变频控制设计范文

变频控制设计范文（精选12篇）

变频控制设计 第1篇

关键词：拖网绞车,变频控制,PLC,张力平衡

拖网绞车是渔船上最主要的捕捞设备, 目前渔船用绞车大多采用交流绕线式异步电动机转子串电阻的调速或液压驱动方案, 控制性能较差, 体积较大, 结构复杂、效率低, 噪声大, 远不能满足安全生产规程的要求。在大型化和自动化程度越来越高的形势下, 电力变频绞车的优势更明显。电力变频绞车主要是采用交流变频调速系统对绞车进行驱动, 由于变频器控制性能优越、调速范围大、调速精度高, 使电机拖动具有高效率的驱动性能及良好的控制特性, 在船舶应用上越来越多。丹麦Ocean Prawns A/S公司的ATLANTIC Enterprise号是世界上首艘完全采用交流绞车控制系统的拖网渔船, 船上的19台交流绞车全部采用交流变频驱动, 它们可提供与液压绞车同样强劲的牵引力, 而且运行平稳、噪声低, 具有高效节能、结构紧凑、易于安装和维护的特点。结合拖网绞车恒张力需要, 采用PLC和变频器控制交流电机, 应用转矩限制功能实现拖网曳纲张力平衡控制, 为拖网渔船安全、高效捕捞作业提供条件[1,2]。

1 控制系统设计

1.1 交流电机调速原理

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:n=60 f (1-s) /p, (式中n、f、s、p分别表示转速、输入电源的频率、电机转差率、电机磁极对数) ;通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频调速系统的控制方式包括V/F、矢量控制 (VC) 、直接转矩控制 (DTC) 等[2]。

1.2 变频控制系统总体设计

拖网渔船作业时, 由拖网绞车拖曳网具在渔场前行, 由于风浪、渔获量的变化或渔船转向等的影响, 都会引起绞车钢丝绳张力变化或不平衡, 导致网具变形, 影响捕捞效果, 甚至对作业设备产生破坏。因此, 如何根据钢丝绳张力变化自动控制拖网绞车, 保持拖网曳纲张力平衡是系统的关键。

该拖网绞车控制系统采用PLC和变频器调节交流异步电机转速的方法, 系统以可编程序控制器 (PLC) 作为核心控制部件, 通过变频器驱动交流电机, 实现绞车的正反转起动、停止和调速。拖网作业时, 拖网绞车大部分时间处于刹车状态, 张力传感器实时测量拖网左右纲绳的张力, 张力信号经由张力检测模块传送到PLC, 经PLC运算、比较, 当左右纲绳的张力差值超过设定的界限时, 控制系统驱动相应的绞车收放纲绳, 自动调整左右曳纲张力与长度, 使左右纲绳达到动态平衡, 绞车处于恒张力状态。系统应用变频器控制性能中的转矩限制模式作为恒张力控制的实现原理。在恒张力联动工况中, 由工况转换开关激活转矩限制模式, 并接通恒张力调节电位器电路[3,4,5,6,7]。控制系统总体框架见图1。

1.3 拖网曳纲张力与速度测定

拖网绞车曳纲张力测定采用直接法, 张力检测选用PAT销轴式传感器。该传感器的中间部分力的输入形式为剪切载荷, 作用在传感器左、右2个部分的支撑力使传感器发生变化, 由剪切应力引起的变形转换成与负载成正比的电信号。该传感器可输出4~20 m A或0~2 500 m V等2种类型信号, 通过电缆将数据传送到PLC内处理后在控制面板上显示出张力值, 并作为驱动单元控制绞车钢缆收放的反馈信号。根据生产实际把曳纲张力分为过载张力和非过载张力, 选定过载阈值和过载时限, 不断对张力的大小、过载张力的持续时间进行监测, 遇到超过一定时限的过载张力即进行报警。

旋转编码器安装在绞车主轴上, 记录并计算滑轮的转速及圈数, 如图2所示。通过电路可在驾驶室控制台上观测拖网绞车的速度及放出缆绳的长度, 同时驾驶室和机盘操作台可根据需要调节绞车速度和钢缆张力值[8,9]。

1.4 变频控制系统硬件设计

交流电机变频控制系统采用西门子系列PLC和变频器构建, 硬件电路如图3所示。PLC控制系统采用西门子S7-200系列, 模块化结构, 配置包含有数字输入、输出模块、模拟量模块、电源模块、CPU模块等。在本系统中采用西门子CPU224和模拟量模块EM235。CPU224有14个输入接口和10个输出接口。模拟量模块EM235控制变频器的运行频率, 进而控制电机的转速。

PLC输入数字信号有:控制绞车运行的正转指令信号、反转指令信号、停机指令信号、急停指令、变频器故障信号。PLC输出信号有开停机信号、正反转信号、复位、急停及各种状态指示信号。PLC的模拟量输出信号用来控制变频器的运行频率。PLC通过程序对输入指令信号进行各种逻辑处理, 转换成一套高效执行的控制指令, 控制执行元件, 完成自动化控制功能[10,11,12]。

该系统中变频器采用西门子6SE70全数字矢量控制变频器。6SE70矢量控制变频器与PLC相互配合使用, 可以实现时变速度链控制、非线性负荷波动控制、速差大范围调节控制、张力控制等非线性复杂控制功能, 保证整个系统安全可靠、节能经济的高效运行[13]。

在上位计算机上安装SIEMENS SIMOVIS/Drive Mon软件, 实现对变频器的远程控制。通信连接利用USS专用通信线 (将上位计算机的串口1和变频器面板上的通讯口连接) 实现。分别设置变频器型号、USS通讯地址、电机参数设置, 定义功率部分, 设定硬件部分和系统, 设置端口, 设定操作模式和设置通讯等。

1.5 系统软件设计

根据I/O输入、输出地址分配表, 以及各部分流程图及各种信号转换关系, 利用STEP 7-Micro/WIN 32软件编出相关梯形图。在变频器的工厂设置状态下, 传动命令用计算机给出。置于外部控制时, 有2个外部控制方式:手动和自动, 手动/自动控制转换连接到数字输入端, 手动和自动控制模式由选择按钮SA1选择。手动操作启停信号由启停按钮SB1、SB2决定。自动控制模式下, 张力反馈信号连接到变频器模拟量输入端, 计算机启动、停止信号连接到数字输入端, 启、停信号根据相应的参数设置为通、断式信号。外部给定为4~20 m A, 模拟量输出为0~20 m A。系统流程图见图4。

2 系统应用

设计控制台采用西门子PLC进行过程控制, 控制台具有手动、自动2种操作方式, 二者互为闭锁, 切换简便。操作系统在运行过程中, PLC和变频器与保护功能单元进行实时系统通讯, 有快速故障诊断、保护和报警功能, 从而大大提高系统运行安全可靠性能, 保证拖网作业生产安全、有效进行。作业中的参数如拖网曳纲绳张力、放绳速度、放绳长度等, 通过显示屏直观显示出来, 便于在捕捞作业中操作控制 (表1) 。

3 结语

变频控制设计 第2篇

3单片机硬件电路的设计

传感器输出的电压值一般为电压信号在本设计中使用一个电位器来模拟传感器。对电压信号的采集选择ADC0832。在实际中电机调速一般是选择三相变频器。限于条件，本设计只能用三个直流电机来模拟三台泵，因此选择适合于直流电机的PWM方式来对电机进行调速。

3.1水管压力测量模块

在实际应用中，用传感器检测供水管道的压力，如果水压高于设定值，则降低转速；如果水压低于设定值，则提高转速。传感器输出的.电压值一般为电压信号，限于设计条件，本次设计采用一个电位器来模拟传感器。调节电阻值的大小，即可改变电压的大小，从而模拟管道水压的改变。

3.2电机控制模块

基于PLC的电梯变频控制系统设计 第3篇

【摘 要】针对电梯控制系统复杂、安全舒适度高等特点，采用了西门子PLC对电梯进行控制、变频器对电梯进行平滑调速的方法，通过软件和硬件的设计，有效的提高电梯的控制水平，极大地改善了电梯运行的舒适感；同时结合组态软件，创建监控平台，为电梯控制系统构建检测和故障监控系统，为电梯的安全运行提供了可靠保证。

【关键词】PLC；电梯；变频；组态王

0.绪论

电梯控制系统复杂，是一种大型的机电结合体和重要的垂直交通运输设备。电梯如采用传统的继电器控制系统，故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大，目前已逐步被淘汰；而微机控制系统虽智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷； PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，备受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式；同时控制系统采用变频器技术和组态监控，有效提高了电梯运行的舒适性和可靠性[1]。

1.电梯控制系统结构

电梯控制系统总体结构如图1所示，由上位机组态王软件、PLC、数字及模拟量信号输入输出模块等构成。PLC采集现场数据和控制设备运行，组态软件通过通信与PLC交换数据，达到获得现场数据和控制电梯功能。组态软件对获得的数据存储并加以整理和分析，以形象的动画效果、报警、历史趋势、实时曲线等显示出来。所有控制工作都由PLC完成，计算机只负责提供人机交互界面，进行指令接收和发送、自动化进程控制、数据显示存储、参数设定、报表打印和数据处理等。在系统运行过程中，上位机一直和PLC实时通信，从而保证组态界面上显示的数据和实际数据相一致，操作人员在上位机上发出的操作命令和控制的参数也都可以实时的送到PLC上执行。

图1 电梯控制系统结构

2.电梯控制系统设计

2.1 PLC软硬件设计

PLC的选型主要根据控制对象所需的I/O点数和被控量的性质：如开关量或模拟量，以及是否要求联网通信等。针对四层电梯选用西门子S7-200CPU226即可满足控制要求，性价比高[2]。具体的I/O分配如表1所示。

表1 I/0分配表

根据I/0分配表可得到PLC硬件接线图，硬件接线图不再具体给出，电梯控制系统可实现以下功能[3]：

（1）按动召唤按钮，电梯牵引机启动到达召唤层停止、响铃、电梯门和轿厢门同时打开。

（2）人进入轿厢，超重保护没有报警。

（3）电梯门开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。

（4）按动选层键，电梯牵引机启动到达选择层停止、响铃、电梯门和轿厢门同时打开。

（5）电梯门打开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。

（6）当电梯行驶过程中收到正向召唤信号，则到达召唤楼层时停止，接收到反向召唤信号，电梯继续执行当前信号，在顺向信号执行完毕后执行反向信号，执行过程中自动相应最近的信号。

