基于plc的電廠引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的研究，利用變頻技術(shù)對(duì)電廠引風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速是可行的。經(jīng)分析確立采用交—直—交變頻器，來(lái)完成引風(fēng)機(jī)的調(diào)速，根據(jù)風(fēng)機(jī)的要求選擇了變頻器并進(jìn)行了參數(shù)設(shè)定，PLC和變頻器組合構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠引風(fēng)機(jī)的控制。</p><p>　　本文介紹了PLC對(duì)電廠引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，采用

2、變頻器調(diào)速，詳述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)電廠引風(fēng)機(jī)的控制要求，給出了控制系統(tǒng)的組成，控制原理，控制流程，比較了風(fēng)機(jī)擋板控制與變頻控制的節(jié)能效果。</p><p>　　該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便，能滿足生產(chǎn)工藝的要求，實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，取得了很好的節(jié)能效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器；電廠；引風(fēng)機(jī)；變頻調(diào)速</p><p><b>　　Abst

3、ract</b></p><p>　　According to the study of frequency-conversion technology, it is available to convert the speed of drawing fan motor, adopting AC-DC-AC transducer, realizing to convert the speed. The

4、 parameter is selected according to needing of the drawing fan motor, PLC with VVVF combine the automatic control in composing system to realize the control of the drawing fan motor in power plant.</p><p>　　

5、This paper presents the transformation in technology about the electrical control system of drawing fan motor by use of the PLC and variable frequency speed-adjusting system, as well as details the design of the system.

6、According the control of the drawing fan motor in power plant, we give the control the system constitute, control principle, system control process, and compare the breeze machine blocks and plank control with become soo

7、n the economy energy result that control.</p><p>　　This system can meet the technique requirement as a result of easiness to operate and running stably，the performance of the equipment is better than before,

8、 and the energy cost is lower than before also.</p><p>　　Keywords: Programmable Logical Controller; power plant; drawing fan motor; variable frequency speed-adjusting</p><p><b>　　目錄</b&

9、gt;</p><p>　　摘 要I</p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 引言1</b></p><p><b>　　1.1概述1</b></p><p>　　1.2變頻調(diào)速在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀[2]1</p&

10、gt;<p>　　1.3本課題的研究意義2</p><p>　　第2章 變頻調(diào)速技術(shù)3</p><p>　　2.1變頻調(diào)速的基本原理、技術(shù)及其特點(diǎn)3</p><p>　　2.2 變頻器的基本構(gòu)成[2]4</p><p>　　2.2.1 交-直-交變頻器6</p><p>　　2.2.2 控制電路

11、8</p><p>　　2.2.3保護(hù)回路9</p><p>　　2.3 VVVF實(shí)現(xiàn)[2][10]10</p><p>　　2.3.1 脈幅調(diào)制11</p><p>　　2.3.2 脈寬調(diào)制（PWM)11</p><p>　　2.4 控制方式[2]12</p><p>　　2.4.

12、1 U/F控制12</p><p>　　2.4.2 轉(zhuǎn)差頻率控制12</p><p>　　2.4.3 矢量控制13</p><p>　　2.5 變頻器的節(jié)能效果[2][7][9]14</p><p>　　2.6本章小節(jié)15</p><p>　　第3章 可編程控制器17</p><p>

13、;　　3.1可編程控制器的發(fā)展史17</p><p>　　3.2 可編程控制器的定義18</p><p>　　3.3 可編程控制器的特點(diǎn)[4][14][15]19</p><p>　　3.4 PLC和繼電器控制系統(tǒng)的比較20</p><p>　　3.5 PLC的基本結(jié)構(gòu)[4][15]20</p><p>　　

14、3.6 PLC的工作原理[4][14][15]23</p><p>　　3.7 本章小結(jié)24</p><p>　　第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 引風(fēng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、選擇和主要性能參數(shù)25</p><p>　　4.2 變頻器的選擇和主要技術(shù)參數(shù)[20][21]27</p><p>　　4.3

15、 可編程控制器（PLC）的選擇[20][21]30</p><p>　　4.4 工作過(guò)程、補(bǔ)充、流程圖以及控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖[8][16][17]31</p><p>　　4.5系統(tǒng)梯形圖及控制原理35</p><p>　　4.6 系統(tǒng)的PLC程序如下：36</p><p>　　4.7 本章小節(jié)39</p><p

16、>　　第5章 結(jié)束語(yǔ)40</p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　第1章 引言</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p>&

17、lt;p>　　工廠自動(dòng)化支柱之一的可編程控制器（PLC），因其安全可靠而被廣泛用于數(shù)據(jù)采集與控制。在當(dāng)今社會(huì)，PLC與電廠引風(fēng)機(jī)相結(jié)合，使其變頻調(diào)速有著重要意義。電廠引風(fēng)機(jī)采用PLC控制和變頻器調(diào)速，有著許多優(yōu)勢(shì)：</p><p>　　1）該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、穩(wěn)定性好，運(yùn)行可靠。</p><p>　　2）對(duì)于減少能源浪費(fèi)也有著重要的作用，如果對(duì)引風(fēng)機(jī)電機(jī)采用變頻調(diào)速，通過(guò)其轉(zhuǎn)速的變化

18、來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量變化，就可以節(jié)約大量電能。</p><p>　　3）其中調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)擋板能多節(jié)約達(dá)40%-50%。</p><p>　　4）變頻器和PLC的有機(jī)結(jié)合使管理，操作方便、簡(jiǎn)單，為現(xiàn)場(chǎng)人員創(chuàng)造了一個(gè)高效率的工作環(huán)境，使其工作量大大減少。</p><p>　　鑒于此，PLC對(duì)電廠引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，運(yùn)用可編程控制器進(jìn)行操作，使操作過(guò)程更加得簡(jiǎn)單、方便。

19、并且，這種方法節(jié)能效果明顯，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行更加的穩(wěn)定，為現(xiàn)場(chǎng)操作人員創(chuàng)造了一個(gè)高效率的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了引風(fēng)機(jī)較為先進(jìn)的控制技術(shù)。</p><p>　　1.2變頻調(diào)速在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀[2]</p><p>　　20世紀(jì)90年代初，中國(guó)企業(yè)開(kāi)始認(rèn)識(shí)到通用變頻器的作用并嘗試使用，當(dāng)時(shí)全是國(guó)外品牌，經(jīng)過(guò)十余年的推廣與使用，已得到各行各業(yè)的認(rèn)可，并顯示出它的活力。目前為止，我國(guó)自行生產(chǎn)的公司、廠家也達(dá)

