【正文】 is acidification process instead of inverter based on PLC speedadjusted system. Using the PH acidification tank detection instrument measuring the PH value, acidification of the output current signal frequency inverters, access frequency with the input voltage and frequency variable signal control motor speed, then adjust electric valve opening. Keywords: transducer。 Frequency conversion 3 第一章 緒 論 近年來，隨著科學技術(shù)的突飛猛進的發(fā)展，自 動化技術(shù)成倍的提高了生產(chǎn)力。 變頻器的 PLC變頻調(diào)速系統(tǒng) 集變頻 技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及改善工人的 工作環(huán)境、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。經(jīng)營范圍為鉻鹽、硫化堿、氧化鋁、含鉻合金、硫酸、水泥、磷肥、編制袋、水利發(fā)電、鉻鐵礦采選和石灰石、石膏礦開采、機械制造、工業(yè)自動化技術(shù)、環(huán)保設(shè)備技術(shù)、農(nóng)業(yè)設(shè)備技術(shù)開發(fā)等。企業(yè)的發(fā)展目標是以鉻鹽系列產(chǎn)品為主導，經(jīng)營范圍涵蓋鉻鹽、無機化工、精細化工、建材、生物質(zhì)能發(fā)電、環(huán)保工程、電氣自動化工程、機械制造工程、農(nóng)業(yè)工程等，通過不斷科技創(chuàng)新和技術(shù)進步，建成技術(shù)領(lǐng)先、清潔環(huán)保，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的大型化、科技型企業(yè)集團。本設(shè)計針對重鉻酸鈉生產(chǎn)過程中酸化的技術(shù)的落 后進行改造。在此公司主要采用硫酸法，硫酸法為最常用的工業(yè)方法： 其化學反應式為： 2Na2CrSO4+H2SO4 ? Na2Cr2O7+Na2SO4+H2O 鉻酸鈉轉(zhuǎn)變?yōu)橹劂t酸鈉的離子平衡式： 2CrO42+2H+ ? 2CrO4 ? Cr2O72+H2O 加入的酸發(fā)生酸的離解，離解式為： HA ? H++A 顯然，由于酸化 反應為可逆反應， 鉻鹽根的轉(zhuǎn)化率在理論上只能趨近于而不能達到 100%。所控制的也只能是由實際加酸量和理論加酸量之比所決定的酸化率。 （鉻酸鈉與硫酸反應生成 重鉻酸鈉時要考慮中性液和除鈣液的加入，在這里為了降低難度， 不考慮中性液和除鈣液對反應的影響 ） 酸化過程 原始的酸化過程 將 鉻酸鈉 通過 原液 泵 加入 酸化罐中，一般 鉻酸鈉 的液位到達罐體 1/3 時 4 由人工開啟攪拌機進行攪拌 ， 2/3 時 開始加硫酸。而且還要人工嚴格控制加酸的速度，加酸速度過快暴沸，容易造成人 生安全問題的發(fā)生。 酸化過程 pH值的變化如圖 11所 示 ： 圖 11 酸化過程 PH 的變化趨勢 根 據(jù)上圖得知酸化過程 pH 值的變化率，就可得知在線自動檢測加料時打開和關(guān)閉給酸電動閥可能是滯后的，因此在設(shè)計酸化自動控制系統(tǒng)時，應考慮 pH 值在線檢測儀的設(shè)定范圍，這 樣才能有效的對酸化 過程 進行合理的控制。 因隨著硫酸的不斷加入和攪拌， 反應液 也逐漸被酸化 ， 由于 pH 值得的變化使得輸出電流也隨之變化，這時 變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，電機 控制 的 電動 球閥的開度也隨之變化。 檢測的具體方法 25～ 27 波美之間、含量 170～ 205g/l 時，試紙呈現(xiàn)的水位線應在針尖寬窄左右，檢測后的試紙在工作燈附近干燥后，試紙原有水位線應有微紅色出現(xiàn)方可送樣化驗； 5 27～ 30 波美之間、含量 210～ 230g/l 時，試紙邊緣水線完全消失，同樣試紙干燥后試紙邊緣出現(xiàn)的微紅色在針尖寬窄方可送樣化驗； 30～ 35波美之間、含量 240～ 300g/l 時試紙呈現(xiàn)血線，且血線在 2mm左右，不得分散，方可送去化驗。如果血線分散的距離越大其酸化效率越低，分散距離越窄酸化率越高。應用此方法檢測酸化率達到控制范圍之內(nèi)后 ，不得因攪拌時間不夠而造成生產(chǎn)料液局部酸化而使酸化液總樣不合格。 上述內(nèi)容是 :現(xiàn)在生產(chǎn)中的控制過程，由于重鉻酸鈉、硫酸質(zhì)量和性能不穩(wěn)定，造成在工藝控制上的變化較大，對加硫酸量的比例就沒有正確的量了。 綜上所述：酸化過程依然靠人工采用 PH 試紙測量 PH 值來 調(diào)節(jié)鉻酸 鈉 、硫酸的進液量，調(diào)節(jié)的時效性較差，誤差較大，工序繁多，生產(chǎn)環(huán)境差，不利于生產(chǎn)效率的提高，有必要進行改造節(jié)約勞動力，改善工作環(huán)境，進一步提高生產(chǎn)力效率。這樣可以有效的減輕 工作人員 的勞動強度， 減少誤操作，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善工作環(huán)境， 基本實現(xiàn)自動化控制 。變頻調(diào)速 以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)能效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式，其重要性日益得到世界各國的重視。 