（7）电梯门和轿厢门设有压力传感器，当受到一定推力时，门自动返回计时5秒后重新关闭。

根据功能要求，可得到PLC控制梯形图，电梯程序控制流程如图2所示。

图2电梯程序控制流程图

2.2变频调速设计

电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行以改善电梯运行的舒适度。因此采用西门子MM440变频器作为调速使用[4]。

西门子MM440变频器参数设置原则：

（1）为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其斜坡上升时间和斜坡下降时间应当长一些。

（2）为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击。

（3）零速一般设置为Oft，带速抱闸将影响舒适感。

电梯的工作特点是频繁启制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车包闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点是要准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。本设计采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯运行，计数器就可以精确地确定走过的距离，达到与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。

2.3组态监控设计

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。本次设计采用北京亚控公司的组态王软件，首先定义I/O设备，其次构造数据库，最后构建上位机监控画面，完成与下位机PLC实时数据的通信，实时动态显示电梯的运行状态[5]。电梯实时监控画面如图3所示。

图3电梯实时监控画面

3.结束语

采用西门子S7-200PLC作为控制器，西门子MM440变频器作为调速设备，组态王作为监控软件，大大减少了系统中继电器的使用数量，提高系统可靠性，降低故障率，减少了控制柜的体积。实践证明，此设计取得了良好效果，系统性能稳定，电梯运行更加平稳，使用维护简单，系统的可靠性高，组态软件的监控也有利于检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果，实用性强。

【参考文献】

[1]田艳丽.基于PLC的电梯控制系统的设计与实现[J].科技致富向导，2012，8（5）：155.

[2]刘维福，叶安丽.电梯运行状态实时远程监控系统研究[J].伺服控制，2006，（4）：86-87.

[3]耿立明， 杨 威.基于PLC 控制的实验电梯监控系统研究[J].工业控制计算机，2012，6（25）：76-78.

[4]邓岗，宋克岭，王大志.PLC及其组态软件在电梯模型中的设计与应用[J].工业控制计算机，2010，5（23）：95-96.

智能变频检测控制装置的设计 第4篇

1.1 CPU温度与工作状态

智能电视机由于高频率和高功率, CPU工作发热问题, 稳定性问题也成为智能电视开发者关注的问题。我们知道, CPU工作的频率会随着电压的提高而提高, 当出现超频时, CPU的温度就会提高, 当温度过高CPU的工作状态就会变的不稳定。在散热条件足够好的情况下, 当电压一定时, CPU温度的提高往往是由于CPU负荷过大造成的。对电视机而言, 绝大多数CPU的正常工作稳定温度范围一般为0-80度, 也就是说, 如果环境温度是20度的话, 温升不超过60度, CPU才能处于稳定的工作状态;如果夏天环境温度在35度的话, 温升不超过45度, CPU才能处于稳定的工作状态, 要使CPU的处于稳定的工作状态温度当然是越低越好。

1.2 CPU温度与供电电压

温度提高是由于CPU的散热量大于散热器的排热量 (对于智能电视机而言, 散热器为散热片) , 一旦发热量与散热量趋于平衡, 温度就不会升高了。发热量是由CPU的功率决定, 而功率又和电压成正比, 因此要控制好温度, 就要控制好CPU的核心供电电压。但电压又不能过低, 电压如果过低又会造成系统不稳定, 在超频幅度大的时候, 这对矛盾尤其明显。电视机表现的现象会有自动重启或者不开机等现象。因此如何设置好电压在极限超频时是很重要的, 设置高了, 散热片起不到良好的作用, 设置低了, CPU受不了, 处于不稳定的工作环境。

那么电视机什么状态才叫稳定呢, 由于其复杂性, 智能电视的稳定性也只能是相对的稳定, 在合理的范围内超频, 可以抵御大多数不稳定因素带来的不良后果;在CPU硬件的极限边缘超频, 一个极细小的电压、电流纹波波动都有可能各种异常现象。本文所述的控制供电电压参数的设置, 仅仅是其中的一种情况, 可以根据各自的CPU状况去调整相应的参数。

2 控制电路系统设计

2.1 设计思路

在CPU上, 设计一个温度传感器, 实时的探测电视机的温度数据, CPU里面的温度分析控制模块在检测到温度超过预定的数据时, 将控制信号传给CPU, CPU通过I/O输出控制核供电电路, 以改取变样电路的阻值, 从而降低供电电路的电压, 适当的降低核电压的电压值, 有效降低CPU的功率和温度, 使CPU处于稳定工作状态, 并使CPU不因过热而损伤。

2.2 CPU供电电路设计

以CPU工作电压为1.26V, 工作电压范围为1.20V-1.32V为例。系统采用DC-DC芯片MPS1470输入电压为12V。如图1为供电电路图, U7为DC-DC, 输出端电阻R1的值为电阻R4和电阻R26的串联值, 电阻R2为电阻R7、R27、R41并联后的等效电阻阻值, 输出的电压VCC=基准电压× (1+R1/R2) , 基准电压值和使用的DC-DC有关。三极管Q5、Q6工作在两种状态下, 饱和导通和截止状态, 当三极管处于导通状态时, VIDO或VIDO需要置高电平, 跟三极管 (Q5或Q6) 第三脚连接的电阻相当于接地, 当置低电平或者悬空时, 跟三极管 (Q5或Q6) 第三脚连接的电阻相当于断路。

电阻R27、R7、R4、R26、R41分别为100K、10K、5.1K.、100Ω、39K。系统要求电压的典型值为1.26V, 电压范围为1.20~1.32V, 在VID0为低电平、VID1也为低电平, R2的等效电阻的阻值即为电阻R7的阻值 (R2=10K) , 由于采用的DC-DC芯片的输出参考值为0.8V, 即VCC=0.8× (1+5.2/10) =1.216V。当VID0为低电平, VID1为高电平时, R2的阻值即为R27和R7并联的等效电阻, 阻值为9.1K, 即VCC=0.8× (1+5.2/9.1) =1.2576V≈1.26V。同理当VID1为低电平, VID0为高电平时, R2的阻值即为R41和R7并联的等效电阻, 阻值为7.96K, 即VCC=0.8× (1+5.2/7.96) =1.3226V≈1.32V。

2.3 CPU软件控制设计

在硬件配置设置好后, 系统工作时, 默认状态下将VID0置于低电平, VID1置于高电平, 系统启动后, 核供电电压为1.26V, 系统在超负荷工作下, 温度传感器, 检测温度超过一定值时, 温度分析控制模块向CPU控制处理模块发一个降频信号, 则系统将VID1也置于低电平, 使工作电压为1.20V。如果CPU需要超频工作时可以将VID1设为为低电平, VID0为高电平, 工作电压为1.32, 此时CPU超频工作。

3 小结

智能电视而言, CPU的温度控制跟其稳定性是密切相关的, 本文通过CPU温度与工作电压, CPU温度与工作状态进行分析, 设计了一种自动检测CPU温度, 并调整CPU供电核心电压, 以保持CPU处于稳定的工作状态的装置, 该装置由设计于CPU上的温度传感器检测CPU的工作温度, 并检测供电电压, 根据预先的硬件配置, 适当的调整CPU供电的核心电压。

参考文献

变频控制设计 第5篇

姓 名： 学 号： 班 级： 学 院： 完成日期：

一．课程设计目的

1．了解常用电气控制装置的设计方法、步骤及设计原则

2．学以致用，巩固书本知识。通过训练，使学生初步具有设计电气控制装置的能力。从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。

3．进行一次工程技术设计的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力；上网查寻信息的能力；运用计算机进行工程绘图的能力；编制技术文件的能力等等。从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。二．设计题目

一.PLC控制变频调速系统设计与调试

控制要求：

1．变频调速器受 0 ～ 10V 输入电压控制：（实验室有可能是4-20mA电流信号）0V 输出频率为 0HZ，对应同步转速为 0 r/min； 5V 输出频率为 50HZ，对应同步转速为 1500 r/min； 10V 输出频率为 100HZ，对应同步转速为 3000 r/min；

输入电压与输出频率按线性关系变化。

2．要求输出转速按下图（见附图）函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。

课题要求：

1．按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。

2．完成 PLC 端子接线工作, 并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3.完成课程设计说明书 二．温度控制 设计要求：

恒温控制实验模块，是一个简化的温控系统。其中，温度信号由Pt100传感器送致变送器的测温器提供为4~20mA的模拟量，送入PLC的EM235模拟量输入模块，经过控制程序处理后，以4～20mA的模拟量输出到晶体闸管调整器，晶闸管调整器控制电热丝的加热功率，使被加热的铝散热器温度控制再设定温度附近，组成一个恒温闭环控制系统。

1．要求用PLC内部PID调节功能设计恒温闭环控制系统的控制程序。

① 温度变送器出来的标准量范围是4～20mA，即输入值4mA对应0℃，20mA对应100℃。因此信号在使用之前必须将它划到对应的范围；

② PID调节功能直接使用PLC内部的PID回路指令；

③ 温度设定值为50℃，上限幅温度值为55℃，下限幅温度值为45℃；

④ 比例增益、采样时间、积分时间、微分时间、产生定时中断的间隔时间等参数值自行确定；

⑤ 由Q0.0到Q0.7输出8位BCD码（十进制两位）的温度值，到数码管上显示其0～99℃的温度值。

2.在设计梯形图程序之前，应画出流程图和I/O接线图（包括数码显示接线图）。

三．设计内容与过程

选题一：变频调速

PLC作为先进的、应用势头最强的工业控制器已风靡全球；变频器作为交流电动机的驱动器，广泛应用于现代的工业生产和民用生活中。通过本次设计掌握PLC控制系统、变频调速系统、电机拖动及测速显示系统的硬件的使用，电路、程序的综合设计方法及对编程软件的编辑及调试。

