變頻器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目六課件

變頻器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目六課件變頻器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目六課件項(xiàng)目引入變頻器通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，因此可根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來為其提供合適的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。變頻器具有功能齊全、調(diào)速精度高、穩(wěn)定性好及可應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。變頻器在工程上的應(yīng)用有很多，如恒壓供水、風(fēng)機(jī)自動調(diào)速、龍門刨床的自動化控制、自動裝箱生產(chǎn)線的控制等。那么，它們又是如何實(shí)現(xiàn)變頻控制的呢？項(xiàng)目引入變頻器通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電項(xiàng)目目標(biāo)了解變頻器控制恒壓供水的特點(diǎn)了解恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成掌握恒壓供水系統(tǒng)的硬件組成及變頻器的選擇方法掌握風(fēng)機(jī)變頻器的選擇方法了解龍門刨床的構(gòu)造和工作特點(diǎn)掌握龍門刨床PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成掌握龍門刨床PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方法項(xiàng)目目標(biāo)了解變頻器控制恒壓供水的特點(diǎn)了解恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成掌5

任務(wù)一認(rèn)識恒壓供水系統(tǒng)5任務(wù)一認(rèn)識恒壓供水系統(tǒng)任務(wù)導(dǎo)入城市自來水管網(wǎng)的水壓一般規(guī)定保證6層以下樓房的用水，其余上部各層均須增加水壓才能滿足用水要求。以往大多采用水塔、高位水箱或氣壓罐增壓設(shè)備來提升水壓，但無論實(shí)際用水量的多少，這些設(shè)施的水泵都在全速運(yùn)轉(zhuǎn)，并提供固定數(shù)值的流量，導(dǎo)致在用水量較小時，水泵的功率有很大一部分被白白地浪費(fèi)掉了。由于水泵屬于二次方律負(fù)載，其消耗的電功率與水泵轉(zhuǎn)速的3次方成正比，如果能夠控制水泵的轉(zhuǎn)速使之按照用水量的多少來變化，且確保供水壓力不變，就可以既不影響正常用水，又能起到節(jié)能的效果。采用恒壓供水技術(shù)，即通過應(yīng)用變頻器根據(jù)水壓的大小，自動對水泵進(jìn)行變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。任務(wù)導(dǎo)入城市自來水管網(wǎng)的水壓一般規(guī)定保證6層相關(guān)知識一恒壓供水系統(tǒng)概述恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時，出水口壓力保持不變的供水方式。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，現(xiàn)多利用將PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等內(nèi)置器件有機(jī)結(jié)合的供水專用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)水泵電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來控制水泵的輸出流量，以此來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，其原理如圖6-1所示。1恒壓供水系統(tǒng)的工作原理圖6-1恒壓供水系統(tǒng)的工作原理相關(guān)知識一恒壓供水系統(tǒng)概述恒壓供水是指在供水從圖6-1中可以看出，恒壓供水系統(tǒng)是一個閉環(huán)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，通過安裝在供水管網(wǎng)上的壓力變送器（壓力傳感器），將管網(wǎng)中的水壓轉(zhuǎn)換為管網(wǎng)壓力信號并傳送至PID調(diào)節(jié)器作為反饋信號。PID調(diào)節(jié)器將反饋的壓力信號和給定的壓力信號進(jìn)行PID運(yùn)算處理后得出控制信號，并將其傳送至變頻器作為變頻器的調(diào)速給定信號。如果變頻器內(nèi)置有PID調(diào)節(jié)功能，則可以將壓力變送器的管網(wǎng)壓力信號直接傳送至變頻器，由變頻器對反饋信號和給定的壓力信號進(jìn)行PID運(yùn)算處理，從而實(shí)現(xiàn)對其輸出頻率的控制。從圖6-1中可以看出，恒壓供水系統(tǒng)是一個閉環(huán)2恒壓供水的控制對象及目標(biāo)對供水系統(tǒng)進(jìn)行控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。但流量的測量比較復(fù)雜，考慮到在動態(tài)情況下，管道中水壓的大小與供水能力和用水流量之間的平衡情況有關(guān)，以安裝壓力表的位置作為分界點(diǎn)，把壓力表之前的流量稱為供水流量Qg，壓力表之后的流量稱為用水流量Qn，恒壓供水示意圖如圖6-2所示。圖6-2恒壓供水示意圖2恒壓供水的控制對象及目標(biāo)對供水系統(tǒng)進(jìn)行控制設(shè)管網(wǎng)水壓為P，則供水流量Qg、用水流量Qn與管網(wǎng)水壓P之間的關(guān)系如下。當(dāng)Qg=Qn時，P不變。當(dāng)Qg

