【正文】 動機調(diào)速簡介 調(diào)速就是在一定的負載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要人為的改變電動機的轉(zhuǎn)速。如果箱子中溫度低， 變頻器控制頻率為零或者很小，使 鼓風(fēng)機不用鼓風(fēng)或者 鼓小風(fēng)，讓溫度迅速上升。其控制系統(tǒng)框 圖如圖 2－ 2 所示。 恒溫供氣系統(tǒng)通過檢測系統(tǒng)的溫度變化，并將其轉(zhuǎn)換為 4—20mA 的電 流 信號 ，此檢測信號是實現(xiàn)恒恒溫供氣的關(guān)鍵參數(shù)。 作為一個控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全監(jiān)控及報警是必不可少的重要組成部分。 PID 變頻控制器是整個變頻恒溫供氣控制系統(tǒng)的核心。溫度下降 時 效果一樣，只是信號反相而已。把溫度變化的信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號進行反饋。 4 2 PID 變頻 恒溫 系統(tǒng)的 總體 方 案 設(shè)計 PID 控制變頻恒溫供氣系統(tǒng)主要有變頻器、溫度傳感器和 現(xiàn)場的 熱 風(fēng)機 組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)的控制流程圖如圖 2－ 1 所示： 圖 2－ 1 PID 變頻 恒溫供氣 系統(tǒng)控制流程圖 從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制機 構(gòu)三大部分，具體為： (l) 執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是由三相異步電機鼓風(fēng)機組成，他的作用是為系統(tǒng)鼓風(fēng)提 供熱氣，供氣的大小 和溫度的高低跟 電動機的轉(zhuǎn)速 成正比變化 來控制，而電動機的轉(zhuǎn)速由變頻調(diào)速器控制，可以進行變頻調(diào)速，用以根據(jù)用 恒溫箱里 溫度的變化 而 改變電機的轉(zhuǎn)速 ，以維持系統(tǒng)的溫度恒定?？梢钥闯?，目前在國內(nèi)外變頻調(diào) 速在恒壓恒溫控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的兼容性閉環(huán)控制研究還不夠深入。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒溫供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓恒溫供氣功能的變頻器，像日本 Samco 公司，就推出了將 PID 調(diào)節(jié)器和 PLC 可編程控制器等硬件集成在變頻器控制的基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn) PLC 和 PID 等電控系統(tǒng)的眾多功能，對社會上各式各樣的控制系統(tǒng)帶來了一個嶄新 的科技。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起動控制以及制動控制、壓頻比控制以及各種保護功能。總之，雖然國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成績，但是總體上來說國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱，對國外公司的依賴還很嚴重 ?，F(xiàn)在，我國約有 200 家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國際市場上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距。 從 20 世紀 80 年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的基于 VVVF 技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣泛應(yīng)用。 1964 年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制 PWM 技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中的是德國人。所以我們采用了 變頻器 PID 自動計算控制， 集合電子電路來 實現(xiàn)恒溫 控制。 實現(xiàn)恒溫控制的方法有很多，傳統(tǒng)的控制方法普片是利用 PLC 自適應(yīng)控制加熱絲實現(xiàn)恒溫控制，還有利用模擬 PID 調(diào)節(jié)的恒溫控制，另外還有基于單片機的恒溫控制系 統(tǒng)。 雖然 現(xiàn)有的溫度傳感元件大多為模擬器件（ 如 熱電耦）體積大、應(yīng)用復(fù)雜、而且不容易實現(xiàn)數(shù)字化等缺點，阻礙了應(yīng)用領(lǐng)域的擴展。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 對于不同場所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同。本課題設(shè)計的是一個簡單實用的恒溫控制器，它可以根據(jù)使用者的實際需要，將溫度設(shè)定在某一范圍，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，電路會自動控制變頻器的頻率使電機轉(zhuǎn)速下降 ，風(fēng)力降低，恒溫箱的溫度升高，當(dāng)高于設(shè)定溫度時，電路會自動控制變頻器的頻率使電機轉(zhuǎn)速上升，風(fēng)力增大，恒溫箱的溫度降低。所有這些，如果采用恒溫控制裝置，就可以得到解決。再如，有些家庭喜歡養(yǎng)金魚，到了冬天，常擔(dān)心溫度太低而使魚凍死。例如，冬天做面包時，酵母菌發(fā)酵緩慢，甚至不能發(fā)酵，這時，人們常采用加熱的方法提高發(fā)酵溫度，但若 經(jīng)驗不足，溫度提得過高，則容易把酵母菌殺死。 工 業(yè)生產(chǎn)中溫度控制具有單向性、時滯性、大慣性和時變性的特征，同時要實現(xiàn) 溫度控制的快速性和準確性，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的現(xiàn)實意義。 35 結(jié)論?????????????????????????????? ?? 36 2 致謝?????????????????????????????? ?? 37 參考文獻?????????????????????????????? 38 附錄 A Pt1000 分度表? ???????????????????? ??? 39 1 1 緒論 恒溫控制的意義 在工業(yè)上 ， 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展， 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程 和社會生活 中經(jīng)常遇到的過 程控制， 人們需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進行監(jiān)測和控制。 