20、數(shù)十家，有些品牌還大量出口，在產(chǎn)品種類、性能和應(yīng)用上都有了很大的提高。歐美國(guó)家的產(chǎn)品主要以性能先進(jìn)，適應(yīng)環(huán)境性強(qiáng)而著稱。日韓的產(chǎn)品以外型小巧，功能多而聞名。而國(guó)產(chǎn)的產(chǎn)品則以大眾化、功能簡(jiǎn)單專用、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1964年德國(guó)人首先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制PWM技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中至今，通用變頻器已得到廣泛應(yīng)用。國(guó)外在交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展方面有以下特點(diǎn)：1）應(yīng)用范圍擴(kuò)大，致力于使每臺(tái)

21、交流電動(dòng)機(jī)都是變頻驅(qū)動(dòng)控制；2）高電壓、大電流功率器件的生產(chǎn)及其并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)發(fā)展迅速，促進(jìn)了高電壓、大中功率變頻器的生產(chǎn)和使用；3）通用變頻器相關(guān)配件社會(huì)化、專業(yè)化生產(chǎn)，小功率通用變頻器已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，正向以網(wǎng)絡(luò)化、軟件化、智能化為基礎(chǔ)高動(dòng)態(tài)性能方向發(fā)展。</p><p>　　1.3本課題的研究意義</p><p>　　在現(xiàn)代社會(huì)，變頻調(diào)速技術(shù)和可編程控制器已經(jīng)運(yùn)用到很多的領(lǐng)域，并且取得

22、了顯著的成效。在這樣的前提下,我們對(duì)引風(fēng)機(jī)也采用PLC的變頻調(diào)速設(shè)計(jì)，將使引風(fēng)機(jī)在工廠管理與生產(chǎn)中發(fā)揮更好的運(yùn)用。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是為了加深對(duì)變頻器和PLC的了解，以及使我們對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)有一個(gè)較為深刻的認(rèn)識(shí)。與此同時(shí)，引風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速設(shè)計(jì)在節(jié)能上能起到很好的效果，使工廠節(jié)約大量資源，運(yùn)行方便，且具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于工廠的發(fā)展能夠有較大的幫助。</p><p>　　第

23、2章 變頻調(diào)速技術(shù)</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，各種設(shè)備的傳動(dòng)部件大都離不開(kāi)電動(dòng)機(jī)，且電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)在許多場(chǎng)合要求能夠調(diào)速。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行方式很多，以電動(dòng)機(jī)類型分大致可分為直流調(diào)速與交流調(diào)速兩種，而交流調(diào)速方式又可分為串級(jí)調(diào)速、變極調(diào)速、滑差電機(jī)調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速以及變頻調(diào)速等幾種方式。</p><p>　　自從1958年世界上第一個(gè)晶閘管（SCR）的面市，晶閘管就以其在功率放大倍

24、數(shù)、快速響應(yīng)性、小功耗、高效率等方面的優(yōu)越性迅速取代了機(jī)組和水銀整流器。直流調(diào)速系統(tǒng)在60～70年代迅速發(fā)展起來(lái)，但其造價(jià)高，且換相環(huán)節(jié)有不足。80年代中期隨著第三代電力半導(dǎo)體器件如門極可關(guān)斷晶閘管GTO、絕緣柵雙極晶體管IGBT的相繼出現(xiàn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了飛速發(fā)展。日、美、德、英等國(guó)家在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電極傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼推出了一系列的變頻器，且不斷進(jìn)行更新?lián)Q代。這些高精度、多功能、智能化的變頻器將

25、調(diào)速效率和精度提高到了前所未有的水平。</p><p>　　2.1變頻調(diào)速的基本原理、技術(shù)及其特點(diǎn)</p><p>　　交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ｎ可用下式表示：</p><p>　?。牎。?(2-1)</p><p>　　式中：f——定子供電電源的頻率；</p><p>　　p——電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)；</

26、p><p>　　s——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。</p><p>　　由此可見(jiàn)，當(dāng)平滑地改變f時(shí)，即可改變n。由此可知，變頻調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵是如何調(diào)制出可變頻率的正弦波電源。</p><p>　　由(2-1)式可見(jiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本上正比于定子供電頻率f。故改變f就可得到極大的調(diào)速范圍，很好的調(diào)節(jié)平滑性以及足夠硬度的機(jī)械特性。</p><p

27、>　　變頻調(diào)速是目前異步電動(dòng)機(jī)較理想的調(diào)速方法。它具有效率高、調(diào)速范圍寬、精度高、平滑性好等優(yōu)點(diǎn)，但目前變頻器的價(jià)格還比較高。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，通用變頻器的功能越來(lái)越強(qiáng)大，性能也越來(lái)越好. </p><p>　　2.2 變頻器的基本構(gòu)成[2]</p><p>　　隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，變頻器的發(fā)展也經(jīng)歷了幾個(gè)階段

28、。電力電子器件的自動(dòng)化、模塊化、交流電路開(kāi)關(guān)的高頻化和控制手段的全數(shù)字化，促進(jìn)了變頻器的小型化、多功能化、高性能化。尤其是控制手段的全數(shù)字化，利用了微機(jī)的強(qiáng)大信息處理能力，使軟件功能不斷強(qiáng)化，變頻器的靈活性和適用性不斷增強(qiáng)。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，變頻器的網(wǎng)絡(luò)功能和通信不斷增強(qiáng)，它不僅可以與設(shè)備網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線直接相連，還可以與信息交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。</p><p>　　工業(yè)中使用的變頻器按應(yīng)用分，可分為通用變頻器和專用變頻

29、器。這里著重介紹通用變頻器。</p><p>　　變頻器的工作原理是把電通過(guò)整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法，使波形近似正弦波，用于驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。</p><p>　　變頻器的主要任務(wù)就是把恒壓頻的交流電轉(zhuǎn)換為變壓變頻的交流電，以滿足交

30、流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的需要。</p><p>　　從結(jié)構(gòu)上看，變頻器可分為直接變頻和間接變頻兩類。間接變頻器先將工頻交流電源通過(guò)整流器變成直流，然后再經(jīng)過(guò)逆變器將直流變換為可控頻率的交流，因此又稱它為有中間直流環(huán)節(jié)的變頻裝置或交－直－交變頻器。直接變頻器將工頻交流一次變換為可控頻率交流，沒(méi)有中間直流環(huán)節(jié)，即所謂的交－交變頻器。因此，可以認(rèn)為變頻器的基本構(gòu)成如圖2-1所示：</p><p>　　

