【正文】 等）的信號(hào)為速度信號(hào) 送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 ⑤ 保護(hù)電路 檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 保護(hù)回路主要包括： （ 1）逆 變器保護(hù) 1）瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)。由于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過(guò)逆變器器件的電流達(dá)到異常值（超過(guò)容許值）時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電流。交流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。 2）過(guò)載保護(hù)。逆變器輸出電流超過(guò)額定值，且持續(xù)流通達(dá)規(guī)定的時(shí)間以上，為了防止逆變器器件、線路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時(shí)限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)（使用電子電路）。過(guò)負(fù)載是由于負(fù)載的 GD2（慣性）過(guò)大或因負(fù)載過(guò)大使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。 3）再生過(guò)電壓保護(hù)。采用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率直流電路電壓將 升高，有時(shí)超過(guò)容許值。可以采取停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速減速的辦法，防止過(guò)電壓。 4）瞬時(shí)停電保護(hù)。對(duì)于數(shù)毫秒以?xún)?nèi)的瞬時(shí)停電，控制電路工作正常。但瞬時(shí)停電時(shí)間在 10ms 以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 5）接地過(guò)電流保護(hù)。逆變器負(fù)載側(cè)接地時(shí)，為了保護(hù)逆變器，有時(shí)要有接地過(guò)電流保護(hù)功能。但為了確保人身安全，需要轉(zhuǎn)設(shè)漏電斷路器。 6）冷卻風(fēng)機(jī)異常。有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，但風(fēng)機(jī)異常時(shí)裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器。 （ 2） 異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù) 1）過(guò)載保護(hù)。過(guò)載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度傳感器，或者利用轉(zhuǎn)在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來(lái)檢出過(guò)熱。動(dòng)作頻繁時(shí)可以考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載、增加電動(dòng)機(jī)及逆變器容量等。 2）超頻（超速）保護(hù)。逆變器的輸出頻率或者異步電動(dòng)機(jī)的速度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 3）其他保護(hù) 1）防止失速過(guò)電流。急加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速）。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對(duì)于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過(guò) 電流，也進(jìn)行同樣的控制。 2）防止失速再生過(guò)電壓。減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過(guò)電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過(guò)電壓。 變頻器的特點(diǎn) 變頻調(diào)速特別是變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，已使世界范圍內(nèi)的電氣傳動(dòng)控制領(lǐng)域發(fā)生了根本性的變革，它是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、電力電子技術(shù)等的綜合產(chǎn)物。由于變頻器具有高動(dòng)態(tài)、高性能、大容量、節(jié)能等顯著的特點(diǎn)，并以其優(yōu)越的調(diào)速性能和節(jié)能優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用，并取得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)外的資料表明，使用 變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低 20%，從而大大降低能耗，節(jié)能效率可達(dá) 20%～ 40%。節(jié)約了電費(fèi)、降低了生產(chǎn)成本、減少了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，改善了工作環(huán)境，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，同時(shí)可根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求控制的更準(zhǔn)確、更快速。 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn) : 1） 高效節(jié)能 變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備使整個(gè)供水系統(tǒng)始終保持最優(yōu)工作狀態(tài)節(jié)電率可達(dá)35%—60% ，這一特點(diǎn)已被廣大用戶(hù)所認(rèn)識(shí)并帶來(lái)效益 2）占地面積小，投人少，效率高 采用水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個(gè)控制柜，體積很小，整個(gè)系統(tǒng)占 地面積非常小，可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專(zhuān)人管理、設(shè)備故障率極低等方面都實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步減少投資，運(yùn)行管理費(fèi)低的特點(diǎn)，再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，都決定了此變頻恒壓供水系統(tǒng) 占地面積小，投人少，效率高 。 3）配置靈活，功能齊全，自動(dòng)化程度高。 4） 安全衛(wèi)生 系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶(hù)的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的 “二次污染 ”，取消了水池定期清理的工作。 5） 管理簡(jiǎn)便 變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、過(guò)載、失速保護(hù)、主 泵定時(shí)輪換控制等功能，功能完善，自動(dòng)運(yùn)行 ，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，節(jié)省了人力物力 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用 FRA540系列變頻器 變頻器的接線 管腳 STF 接 PLC 的 Y10 管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。 圖 變頻器接線圖 PID 調(diào)節(jié) PID 參數(shù)的整定 ,它是按照工藝對(duì)控制性能的要求 ,決定調(diào)節(jié)器的參數(shù) Kp , TI , TD?？刂票磉_(dá)式為 : 其增量式為 : 其中： 在 恒壓供水中常見(jiàn)的 PID 控制器的控制形式主要有兩種 : (1)硬件型：即通用 PID 控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連 接和 P、 I、D 參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。 (2)軟件型：使用離散形式的 PID 控制算法在可編程序控制器 (或單片機(jī) )上做PID 控制器 此次使用 軟 件型控制形式。 壓力傳感器的接線圖 壓力傳感器使用 型絕對(duì)壓力傳感器。 該 傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力－電轉(zhuǎn)換。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(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)的要求 。 該傳感器的量程為 0～ （由于該系統(tǒng)的多種保護(hù)措施，令到傳感器的最大輸出壓力為 ） ,工作溫度為 5℃ ～ 60 ℃ ，供電電源為 24V（ DC） ,輸出電流為 420mA，精度為 %FS。 圖 壓力傳感器的接線圖 原件表 水泵： 3 臺(tái)均 選用 BL550 型 微心泵 ，參數(shù)見(jiàn)表 所示。 熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器 FR， 3臺(tái)電機(jī)均可選用規(guī)格其型號(hào)為 JR3620，額定電流 10A。 熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器 FU 選用 RT18 系 列。 接觸器的選擇：對(duì)于接觸器 KM 選擇的是規(guī)格 SCE03C,功率 3Kw。 按鈕 SB 的選擇： PLC 各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流 24V，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于 40mA，按鈕均只需具有 1 對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)，按鈕均選用LAY3—11 型，其主要技術(shù)參數(shù)為： UN=24VDC， IN=， 含 1 對(duì)常開(kāi)和 1 對(duì)常閉觸點(diǎn)。 表 元件表總圖 表 水泵的參數(shù) 元件 符號(hào) 型號(hào) 個(gè)數(shù) 可編程控制器 PLC FX2n48MR 1 變頻器 FRA500 系列 1 接觸器 KM SCE03C 7 水泵 M1,M2,M3 BL550 3 閘刀開(kāi)關(guān) QS HD11100/18 1 熔斷器 FU1， FU2， FU3 RT18 6A 3 熱繼電器 FR1， FR2， FR3 JR3620 3 按鈕 SB LAY3—11 13 水泵 符號(hào) 型號(hào) 流量(L/min) 揚(yáng)程 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 電機(jī)功率 (kw) M1,M2,KM3 BL550 147 19 2800 表 變頻器的參數(shù) 當(dāng)需要校準(zhǔn)時(shí)，用 Pr902~Pr905 校正變頻器的輸出，并且在變頻器停止時(shí)，在 PU 模式輸入表 所示的值。 表 變頻器的 Pr 制設(shè)定表 變頻器 適用電機(jī)容量 （ KW) 輸出額定容量(KVA) 輸出額定電流 （ A） 過(guò)載能力 電源額定輸入交流電壓 /頻率 冷卻方式 FRA500系列 型（三菱） 12 150%60s ,200% (反時(shí)限特性 ) 3相， 380V 50Hz/60Hz 強(qiáng)制風(fēng)冷 第四章 PLC 控制及編程 PLC 控制 PLC 在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻 — 變頻的切換 和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖 所示 ， 順序功能圖如圖 所示 : 圖 PLC 程序流程圖 系統(tǒng)起動(dòng)之后，檢測(cè)是自動(dòng)運(yùn)行模式還是手動(dòng)運(yùn)行模式。如果是手動(dòng)運(yùn)行模式則進(jìn)行手動(dòng)操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動(dòng)運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。 手動(dòng)模式主要是解決系統(tǒng)出錯(cuò)或器件出問(wèn)題 在自動(dòng)運(yùn)行模式中，如果 當(dāng)前管道壓力值少于設(shè)定壓力 ， 持續(xù)三秒， 則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果 當(dāng)前管道壓力值大于設(shè)定壓力 ， 持續(xù)三秒，則執(zhí)行減泵 程序，減少水泵的工作數(shù)量。如果 當(dāng)前管道壓力值等于設(shè)定壓力，持續(xù)三秒，則不執(zhí)行增減泵程序。 自動(dòng)運(yùn)行 如圖 ，為該系統(tǒng)的自動(dòng)手動(dòng)運(yùn)行控制面板，將系統(tǒng)狀態(tài)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)，然后 在自動(dòng)控制按鍵組里按下自動(dòng)按鈕，系統(tǒng)就 由 PLC分別控制某臺(tái)電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制 . 升壓控制：系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài) .系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開(kāi)始運(yùn)行第一臺(tái)水泵 M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力 達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間 M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài) .當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過(guò)壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 。反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 .當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由 PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運(yùn)行 。同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水 泵投人并聯(lián)運(yùn)行 .當(dāng)最后一臺(tái)水泵 M3投人運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警 . 降壓控制：當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的一臺(tái)水泵關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值 .當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。 圖 自動(dòng)手動(dòng)運(yùn)行控制面板 手動(dòng)運(yùn)行 當(dāng)將系統(tǒng)狀態(tài)開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)，按下手動(dòng)控制按鍵組里的某個(gè) 按鈕 ，用手動(dòng)方式。按下變頻器 啟動(dòng)，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù) PLC程序啟動(dòng)手動(dòng)變頻器控制 Y10輸出，電機(jī)正轉(zhuǎn) 。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時(shí)，按下 KMn（ n=1,3,5） 按鈕，此時(shí)切斷電機(jī)變頻，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行 ,再起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)。為了變頻向工頻切換時(shí)保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時(shí)，用時(shí)間繼電器作了時(shí)間延遲，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，可以手動(dòng)按下 SBn（ n=2,4,6） 按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)