<

Qn時，P下降。當(dāng)Qg

>

Qn時，P上升。設(shè)管網(wǎng)水壓為P，則供水流量Qg、用水流量Qn根據(jù)以上3者之間的關(guān)系，恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)行可分為以下3種狀態(tài)。①穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。水泵裝置的供水能力與用戶用水需求處于平衡狀態(tài)，供水壓力P穩(wěn)定而無變化，反饋信號與目標(biāo)信號近乎相等，PID的調(diào)節(jié)量為0。此時變頻器控制的電動機(jī)處在勻速運(yùn)行狀態(tài)。②用水流量增大。當(dāng)用戶的用水流量增大，超過了供水能力時，供水壓力P有所下降，反饋信號減小，合成信號（目標(biāo)值?反饋值）增大，PID將產(chǎn)生正的調(diào)節(jié)量，使變頻器的輸出頻率和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速同步上升，從而使供水能力增大、壓力恢復(fù)。根據(jù)以上3者之間的關(guān)系，恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)行可③用水流量減小。當(dāng)用戶的用水流量減小時，供水能力小于用水需求，則供水壓力P上升，反饋信號增大，合成信號則減小，PID將產(chǎn)生負(fù)的調(diào)節(jié)量，使變頻器的輸出頻率和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速同步下降，從而使供水能力下降，管網(wǎng)壓力又開始恢復(fù)。當(dāng)壓力大小重新恢復(fù)到目標(biāo)值時，供水能力與用水需求又達(dá)到新的平衡，系統(tǒng)又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。供水系統(tǒng)的供水能力與用水流量之間的關(guān)系可通過管網(wǎng)水壓的變化來體現(xiàn)出來，因此，控制了供水壓力也就相應(yīng)控制了用水流量。恒壓供水系統(tǒng)的控制目標(biāo)就是通過保持系統(tǒng)總管道出水壓力的恒定，來實(shí)現(xiàn)供水能力和用水流量之間的平衡。③用水流量減小。當(dāng)用戶的用水流量減小時，供3變頻調(diào)速恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)通過變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)的恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體，可提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；同時，該系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。3變頻調(diào)速恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)通過變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)的供水方式，變頻調(diào)速恒壓供水主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。①變頻調(diào)速供水的供水壓力可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)全流量供水。②有的變頻器集成了工頻切換和多泵切換功能，這為變頻調(diào)速供水提供了足夠的技術(shù)基礎(chǔ)和物質(zhì)基礎(chǔ)。③水泵屬于二次方律負(fù)載，實(shí)施變頻調(diào)速后，供水系統(tǒng)的節(jié)能效果十分明顯。④供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速后，還能徹底消除水錘效應(yīng)，使水泵軸所承受的磨損和葉片所承受的應(yīng)力明顯減小，從而大大延長水泵和管道的使用壽命。相較于傳統(tǒng)的供水方式，變頻調(diào)速恒壓供水主要具二恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)主要由水泵、變頻器、PLC、壓力變送器及若干輔助部件構(gòu)成。水泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量時用；變頻供水系統(tǒng)采用壓力變送器（反饋4～20mA電流）來檢測管路壓力；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng)具體功能。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)各部件根據(jù)其在系統(tǒng)中功能的不同，可分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測裝置、控制系統(tǒng)、通信接口及報警裝置等部分。二恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)主要由水泵、1執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由水泵組成，用于將水供入用戶管網(wǎng)。水泵是由變頻調(diào)速器控制，可以進(jìn)行變頻調(diào)整，根據(jù)用水量的變化改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。