31、圖2-1 變頻器的基本構(gòu)成</p><p>　　目前應(yīng)用較多的是交-直-交變頻器，所以對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。</p><p>　　交—直—交變頻器是將恒壓恒頻的交流電通過(guò)整流電路變換成直流，然后再經(jīng)過(guò)逆變將直流變換成調(diào)壓調(diào)頻的交流電。這種交頻器雖然多了一個(gè)中間直流環(huán)節(jié)，但是輸出交流電的頻率可高于電網(wǎng)的頻率。按控制方式的不同交—直—交變頻器可分為三種：</p><p>　

32、?。?）用可控整流器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻的交—直—交變頻器。</p><p>　?。?）用不可控整流器整流、用斬波器調(diào)壓、再用逆變器調(diào)頻的交—直—交變頻器。</p><p>　?。?）用不控整流器整流、用PWM逆變器同時(shí)調(diào)壓調(diào)頻的交—直—交變頻器。</p><p>　　2.2.1 交-直-交變頻器</p><p>　　圖2-2 交-直-交變頻器的

33、典型主電路圖</p><p>　　交-直-交變頻器的典型主電路圖如圖2-2所示 </p><p>　　1.整流管Vdl-Vd6</p><p>　　Vdl-Vd6組成三相整流橋，將電源的三相交流電全波整流成直流。如電源的線電壓為V1則三相全波整流后平均直流電壓Vd的大小是Vd=1.35V1。我國(guó)三相電源的線電壓為380V，故全波整流后的平均電壓為Vd=1.35x38

34、0=513V。</p><p><b>　　2.濾波電容器Cf</b></p><p>　　其功能是濾平全波整流后的電壓波形及負(fù)載變化，使直流電壓保持平穩(wěn)。</p><p>　　3.限流電阻RL與開(kāi)關(guān)SL</p><p>　　當(dāng)變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器Cf的充電電流是很大的，過(guò)大的沖擊電流可能將三相整流橋的二極

35、管損壞。</p><p>　　為了保護(hù)整流橋，在變頻器剛接通電源后的一段時(shí)間里，電路中串入限流電阻RL，其作用是將電容器Cf的充電電流限制在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　開(kāi)關(guān)S1.的作用是當(dāng)充電到一定程度時(shí)，令晶閘管接通，將R1短路掉。</p><p><b>　　4.源指示HL</b></p><p>　　H1除了

36、表示電源是否接通以外，還有一個(gè)十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波器上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。</p><p>　　5.逆變管V1-V6</p><p>　　V1-V6組成逆變橋，把V1-V6整流所得的直流電再“逆變”成頻率可調(diào)的交流電。這是變頻器實(shí)現(xiàn)變頻的具體環(huán)節(jié)，因而是變頻器的核心部分。</p><p>　　逆變橋與直流傳動(dòng)中的整流橋類似，這是因?yàn)楦袘?yīng)

37、電機(jī)具有滯后的功率因數(shù)。</p><p>　　6.續(xù)流二極管Vd7-Vd12</p><p><b>　　其重要功能有：</b></p><p>　　1)電動(dòng)機(jī)的繞組是電感性的，其電流具有無(wú)功分量。Vd7-Vdl2為無(wú)功電流返回直流電源時(shí)提供“通道”。</p><p>　　2)當(dāng)頻率下降，電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，再生電

38、流將通過(guò)Vd7-Vd12返回直流電路。</p><p>　　3)V1-V6進(jìn)行逆變的基本工作過(guò)程是同一橋臂的兩個(gè)逆變管處于不停地交替和截止?fàn)顟B(tài)。在這交替通和截止的換相過(guò)程中，也不是需要Vd7-Vd12提供通路。</p><p>　　7.緩沖電路(R01Vd01C0l-R06Vd06C06}</p><p><b>　　其功能如下:</b><

39、;/p><p>　　1) C0l-C06</p><p>　　逆變管V1-V6每次由導(dǎo)通狀態(tài)切換成截止?fàn)顟B(tài)的關(guān)斷瞬間，集電極和發(fā)射極間的電壓將極為迅速的由近乎0V上升至直流電壓值Vd。這過(guò)高的電壓增長(zhǎng)率將導(dǎo)致逆變管的損壞。因此，C01-C06的功能便是減小V1-V6在每次關(guān)斷時(shí)的電壓增長(zhǎng)率。</p><p>　　2) R01-R06</p><p&g

40、t;　　逆變管V1-V6每次由截止?fàn)顟B(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)接通瞬間，C0l-C06上所充的電壓將向V1-V6放電。此放電電流的初始值很大，并且將疊加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致V1-V6損壞。因此R01-R06的功能是限制逆變管V1-V6在接通瞬間C0l-C06的放電電流。</p><p>　　3) Vd01- Vd06</p><p>　　R01-R06的接入，又會(huì)影響C0l-C06在V1-V6關(guān)斷時(shí)減

41、小電壓增長(zhǎng)率的效果。Vd01- Vd06接入后C0l-C06在V1-V6關(guān)斷過(guò)程中，使R01-R06不起作用，而在V1-V6的接通過(guò)程中又迫使C0l-C06的放電電流流經(jīng)R01-R06</p><p>　　2.2.2 控制電路</p><p><b>　　控制回路</b></p><p>　　控制回路向變頻器主回路提供各種控制信號(hào)，如下圖所示，

42、控制回路由以下部分組成：決定U/F特性的頻率電壓“運(yùn)算回路”，主回路的“電壓／電流檢測(cè)回路”，電動(dòng)機(jī)“轉(zhuǎn)速檢測(cè)回路”，根據(jù)運(yùn)算回路的結(jié)果生成相應(yīng)的PWM脈沖并且進(jìn)行隔離和放大的“PWM生成及驅(qū)動(dòng)回路”，下圖僅以控制回路A部分構(gòu)成控制回路時(shí)，無(wú)轉(zhuǎn)速檢測(cè)回路，為開(kāi)環(huán)控制。控制回路B部分，增加了轉(zhuǎn)速檢測(cè)回路。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)速指令可以進(jìn)行閉環(huán)控制，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制更為精確。</p><p>　　圖2-3控制回路框圖&l