1． 实验设备

PLC控制电机变频调速系统由S7-200PLC、变频器、电机及电机测速系统、触摸屏等组成。需使用的实验设备有：上位计算机（PC机）一台；S7-200PLC一台、EM235模拟量扩展模块（4输入1输出）一块；PC/PPI编程电缆一根；模拟输入开关一套；JD-PLC变频调速实验模块一块；200VA自耦调压器一台；可加载/可测速的三相异步电动机系统一套。

2． 实验内容和步骤

AC220VKM变频器T1T2T3PCSTFSTRRHRMRLSD102SINK自耦调压器L三相电源1L2插座L3UVWP1+-ABCRUNSE1M涡流加载测速外部晶体管公共端DC24V电源接点输入公共（源型）正转启动反转启动高速中速低速接点输入公共3频率设定器(手动)2电机系统总成短路片FR-BEL端DC0.3～5V异常输出接PLC开关量输入运行运行状态输出集电极可接入PLC开开路输出关量输入端公共端(+)模拟信号输出（DC0～5V）(-)接PLCEM235SOURCE1电流输入(-)（来自PLC(+)EM235输出）（自动）5(公共端)AM54(DC4～20mA)RS-485接口主回路端子

图1 PLC控制电机变频调速实验总图

控制回路输入端子控制回路输出端子 三相控制电源模块AL1KMBL2CL3NNLSB1电源断变频调速实验模块变频器UU1VV1WW1NSB0电源通KMKML测速与加载M电机测速与加载实验台涡流制动电源输入端NLzL自偶调压器U2V2W2N

图2 PLC控制电机变频调速外部主电路接线图

控制过程：

0通过PLC控制变频器，使三相异步电动机按下图所示的曲线运行，电机运行可分为五个部分：第一部分要求电机起动后在25s内从0（r/min）线性增加到1168（r/min）；第二部分进入恒转速运行阶段，运行时间为10s，转速仍为1168（r/min）；第三部分进入减速阶段，电机转速要求在20s内降到584（r/min）；第四部分保持584（r/min）10s；第五部分要求电机转速从584（r/min）在20s内降至0（r/min）

10V6.4V3.2V02535556585

参数计算及说明：

在电机变频调速控制系统中，变频器的输入信号是4～20mA 电流信号，而PLC的模拟量输出值范围是 0～20mA。0～20mA 的模拟量对应的 PLC 内部数字量是 0～32000，所以需要进行数据转换。4mA 对应的数字量是 6400，变频器输出 0Hz对应的电流信号为 4mA。所以第一部分加速阶段,要将频率设定电流信号从 4mA 增加到 16.8mA。编程时可以在6400刻度值的基础上，均匀地间隔一定时间逐步加刻度值到26880(如果间隔时间为0.1 s, 则82×250 =20500)。判断转速是否增加到1 168 r/min 的比较值必须是转速测量电压信号刻度值。照此法,同理可得到第三阶段(将频率设定电流信号从16.8mA减少至10.4mA，间隔时间为0.1 s, 则52×200 =10400)和第五阶段(将频率设定电流信号从10.4mA减少至4mA，间隔时间为0.1 s, 则51×200 =10200)减速部分输出的控制方法。

启动按钮SB1输入信号停止按钮SB2变频器线圈I0.0I0.1输出信号Q0.0

图3 I/O端口地址分配表

KM1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.31MI0.0I0.1I0.2I0.3SB1SB2

图4 I/O端子接线图

图5 PLC控制电机变频调速顺序功能图

开始初始化，调用子程序0电机启动按钮按下？YN定时器启动延时，电机加速加速时间25S已到（T37=1）？YN定时器T38启动，减速运行保持时间10S已到（T38=1）？NY定时器T39启动，减速运行减速时间20S一道（T39=1）？NY定时器T40启动，恒转速运行恒转速保持时间10S已到YN定时器T41启动，电机再次减速结束

图6 PLC控制电机变频调速流程图

PLC控制电机变频调速梯形图程序：

选题二：温度控制

本设计目的在于熟悉模拟量输入处理的一般方法，熟悉PID控制及模拟量模块的输入/输出及进一步熟悉子程序、中断等。

1．实验设备

上位计算机（PC机）一台；S7-200 PLC一台；PC/PPI编程电缆一根；模拟输入开关一套；JD-PLC9温度闭环控制系统实验模块；以及PLC，增加了EM235 4模入/1模出的模拟量扩展模块一块。

2.设计原理与内容

在这个闭环控制系统设计中，系统完全是采用实际工程中使用的小型器件组成，完全再现了温控装置的控制的真实工况。程序结构可分为输入信号处理和PID调节输出两大部分，其中两大部均涉及子程序调用，后一部分还涉及中断，具体也可为一段主程序、两段子程序、一段中断程序，主程序OBI中可以包含读入反馈信号、调用子程序、显示的平均值计算、两位显示换算和BCD码转换；子程序SBR_0是将所有待用的变量寄存器初始化清零，俗称“开辟空间”；子程序SBR_1为设置PID回路参数和产生定时中断，其中产生定时中断的中断事件号可查表；中断INT0是执行PID运算及输入/输出量换算。

因为PID回路指令的使用在回路表中只要填入输入信息和组态信息即可进行PID运算。要填好这些信息，有的还需要应用“自控” 方面的知识，加热系统的热惯性较大的系统，参数选择容易满足要求。由设计者填写的只是给定值（SPn）、增益（Kc）、采样时间（Ts）、积分时间（TI）、微分时间（TD）5个参数以及产生定时中断的间隔时间。如采样时间（Ts）可根据系统的特点适当放长一些，并可与定时中断的间隔时间同步。增益（Kc）、积分时间（TI）、微分时间（TD）在设计时系统参数无法获得，只要粗放地填写即可（为防止超调，一般取值较“小”），PID的这些调节参数可在调试时修整。恒温控制的限幅环节，主要是为了防止超调和失控而采取的保护措施。只要在温度超过限幅值时，将模拟量输出端电流信号置到4mA（最小输出）即可。但应注意模拟量模块的输入/输出的值都是选取的国际电工组织规定标准信号范围4~20mA，而西门子S7—200的模拟量扩展模块各种输入/输出档均是从0开始的，温度值与PLC的单极性刻度值的对应关系如图2-1所示。如果按原始“座标”0.5的给定值不是50℃温度设定值，因此，只要将原座标0点沿45°上移，将（4mA, 6400）作为新“座标”的的0点，这时0.5的给定值就是50℃温度设定值（最终0.5005）。编程时，可在信号读入/输出时将刻度值减/加6400，变化量为25600，即温度信号输入先减去6400，除以25600最后就转化过程变量PV。反之，可知PID输出值的转化。

刻度值32000(100%)2560019200(50%)6400(0%)04mA(0℃)12mA(50℃)20mAI(mA)(100℃)

图2-1 温度值与PLC的单极性刻度值的对应关系

实验模块上的温度显示，是将经取平均处理过的温度信号刻度值，通过四则运算指令化为0～99范围的温度值，再将其化为BCD码，送到QB1上输出，再经过导线将输出位与七段码译码器的输入端子连接，数码管上就能显示0～99℃的温度值。

℃0V+5VCOM12L3L十个温度显示B2C2D2A2A1B1C1D1Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7S7-226开关量输出BCD码温度值

图2-2 数码管温度显示接线图

3．调试步骤

开机后，按预先设计好的恒温控制梯形图程序，键入程序编译下载（下位机需上电）后，运行该程序，调试时不断改变PID参数，使加热器总成的温度始终保持在50℃，达到设计要求，即完成实验。在运行该程序之前，应按图2-

2、图2-3和图2-4接线，特别应当注意数码管温度显示BCD码端接的是DC5V电源。当选择自动运行方式时，实验模块上的斜率调整电位器的接线端子R2和R3应短接

电流发送器RAMA+L+＋24V－A-RBMOB+VOB-„„IOEM235扩展模块接线端调功器信号端

图2-3 EM235接线图

EM235RAL0A+M0A-DC24V（＋）（－）变送器～220V（插座）加热器Pt100to加热器总成C2C1-晶闸管调功器

图2-4恒温控制系统示意图

4．恒温控制梯形图程序： 四．本次设计心得体会

为期一周的PLC课程设计结束了，通过本次课程设计，我对S7-200系列PLC的特点有了更深的理解。利用了S7-200系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出，模拟量输入/输出进行控制，主要实现了变频器在PLC控制作用下的变频调速。

在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，特别是PLC控制电机变频调速系统设计，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以模拟量为主题的课程设计精益求精。

经历自己设计实验和查阅资料，让我了解了更多关于西门子S7-200和变频器方面的知识，让我了解了大概的选型和注意事项，并自己动手实验，参照一些编程试着去编一个看似很宏大的程序，资料上查到的是欧姆龙或者是三菱的编程语句，但是通过他们的编程思路，我们可以借鉴到自己的西门子S7-200程序设计中，编程序的过程中遇到了很多问题，通过不断的问同学，反复的思考，调试，终于编出了通过调用子程序和定时中断程序来达到控制的目的，此次课程设计让我收获颇多，在这个课程设计的过程中，既让我与同学加深了沟通，又让我学到关于西门子S7-200PLC的更多知识，对其他公司的PLC也有了一定的粗浅了解，我知道这知识仅是很少的一点，但我会在以后的学习中了解更多。而且通过本次综合性设计的实践和锻炼，我对PLC系统设计工作流程有了更深入的认识，也燃起了我努力把PLC学至精通的激情与信心。

最后我对于指导老师的不厌讲解和无私指导深表感谢！

参考文献

变频控制设计 第6篇

关键词：变频调速 选转编码器 定位精度 闭环控制

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0029-01

在自动化生产线控制过程中，产品的加工、分拣、入库等工序中，经常要求控制系统能够实现快速精确定位，常用的控制有步进电机位置控制、伺服电机闭环控制以及异步电机变频调速闭环控制等多种方式，本系统采用了PLC为核心控制设备，实现精确定位闭环控制的方法。

1 系统的基本结构及控制过程分析

控制系统由PLC、D/A转换器、变频器、三相异步电机及旋转编码器组成。本系统选用了三菱系列的FX2N-32MR型PLC、FX2N-2DA模拟量输出模块以及FR-E740型变频器；可带动0.75 kW及以下的异步电动机，选用增量式通用型旋转编码器。