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況 20 世紀 60 年代以前，直流調(diào)速一直以控制能力強、可靠性高、噪聲低、控制電路簡單等一系列優(yōu)良的性能在傳動領(lǐng)域中占據(jù)著主導地位。由于換向器的存 在，使直流電動機的維護工作量加大，單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境等都受到限制。另外，隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)以及微型計算機和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。 然而，要實現(xiàn)對交流電動機高性能的調(diào)速遠比直流電動機調(diào)速困難得多。 ]3[ 國內(nèi)現(xiàn)狀 1） 有大量 市場需求 。 2）功率器件發(fā)展迅速 。 3）控制理論和微電子技術(shù)的支持 。 現(xiàn)在，我國有 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。很多最先進的產(chǎn)品從發(fā)達國家進口，在我國運行良好，滿足了我國生產(chǎn)和生活需要。 但應看到，由于國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的能 力弱，對國外公司的依賴仍很嚴重。因此它的共性技術(shù)必定是分為功率和控制兩大部分。各種高性能變頻控制都是國內(nèi)外研究的熱點，其未來主要的發(fā)展方向 是 1）實現(xiàn)變頻器的人工智能化對于交流電機這樣多變量、強耦合的參數(shù)非線性時變的復雜被控對象，要獲得良好的控制性能較為困難。近年來，國外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在變頻調(diào)速系統(tǒng)控制中獲得了應用，已成為當前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論及應用的研究熱點。 3）實現(xiàn)變頻器的通信網(wǎng)絡(luò)化和技術(shù)規(guī)格標準化當前，國外先進的變頻器都配有總線適配器模塊 (如 modbus, feidbus, interbus 等 )作為選件，外部總線可以雙絞線和適配器連接，變頻器則作為系統(tǒng) 的智能終端。變頻 器的技術(shù)規(guī)格已統(tǒng)一成國際性標準，可根據(jù)用戶的需要實現(xiàn)靈活的配置 。 5）實現(xiàn)變頻器硬件的集成化為了使變頻裝置體積更小巧，新型變頻器要求功率和控制單元具有高集成度。 6）實現(xiàn)變頻器的高頻化提高變頻器開關(guān)頻率是抑制諧波、提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵之一。目前在高頻變換器中采用較多的器件是 MOSFET， IGBT 和 IPM。 7）實現(xiàn)變頻器的 “ 綠色環(huán)保 ” 化實現(xiàn)變頻器的 “ 綠色環(huán)保 ” 化也就是開發(fā)清潔電能的變頻器。研究環(huán)保型整流器，使其不產(chǎn)生諧波，且實現(xiàn)功率雙向流動是國內(nèi)外目前研究的熱點問題。應積極應用變頻調(diào)速技術(shù)來改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量，以獲得較好的經(jīng)濟效益和社會效益；要大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)，必須把我國變頻調(diào)速技術(shù)提高到一個新的水平，縮小與世界先進水平的差距，提高自主開發(fā)能力，滿足國民經(jīng)濟重點工程建設(shè)和市場的需求；并規(guī)范我國變頻調(diào)速技術(shù)方面的標準，提高產(chǎn)品可靠性及工藝水平，實現(xiàn)規(guī)模化、標準化生產(chǎn) ]4[ 。微型計算機是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。 而交流電動機的同步轉(zhuǎn)速 : PfN 11 60? 式中 1N 同步轉(zhuǎn)速， r/min； 1f 定子頻率， Hz； P 電機的極對數(shù)。 均與送入電機的電流頻率成正比例或接近于正比例。 變頻 器的基本結(jié)構(gòu) 從頻率變換的形式來說。交 交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可控制的交流電，稱為直接式變頻器。然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電．又稱間接式變頻器。電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，它 的作用是把三相 (也可以是單相 )交流整流成直流 ]10[ 。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。 9 無論是電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)其功率因數(shù)總不會為 1。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件 (電容器或電抗器 )來緩沖。 (3)逆變器。逆 變器的主要作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。 (4)控制電路。