43、t;/p><p>　　運(yùn)算回路是將外部的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)回路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定變頻器的輸出電壓，頻率。</p><p>　　電壓/電流檢測(cè)回路是檢測(cè)主回路電壓、電流等，檢測(cè)表如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 電壓/電流檢測(cè)表</p><p>　　驅(qū)動(dòng)回路是驅(qū)動(dòng)主回路功率開(kāi)關(guān)器件的回路。它與控制回路隔離，使主回路

44、功率件導(dǎo)通或關(guān)斷。</p><p>　　速度檢測(cè)回路是在異步電動(dòng)機(jī)軸上裝上轉(zhuǎn)速檢測(cè)器檢測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)并進(jìn)入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)指令轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　2.2.3保護(hù)回路</b></p><p>　　變頻器控制回路中的保護(hù)回路，可分為變頻保護(hù)和異步電機(jī)保護(hù)兩種。</p><p><b&g

45、t;　　（1）變頻保護(hù)</b></p><p><b>　　1）時(shí)過(guò)電流保護(hù)</b></p><p>　　由于變頻器負(fù)載側(cè)短路等，流過(guò)變頻器元器件的電流達(dá)到異常值（超過(guò)允許值）時(shí)，立即停止變頻器工作，切斷電源，變頻器的輸出電流達(dá)到異常時(shí)，也同樣停止變頻器運(yùn)行。</p><p>　　2）熱繼電器或者電子熱保護(hù)</p>&

46、lt;p>　　保護(hù)變頻器輸出電流超過(guò)額定值，且連續(xù)流通超過(guò)規(guī)定時(shí)間，為了防止變頻器內(nèi)元器件，電線等損壞，必須停止運(yùn)行。通常采取此保護(hù)，這種保護(hù)具有反時(shí)限特性。過(guò)負(fù)載的飛輪力矩過(guò)大或因負(fù)載超過(guò)變頻器容量而產(chǎn)生的。</p><p><b>　　3）再生過(guò)電壓保護(hù)</b></p><p>　　采用變頻器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率引起直流電路電壓升高，有時(shí)超過(guò)允許

47、值?？梢圆扇p緩電動(dòng)機(jī)，減功率或者停止變頻器運(yùn)行的方法，防止產(chǎn)生過(guò)電壓。</p><p><b>　　4）瞬時(shí)掉電保護(hù)</b></p><p>　　對(duì)于毫秒以內(nèi)的瞬時(shí)掉電，控制回路仍工作正常。但瞬時(shí)停電如果達(dá)數(shù)十毫秒以上時(shí)，通常不僅控制回路誤動(dòng)作，主回路也不能供電，此時(shí)應(yīng)在檢測(cè)停電后使變頻器停止運(yùn)行。</p><p>　　(2）異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)

48、</p><p><b>　　a）過(guò)載保護(hù)</b></p><p>　　過(guò)載檢測(cè)裝置與變頻器共用，特別是低速運(yùn)行過(guò)熱時(shí)，通過(guò)在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入檢測(cè)器，或者利用裝在變頻器內(nèi)電子熱保護(hù)來(lái)檢測(cè)過(guò)熱。起停動(dòng)作頻繁時(shí)，應(yīng)考慮減輕電機(jī)負(fù)載或增加電機(jī)及變頻器容量等。</p><p>　　b)超頻（超重）保護(hù)</p><p>　　變頻器

49、的輸出頻率或者異步電動(dòng)機(jī)的速度超過(guò)定值時(shí)，停止變頻器運(yùn)行。</p><p>　　2.3 VVVF實(shí)現(xiàn)[2][10]</p><p>　　為使電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)磁通保持一致，必須保證定子輸入U(xiǎn)/F按一定比例變化。因此，變頻調(diào)速又有變壓變頻調(diào)速，即VVVF之稱。變頻方式又有交一直一交變頻和交一交變頻兩大類型。交一直一交變頻方式又有脈幅調(diào)制型，脈寬調(diào)制型，正弦波脈寬調(diào)制型和塊調(diào)制型之分，均由整流器，濾

50、波器和逆變器所組成，完成交流（共頻）一直流一交流（變頻）轉(zhuǎn)換。</p><p>　　2.3.1 脈幅調(diào)制</p><p>　　圖2-4脈幅調(diào)制波形圖</p><p>　　逆變所得交流電壓的振幅值等于直流電壓值（Um=Ud)，因此，實(shí)現(xiàn)變頻電壓的最容易想到的方法，便是在調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，也調(diào)節(jié)直流電壓。設(shè)fn為調(diào)制前的頻率，TN為調(diào)制前的周期，UDN為調(diào)制前的直流電壓，

51、則調(diào)制前的逆變電路的輸出波形如圖2-4 a）所示，又設(shè)fx為調(diào)制后的頻率，Tx為調(diào)制后的周期，Udx為調(diào)制后的直流電壓，則調(diào)制后的輸出電壓波形如圖2-4 b）所示。這種方法的特點(diǎn)是，變頻器在改變輸出功率的同時(shí)，也改變了電壓的幅值，故稱為脈幅調(diào)制，常用PAM表示。</p><p>　　2.3.2 脈寬調(diào)制（PWM)</p><p>　　把每半個(gè)周期內(nèi)，輸出電壓的波形分割為若干個(gè)脈沖波，每個(gè)脈

52、沖的寬度為tl，每?jī)蓚€(gè)脈沖間的間隔寬度為t2，則脈寬的占空比r為</p><p>　　r=t1(tl+t2) (2-2)</p><p>　　圖2-5脈寬調(diào)制波形圖</p><p>　　這是電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，不改變直流電壓的幅值，而是改變輸出電壓的占空比，也同樣可以實(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。如上圖所示，其中前一個(gè)為調(diào)制前

53、的波形，后一個(gè)為調(diào)制后的波形。與前一個(gè)相比，后一個(gè)的電壓周期增大（頻率降低），電壓脈沖幅值不變，而占空比減小，故平均電壓降低。</p><p>　　此法的特點(diǎn)是變頻器在改變輸出頻率的同時(shí)，也改變電壓的脈沖占空比（幅值不變），故稱為脈寬調(diào)制，常用PWM表示。PWM只須控制逆變電路便可實(shí)現(xiàn)變壓變頻，控制電路簡(jiǎn)化了許多。</p><p>　　2.4 控制方式[2]</p><

54、p>　　2.4.1 U/F控制</p><p>　　按照電壓—頻率關(guān)系對(duì)變頻器進(jìn)行控制，稱為U/F控制方式。</p><p>　　U/F控制是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路簡(jiǎn)單，負(fù)載可以是通用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，所以通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。</p><p>　　2.4.2 轉(zhuǎn)差頻率控制</p><p