由PLC向转换器D/A通道提供电机运行速度相对应的数字量信号，并发出启动转换命令；转换器将速度数字量信号转换为模拟电压或电流信号，并输出给变频器；变频器根据输入信号的大小将50 Hz的工频电源转换为相应频率的交流电向异步电动机供电；旋转编码器直接连接在电机或传送带的主动轴上将电机转过的弧度转换成脉冲，反馈回PLC，PLC通过脉冲数量计算出传送带的运送距离，以实现精确定位。系统机构见图1。

2 PLC向转换器的编程控制

D/A转换器可选用FX2N-2DA模拟量输出模块，它是具有两路D/A通道，最大分辨率为8位的模拟量I/O模块，模拟量输出方式均有电压和电流两种，可供用户选择；在出厂时输入通道的数字量均为0～250，模拟量输出为电压0～10 V，如果模拟量改用电流，就需要重新调整偏置和增益。模块内部都有由32个16位二进制的数据寄存器构成的缓冲区，作为与PLC进行数据通信的区域，PLC可以通过特殊功能模块指令向转换器发送控制命令，对于FX2N-2DA模块，可先由写（TO）指令，向的模块0#缓冲区写入两位十六进制来控制通道的输出模式，写入0为电压输出（-10 ～+10 V），写入1为电流输出（+4～+20 mA）；并向1#和2#缓冲区分别写入欲转换的数字信号；当向21#缓冲区的b1、b0位写入0、1后，便可通过23#和24#缓冲区的数据来调整增益和零点。同时模块上均设置了零点和增益的调整开关，给使用者提供了调整的方便。

3 变频器的参数设置与输出频率的控制

变频器根据FX2N-2DA模拟量输出模块提供的模拟电压或电流信号调整输出三相交流电源的频率，以达到控制电动机的转速目的；变频器与PLC之间也可通过 FX2N-485-BD或FX2N-485ADP实现通信，或直接由STF、SFR外部子控制，使用时不仅要电路的连接无误，同时还需对其参数正确设置，以三菱E500主流系列产品E450型变频器为例；运行模式选择（Pr.79）设置为2，外部运行模式；模拟量输入选择（Pr.73）设置为0或1，输入电压0～10 V或0～5 V，必须与功能模块D/A通道的输出相匹配；直流制动动作时间和频率（Pr.10、11）分别可以设置为0.5 s、5 Hz。

4 旋转编码器反馈信号与位移的分析

旋转编码器是连接在电机转轴或传送带主动轴上，通过光电转换，将轴上机械、几何位移量转换成脉冲信号，可以实现速度和位移的检测。一般依据旋转编码器输出的脉冲方式不同，可以分为增量式、绝对式及复合式。本系统采用增量式编码器，具有A、B两组相差900，当A相超前B相时为正转，当B相超前A相时则为反转，将A、B两相脉冲直接连接到PLC的高速计数器输入端，可以计算每两脉冲之间的移动距离，即脉冲当量。如旋转编码器的分辨率为N=500线，传送带主动轴的直径为D=45 mm，则电机每转一周，两脉冲之间的移动距离，即脉冲当量μ=（п·D）/N=3.14×45/500=0.282 mm，若当PLC测得脉冲数为M，则可推算出传送带上工件的移动距离L=μ·M。

5 高速计数器的选用与编程

由于旋转编码器的分辨率越高则输出脉冲的频率也就越高，当超过PLC机内扫描频率时，必须采用PLC高速计数器，以中断方式进行计数；FX2N型PLC内置有21点高速计数器C235-C255，每个高速计数器都规定了其功能和使用的输入点，其中C235-C245的11个功能为一相1计数输入，即一个计数器占用一个高速计数输入点，可由特殊辅助继电器M8ΔΔΔ的状态决定是增序或减序计数，C246-C250的5个功能为一相2计数输入，即一个计数器占用2个高速计数输入点，一个增计数输入，一个减计数输入；C251-C255的5个功能为2相2计数输入，即一个计数器占用2个高速计数输入点，一个A相计数输入，一个B相计数输入；当A相超前B相时增计数，当B相超前A相时则减计数。本系统采用C251高速计数，由PLC的X0和X1分别采样编码器的A、B两相脉冲。

6 系统运行的调试

如工件在传送带上要求移动350.5 mm，由上述理论上的脉冲当量计算，则编码器约应发出1243个脉冲，但在实际应用时会有各种的误差，如传送带主轴的测量误差，传送带的张度及安装偏差等，所以必须采用现场脉冲当量测试的方法对理论计算予以修正，可多次实测工件移动距离和高速计数脉冲数，计数出实测脉冲当量，求取均值。

在现场安装调试过程中，需仔细调整电动机与主动轴之间联动轴的同心度，同时调节张紧度，以电机输入频率为1 Hz时可启动为宜，两边应平衡调节，避免皮带运行跑偏。

7 结语

本系统应用PLC通过变频器对三相异步电机实现变频调速，并采用旋转编码器将旋转角度和传送距离对PLC进行反馈，从而实现了位移的精确定位。

参考文献

[1]郁汉琪，盛党红.电气控制与可编程控制器[M].东南大学出版社，2003.

[2]张同苏，徐月花.自动生产线安装与调试[M].中国铁道出版社，2010.

地铁车辆变频控制系统设计 第7篇

一、设计总体方案

1. 配电设备方案。

配电设备利用学校现有的三相380V AC 50Hz电网, 通过总电源屏进行独立的用电管理。总电源屏除了具有电压、电流等电参量的检测功能外, 集成了过流、缺相等保护功能, 从而保证试验系统不会对学校其余的用电单元产生影响。功率因数补偿屏则是为了提高整个试验系统的功率因数而设计的, 同时可以起到减小谐波干扰的作用。

2. 模拟电网。

即由感应调压器TM1、十二脉波整流变压器TM2和十二脉波整流器U1组成了模拟电网。TM2有两组独立的、相位相差30°的次边绕组, U1则是两个三相全桥六脉波整流器串联组成。通过使用十二脉波整流电源, 同时在高压电器箱中设计匹配的平波电抗器, 可以大大提高模拟电网的电源品质。为了满足模拟电网DC1000V~DC1800V的变化需求, 增加了三相感应调压器, 通过调节调压器的输出电压来改变直流十二脉波整流电源的直流输出电压。感应调压器的最低输出电压接近0V, 从而能够利用调压器进行异步电动机的空载特性试验, 也能利用感应调压器完成异步电动机作为发电机状态运行的试验。

3. 高压电器箱。

高压电器屏作为逆变器的前端输入级, 集成了高速断路器、线路滤波器、接触器、过压保护等。高速断路器具有双向过流保护功能, 可由DCU控制系统控制断开, 高速断路器的状态可在控制PC机的显示器上显示。接触器分为线路接触器和预充电接触器, 两接触器的吸合与断开完全由DCU控制系统控制, 接触器的动作参数与状态受DCU控制系统的监控。线路滤波器主要起到滤波和限制瞬态过流的作用, 减小对供电系统的干扰。线路滤波器采用自然走行风冷。

4. 逆变器。

采用VVVF牵引逆变器, 主要由三相逆变器和驱动控制单元 (DCU) 组成。三相逆变器的功率元件采用IGBT, 采用模块化设计, 采取热管散热技术, 保证牵引逆变器在规定的条件下正常工作。DCU采用32位的多个微处理机控制, 采用模块化设计和PWM控制技术。DCU通过列车通信网与司机控制台及控制PC机进行通信。容量能满足牵引特性和制动特性试验的要求。有良好的电磁兼容性, 不会对通讯、信号、供电等系统产生干扰。逆变器的保护功能有:输入电流过流;制动斩波器过流;输入电压过压和欠压;主电路差动电流;输出相电流过流;缺相或3相不平衡;功率元件过热。

5. 异步牵引电动机。

异步牵引电动机采用已经应用于上海地铁A型车的JD118A型异步牵引电动机。

6. 转矩转速传感器。

转矩转速传感器采用具有LonWorks网络通讯功能的JCZ2型智能转矩转速传感器。

7. 速度同步装置。

速度同步装置主要是通过机械和电的耦合来准确地模拟机车的运行速度, 同时为驱动线路模拟信号装置的运转。

8. 负载系统及其调节方式。

依照IEC61377-1推荐的典型电路原理, 采用了背靠背的试验原理, 由一套相同的逆变器和异步牵引电动机组成。整个系统的有效运行则是通过特殊的试验控制系统程序对U2、U3进行精确、快速的控制来实现的。在牵引工况下负载异步牵引电动机做发电机运行, 在制动工况下负载异步牵引电动机做电动机运行。同时为了与实际情况尽可能一致, 每个逆变器都配备了斩波电阻和制动电阻, 模拟电网不能进行能量反馈时的工作状态。 (1) 斩波电阻。能承受制动斩波模块故障所引起的过流或短路;能消耗的能量要能满足制动特性试验的要求, 所有电制动能量都消耗在制动电阻上;采用强迫风冷, 进风口应设网罩, 以防止杂物吸入, 网罩应便于拆卸与清洗;系统应对斩波电阻的电流进行监控和保护;电阻元件及支撑元件应安装牢固、稳定、有良好的耐热性, 有足够的电气间隙和爬电距离。 (2) 负载电阻。负载电阻由几个不同电阻值的功率电阻组成, 它们可以通过电控开关的切换获得不同的组合, 提供不同的负载特性。 (3) 网络控制方案。设置了一个标准化的司机控制、显示平台 (分试验控制室显示平台和试验参数展示平台) , 司机控制台与逆变器之间采用MVB网络进行通讯, 从系统调节的给定方式、显示等模拟实际运行状况, 同时司机控制台具备与逆变器之间通过硬连线进行通讯的功能, 从而可以对运行方向、牵引、制动、惰行、快速制动、紧急制动等工况进行模拟试验。试验系统的开关控制、连锁 (逻辑控制) 采用分布式PLC控制, PLC之间、PLC与上位机之间的通讯采用PROFIBUS现场总线。对转矩转速传感器的数据的读取则是通过Lon Works网络实现, 提高了通讯速率和可靠性。控制PC机与PXI数据采集系统之间通过LAN网进行连接, 可以保证PXI与信号调理单元与被测对象就近布置, 从而减小线路干扰, 提高系统的可靠性。 (4) 数据采集系统。对于变流器、异步电动机的电压、电流等高速信号的测量将同时采用基于PXI的虚拟测试仪器, 对这些关键参数进行读数和谐波分析, 增加了测试系统的灵活性, 同时该PXI测试系统的硬件资源还可以与其他试验系统共享。 (5) 技术参数。模拟电网的额定输出电压:DC1500V;输出电压范围:DC1000V~DC1800V;额定输出功率:620k W。 (6) 系统性能指标。控制系统:逆变器输出的电压、电流或这转矩的精度小于1%。测试系统:试验系统中非常重要的一环, 总体要求为:对于交直流电流、电压的测量小于±1%, 转速测量小于±0.1%或±1r/min, 转矩测量小于±2%。

