【正文】 用時(shí)間，又可以形成各種 PWM 波，達(dá)到各種不同的控制目的。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出 100%的額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。目前市場上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國產(chǎn)的共約 5O 多種。 下 表中參數(shù)供選用時(shí)參考。 （ ~） 177。 177。 177。變頻器的容量選擇在實(shí)際操作中存在很多誤區(qū)，這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補(bǔ)充。其中后兩項(xiàng)，變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。應(yīng)保證在無故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)： （ 1）變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變 頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級(jí)的變頻器，以利用變頻器長期、安全地運(yùn)行。 （ 5）當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。 將本系統(tǒng)參數(shù)帶入求得所取變頻器容量最低為 88KW 故取 100KW，額定電流，故取 150A。 變頻器主電路外圍設(shè)備選擇 斷路器 當(dāng)變頻器需要 檢修時(shí)，或者因某種原因而長時(shí)間不用時(shí)，將 QF 切斷，使變頻器與電源隔離。 選擇原則 (1)變頻器在剛接電源的瞬間，對(duì)電容器的充電電流可達(dá)額定電流的（ 23）倍； (2)變頻器的進(jìn)線電流是脈沖電流，其峰值?？赡艹^額定電流； (3)變頻器允許的過載能力為 150%， 1min。故選擇斷路器額定電流選擇 210A 根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以選擇斷路器 DW15— 400 斷路器額定電壓為 380V，額定電流為 300 滿足要求可以選擇。 (2)選擇原則： 由于接觸器自身并無保護(hù)功能，不存在誤動(dòng)作的問題，故選擇原則是主觸點(diǎn)的額定電流 NKN II ? ，應(yīng)該大于 ,可以選擇主觸點(diǎn)額定電流為 130A 的接觸器 ?？紤]到其輸入側(cè)的功率因數(shù)往往較低，應(yīng)本著宜大不宜小的原則來決定線徑。這有可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載并發(fā)熱。一般要求： NUU )%3~2(?? () U? 的計(jì)算公式是： )(10 003 0 VlRIU MN?? () 式中： NU ——額定相電壓， V ； MNI ——電動(dòng)機(jī)額定電流， A ； 0R ——單位長度（每米）導(dǎo)線的電阻， mΩ/m ； l ——導(dǎo)線的長度， m 。根據(jù) Ro值確定導(dǎo)線面積。 表 常用電動(dòng)機(jī)引出線的單位長度電阻值。許多變頻器的使用 20 說明書上給了一些計(jì)算方法，也有的直接提供了供用戶 選用的制動(dòng)電阻的規(guī)格。選用時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體情況進(jìn)行調(diào)整。為了減小能量的消耗，應(yīng)根據(jù)制動(dòng)過程的緩急程度以及飛輪力矩的大小，考慮能否選擇阻值較大的制動(dòng)電阻。在一些飛輪力矩較大，又要求快速制動(dòng)的場合，或者如起重機(jī)械那樣，需要釋放位能的場合，上述制動(dòng)電阻有可能滿足不了要求，靠考慮選擇阻值較小的一擋制動(dòng)電阻。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能，用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。 (2)各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms. (3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 (5)對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 (7)大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如： 按鈕 行程開關(guān) 接近開關(guān) 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥直接連接。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采 用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，在 PLC 中用戶程序按先后順序存放， CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。在 PLC 處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 實(shí)物圖如圖 31所示 壓力傳感器采用 CYYZ1001 型絕對(duì)傳感器。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電 性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。 圖 32 西門子系列 PLC 的外觀 23 4 PLC編程及變頻器參數(shù)設(shè)置 PLC 的 I/O 接線圖 圖 PLC 的 I/0 接線圖 輸出端接中間繼電器控制電機(jī)的工頻與 變頻工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，輸入點(diǎn) 控制系統(tǒng)電機(jī)的停止工作， 控制系統(tǒng)電機(jī)工作及變頻器工作的開始。 為當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到上限值時(shí)手動(dòng)閉合，使電動(dòng)機(jī)切換為工頻工作。采用了面向控制過程、面向問題、簡單直觀的 PLC 編程語言，易于學(xué)習(xí)和掌握。 梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號(hào)，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對(duì)于那1L Q0. 3 N L1 S7200 PLC 1M M L+ K1 K2 K3 K4 K5 K6 220VAC SB1 SB2 SB3 SB4 SD 24 些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。 指令是用英文名稱的縮寫字母來表達(dá) PLC 的各種功能的助記符號(hào)，類似于計(jì)算機(jī)匯編語言。 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言 (SFC)類似于計(jì)算機(jī)常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述控制過程比較詳細(xì)具體，包括每一框前的輸入信號(hào)，框內(nèi)的判斷和工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)。 高級(jí)語言類似于 BACIC 語言、 C語言等，它們?cè)谀承S家的 PLC 中應(yīng)用。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。 2)梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實(shí)的電流流過。 3)梯形圖中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位 觸發(fā)器為“ 1態(tài) ”，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開，反之為“ 0態(tài) ”。 4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。 6)PLC 在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的， 即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時(shí)動(dòng)作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡化。 