55、>　　在沒(méi)有任何附加措施的情況下，在U/f控制方式下，如果負(fù)載變化，轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之變化，轉(zhuǎn)速的變化量與轉(zhuǎn)差率成正比。U/f控制的靜態(tài)調(diào)速精度顯然較差，為提高調(diào)速精度，采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式。</p><p>　　根據(jù)速度傳感器的檢測(cè)，可以求出轉(zhuǎn)差頻率△f，再把它和速度設(shè)定值f相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設(shè)定值fl*，就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。這種實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)控制方式稱為轉(zhuǎn)差頻率控制方式。與U/f控制方式相比

56、，其調(diào)速精度大為提高。但是使用速度傳感器求取轉(zhuǎn)差頻率，要針對(duì)具體電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性調(diào)整控制參數(shù)，因而這種控制方式的通用性差。</p><p>　　2.4.3 矢量控制</p><p>　　1．異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)系統(tǒng)的比較</p><p>　　所有電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的。直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電路是相互獨(dú)立的，而異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和負(fù)

57、載電流都在定子電路內(nèi)，無(wú)法將它們分開(kāi)。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在空間是相互垂直的（互差90度電度角），而異步電動(dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流磁場(chǎng)間的夾角和功率因數(shù)有關(guān)。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)是通過(guò)獨(dú)立的調(diào)節(jié)兩個(gè)磁場(chǎng)中的一個(gè)來(lái)進(jìn)行調(diào)速的，異步電動(dòng)機(jī)則顯然不能。</p><p><b>　　2．矢量控制實(shí)現(xiàn)</b><

58、;/p><p>　　A．基本思想是一個(gè)三相交流的磁場(chǎng)系統(tǒng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場(chǎng)系統(tǒng)，以兩相系統(tǒng)做過(guò)渡，可以互相進(jìn)行等效變換，所以如果將變頻器給定信號(hào)變換成類似于直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)系統(tǒng)的控制信號(hào)，就是說(shuō)，假如有兩個(gè)互相垂直的直流繞組同處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上，兩個(gè)繞組中分別獨(dú)立的通入由給定信號(hào)分解而得到的勵(lì)磁電流信號(hào)iM*和轉(zhuǎn)矩電流信號(hào)it*，并且把iM*和it*作為基本控制信號(hào)，則通過(guò)等效變換，可以得到基本控制信號(hào)。</

59、p><p>　　等效的三相交流控制信號(hào)iM*和iM*等效的三相交流控制信號(hào)IA*、IB*、IC*去控制逆變電路。對(duì)于電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行過(guò)程中的三相交流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，又可等效變換成兩個(gè)互相垂直的直流信號(hào)，反饋到給定控制部分用以修正基本控制信號(hào)it*和iM*。進(jìn)行控制時(shí)，可以和直流電動(dòng)機(jī)一樣，使其中一個(gè)磁場(chǎng)電流信號(hào)（iM*）不變，而控制另一個(gè)磁場(chǎng)電流信號(hào)（it*)，從而獲得和直流電動(dòng)機(jī)類似的控制性能。</p>&l

60、t;p><b>　　B．基本框圖</b></p><p>　　圖2-6矢量控制原理圖</p><p>　　如上圖所示，給定控制器將給定信號(hào)分解成兩個(gè)互相垂直且獨(dú)立的直流信號(hào)it*和iM*。然后通過(guò)“直／交變換”將it*和iM*變換成兩相電流信號(hào)ia*和ib*，又經(jīng)“2/3變換“，得到三相交流的控制信號(hào)IA*、IB*、IC*去控制逆變橋。電流反饋用于反映負(fù)載的狀況

61、，使直流信號(hào)中的轉(zhuǎn)矩分量it*能隨負(fù)載而變化，從而模擬出類似于反映拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定值之間的差異，并使之以最快的速度進(jìn)行校正，從而提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。</p><p>　　2.5 變頻器的節(jié)能效果[2][7][9]</p><p>　　利用變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速節(jié)能運(yùn)行，是變頻器應(yīng)用的一個(gè)最典型的例子。其中以風(fēng)機(jī)和泵類機(jī)械的節(jié)能效果最為顯著。由于本課題變速的對(duì)象是引風(fēng)機(jī)，下面以引風(fēng)機(jī)為例做節(jié)

62、能分析</p><p>　?。?）風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性</p><p><b>　　風(fēng)機(jī)屬平方率負(fù)載</b></p><p>　　T＝T0+KTn2（T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩，KT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，n為轉(zhuǎn)速） (2-3)</p><p>　　則P＝P0+kpn3 （P為機(jī)械功率，kp為功率常數(shù)， n為轉(zhuǎn)速）(2-4)

63、 </p><p>　　(2)風(fēng)量的調(diào)節(jié)通?？刂骑L(fēng)量的方法有兩種：</p><p>　　A．控制輸出或輸入的風(fēng)門</p><p><b>　　B．控制旋轉(zhuǎn)速度</b></p><p>　　采用A方法時(shí)，管路的節(jié)流阻力改變，可得到所需的送風(fēng)特性，此方法的優(yōu)點(diǎn)是：出資少，控制簡(jiǎn)

64、單。</p><p>　　采用B方法時(shí)由于功率與速度的三次方成正比，節(jié)能效果十分明顯，加之采用變頻裝置容易操作，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化，因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開(kāi)始逐步取代風(fēng)門控制的方案。</p><p><b>　　圖2-7能耗曲線圖</b></p><p>　　由圖2-7知，當(dāng)Q=0.7Qn時(shí)，通過(guò)調(diào)速的方法來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，消耗的電功率Px=0.3

65、4Pn，而直接用風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量所耗功率則為Px=0.94Pn?？梢?jiàn)，用變頻器調(diào)速節(jié)能效果十分明顯。</p><p><b>　　2.6本章小節(jié)</b></p><p>　　本章詳細(xì)地介紹了變頻調(diào)速的原理及變頻器的構(gòu)成，并對(duì)變頻后的機(jī)械特性和節(jié)能效果進(jìn)行了分析。重點(diǎn)對(duì)交一直一交變頻器的典型主電路進(jìn)行了研究分析，闡明了各部件的主要功能，并對(duì)控制電路做了說(shuō)明。</p&g

66、t;<p>　　第3章 可編程控制器</p><p>　　可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、靈活通用與維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)。特別是他的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到用戶的青睞。因而在許多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。</p><p>　　