二、实验内容

1. 信号检测与通讯试验。

试验系统一方面对实际线路的一些状态信号进行了模拟和采集, 另一方面该试验系统的测试和控制涵盖了电压、电流、温度、DI、DO等信号的转换、信号调理和测量、分析, 同时具有LAN-PROFIBUS、Lon Works等多种网络通讯协议, 为教学提供了一个非常好的实例。借助基于PXI的虚拟仪器数据采集系统, 学生可以自行开发信号测试与分析处理程序, 进行实践, 必将大大促进学生理论与实践相结合的能力。

2. 牵引变流器及电子控制装置的试验。

试验系统允许教师可以按照IEC61287-1:2005对牵引变流器进行试验研究, 试验项目为表1所示。

3. 逆变器供电的电动机及其控制系统组合试验。

利用地面试验系统教师能完成IEC61377-1:2006、TB/T3117规定的变流器供电时电动机及其控制系统综合试验的试验研究工作, 用以验证一种新的电传动组合系统的定额、特性和性能, 为优化系统参数设计提供可靠的试验数据。开展的试验项目为表2所示。

该实验系统可以完成信号检测与通讯试验、牵引变流器及电子控制装置的试验、逆变器供电的电动机及其控制系统组合试验, 对地铁牵引驱动控制策略开展研究提供了基础保障。

摘要：本文设计了一套城市轨道交通牵引驱动与控制实验系统, 给出了系统的硬件电路, 详细分析了试验系统的组成、工作原理与实现的功能, 通过该系统可以设计和验证各种控制算法, 为人们研究开发轨道交通控制系统提供了实验平台, 具有重要的理论意义和实用价值。

关键词：轨道交通,牵引驱动,控制算法

参考文献

[1]宋奇吼, 李学武.城市轨道交通供电[M].中国铁道出版社, 2011.

[2]何宗华.城市轨道交通供电系统运营与维修[M].北京:建筑出版社, 2006.

PLC控制与变频调整系统设计 第8篇

1 概述

1.1 1PLC控制介绍

可编程控制器 (PLC) 是一种新型的通用控制装置, 它将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体、专为工业控制而设计, 具有功能强、通用、灵活、可靠性强、环境适应性好、编程简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等优点。近年来, 随着可编程控制器的日渐成熟, 越来越多的设备控制都采用PLC控制器来代替传统的继电器控制, 并取得了很好的经济效益。可编程控制器与继电器的控制电路相比具有非常大的优势。传统的保护主要是分离仪表, 可靠性差, 集成度低, 费用高, 不易维护, 不易监视, 已不能适应当前的要求。而PLC系统的功能极其广泛, 其应用程序的功能包括信息采集、设备控制、故障报警、连锁保护以及数据处理和信息传输等。既可以实现人机对话, 又能实现操作无人看守, 因此, PLC是一种智能程度极高的控制系统。

PLC控制系统由以下部分组成:变频器、可编程控制器、电抗器、压力变送器、震荡传感器、接触器、空气开关、电缆、电流表、电压表、按钮、互感器等。PLC由触摸屏、电源、CPU、模拟量输出模块、开关量输入输出模块等组成。其中, 采用PLC来实现电气部分的控制。包括五部分:启动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。

1.2 变频调整系统设计

实际的生产过程中离不开电力传动。生产机械通过电动机的拖动来进行预定的生产方式。20世纪50年代前, 电动机运行的基本方式是转速不变的定速拖动。对于控制精度要求不高以及无调速要求的许多场合, 定速拖动基本能够满足生产要求。随着工业化进程的发展, 对传动方式提出了可调速拖动的更高要求。与传统的调速技术如直流电动机调速相比, 变频调速具有极大的优越性, 整个调速系统体积小, 重量轻、控制精度高、保护功能完善、工作安全可靠、操作过程简便、通用性强, 使传动控制系统具有很优良的性能。用变频调速装置驱动电动机去拖动风机、水泵及其他机械时, 与常规的不调速电机拖动相比, 节能效果十分可观。几十年来工业领域应用的一些单项节能技术, 其数量级一般为几个百分点, 而采用变频调速拉术后, 在泵类及机械类工作运行中, 可产生30%～40%的节能效果, 使节能数量发生了飞跃。

在现代控制设备中, 机-电、液-电、气-电配合得越来越密切, 虽然生产机械的各类繁多, 其电气控制设备也各不相同, 但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下, 力求运行安全、可靠, 动作准确, 结果简单、经济, 电动机及电气元件选用合理, 操作、安装、调试和维修方便。

2 PLC控制在变频调整系统设计中的作用

2.1 基本要求

任何生产机械电气控制系统的设计, 都包括两个基本方面:一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求, 另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。因此, 电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一台设备使用效能和自动化程度, 即决定着生产机械设备的先进性、合理性, 而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。

在设计中, 可以利用PLC的特点, 对变频器的按钮、开关等输入/输出, 模拟量输入/输出进行控制, 以实现变频器控制作用下的变频调速。在许多变频调速系统中, 尽管最终控制的量为流量、张力、压力等, 但本质广都是以负载的转速作为控制对象, 具有这种性质的系统有其特点, 因此, 配用变频时亦有相应的特点。

2.2 高精度变频调整控制实例

某造纸厂的1台造纸机要求长时间保持高精度控制。在改选过程中要求为全数字控制的构成。所以定PLC为测速电机。为排除温度漂移等周围环境的影响, 采用全数字控制。系统内使用微处理机进行数字控制。

PLC在输出转速的过程中, 信号用下面3种方式处理:输入脉冲数测定方式;输入脉冲的周期测定方式;整数个脉冲的时间测定方式。使用输入脉冲数测定方式时, 测定进入一定周期Tc内的脉冲数, 该方式有2个特点:回路简单;要得到高数度需要长时间的测定。输入脉冲的周期测定方式是指:用时钟脉冲测定脉冲的周期, 该方式在短时间可高精度地检出;但转速越高, 检出分辨力越下降;要求PLC的脉冲间隔精确。

整数个脉冲的时间测定方式的内容是:用时钟脉冲的时间测定进入一定周期Tc内的整数个输入脉冲的所需时间。此方式有以下特点:短时间内可高数度地检出;与转速无关, 大体上可得到相同的分辨率;要求PLC的脉冲间隔精确。

对该造纸厂几年来的改造应用变频调速技术的实践总结得出这样一个结论:变频调速对于中、小型的造纸机、复卷机是非常适宜的。全国的中、小型造纸机、复卷机数量在几万台以上, 进行变濒调速改造不仅能提高控制精度.从而大幅度提高产品质量及产量, 而且能节约大量的电耗。当设计高精度系统时, 首先要明确:系统要求的是定常稳定性还是要求对动态运动的控制具有高精度。如果要求的是定常稳定性, 则采用数字控制就可较简单地解决;如果是后者, 就要综合考虑超调及响应慢等问题。

3 结语

综上所述, 如今, PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛, 在就业竞争日益激烈的今天, 掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专门技术。基于PLC控制的电机变频调速通过在电机控制系统中引入数据自动采集、监控以及变频、组态技术, 建立以PLC为控制核心的电机变频调速, 使得电机的数字化控制实现成为可能。要完成好电气控制系统的设计系统, 除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外, 还要求我们必须经过反复实践, 深入生产现场, 将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。

摘要：随着我国经济的高速发展, 微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展, 交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代, 其应用越来越广。本文对PLC控制与变频调整系统做了简单介绍, 并在此基础上用简单的举例说明了PLC控制在变频调整系统设计中的作用。得出结论, PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛, 在就业竞争日益激烈的今天, 掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专门技术。

关键词：PLC控制,变频调整系统,设计,作用

参考文献

[1]孙建文.PLC变频调速控制系统在供暖行业中的应用分析[J].新疆有色金属, 2007 (S2) .

[2]孙亚峰, 赵东升.PLC与变频调速在桥式起重机中的应用[J].江苏冶金, 2007 (4) .

[3]陈柯.用三菱PLC及其变频器构成多电机变频调速系统[J].湖北广播电视大学学报, 2007 (7) .

