻器運(yùn)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(fēng)機(jī)保持 風(fēng)機(jī)分閘圖414 PLC輸出引腳圖EM223輸出接口 跳用戶開(kāi)關(guān) 用戶開(kāi)關(guān)合閘允許 備用 變頻器報(bào)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(jì)本身帶有PID調(diào)節(jié)器，通過(guò)參數(shù)設(shè)置，從變頻器的控制端子上連接反饋信號(hào)，從面板或控制端子上設(shè)定目標(biāo)值，通過(guò)內(nèi)部的PID參數(shù)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。給定儀表調(diào)節(jié)器面板風(fēng)量設(shè)定，同時(shí)檢測(cè)引風(fēng)機(jī)出風(fēng)口風(fēng)量和變送器檢測(cè)到的負(fù)壓實(shí)際值比較，經(jīng)儀表調(diào)節(jié)器 PID運(yùn)算后輸出 4 ～ 20mA 電信號(hào)，作為變頻器頻率給定信號(hào)，用于變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動(dòng)控制風(fēng)量的目的。這種方式采用內(nèi)部控制，優(yōu)點(diǎn)是不用增加別的器件，直接進(jìn)行控制，投資少，缺點(diǎn)是PID的調(diào)節(jié)精度不高，對(duì)于一般的控制精度不高的場(chǎng)合可達(dá)到要求，對(duì)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(dòng)切換的場(chǎng)合，則不好實(shí)現(xiàn)。必須再重新設(shè)置參數(shù)，改成開(kāi)環(huán)控制才能實(shí)現(xiàn)，比較繁瑣。如有的系統(tǒng)要求開(kāi)始運(yùn)行時(shí)采用手動(dòng)調(diào)節(jié)，待系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與目標(biāo)值接近一致時(shí)，再用閉環(huán)運(yùn)行，由被控物理量自動(dòng)調(diào)節(jié)；還有的是在運(yùn)行中反饋環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，如壓力傳感器或流量計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，不能正常工作，或儀表線出現(xiàn)斷線，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在不能查出原因的情況下，只能用手動(dòng)先暫時(shí)運(yùn)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(shí)現(xiàn)手動(dòng)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(jì)措施：（1）上位操作計(jì)算機(jī)采用與主控計(jì)算機(jī)基本相同的軟硬件配置，當(dāng)主控計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可以在不停機(jī)的狀態(tài)下，迅速替換，保證系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行。（2）控制系統(tǒng)由主控單元、PLC(西門子S7200)、主控計(jì)算機(jī)組成，在主控計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)不停機(jī)，確保生產(chǎn)的進(jìn)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(guò)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(kāi)關(guān)電源技術(shù)，各部分功能單元采用獨(dú)立的供電措施，保證在某一部分發(fā)生故障時(shí)，其他部分仍能可靠運(yùn)行。（7）選用各種電阻、電容器及集成電路、隔離器件時(shí)，對(duì)其耐壓能力留有較大的余量，對(duì)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(hù)，可靠性高。（9）多級(jí)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(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程按正向設(shè)計(jì)進(jìn)行，底層實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)為自行設(shè)計(jì)和編寫，確保整個(gè)系統(tǒng)中沒(méi)有不清楚的部分，資源分配留出很大裕度。整個(gè)系統(tǒng)的組成軟件經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，窮盡各種故障可能，確保系統(tǒng)不死機(jī)，不出故障。對(duì)所有接口關(guān)系嚴(yán)格定義，且均設(shè)立非法進(jìn)入和退出處理措施。5 節(jié)能計(jì)算當(dāng)風(fēng)速的轉(zhuǎn)速?gòu)膎1變?yōu)閚2時(shí)，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H、風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(dāng)需要的風(fēng)量減小時(shí)，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，理論上電機(jī)的能耗將以其3次方的速率下降。當(dāng)風(fēng)機(jī)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(dòng)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)所需的電功率亦可大大減少，因此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是風(fēng)機(jī)節(jié)能的重要途徑。 由此可見(jiàn)，當(dāng)通過(guò)降低轉(zhuǎn)速以減少風(fēng)量達(dá)到節(jié)流目的時(shí)所消耗的功率降低很多。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速與風(fēng)量下降到90％時(shí)，軸功率降到額定功率的73％，當(dāng)轉(zhuǎn)速與風(fēng)量下降到70％時(shí)，軸功率降到額定功率的34％?！　‘?dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量需要改變時(shí)，如采用調(diào)節(jié)風(fēng)門開(kāi)度的方式，則會(huì)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(fēng)量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時(shí)，當(dāng)風(fēng)機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，理論節(jié)電為： 　　E=〔1（n′／n）3〕PT（kWh）電機(jī)參數(shù)表1 電機(jī)參數(shù)型號(hào)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(jí)F引風(fēng)機(jī)參數(shù)表2 引風(fēng)機(jī)參數(shù)負(fù)載名稱高溫風(fēng)機(jī)所帶負(fù)載類型離心風(fēng)機(jī)型號(hào)XB2A0315t額定功率(KW)1250額定風(fēng)量（m3/min）2976額定轉(zhuǎn)速(rpm)995（1）風(fēng)機(jī)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(jì)算公式。