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對 整流器的電壓控制及完成各種保護功能。 性能的優(yōu)劣決定了變頻器的性能。 直流中間電路的儲能元件在整流 電路是電壓源時是大容量的電解電容，在整流電路是電流源時是大容量的電感。逆變電路最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用 6個半導體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路?，F(xiàn)代變頻器控制電路的核心器件是微型計算機，全數(shù)字化控制為變頻器的優(yōu)良性能提供了硬件保障 ]6[ 。 U/f控制即電壓與頻率成比例變化控制。 U/f控制由于忽略了電動機漏阻抗的作用，在低頻段工作特性不理想。采用 U/f控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。轉(zhuǎn)差頻率控制是在 E/f控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差控制的一種控制方式。更重要的是，在 E/f=常數(shù)的條件下，通過對轉(zhuǎn)差率的控制，可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩的控制。 （ 3）矢量控制。矢量控制將交流電動機的定子電流采用矢量分解的方法，計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機轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度及性能。 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載的適應性。 變頻器的操作方式及使用 和 PLC一樣，變頻器是一種可編程的電氣設(shè)備。功能碼一般有數(shù)十甚至上百條， 涉及調(diào)速操作端口 指定、頻率變化范圍、 力矩控制、系統(tǒng)保護等各個方面。修訂是為了使變頻器的性能與實際工作任務(wù)更加匹配。 變頻器的輸出頻率控制有以下幾種方式： （ 1）操作面板控制方式。具體操作又有兩種方法，一個按面板上頻率上升或頻率下降的按鈕調(diào)節(jié)輸出頻率，另一個方法是通過直接設(shè)定頻率 數(shù)值調(diào)節(jié)輸出頻率。變頻器常設(shè)有多段頻率選擇功能。變頻器通常在控制端子中設(shè)置一些控制端， 控制端 的 7種組合 方式 選定 7種工作頻率值。 （ 3） 外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式。 （ 4） 通信數(shù)字量 操作方式。 變頻器硬件選擇 本設(shè)計中負載為泵類負載，因為泵類負載功率 范圍不大，應選用具有多輸入、多輸出端適于泵類負載控制功能的輕載節(jié)能型 產(chǎn)品。 三菱變頻器 可以和 FX N2 型 PLC工作協(xié)調(diào)。本系列有多種型號，從單相電源電壓，額定功率 400W到三相電源電壓，額定功率 15KW可供選用。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號端，該信號進 PLC， 作為電機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 。 PLC控制變頻器的運行與關(guān)斷； U、 V、 W輸出端接接觸器接電機，變頻器 驅(qū)動 電機 。下 圖 33為 三菱變頻器 在電路中的接線圖。 工作原理流程控制簡圖 如圖 31所示 ： 圖 酸化裝置及控制圖 控制原理： 由原液泵 加 鉻酸 鈉 到酸化罐 —— 由液位傳感器檢測 當 鉻酸 鈉 加入到 1/3 處時—— PLC 通過開關(guān)節(jié)點 啟動 M2 攪拌機 進行攪拌 —— 由液位傳感器檢測 當 鉻酸鈉 到 2/3 時 —— PLC 接通 pH 在線檢測儀 進行檢測 同時啟動變頻器 —— PH 測量儀的將測量值輸入 PLC，與給定值進行比較 —— 選擇變頻器合適的轉(zhuǎn)速端口 —— 變頻器 以合適的轉(zhuǎn)速帶動電機，電機帶動計量泵 —— 計量泵 控制 電動球 閥的開度，調(diào)節(jié)硫酸的進液量 —— 從而 使酸化液 達到 PH 值穩(wěn)定的 目的 。當 PH值為 3時，閥門 Y3 打開，放出酸化液。 圖 31 為 酸化裝置及控制圖 。 根據(jù)輸入 PLC 的數(shù)字量 變化 ， 通過比較指令與設(shè)定值的 PH 值進行比較 ， 選擇變頻器合適的轉(zhuǎn)速端口 ， 變頻器根據(jù) 設(shè)定頻率 調(diào)節(jié)計量泵電機的轉(zhuǎn)速，計量泵電機調(diào)節(jié)電動球閥的開度 ，進而改變硫酸的進液量，達到 PH值穩(wěn)定的目的。熔斷器 裝在電路中，保證電路安全運行的電器元件。若電路中正確地安置了熔 斷器，那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度和一定的時候 ， 自身熔斷切斷電流 ，從而起到保護電路安全運行的作用。 接觸器是一種用來頻繁地接通或切斷負載的主電路和大容量的控制電器，便于實現(xiàn)遠距離控制的自動切換電器。接觸器主要由電磁機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成。它主要也括線圈、鐵芯和銜鐵。當線圈通電后，產(chǎn)生電磁吸力，使動鐵芯 (或稱銜鐵 )吸合．帶動動觸頭與靜觸頭閉合，接通主電路；若線圈斷電后．線圈的電磁吸力便消失，在復位彈簧的作用下，動鐵芯將釋放，從而帶動動觸頭與靜觸頭分離，切斷主電路 。具體說，低通濾波器會濾除高頻，保留低頻信號，故得名。 帶通濾波器實際上是一個高通和一個低通的串聯(lián)，所以高低都會濾去，只保留中間