电梯的变频器控制软件与设计 第9篇

电梯专用变频器是中小功率变频器中的高端产品, 尽管我国是世界第一电梯制造大国, 但电梯的核心部件电梯专用变频器[1]却被国外品牌所垄断, 究其技术方面的原因主要是两个:①针对电梯特性的专门控制算法需要在长期生产实践中积累完善;②电梯变频器软件系统是一个庞大的复杂实时混杂型 (Hybrid) 软件系统, 开发稳定成熟的电梯变频器软件是一个严峻的工程挑战。

本软件设计是基于美国TI公司专门针对电机控制的32位DSP芯片TMS320F2811[2]。这是目前市面上针对复杂实时控制应用、功能与运算速度最为先进的一款DSP芯片。本文主要介绍在该DSP的C/C++集成开发环境CCS (Code Composer Studio) 下, 如何基于面向对象技术, 开发电梯变频器实时多任务软件系统。

该软件系统开发的核心理念是软件层次化和基于虚拟设备的逻辑解耦。

1 电梯变频器的功能需求与软件系统结构

用层次化观点分析电梯变频器的功能需求, 电梯变频器软件系统层次结构如图1所示。软件采用四层递阶层次结构, 即某一层只能被其上层调用, 而每一层中的大模块组是平行的, 同一层模块之间无耦合关系, 从而实现软件功能的并行扩展。设计软件模块的基本准则是模块间尽可能无耦合关系。

电梯变频器软件是实时多任务软件, 本设计直接基于DSP的硬件中断机制, 采用有优先级别的中断任务机制实现实时多任务调度与管理。这种方法的好处是能精确确定每个任务的执行时间, 这对任务实时性必须精确到微秒级的电机控制软件是绝对必要的。

2 DSP硬件外设管理层

由于TMS320F2811的外设编程十分复杂, 而且保持软件对硬件平台的兼容性在软件的整个生命周期至关重要, 所以DSP硬件外设管理层设计的首要任务是实现分割软件模块的硬件相关性, 使上层软件模块独立于硬件。

2.1 定义对象结构体

通过面向对象编程技术, 把DSP的每种外设用相应的软件结构体定义, 同一类对象仅定义一种结构体, 然后通过对象实例指向具体的外设。例如:DSP中有多个定时器, 定义定时器结构体 struct CPUTIMER_REGS描述定时器的控制寄存器, 该结构体如下所示:

定义了结构体后, 再定义三个以上结构体的变量, 就能分别描述DSP中的三个定时器。

2.2 控制寄存器位域访问功能

传统的控制寄存器访问直接操作寄存器的某个位, 这种程序阅读性较差, 特别在寄存器数量非常多时很容易出错, 且不便于查错。使用访问C语言联合结构体的方法直接操作外设简单易用。如下所示, 定义struct TCR_BITS结构体描述定时器控制寄存器各位。

再定义

则语句CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS = 1; 可以置相应控制寄存器位为1。

2.3 统一的外设与上层软件数据交换方法

每一个外设都定义为一个标准对象, 上层软件通过访问这些对象的数据成员获取外设信息或操控外设, 而实时中断任务通过调用外设对象的方法函数来实现对外设的更新操作或外设事件响应处理。

例如模数转换模块ADC_DRV (如图2所示) 。

其C++语言结构体定义语句为:

外设对象的使用方法:

第一步:在主函数体中实现外设相关控制寄存器的初始化。

main ( )

{

adc.init (& adc) ;

}

第二步:在中断服务响应中实现变量值刷新。

void interrupt ADC_interrupt_isr ( )

{

adc.read (& adc) ;

}

第三步:在上层软件任务进程中, 读取模数转换模块变量。

void interrupt periodic_interrupt_isr ( )

{

adc1 = adc.Ch1Out;

adc2 = adc.Ch2Out;

adc3 = adc.Ch3Out;

adc4 = adc.Ch4Out;

}

这样, 在第三步上层软件执行进程中, 通过ADC_DRV对象获得ADC外设的转换结果, 彻底分割了软件功能模块的硬件相关性, 同时实现外设接口管理的标准化, 大大提高软件的可移植性。对象的不同方法函数在不同进程中执行, 这是面向对象编程与传统瀑布式结构化编程的显著不同点。

3 功能算法模块层

功能算法模块层分为两大部分。

第一部分:基本运算和信号处理功能库。针对32位的TMS320F281x系列DSP, TI公司提供了基础虚拟浮点运算库和较丰富的数字信号处理库。

第二部分:电机参数辨识和矢量控制模块库, 这部分是电机控制的核心算法。开发的关键是控制系统信号流程图与软件模块结构图之间的一一对应关系。采用可视化的信号流程图是表示复杂控制策略的基本方法。图3是同步电机有位置传感器的控制信号流程图。

由于是采用面向对象的开发方法, 可以针对以上控制算法采用软件对象逐一实现具体的控制模块, 并通过对象成员变量直接表示控制信号的传递过程。图4是同步电机矢量控制的软件模块结构图。

采用面向对象技术使控制算法与软件模块一一对应, 有以下几个好处:①控制算法调试方便。②控制算法扩展方便。③极大降低软件开发难度, 大大减少软件出错概率。

4 用户接口管理层

从外表看, 电梯变频器的复杂性体现在繁杂的用户接口功能上。

按具体接口方式划分有三种, 分别是:数字式操作器、异步串行通信接口、CAN总线功能扩展。

按通信协议实现层次划分, 用户接口管理层大致分为通信子层和参数传递解析层。通信子层中异步串行通信采用Modbus协议, 这是在PLC、变频器中普遍采用的通信协议, 保持了与工业标准的一致性。

参数传递子层用于面向不同软件应用层的参数传递与修改, 如图5所示。在电梯控制过程中, 必须能修改软件各层中有关模块的参数, 有时候用户对一个应用参数的修改在软件系统内部可能涉及到许多个不同层模块。为了确保参数修改的一致性, 设立多种参数解析传递对象, 以保证参数修改的正确性, 并滤除各种非法操作和错误的参数输出。通过调用不同操作对象, 就可以实现特定接口管理功能。

具体定义如以下参数解析传递对象所示。

例如:变频器基本运行参数解析传递对象Basic_Op:

5 设备运行逻辑管理层

电梯变频器是一个混杂系统, 既有连续控制, 也有复杂时序逻辑控制, 必须有恰当的方法描述这种复杂系统。在电梯运行过程中, 有许多差异很大的工作状况, 不可能用单一控制策略涵盖所有工况, 而且必须有完善的故障控制策略, 这增加了软件开发的复杂性。避免由于控制的复杂性导致软件模块间的相互偶合是设备运行逻辑管理层设计的关键, 为此引入“虚拟设备 (Virtual Device) ”概念[6]。这里的设备是表示混杂对象的工具, 而不是工业中的具体设备。

设备运行逻辑管理层由不同虚拟设备对象构成, 主要有变频器设备、可编程逻辑设备等。虚拟设备逻辑具体定义如下:

(1) 模式逻辑

描述虚拟设备如何从一种模式转化为另一种模式。一个虚拟设备可定义多个模式组, 例如变频器设备可定义“运行模式组”、“操控模式组”等。

一个模式组中的模式是逻辑互斥的, 为每一个模式定义一个标签变量ModeGroupTag[i], 则任一时刻, 只有一个ModeGroupTag[i]==1, (i=j) , 其它ModeGroupTag[i]==0, (i≠j) 。

每一次软件大循环中首先执行模式逻辑。

(2) 状态逻辑

描述能观 (observable) 能控 (controllable) 的虚拟设备状态成立条件, 主要是通过判断外部命令、模式、故障、给定值等决定当前的设备状态。与模式逻辑实现方法类似, 为每一状态定义标签变量StateTag[i], 状态变量是逻辑互斥的, 即任一时刻, 只有一个状态有效。通过状态逻辑能清晰描述如下的电梯运动状态控制过程。

(3) 控制逻辑

描述在所处状态中如何根据内部变量值决定系统的物理输出值。例如图4所示就是一个典型的控制逻辑。

(4) 故障逻辑

描述设备异常的判断条件, 而且一旦判断有故障, 则中断变频器的正常运行, 进入故障管理模式。在执行状态逻辑前先执行故障逻辑。软件为每一种故障定义标签变量FaultTag[i]。

(5) 报警逻辑

描述设备不是很严重的异常状况的判断条件, 有报警时并不中断变频器的正常运行, 但要告之使用者。软件为每一种故障定义标签变量AlarmTag[i], 须针对每种报警设计其具体判断函数。

从上可知, 设备逻辑的编程实现关键是定义标签变量对象TagObject。把每一个虚拟设备处理为五个逻辑范畴, 实现了混杂对象实时控制软件的逻辑解偶, 而且这样设计的软件系统自然易于用面向对象编程技术实现, 这样逻辑分解后, 也大大降低复杂实时软件的描述难度, 极大提高软件的可靠性与扩展性。

6 结 论

所设计的电梯变频器软件系统已完成实验室开发阶段, 正在工厂做运行测试, 样机系统已投入现场实际测试运行。

在软件开发测试过程中, 深深感受到通过引入设备逻辑的概念, 实现软件模块的宏观逻辑解耦, 极大地提高了软件的易扩展性。虽然复杂实时软件的开发过程都遵循Microsoft公司所特别倡导的里程碑式开发方法, 但在软件开发过程如何确定软件里程碑, 主要取决于对软件结构的深思熟虑, 设备逻辑五范畴为具体科学划分软件里程碑提供了实际操作依据, 为复杂实时软件开发管理提供了宏观指导。设备逻辑的概念也为开发其它复杂实时控制软件 (如汽车发动机控制软件) 提供了借鉴经验。

摘要：在C/C++集成开发环境下采用DSP芯片TMS320F2811, 开发基于面向对象技术的电梯专用变频器实时多任务软件系统。以一种层次化观点分析电梯变频器的功能需求, 将软件设计层次化。同时, 引入虚拟设备逻辑概念, 极大提高软件的易扩展性和稳定性。所设计的电梯变频器软件系统已完成实验室开发阶段, 样机系统投入现场实际测试运行。

关键词：电梯变频器,层次化设计,虚拟设备

参考文献

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[3]Broeck HW van der.Analysis and realization of a pulse width modula-tor based on voltage space vectors.IEEE Trans.Industry Applications, 1988, IA-24 (1) :142-150.

[4]Bose B K.现代电力电子学与交流传动[M].机械工业出版社, 北京, 2005.