67、3.1可編程控制器的發(fā)展史</p><p>　　在可編程控制器出現(xiàn)以前，繼電器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間或條件順序地工作，若要改變控制的順序就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，因此，其通用性和靈活性較差。 </p><p>　　20 世紀(jì)的六十年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，由于價(jià)格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原

68、因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。 </p><p>　　1968 年，美國(guó)最大的汽車制造商——通用汽車公司(GM)為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引起了開(kāi)發(fā)熱潮。主要內(nèi)容是： </p><p>　?、倬幊谭奖悖涩F(xiàn)場(chǎng)修改程序； ②維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)； </p><p>　?、劭煽啃愿哂诶^電器控制裝置； ④體積小

69、于繼電器控制盤； </p><p>　?、輸?shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； ⑥成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)； </p><p><b>　?、咻斎肟蔀槭须姡?lt;/b></p><p>　?、噍敵隹蔀槭须?，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器等； </p><p>　?、釘U(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最少； ⑩用戶存儲(chǔ)器大于 4KB 。

70、 </p><p>　　這些條件實(shí)際上提出將繼電器控制的簡(jiǎn)單易懂、使用方便、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，將繼電接觸器控制的硬接線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)的軟件邏輯編程的設(shè)想。到現(xiàn)在，世界各國(guó)的一些著名的電氣工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器裝置?？删幊炭刂破饕炎鳛橐粋€(gè)獨(dú)立的工業(yè)設(shè)備被列入生產(chǎn)中，成為當(dāng)代電控裝置的主導(dǎo)。</p><p>　　3.2 可編程控制器的定義

71、</p><p>　　可編程控制器一直在發(fā)展中，因此直到目前為止,還未能對(duì)其下最后的定義。 </p><p>　　美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA在1980年給可編程控制器作了定義。</p><p>　　國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)曾于1982年11月頒發(fā)了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿,1987年2月頒發(fā)了第三稿。草案中對(duì)可編程控制器的定義是： </p><

72、p>　　“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?</p><p>　　此定義強(qiáng)調(diào)了可編程控制器是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)

73、”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作，它還具有“數(shù)字量或模擬量的輸入/輸出控制”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。 </p><p>　　定義還強(qiáng)調(diào)了可編程控制器直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，可編程控制器與以往所講的鼓式，機(jī)械式的順序控制器在“可編程”方面有

74、質(zhì)的區(qū)別。由于 PLC 引入了微處理機(jī)及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等新一代電子器件，并用規(guī)定的指令進(jìn)行編程，能靈活地修改，即用軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)“可編程”的目的。</p><p>　　3.3 可編程控制器的特點(diǎn)[4][14][15]</p><p>　　1．可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生

75、產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。</p><p>　　2．配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、

76、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。</p><p>　　3．易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎</p><p&g

77、t;　　PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門。</p><p>　　4．系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造</p><

78、p>　　PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。</p><p>　　5．體積小，重量輕，能耗低</p><p>　　以超小型PLC為例，近幾年出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小

79、很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。</p><p>　　3.4 PLC和繼電器控制系統(tǒng)的比較</p><p><b>　　1 控制方式：</b></p><p>　　繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)極延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。</p><

80、;p>　　PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可。</p><p><b>　　2 控制速度</b></p><p>　　繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級(jí)，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動(dòng)現(xiàn)象。</p><p>　　PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級(jí)，嚴(yán)

81、格同步，無(wú)抖動(dòng)。</p><p><b>　　3 延時(shí)控制</b></p><p>　　繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制，而時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難。</p><p>　　PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間方便，不受環(huán)境影響。</p><p&

82、gt;　　3.5 PLC的基本結(jié)構(gòu)[4][15]</p><p>　　1．中央處理單元（簡(jiǎn)稱CPU）</p><p>　　中央處理單元是PLC的控制中樞，核心部件，其性能決定了PLC的性能。作用：處理和運(yùn)行用戶程序，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)的工作。具體有：</p><p>　　由控制器，運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過(guò)地址總線，

83、數(shù)據(jù)總線，控制總線，與存儲(chǔ)器的輸入，輸出接口與電路相連。</p><p>　　1）接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)存入輸入印象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。</p><p>　　2）診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。</p><p>　　3）PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，

84、經(jīng)指令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路，分時(shí)、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取，傳送，組合，比較和變換等操作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。</p><p>　　4）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更換有關(guān)影象區(qū)的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，根據(jù)輸出狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的控制。</p><p><b>　　2．存儲(chǔ)器</b></

85、p><p>　　存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。作用：存放系統(tǒng)程序，用戶程序，邏輯變量和其它一些信息。</p><p>　　系統(tǒng)程序：控制PLC完成各種功能的程序，由PLC生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀式存儲(chǔ)器ROM中，用戶不能訪問(wèn)。</p><p>　　用戶程序：用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫的程序。通過(guò)編程器輸入到PLC的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，允許修改，由用戶

86、啟動(dòng)運(yùn)行。</p><p>　　1）結(jié)構(gòu)：由存儲(chǔ)體、地址譯碼電路、讀寫控制電路、數(shù)據(jù)寄存器組成。</p><p>　　存儲(chǔ)體由存儲(chǔ)單元構(gòu)成，作用：存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)。</p><p>　　地址譯碼電路的作用：根據(jù)地址總線上的地址編碼選取相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。</p><p>　　讀寫控制電路的作用：將選中的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)寄存器中或?qū)?shù)據(jù)寄存器的

87、內(nèi)容寫到選中的存儲(chǔ)單元中。</p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器的作用：存放從存儲(chǔ)單元讀出的數(shù)據(jù)，或者存放從數(shù)據(jù)總線送來(lái)并準(zhǔn)備寫到存儲(chǔ)單元去的數(shù)據(jù)。</p><p>　　2）存儲(chǔ)器的工作過(guò)程：1.數(shù)據(jù)的寫入過(guò)程；2.數(shù)據(jù)的讀出過(guò)程</p><p>　　3）PLC中使用的存儲(chǔ)器：1.只讀存儲(chǔ)器ROM，2.隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM</p><p>　　ROM為