采用擋板調(diào)節(jié)流量對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jì)算通風(fēng)機(jī)功率為1250 kW，現(xiàn)總排風(fēng)量2381m3/min，風(fēng)機(jī)額定最大提風(fēng)量為2976m3/min，估計(jì)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(jì)算（每年按工作365天計(jì)算）每年工作365天 每天24小時(shí) 功率1250kW 節(jié)電率=365 24= kWh（2）每年節(jié)電費(fèi)計(jì)算（h計(jì)算）用電量= = 節(jié)電費(fèi)==6 總結(jié)與展望總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在鋁廠焙燒引風(fēng)機(jī)上應(yīng)用的設(shè)計(jì)，主要對(duì)高壓變頻器、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理和運(yùn)用及其成套設(shè)備做了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)、高壓變頻器采用DSP對(duì)功率單元的控制設(shè)計(jì)了DCS控制系統(tǒng)與變頻器的連接控制，最后節(jié)能運(yùn)算作了簡(jiǎn)單介紹。通過(guò)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和在老師的悉心教導(dǎo)下，結(jié)合自己的實(shí)際工作，完成了本次設(shè)計(jì)。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(shí)在電氣作圖和設(shè)計(jì)尚有不足。在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)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(guò)對(duì)題目的設(shè)計(jì)，我反復(fù)查閱了國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速的方式，比較分析了國(guó)內(nèi)變頻器市場(chǎng)，對(duì)國(guó)內(nèi)趨勢(shì)有所了解，同時(shí)培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和基本技能、解決工程實(shí)際及科學(xué)研究問(wèn)題的能力。培養(yǎng)了查閱、收集、分析和整理資料的能力。通過(guò)本次對(duì)高壓變頻交流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是我對(duì)變頻交流調(diào)速及變頻器市場(chǎng)有了深一步的了解，同時(shí)也把自己的所學(xué)知識(shí)得以施展和驗(yàn)證。本次設(shè)計(jì)過(guò)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(guó)內(nèi)外的變頻器設(shè)備，對(duì)今后的工作有很大幫助。展望論文在對(duì)引風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速設(shè)計(jì)過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)來(lái)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(jiǎn)單，運(yùn)行靈活，修改參數(shù)簡(jiǎn)單，還可以在畫面上可進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)操作，還具有顯示、報(bào)警功能，以便運(yùn)行人員掌握運(yùn)行情況并提醒運(yùn)行人員及時(shí)排除故障。高壓變頻器采用“高一高”方式，這種設(shè)計(jì)無(wú)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(jí)串聯(lián)，使用24個(gè)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(dǎo)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(jiǎn)化主電路結(jié)構(gòu)，提高可靠性。當(dāng)然，采用高耐壓器件后帶來(lái)的整體成本增加和由于串聯(lián)單元個(gè)數(shù)減少引起的波形質(zhì)量下降必須綜合考慮。國(guó)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(guó)際領(lǐng)先水平相比有較大差距。隨著電力電子和電氣傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)企業(yè)核心研發(fā)能力的增強(qiáng)，未來(lái)幾年我國(guó)高壓變頻器產(chǎn)業(yè)有望進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展期。 致謝畢業(yè)論文是在我的指導(dǎo)老師張素妍老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到設(shè)計(jì)的最終完成，張老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。每周張老師老師都要詢問(wèn)我們的論文進(jìn)度情況并指導(dǎo)我們?cè)鯓尤ニ鸭Y料、整理資料以及論文的寫作方法等。還經(jīng)常解答我們?cè)趯?shí)習(xí)過(guò)程中遇到的各種疑慮，給我的畢業(yè)論文寫作帶來(lái)了很大的幫助。在她的指導(dǎo)下，我不僅學(xué)到了許多專業(yè)知識(shí)和技能，更學(xué)到了做事必須嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的精神，這些教誨必將惠及一生。在此，謹(jǐn)向她致以崇高的敬意和衷心的感謝。　　論文在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也得到了在校老師和同學(xué)的許多幫助、支持和鼓勵(lì)，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(lái)指導(dǎo)我們實(shí)習(xí)，衷心的說(shuō)一聲：老師您辛苦了。參考文獻(xiàn)[1] 王兆安,[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.[2] 山東新風(fēng)光電子使用手冊(cè)[Z]. 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司.[3] :中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表, 2009,21(4):87～89.[4] 孔靈娥,商兆東, [J].有色冶金節(jié)能,2004,18(5):3～4.[5] 余發(fā)山,鄭征,[M].江蘇:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2005.[6] [J].變頻器技術(shù)應(yīng)用,2006,9(3):48～48.[7] [M].北京:人民郵電出版社,2008.[8] 吳忠志,（高）壓大功率變頻器應(yīng)用手冊(cè)[M].北京:機(jī)械出版社.[9] [J].變頻器世界,2006,8（10）.7～10.[10] 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