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PLC控制与变频调速系统设计 第10篇

1变频调速及分类

1.1按变频电源的性质分类

按变频电源性质分类可分为电压型变频器和电流型变频器。对于交—直—交型的变频器,中间直流环节采用什么样的滤波器是电压型变频器和电流型变频器的主要区别。在电路中间环节,直流环节多采用大电容滤波器,直流电压波形平直,施加在负载上的电压值一般不会受到负载的影响,电压值基本保持不变,电压型变频器通过逆变的方式输出的交流电压形状大多为矩形或阶梯形,但是当通过电动机负载滤波器后波形接近正弦式, 其含有的谐波分量较大。其优点是其运行方便,几乎不受负载等因素的影响。缺点是当负载短路时或者在变频运行时投入了负载,都会出现过电流的现象,需要短时间内采取有效措施进行保护。

1.2电流型变频器

在电路中间直流环节多采用大电感滤波电流波形平直,其不受施加在负载上的电流的影响,所以电流值比较稳定类似于电流源这就是电流型变频器。通过应用电流型变频器来控制直流电流时可以通过改变直流电压的方式,从而形成可调节的直流电源进一步可以控制输出。 因为电流的可控性好的特点所以电流型变频器可以限制因负载短路问题引起的过电流现象,经常用在频繁加减速和四象限运行的地方。交—交变频器没有滤波电容, 但是供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质所以也属于电压型变频器,有的交—交变频器用电抗器把输出的电流波形变成矩形波,让它具有电流源的性质这时属于电流型变压器。

1.3 PLC的介绍

PLC中文名为可编程逻辑控制器,PLC是一种在数字运算操作下的电子系统,主要应用在工业环境中,其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时和计数与运算操作等指令主要采用可编程的存储器,同时在控制不同类型的机械生产过程时主要采用数字或模拟式输入输出的方式。在工作运行时PLC想要实现控制功能主要通过执行反应要求的客户程序,用户要求的程序需要不断重复输入直到停机或者切换到stop工作模式,这样PLC输出的信号才能不断的反馈可能会发生变化的输入信号。

2 PLC控制变频调速系统设计

2.1 PLC控制变频器的方法

在采用PLC控制变频器时常用两种方法模拟量控制法和通信方式。模拟量控制的方法操作简单而且直观, 在通过此方法实现对变速器的控制时主要是利用变频器的I/0端子将变频器的跟随速度设置成某个模拟量的输入,一般一个模拟量通道中只能有一个变频器。通信的方法不单单实现了对变频器的控制,还可以获取变频器的运行状态,它操作方式很简单只需要把变频器看做为一个设备,PLC来通信来读写出变频器内部的寄存器从而实现了对变频器的控制。

2.2变频器中数值型信号的输入

变频器中也存在一些频率、电压等数值型指令信号的输入,有数字输入和模拟输入两种,数字输入在给定时通常应用变频器面板上的键盘操作和串行接口,模拟输入给定时一般通过接线端子的内部,通常电压信号为0 ~ 10V/5V或者输入的电流信号为0/4 ~ 20m A。接口电路因输入信号来决定,所以在选择PLC的输入模块时必须要依据变压器的输入阻抗来决定。如果变频器和PLC的电压信号范围不同时,又加上变频器和PLC的输入、输出端晶体管所允许的电压、电流的限制因素,所以需要将限流电阻用串联的方式接入来确保开关时不超过PLC和变频器输入输出端的允许容量。

2.3 PLC的优点

如今大多数PLC的“梯形图编程方式”在控制线路上思绪清晰直观,满足了很多工厂企业中工人们和技术人员的编程水平和读图的习惯,所以让人易于接受,掌握速度快。在执行梯形图程序时用内部的解释程序将其翻译成汇编语言,虽然比直接执行汇编语言编写的程序消耗时间长一些,但是对于目前的大型机电控制装备来说这些都显得微不足道,就目前对控制的要求来讲完全可以满足。

3设计中应注意的问题

3.1启动变频器时

在启动变频器时,不能迅速地把给定电压达到设定值应该逐步达到设定值来实现软启动功能,这样就会减少起动电流对电网的冲击破坏,还节约了电能的损耗。 在启动阶段不能调节PID,防止出现震荡现象。负载过大时,可以在变频器的侧边加上电抗器来减少变频器高次谐波的影响。

3.2将变频器与PLC相连接时

对PLC进行接地时要按照规定的接线标准和接地条件,连线应使用双绞线或者屏蔽线这样可以提高抗噪声能力,注意和变频器用接地线要不是同一根。当电源条件不好时,可以将噪声滤波器和降低噪音用的变压器接入PLC的电源模块和输入输出模块的电源线上。如果在同一个操作柜安装了PLC和变频器时,尽量把与变频器有关的导线和PLC有关的导线分开。在PLC和变频器连接时,由于弱电控制强电的因素,所以要注意到连接时的干扰避免出现由于干扰造成的变频器故障发生,导致变频器和PLC受损。

3.3在进行变频切换时

电机在变频供电方式下切换时,必须保证接触器闭合和断开的顺序和开关时的时间,防止电机绕组产生的感应电动势加载到变频器的输出逆变桥上,造成损坏。 在PLC自动调节时,PLC运算中断要定时防止受到扫描周期的影响,可以依据系统的调速指标和控制精度来设定中断的时间周期,当然也要考虑到系统在给定到系统运行输出时的时间的延迟。

4结论

目前的PLC技术能够满足大多数企业的技术人员的编程水平,变速调控技术和PLC相结合让两者优点共同发挥更有益于现在企业的发展。总而言之,虽然现在PLC技术还可以满足工厂企业的需求但是也要不断发展和完善可编程逻辑控制器技术,将其与变频调速系统相结合共同应用于所需的领域范围来推动我国工业水平的发展。

参考文献

[1]曹亚丽,宋爱娟,高玉强.PLC电梯控制系统设计[J].可编程控制器与工厂自动化,2011(1):74-75.

[2]宋家成.交流调速系统应用与维修[M].北京:中国电力出版社,2009.

变频除湿风量优化控制分析 第11篇

【关键词】变频制冷系统；风量优化控制；最佳除湿风量

变频制冷系统除湿运行的最佳除湿风量与房间温度、湿度、压缩机运转频率等因素有关，本文将对变频制冷系统的除湿性能进行研究，为变频制冷系统除湿运行的风量优化控制提供相应的试验依据。

1.试验样机

试验样机配置如下：

压缩机：理论排气量为11×10-6m3/r；频率30-120Hz；冷凝器：冲缝片换热面积9.3m2；内螺纹铜管？准9.52×17m；风量为1400m3/h；蒸发器：冲缝片面积5.3m2；内螺纹铜管？准7.94×19m；风量为160-600m3/h；节流机构：电子膨胀阀， 0-500脉冲。试验中采用调压器调节蒸发器风扇转速（原装机除湿模式风风扇转速固定为900r/min），转速范围为500-1250r/min，风量调节范围160-600m3/h；采用变频器调节压缩机运转频率，范围为30-120Hz。调节电子膨胀阀控制蒸发器过热度在2±1℃，保证蒸发器换热能力得到充分利用。

利用广东省家用空调器产品质量监督检验站（顺德站）内的高精度焓差室进行测试，该室制冷量测量精度为±2%；风量测量精度为±1. 5%；进风干湿球温度控制精度为±0.1℃；温度测量精度为±0.15℃。试验数据的采集及分析均采用高精度焓差室配备的成套集成系统，数据采样及计算间隔15s。利用温度计PT100（A级），测试制冷系统蒸发器的进出风干湿球温度，查表可得进出口空气含湿量（或相对湿度），再根据所测风量，进而计算出除湿量。

2.试验结果及分析

试验共进行三组，第一组是压缩机运转频率不变，进风干球温度不变，而相对湿度变化时除湿量与风量的关系；第二组是压缩机频率不变，相对湿度不变，而干球温度变化时除湿量与风量的关系；第三组进风干球温度与相对湿度不变，而压缩机频率变化时除湿量与风量在RH=45%时，最大除湿量发生在风量为250m3/h附近，随着相对湿度的不断增大，最佳风量不断增大，到RH=85%时，最佳除湿风量已升至550m3/h附近，除湿量随相对湿度的增大而增大，RH=45%时，在任何风量下，除湿量都小于1.0kg/h；而当RH=85%时，除湿量在2.13-2.61kg/h之间。

相对湿度为75%，而干球温度为21-29℃变化时，其最佳风量基本相同，都落在450m3/h附近，这是因为当相对湿度相同时，降温除湿过程中潜热的比例相差不大，因而过程的主导因素（风量大小、单位风量的析湿量）转换关系及转换点基本相同。

在t=27℃，RH=75%时，随着频率由35Hz上升至110Hz，最佳除湿风量也由160m3/h以下上升至550m3/h附近，可见，最佳风量在进风状态一定时随频率的升高而升高。与结论一致。

3.最佳风量的公式拟合

根据前述可知，最佳除湿风量与运转频率、进风相对湿度有关，即：

Vopt=k（f，？准）

由于上述试验数据只能确定最佳风量的大致区间，而试验中不可能逐个地确定最佳风量点（因为试验中风量的变化总是按一定量递增的，递增量越大，最佳风量点就越不确定），为此，对上述试验数据进行二次样条曲线处理，从而在数学上找出其最佳风量点。利用该“数学上”的最佳风量点进行公式拟合，并根据最小二乘法得出：

■ （1）

式中：Vopt-最佳风量，m3/h；？准-进风相对湿度；f-压缩机运转频率，Hz（若忽略转差率，则1Hz=r/s）；s-压缩机运转频率为fHz时，电机的转差率（可简化s恒等于0.03）；ηfv-压缩机运转频率为fHz时，额定工况下的容积效率，查压缩机所附资料可得；Vc-压缩机的理论排气量，m3/r。

上式的平均拟合误差为2.48%；最大拟合误差为6.3%。公式的左边表示最佳除湿风量与压缩机有效排气量之比，该比值只与蒸发器进风相对湿度有关，同时在忽略转差率及容积效率随频率变化的前提下最佳风量与运转频率成正比。

对上式进行验证性试验，在进风温度为21-29℃，相对湿度为45-85%，频率为30-110Hz间任意取四种组合试验条件，由式（1）拟合最佳风量值与试验最佳风量值相差<5%。试验中拟合风量除湿量与试验最大除湿量相差<2%。可利用式（1）进行运行参数的控制。

4.变频除湿风量优化控制试验

按照试验样机配置制作对比样机一台，对比样机采用定风量的除湿方式，而试验样机采用由式（1）控制的变风量除湿方式，运行中，两样机的频率控制采用统一的算法，故运行频率相同。试验时，将两样机放同时置于焓差室内，分别将焓差室的温湿度控制设置为无效，而将温湿度的调节加热器、加湿器输出百分比分别设为一定值，以模拟房间热湿负荷，开启两样机，从而形成特定的降温降湿过程。试验共进行两次，第一次是以A机为定风速除湿运行（做对比样机）， B机变风速除湿运行（做试验样机）；第二次是A机为变风速除湿运行（做试验样机）， B机为定风速运行（做对比样机），将两次结果平均，以消除A机与B机由于工艺偏差而导致的试验数据偏差。环境从27℃，RH为90%降至23℃，RH为60%共耗时2780秒，其中湿度从66%降至60%时耗时较长。按照原装机的控制算法，设定温度为23℃，在降温降湿过程中，运转频率在62Hz， 48Hz， 35Hz三档运行。

在除湿起始阶段，二者的除湿性能相差不大，这是由于本试验所选取的对比样机风量是以高湿度下的最佳风量为运行风量的；而在后半段，二者性能相差较大，主要原因是随着频率的下降，相对湿度的下降，最佳风量已远低于定风速风量，故定风量除湿性能远低于变风速除湿性能。对除湿进行积算可得试验过程定风量除湿量为0.8kg；而变风量除湿量为0.91kg，除湿量增加了13.8%。对比样机总耗能0. 463kW.h；而试验样机总耗能为0.446kW·h，能耗减小了3.6%，这是因为除湿前半段，二者的性能、除湿量、功率基本相等；而除湿后半段，由于试验样机风机转速远小于对比样机风机转速，故电机功率有所下降。

5.结论

（1）本文通过试验得出变频制冷系统除湿运行时最佳除湿风量随进风相对湿度、运行频率的数学拟合式。

（2）利用上述拟合式进行变频制冷系统的除湿运行的风量优化控制，取得了除湿量增加13.8%，而能耗减少3.6%的效果。

【参考文献】

[1]王沣浩，俞炳丰，周艳蕊，等.变频空调器除湿运行模式风机风量的优化实验研究[J].西安交通大学学报，2011，35（7）：768-770.