當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但 CPU 是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。 掃描從 0000 號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào) 遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。 順序掃描的工作方式簡單直觀，它簡化了程序的設(shè)計(jì)，并為 PLC 的可靠運(yùn)行提供了非常有用的保證。另一方面，還可以通過 CPU 設(shè)置的定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時(shí)間，從而避免了由于 CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)而造成故障的影響。它分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣階段、程序 執(zhí)行階段、輸出刷新階段， PLC 具體的掃描過程如圖 4． 2所示： 圖 PLC 的掃描過程示意圖 26 1)輸入采樣階段：在開始執(zhí)行程序之前， PLC 以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘?hào)狀態(tài) (開或關(guān)、“ 1”或“ O’’ )讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，這個(gè)過程稱為對(duì)輸入信號(hào)的采樣，或稱輸入刷新。在本工作周期內(nèi)，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。 2)程序執(zhí)行階段：在程序執(zhí)行階段， PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描。這就是說，對(duì)于每個(gè)元素來說，元素映像寄存器中寄存的內(nèi)容，會(huì)隨程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。 3)輸出刷新階段：當(dāng)程序執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出刷新階段。 PLC 重復(fù)地執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間 就是一個(gè)工作周期 (或掃描周期 )。一般說來，一個(gè)掃描過程中，執(zhí)行指令的時(shí)間占了絕大部分。這就保證了 PLC在執(zhí)行程序階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路的內(nèi)容或數(shù)據(jù)保持不變。但在使用時(shí)由于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作環(huán)境惡劣，干擾源眾多，如大功率用電設(shè)備的起動(dòng)或停止引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)形成低頻干擾，電焊機(jī)、電火花加工機(jī)床、電機(jī)的電刷等通過電磁耦合產(chǎn)生 27 的工頻干擾等，都會(huì)影響 PLC的正常工作。 變頻器的安裝 變頻器的安裝環(huán)境 （ 1）環(huán)境溫度為 10℃與 40℃之間； （ 2）環(huán)境濕度 相對(duì)濕度不超過 90%(無結(jié)露 )； （ 3） 無陽光直射，無腐蝕性氣體及易燃?xì)怏w，塵埃少，海拔低于 1000m。 （ 2）柜式安裝單臺(tái)變頻器安裝應(yīng)盡量采用柜外冷卻方式 (環(huán)境比較潔凈，塵埃少時(shí) )；單臺(tái)變頻器 采用柜內(nèi)冷卻方式時(shí)，應(yīng)的柜頂安裝抽風(fēng)式冷卻風(fēng)扇，并盡量裝在變頻器的正上方；多臺(tái)變頻器安裝應(yīng)盡量并列安裝，如必須采用縱向方式安裝，應(yīng)在兩臺(tái)變頻器間加裝隔板。 變頻器和電機(jī)的距離確定電纜和布線方法 （ 1）和電機(jī)的距離應(yīng)該盡量的短。 （ 2）電纜選用屏蔽電纜，動(dòng)力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機(jī)全部用穿線管屏蔽。同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻 器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生 28 的電磁干擾。與變頻器有關(guān)的模擬量信號(hào)線與主回路線分開走線，即使在控制柜中也要如此。 系統(tǒng)安裝圖 系統(tǒng)安裝圖如圖 51所示 圖 51 系統(tǒng)安裝圖 實(shí)物連接示意圖如圖 52 所示 29 圖 52 實(shí)際安裝示意圖 30 按照接線圖正確連 接之后，系統(tǒng)上電 SB2 按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)。 ，系統(tǒng)壓力逐漸穩(wěn)定， PLC 采集到的數(shù)據(jù)逐漸逼近正常范圍，此時(shí) PLC控制一號(hào)水泵以工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，二號(hào)水泵變頻運(yùn)轉(zhuǎn)。 ， PLC 控制一號(hào)水泵工頻運(yùn)行，二號(hào)水泵變頻運(yùn)行，并根據(jù)壓力傳感器的回傳值 增大或減小運(yùn)行頻率。 預(yù)期結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，滿足實(shí)際需要。這是本設(shè)計(jì)需要改進(jìn)的地方。變頻器應(yīng)用手冊(cè) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. [10]韓安榮 .通用變頻器及其應(yīng)用 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. [11]李華 .變頻調(diào)速技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 .電氣傳動(dòng)自動(dòng)化， 1996， [12]陳伯時(shí) .電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1996 [13]岳慶來 .變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 [14]龍章眷 .PLC與變頻器在自動(dòng)恒壓供水設(shè)備中的應(yīng)用 .科技信息 2020(3):179，202。 [19]丁芳等，智能 PID算法在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 .微計(jì)算機(jī)信息， 2020(1): 103一 105 [20]張國強(qiáng) .全自動(dòng)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與探討 .學(xué)術(shù)論壇， 2020 [21]盧建勤 .PLC及變頻器在恒壓變量供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 .機(jī)床 電器， 2020(4):58一 62 32 致謝 本論文是在導(dǎo)師譚老師 的悉心指導(dǎo)下完成的。在整個(gè)論文工作中，導(dǎo)師給了我全方位的精心指導(dǎo)，嚴(yán)格把關(guān)、不倦教誨，為我付出了許多辛勞和汗水，使我得以順利完成論文工作。我能順利完成學(xué)業(yè)及論文的撰寫，與譚老師 的關(guān)心、支持和幫助是分不開的。其 34 中壓力變送器反饋值為 0～ 5，內(nèi)部數(shù)據(jù)為 0～ 32767，對(duì)應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后通過下面的程序進(jìn)行判斷，以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。 判斷反饋 值為 ≤ H≤ ，則一號(hào)變頻器定速或變速，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到上限值時(shí)則手動(dòng)輸入有效水泵變?yōu)槎ㄋ龠\(yùn)行，否則變速運(yùn)行。 35 停止按鈕按下，所有水泵停止供水 此段程序的功能為在一號(hào)水泵有故障時(shí)，通過手動(dòng)切換使三號(hào)水泵代替一號(hào)水泵的工作。