88、只讀存儲(chǔ)器，存放PLC制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并永遠(yuǎn)駐留在ROM中，PLC去電后再上電，ROM內(nèi)容不變。</p><p>　　RAM為可讀寫的存儲(chǔ)器，讀出時(shí)其內(nèi)容不被破壞，寫入時(shí)，新寫入的內(nèi)容覆蓋原有的內(nèi)容。為防止掉電后信息丟失，配有后備鋰電池。</p><p>　　除此而外，PLC還有EPROM、EEPROM存儲(chǔ)器。</p><p>　　PLC產(chǎn)品樣本或使用說(shuō)明書

89、中給出的存儲(chǔ)器形式或容量等均指用戶存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器容量是PLC的一個(gè)重要性能指標(biāo)。</p><p><b>　　3．輸入單元：</b></p><p>　　輸入單元是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備相連的輸入接口，是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)入PLC的橋梁。作用：接收主令元件，檢測(cè)元件傳來(lái)的信號(hào)。</p><p>　　輸入類型：直流輸入，交流輸入，交直流輸入。<

90、;/p><p>　　輸入接口采用光電耦合電路，目的是把PLC與現(xiàn)場(chǎng)電路隔離，提高PLC的抗干擾能力。接口電路內(nèi)部有濾波，電平轉(zhuǎn)移，信號(hào)鎖存電路。各PLC生產(chǎn)廠家都提供了多種形式的I/O部件或模塊供用戶選用。</p><p><b>　　4．輸出單元</b></p><p>　　輸出單元也是PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接部件，把輸出信號(hào)送給控制對(duì)象的輸出

91、接口。作用：將中央處理器送出的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件。</p><p>　　輸出類型：繼電器輸出，晶體管輸出，晶閘管輸出</p><p>　　輸出接口電路也采用光電耦合，每一點(diǎn)輸出都有一個(gè)內(nèi)部電路，由指示電路，隔離電路，繼電器組成。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn)移和輸出接線端子排，輸出部件或模塊也有多種類型供選用。</p><

92、;p><b>　　5．電源</b></p><p>　　作用：將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電源。</p><p>　　3.6 PLC的工作原理[4][14][15]</p><p>　　與普通微機(jī)類似，PLC也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下，PLC才能正常地工作。軟件又分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。</p>

93、<p>　　PLC的基本工作如下：</p><p>　?。?）輸入現(xiàn)場(chǎng)信息：在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)；</p><p>　?。?）執(zhí)行程序：順次掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算；</p><p>　?。?）輸出控制信號(hào)：根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯控制

94、功能。</p><p>　　上述過(guò)程執(zhí)行完后，又重新開(kāi)始，反復(fù)地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期。PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。</p><p>　　PLC的程序可與機(jī)器的動(dòng)作一一對(duì)應(yīng)，程序編制簡(jiǎn)單直觀，不容易出錯(cuò)，而且容易修改，從而大大減少了軟件的開(kāi)發(fā)費(fèi)用，縮短了軟件的工作周期。</p><p>　　為了提高工作的可靠性，及時(shí)接受外來(lái)的控制命令，PLC在每

95、次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進(jìn)行故障自診斷，完成與編程器等的通信。</p><p>　　每次掃描開(kāi)始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對(duì)各輸入輸出點(diǎn)、存儲(chǔ)器和CPU等進(jìn)行診斷，診斷的方法通常是測(cè)試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與正常的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，若兩者一致，說(shuō)明各部分工作正常，若不一致則認(rèn)為有故障。此時(shí)，PLC立即啟動(dòng)關(guān)機(jī)程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關(guān)斷所有輸出點(diǎn)，然后停機(jī)。</p><p&g

96、t;　　診斷結(jié)束后，如沒(méi)發(fā)現(xiàn)故障，PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請(qǐng)求。如果有則進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如，接受編程器發(fā)來(lái)的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息送給編程器顯示等。</p><p>　　處理完通信后，PLC繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場(chǎng)信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號(hào)，完成一個(gè)掃描周期，然后又從診斷開(kāi)始，進(jìn)行第二輪掃描。</p><p>　　PLC就這樣不斷反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)

97、機(jī)器的連續(xù)控制，直到接受到停機(jī)命令，或因停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。</p><p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了PLC的定義、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、原理等。</p><p><b>　　第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 引風(fēng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、選擇

98、和主要性能參數(shù)</p><p>　　引風(fēng)機(jī)就是鍋爐上向外排放煙塵的風(fēng)機(jī)，工作原理同其它離心式風(fēng)機(jī)一樣由電機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪中的葉片迫使氣體旋轉(zhuǎn)，對(duì)氣體做功，使其能量增加，氣體在離心力的作用下，向葉輪四周甩出，通過(guò)渦型機(jī)殼將速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，當(dāng)葉輪內(nèi)的氣體排出后，葉輪內(nèi)的壓力低于進(jìn)風(fēng)管內(nèi)壓力，新的氣體在壓力差的作用下吸入葉輪，氣體就連續(xù)不斷的從泵內(nèi)排出。另外，引風(fēng)機(jī)具有耐高溫、耐磨損等特點(diǎn)。</p>

99、<p>　　引風(fēng)機(jī)主要由葉輪、機(jī)殼、進(jìn)風(fēng)口、調(diào)節(jié)門及傳動(dòng)部分等組成。 </p><p>　　1、葉輪：由12片后傾機(jī)翼斜切的葉片焊接于弧錐形的前盤于平板形的后盤中間。由于采用了機(jī)翼形葉片，保證了引風(fēng)機(jī)高效率、低噪聲、高強(qiáng)度、同時(shí)葉輪又經(jīng)過(guò)動(dòng)、靜平衡校正，因此運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。同一機(jī)號(hào)的通、引風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)全同。 </p><p>　　2、引風(fēng)機(jī)機(jī)殼：機(jī)殼是用鋼板焊接而成的蝸形體。<

100、;/p><p>　　3、引風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口：進(jìn)風(fēng)口制成整體結(jié)構(gòu)，用螺栓固定在風(fēng)機(jī)入口側(cè)。 </p><p>　　4、調(diào)節(jié)門：用以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量的裝置，軸向安裝在進(jìn)風(fēng)口前面。調(diào)節(jié)范圍由90°（全閉）到0°（全開(kāi)）。為使調(diào)節(jié)各部正常工作，必須很好的潤(rùn)滑。對(duì)通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)門，采用鈣鈉基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。 </p><p>　　5、引風(fēng)機(jī)傳動(dòng)部分：傳動(dòng)部分的主要由優(yōu)質(zhì)鋼制成