糖厂变频恒压供水控制系统设计 第12篇

1 糖厂用水现状

糖厂是用水耗能大户。我国甘蔗糖厂的节能减排工作近年来有了较大进步,但相比澳洲等国外糖厂的先进水平还有相当大的差距,同时国内不同企业之间,由于管理不同也有较大差别。食糖制造工业节能的潜力巨大。糖厂节能是一个系统工程,它包括企业管理、生产工艺和装备技术水平,在我国,节能也是考核糖厂企业水平的重要指标。

糖厂在制糖生产过程中的用水节能情况在整个生产流程中都能体现。具体表现为糖厂压榨过程需加热水进行混合,以提高榨出率,但是目前供水没有精确计量,用水偏多。煮糖过程中进行高压水洗锅时用水量大,国内先进糖厂能够比较好地控制煮糖用水量,而普通糖厂煮糖用水量大而且不计量,不加控制。在澄清过程中吸滤机洗水量也偏大。此外,糖厂生产中有很多气雾冒出,说明蒸发汁汽利用不好,煮糖时较多使用一效汁汽,绝大部分糖厂用汽方案粗放,没有很好地利用后效汁汽,浪费了大量水汽。冷凝器用水上,由于在末效蒸发罐进入冷凝器的汁汽量很大,所以导致大幅度地增加了冷凝器用水量。汽凝水管路压力不稳定导致排除不畅通,对蒸发、加热与煮糖过程中的汽凝水热能的回收利用不充分甚至直接排放,蒸发罐之间串汽现象相当普遍,损失大量生产用水。

2 变频恒压供水节能的原理

随着变频调速技术的成熟,促进了变频恒压供水技术的发展。国外大型的工业控制企业的恒压供水系统已经非常成熟,恒压的控制技术已经采用先进的方法。我们国内经过学习快速掌握了相关技术,比如在设计时采用“一拖一”或“一拖二”的方式,即一台变频器带一台水泵机组的方式。现在,国内成熟的方案是专用或通用变频器结合PLC或PID调节器实现恒压供水,在小容量、控制要求不高的变频供水领域,采用国产变频器的优势明显,主要以低廉的成本优势占领了相当一部分小容量变频恒压供水市场。对于大功率、大容量供水系统,还是采用国外大品牌的成套设备。糖厂的变频恒压供水系统变频器电机功率为135～320 kW,电网电压通常为380 V。主要由供水水泵、交流异步电动机、阀门和管路等组成。

供水系统运行是以扬程特性与管阻特性两者来进行说明。管阻特性反映的是克服泵系统中的水位、压力差和水在管路中流动的阻力,是水泵能量的变化规律曲线;扬程特性则反映水泵电动机在不同转速条件下供水系统的扬程与消耗水量之间的关系(H-Q)。供水系统节能原理如图1所示。图1中曲线N,与NN表示扬程特性曲线,说明阀门开度不变时,扬程与流量呈反比关系,当流量Q大时,扬程H会变小,反之亦然。曲线R1和R1为管阻特性,说明在水泵电动机转速恒定时,阀门开度越小,则扬程越高,反之亦然。这2个特性参数的曲线交点就是我们需要找到的动态平衡。

动态平衡对于供水系统来说意义非凡,高效稳定是恒压的具体表现,即保证供水系统的入水量与用水量平衡。实现的方法是用阀门控制或者水泵变速等来完成供水系统管网中水的流量控制。

恒压供水的目的是为了满足用水户对水流量的需求。用水是一种动态的,管网中水压的大小与供水流量和用水需求是存在一定的平衡关系的,即将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较,当管网压力不足时,变频器增大输出频率,水泵转速加快,供水量增加,迫使管网压力上升。反之,水泵转速减慢,供水量减小,管网压力下降,保持恒压供水。

当供水系统中阀门全开时,管阻曲线是R1,与额定转速下水泵的扬程曲线NN相交于D点,此时的功耗为四边形H0DQN0;如果通过调节阀门进行减小流量,则管阻曲线为R1',交点移动到A处,则对于的功耗面积为四边形H1AQ10。而如果是变频调速使水泵的转速下降,则扬程曲线为N1,在同样的流量时交点变为C点,则其功耗面积为H3CQ10,明显少了很大的一块面积,即节约的功耗面积为H1ACH3。

3 变频恒压供水控制系统设计

3.1 控制方案

由PLC、变频器和压力传感器组成闭环的控制系统,控制方案的原理图如图2所示。这种控制方式不仅成熟、稳定、可靠,而且非常灵活方便。PLC有良好的通信接口,可以扩展或与上层控制系统进行数据交换,便于系统监控和集成控制。变频器和PLC都具有PID控制功能,可以非常方便地采用此功能实现PID控制。PLC和变频器的可靠性、稳定性大大提升了其使用场合,并且不受到供水系统容量大小、扩容等的限制。

3.2 系统控制策略

恒压供水系统的主要工作方式为利用PLC使变频器驱动一台水泵或多台水泵,以达到管网水压恒定的目的,此外还需要实现启动、切换等控制。本文论述一个单台变频器控制2台水泵的方案。控制策略示意图如图3所示。

控制系统的工作原理如下:根据系统用水量的变化,系统的2台水泵按1→2-3→4→1的工作状态顺序运行,实现正常供水。状态1表示水量不多时,只需要A泵在变频器控制下运行就满足要求了,不需要B泵一起工作。当用水量增加,A泵变频器输出到最高都不能满足要求时,PLC通过控制转换,将A泵从变频器电源转换到工频为50 Hz的普通交流电源,而B泵采用变频控制。2台泵同时运行是可以满足用水高峰要求上限的。

当系统的用水量减少时,B泵变频转速减慢,若减至下限转速时,则由PLC控制转换,将A泵停运,B泵继续变频运行。

当用水量再次增加,B泵变频转速超出上限时,则PLC通过控制转换,将B泵切换为工频运行,而A泵由变频器控制。若用水量又减少,变频器输出频率若减至设定频率时,系统自动切换,回到第一种运行状态。如此循环工作,满足系统用水的需要。

对于控制系统,应选用变频器或者PLC内部的PID功能进行控制。按照“先启动先停止,后启动后停止”的原则运行,使水泵能循环运行,通过PLC的编程,使各台水泵的运行概率相同,避免出现某台水泵经常工作,而其他水泵经常停歇,甚至受潮和生锈的情况。

4 变频器选项与参数

采用带有PID控制功能的变频器是本控制系统的基本要求。除了考虑常见的管网压力的反馈信号以外,可能还需对取水池的液位控制信号、总阀门的开启信号等进行处理,这些控制信号可以反馈给控制核心PLC进行数据处理,主要利用变频器本身的PID功能控制压力恒定,PLC与变频器共同完成水泵电动机的启动停止和泵口阀门的启闭。在控制量上,除了要满足现有的“一拖二”控制系统功能,还需要有适当的余量,目前至少有8个模拟量(包括压力量、液位量、流量,水质信号),8个开关量需要处理(包括电机、阀门状态、报警信号等),考虑到以后的扩展需要,设计要求PLC系统的模拟输入/输出在12点以上,开关量输入/输出在10点以上。

变频器的控制参数设定是恒压供水控制系统的核心。这些参数的设定,需要先通过实际运行情况的分析与实验得出预设值。反馈采样周期即PLC取样周期需要因为长时间观察记录才能确定。启动频率一般选定为5 Hz,也可以根据以前试用过的软启动器设定的启动频率来确定。对于电机变频/工频切换延时时间,初始设置为30 s,这是根据第一水厂电机情况确定的安全切换时间。但预设值只是参考,各种控制参数只有在调试运行中不断加以修正、完善,才能达到最佳的控制效果。

5 小结

变频系统的采用,使供水系统复杂性增加,相对于传统供水系统,使用PLC和变频器及其控制系统必定会增加电气维护难度和强度。根据糖厂的要求,本控制系统属于“一拖二”的闭环变频调速系统,且变频器带动的水泵电机可实现无级调速和软启动、软停止。这可以减少系统波动现象减轻对电源电网的冲击,并可通过通信总线实现就地和远程控制。

需要注意的是,在工频方式运行下,系统带有降压启动装置,避免了电网冲击的影响,可延长水泵电机的使用寿命。启动时,电动机与电动阀门同时开启,停止时先关闭电动阀门,电动机延时停止,防止水锤现象,延长水泵的使用寿命。

摘要：制糖企业的生产生活必须大量用水,因此糖厂基本都建在江河旁边或者水源充足的地方,长期以来在工业生产循环供水等方面技术一直比较落后,自动化程度低。近年来,随着糖厂不断地扩大产能和进行技术升级,对供水提出了更高的要求。原有的供水系统普遍存在的大滞后、非线性和大惯性的缺点,而变频恒压供水控制系统能够很好地解决这些问题,具有供水安全、节约能源、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势,能够为糖厂带来明显的经济效益。

关键词：恒压供水,变频调速,糖厂

参考文献

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