34 系統(tǒng)的調(diào)試 32 PID 恒溫控制系統(tǒng)接線圖 30 本系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù)設(shè)置介紹 29 PID 基本構(gòu)成及功能概述 28 PID 控制器的組成及作用 26 ICL7107 管腳排列 25 溫度顯示電路 23 電壓電流轉(zhuǎn)換電路 17 主電路接線端 16 三菱變頻器 FRE740 簡介 13 變頻器選擇注意事項 12 變頻器容量的計算 12 變頻 器驅(qū)動負 載特性 的分析 7 調(diào)速時的允許負載 6 電動機的調(diào)速指標 6 三相異步電動機的調(diào)速原理 2 變頻恒溫系統(tǒng)的研究與現(xiàn)狀 關(guān)鍵詞 變頻調(diào)速 恒溫供氣 PID 控制 信號采集 1 目 次 1 緒論 本系統(tǒng) 的設(shè)計是 采用變頻器實現(xiàn)對三相 鼓風(fēng)機 電機的 轉(zhuǎn)速進行 變頻調(diào)速 ，來改變對恒溫箱的鼓風(fēng)大小， 利用溫度 傳感器檢測 恒溫箱的 當(dāng)前 溫度 信號 ，恒溫箱中溫度發(fā)生變化，采集的信號就會發(fā)生相應(yīng)的變化，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路把所采集的信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的 PID 輸入控制的電流信號， 從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變 鼓風(fēng)機電 機的轉(zhuǎn)速來改變供 氣 量，最終保持 系統(tǒng)的溫度恒定 。 課 題 摘 要 本 課題的設(shè)計是 根據(jù) 工業(yè)生產(chǎn)上和社會生活中需要恒溫控制的 要求，設(shè)計了一套基于 PID 變頻調(diào)速恒 溫 系統(tǒng)。 PID 變頻恒 溫 系統(tǒng)由 PID 變頻器、 風(fēng) 機 組 、 加熱裝置、溫度 傳感器、 信號采集轉(zhuǎn)換電路 等構(gòu)成。 該變頻恒溫系統(tǒng) 的設(shè)計成果 可運用于許多實際的恒溫控制系統(tǒng)中，并能夠取得穩(wěn)定可靠的運行效果和良好的節(jié)能效果。 1 恒溫控制的意義 1 變頻恒溫系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 3 2 PID 變頻恒溫系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 4 3 電機調(diào)速模塊的分析 6 三相異步電動機調(diào)速簡介 9 離心風(fēng)機調(diào)控方式的分析、選擇 9 變頻器的分析和選擇 14 4 三菱變頻器的簡要介紹 16 三菱變頻器 FRE740 常規(guī)介紹 17 控制電路接線端及端子功能介紹 18 操作面板及其功能介紹 21 5 溫度信號處理模塊的介紹 23 溫度采集轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 26 數(shù)字電壓表電路原理 27 6 PID 功能簡介及系統(tǒng)的設(shè)置與調(diào)試 特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用，其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。 在日常生活中，人們 也 經(jīng)常碰到需要控制溫度的問題。又如，有的地區(qū)冬天很冷，需要室內(nèi)取暖，這這樣的溫度又不能過高，也不能太低，所以需要采用比較可靠的恒溫裝置?？傊愃频膯栴}在日常生活中常常碰到。所以設(shè)計一個較可靠的恒溫控制電路，是具有非常重要的價值意義的。本電路經(jīng)濟、可靠，對于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中需要恒溫的地方，一般均能適用。因而，對溫度的測控方法要 多種多樣。利 用微機對溫度進行測控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。 但是這些器件相對來說比較經(jīng)濟，在畢業(yè)設(shè)計中不必要花那么昂貴的電子產(chǎn)品，2 在此我們采用的是市場上最為常見的鉑電阻，通過測溫電路來 實現(xiàn)了對溫度的實時測量與恒定控制。由于利用 PLC 還要利用模擬 PID 調(diào)節(jié)的恒溫控制，其算法需要查表轉(zhuǎn)換，比較復(fù)雜 ， 單片機的恒溫控制系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，而且不是很穩(wěn)定。 變頻恒溫系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)及電機控制理論的發(fā)展。 20 世紀 80 年代初，日本學(xué)者提出了基于磁通軌跡的磁通軌跡控制方法。在我國， 60%的發(fā)電量是通過電動機消耗掉的，因此如何利用電機調(diào)速技術(shù)進行電機運行方式的改造以節(jié)約電能，一直受到國家和業(yè)界人士的重視。隨著改革開放和經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國采取要么直接從發(fā)達國家進口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi)外結(jié)合，即在自行設(shè)計制造的成套裝置中采用外 國進口或合資企業(yè)的先進變頻調(diào)速設(shè)備，然后自己開發(fā)應(yīng)用軟件的辦法，很好地為國內(nèi)重大工程項目提供了電氣傳動控制系統(tǒng)的解決辦法，適應(yīng)了社會的需要。 3 變頻恒 溫 系統(tǒng)的研究與現(xiàn)狀 變頻恒溫在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。應(yīng)用在變頻恒溫供氣系 統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供氣量大小需求不同時，保證溫度恒定，需在變頻器外部提供溫度控制器和溫度傳感器，對溫度進行閉環(huán)控制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻控制工程，其中恒溫和恒壓控制最為普片，大多采用國外的變頻器控制風(fēng)機電機的轉(zhuǎn)速；也有的采用可編程控制器 (PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。該變頻器將溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供氣供水場所。因此，有待于進一步研究改善變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。 (2) 信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測系統(tǒng)的溫度。當(dāng)溫度升高時，把溫度升高的模擬信號采集過來進行 A/D 轉(zhuǎn)換，把對應(yīng)的電流信號輸入到 PID 控制器上，讓其改變電機的轉(zhuǎn)速 ，使其溫度下降到恒定 值 。 (3) 控制機構(gòu)：恒溫控制系統(tǒng)一般安裝在供氣控制系統(tǒng)柜中，包括供氣控制器 P