101、，引風(fēng)機(jī)均采用滾動(dòng)軸承。軸承箱有兩種形式：筒式軸承箱，枕式軸承箱，軸承箱上裝有溫度計(jì)和油位指示器。</p><p>　　另外，在風(fēng)機(jī)行業(yè)，只有鍋爐引風(fēng)機(jī)才能真正的稱為“引風(fēng)機(jī)”，并不是向外排風(fēng)的風(fēng)機(jī)都稱之為“引風(fēng)機(jī)”的。</p><p>　　在這里我們是對(duì)Y4-73型鍋爐離心引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，其主要性能參數(shù)為：</p><p>　　引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速1450r/min；

102、</p><p>　　電動(dòng)機(jī)型號(hào) Y2-280M-4</p><p>　　額定功率 90KW；</p><p><b>　　軸功率 90KW</b></p><p>　　額定電壓 380V；</p><p>　　額定電流 143.9A；</p><p>　　壓力（揚(yáng)程） 3

103、500Pa；</p><p>　　功率因數(shù) 0.95；</p><p>　　效率因數(shù) 0.87；</p><p>　　引風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 1480r/min</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)的控制方案可以從附錄一至五中看出，如圖4-1所示：</p><p>　　采用的是變頻和工頻相結(jié)合的方式，在系統(tǒng)啟動(dòng)后直接進(jìn)行變頻運(yùn)行

104、，當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候切換成工頻運(yùn)行，對(duì)變頻器實(shí)行PLC和DCS控制調(diào)速，由于設(shè)計(jì)是以PLC為主故沒(méi)有對(duì)DCS系統(tǒng)做詳細(xì)介紹，主要闡明了變頻器和PLC的選擇和應(yīng)用。特別是PLC，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要有啟動(dòng)和停止控制，變頻運(yùn)行，變頻故障，變頻就緒，變頻運(yùn)行輸出，變頻故障輸出，工頻運(yùn)行，工頻就緒，報(bào)警復(fù)位，故障復(fù)位輸出以及一個(gè)遠(yuǎn)程啟停輸出按鈕，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。</p><p>　　4.2 變頻器的選擇和主要技術(shù)參數(shù)[2

105、0][21]</p><p>　　隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，交流變頻調(diào)速已運(yùn)用到了許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)行業(yè)也得到了廣泛運(yùn)用。在本次設(shè)計(jì)中采用了施耐德公司的Telemecanique ATV61變頻器，其主要情況如下所示：</p><p><b>　　一、主要技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　電壓范圍：?jiǎn)?/p>

106、相或三相 200V－15％～240V＋10％</p><p>　　三相 380V－15％～480V＋10％</p><p>　　功率范圍：0.75～630KW</p><p>　　額定工作環(huán)境溫度：－10℃～50℃（降容可至60℃）</p><p>　　過(guò)力矩能力：130％60s</p><p>　　調(diào)速范圍：開(kāi)環(huán)：1

107、：100 </p><p>　　調(diào)速精度：開(kāi)環(huán)：±10%電機(jī)額定滑差 </p><p>　　本體I/O： 6邏輯輸入（含1PTC，可擴(kuò)展至20路）</p><p><b>　　1安全聯(lián)鎖輸入</b></p><p>　　2繼電器輸出（可擴(kuò)展至4路）</p><p>　　2模擬輸入（可擴(kuò)展

108、至4路）</p><p>　　1模擬輸出（可擴(kuò)展至4路）</p><p>　　另可擴(kuò)展8路邏輯輸出</p><p>　　擴(kuò)展選件卡：I/O擴(kuò)展卡、通信卡、編碼器卡、Controller inside卡，最多同時(shí)增加3張擴(kuò)展選件卡。</p><p><b>　　二、 電機(jī)控制方面</b></p><p&

109、gt;　　在性能方面，ATV61同時(shí)支持無(wú)傳感器電壓矢量控制、傳統(tǒng)U/F（2點(diǎn)或5點(diǎn)）控制方式以適應(yīng)不同的應(yīng)用。另外針對(duì)客戶對(duì)于環(huán)境保護(hù)以及能量節(jié)約的需求，ATV61特別開(kāi)發(fā)了節(jié)能運(yùn)行模式。 </p><p>　　最后ATV61與其ATV71一樣支持1000Hz的輸出頻率。</p><p><b>　　三、 軟件功能方面</b></p><p>

110、;　　ATV61內(nèi)置了100多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)功能，滿足不同的應(yīng)用，下面分類簡(jiǎn)要描述：</p><p>　　A、 監(jiān)視功能：支持各類運(yùn)行參數(shù)直接顯示和輸入輸出鏡像、支持過(guò)程量換算顯示等；</p><p>　　B、 輸入/輸出:支持輸入輸出延時(shí)、濾波、映射、變換、模擬量加減乘等運(yùn)算；</p><p>　　C、 控制功能：支持中文圖形面板、端子、通信方式及其組合分離等控制；<

111、;/p><p>　　D、 應(yīng)用功能：支持PID調(diào)節(jié)器、速度給定監(jiān)視、喚醒/休眠、流量檢測(cè)、流量限制、欠負(fù)荷檢測(cè)、過(guò)負(fù)荷檢測(cè)、V/F平方曲線、能耗計(jì)算、節(jié)能模式、故障禁止（強(qiáng)制通風(fēng)）、自動(dòng)直流注入制動(dòng)、寸動(dòng)（點(diǎn)動(dòng)）、預(yù)制速度、多電機(jī)、進(jìn)出線接觸器控制、跳頻等100多項(xiàng)。</p><p>　　E、 內(nèi)置應(yīng)用宏：起動(dòng)/停機(jī)、一般應(yīng)用、PID調(diào)節(jié)、通信總線、風(fēng)機(jī)/水泵（出廠設(shè)置） </p>

112、<p>　　F、 故障管理：變頻器各類保護(hù)和故障管理、控制；</p><p>　　G、 診斷功能：檢查IGBT元件是否工作正常；</p><p>　　H、 其它：用戶菜單、顯示配置等。</p><p><b>　　四．通訊功能</b></p><p>　　ATV61本機(jī)內(nèi)置了MODBUS， CANOPEN兩

113、種通訊協(xié)議。其中內(nèi)置的CANOPEN接口通信速率高達(dá)1Mbps，同時(shí)ATV61可以通過(guò)增加通信附件支持Fipio, Ethernet、Modbus Plus、Profibus DP、DeviceNet、InterBus、Uni-Telway等通用主流通訊網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　另外ATV61還支持行業(yè)專用通信總線：LonWorks、METASYS N2、APOGEE FLN、BACnet。</p>