畢業(yè)設(shè)計論文-基于plc的變頻恒壓供水控制-閱讀頁
2025-06-21 21:24本頁面
【正文】 直流電源。 （3） 控制電路 現(xiàn)在變頻調(diào)速器基本系用16位、32位單片機或DSP為控制核心，從而實現(xiàn)全數(shù)字化控制。提供控制信號的回路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構(gòu)成:頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”。從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互差120176。低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。 （1）U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進行控制的。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流ImIt1（Im1相當(dāng)于直流電動機的勵磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。然而在實際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結(jié)果。985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型。VVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運而生。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。其實質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實現(xiàn)的。 矩陣式交—交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（2ms），很高的速度精度（177。本設(shè)計采用矩陣式交—交控制方式。但是PLC還是有最適合它的應(yīng)用場合，所以接到一個控制任務(wù)以后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制設(shè)備來完成該任務(wù)最合適。所以在很多情況下也可以取代工業(yè)控制計算機（IPC）作為主控器控制對象以及控制裝置確定后，還要進一步確定PLC的控制范圍。 PLC選型原則當(dāng)某一個控制任務(wù)決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。則直流24V的負載只能使用其他的輸出端了。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，比如使用交流220V的指示燈等。對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮：（1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。本設(shè)計選用三菱系列FX2N－64MR來實現(xiàn)控制。下圖為恒壓供水泵站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)用水量大時，水壓降低；用水量小時，水壓升高。 恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)由三臺泵組成；PLC部分由三菱可編程控制器FX2N系列，文本顯示器SLJDTP200組成；變頻器采用三菱FRA540系列 。該系統(tǒng)有各個泵的運行時間累計功能，通過PLC的數(shù)據(jù)區(qū)保持可以斷電記憶。直到滿足設(shè)定壓力為止。 當(dāng)供水負載變化時，變頻器的輸出電壓與頻率變化自動調(diào)節(jié)泵的電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。系統(tǒng)可動態(tài)顯示各種參數(shù)，如設(shè)定壓力，運行壓力，水位高度，運行方式，實時時間，日歷，各個泵的運行時間累計（精確到秒），運行狀態(tài)，故障信息等等。 下圖為恒壓供水系統(tǒng)的主電路圖：系統(tǒng)中共三臺水泵，其中有兩臺運行，而另一臺備用，并且每十天輪換一次，以便延長機器壽命，當(dāng)用水高峰期時一臺工頻全速運行，一臺變頻運行；用水低谷時一臺水泵變頻運行。全部泵的運行依程序自動工作。等泵運行一會兒，管網(wǎng)壓力積累后，再用PID運算輸出控制變頻器。管網(wǎng)越大，時間越長。下行過程：當(dāng)系統(tǒng)壓力偏高，變頻器運行在18HZ左右（18HZ以下泵的效率很低，經(jīng)驗值）時，PLC程序把運行時工頻投入的泵機撤出，在撤出的瞬間，PLC控制變頻器運行頻率在45HZ，要不系統(tǒng)沖擊過大，容易有水垂現(xiàn)象，延時一會兒后，再把 PID運算輸出投入即可；以此類推。當(dāng)壓力過高時，2泵停止運行，只留下1泵變頻運行。下圖為本設(shè)計狀態(tài)圖： 狀態(tài)圖下表為狀態(tài)圖解釋附表：狀態(tài) 功能 狀態(tài) 功能 S0初始狀態(tài) S25 變頻器起動3速變頻 S203泵備用，1泵變頻起動，當(dāng)S29狀態(tài)時2泵工頻起動 S26變頻器起動4速變頻 S212泵備用，3泵變頻起動，當(dāng)S29狀態(tài)時1泵工頻起動 S27 變頻器起動5速變頻 S221泵備用，2泵變頻起動，當(dāng)S29狀態(tài)時3泵工頻起動 S28變頻器起動6速變頻 S23變頻器起動1速變頻 S29變頻器起動7速變頻 S24變頻器起動2速變頻 梯形圖 第五章 總結(jié)本文是利用三菱公司FX2N系列對恒壓供水系統(tǒng)進行了程序設(shè)計，并加入了用變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速的功能，供水是與我們的生活緊密相連的，將PLC用于恒壓供水的控制，主要是其方便穩(wěn)定的特性。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里總想著這樣的接法可以行得通，但實際上接上電路總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間很多。通過這次的論文設(shè)計我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得到結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力，為我以后工作中遇到問題或者繼續(xù)學(xué)習(xí)將會產(chǎn)生巨大的影響和幫助。還要感謝安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院的全體老師，感謝他們對
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