1執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由水泵組成，用于將水供2信號檢測裝置信號檢測裝置包括液位計、壓力傳感器及變送器等，在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號。反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，是恒壓供水控制系統(tǒng)的主要反饋信號。水壓信號反映的是系統(tǒng)是否正常運(yùn)行、水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常等情況，該信號為開關(guān)量信號。報警信號2信號檢測裝置信號檢測裝置包括液位計、壓力傳3控制系統(tǒng)恒壓供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器（PLC系統(tǒng)）、變頻器和電控設(shè)備3個部分。供水控制器是整個恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通信接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即水泵）進(jìn)行控制。變頻器對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器根據(jù)供水控制器送來的控制信號來控制水泵電動機(jī)的運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)對水泵電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。3控制系統(tǒng)恒壓供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制電控設(shè)備由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成，用于在供水控制器的控制下完成手動/自動控制方式的切換。電控設(shè)備由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成，用4通信接口通信接口是恒壓供水系統(tǒng)的重要組成部分。通過通信接口，恒壓供水系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到恒壓供水系統(tǒng)中來。例如，通過電腦網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)對恒壓供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等。5報警裝置報警裝置是恒壓供水系統(tǒng)中必不可少的組成部分。恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)地運(yùn)行，防止因電動機(jī)過載、變頻器跳閘、電網(wǎng)電壓波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等情況造成事故損失，必須要對各種報警量進(jìn)行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，以此進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制。4通信接口通信接口是恒壓供水系統(tǒng)的重要組成部任務(wù)實(shí)施某社區(qū)供水系統(tǒng)由4臺大泵（22kW）與一臺小泵（5.5kW）組成。由于采用的是手動調(diào)節(jié)，導(dǎo)致管網(wǎng)中的水壓時常波動，嚴(yán)重影響了人們的日常生活用水，現(xiàn)對其進(jìn)行恒壓供水系統(tǒng)改造，初步設(shè)定改造后的恒壓供水系統(tǒng)原理圖如圖6-3所示，請據(jù)此設(shè)計該恒壓供水系統(tǒng)控制方案。圖6-3恒壓供水系統(tǒng)改造示意圖任務(wù)實(shí)施某社區(qū)供水系統(tǒng)由4臺大泵（22kW一、控制方案設(shè)計思路該恒壓供水系統(tǒng)控制方案中的PLC部分由西門子可編程控制器S7－200系列的CPU226、文本顯示器TD200組成；變頻器采用三菱FR－A540系列，功率為22kW。用戶所需的生活用水壓力、消防用水壓力、運(yùn)行方式等參數(shù)可在TD200文本顯示器上設(shè)定，壓力傳感器把用戶管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換為0～10V標(biāo)準(zhǔn)信號送進(jìn)PLC模擬量擴(kuò)展模塊EM235，PLC通過采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶設(shè)定壓力構(gòu)成閉環(huán)控制，在進(jìn)行PID運(yùn)算后將信號轉(zhuǎn)換為PLC模擬量輸出信號輸入變頻器，通過變頻器調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到恒壓供水的目的。一、控制方案設(shè)計思路該恒壓供水系統(tǒng)控制方案中二、選擇變頻器

變頻器的選擇包括變頻器控制方式的選擇、容量的選擇和變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選擇３個方面。變頻器選擇的基本原則是保證滿足工藝流程的要求，并盡可能節(jié)省資金。1．變頻器控制方式的選擇變頻器控制方式的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行。對于風(fēng)機(jī)、泵類等二次方律負(fù)載，在低速時負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通常可選擇U/f

控制式通用變頻器。在變頻器選型前應(yīng)掌握傳動系統(tǒng)的以下參數(shù)。①

電動機(jī)的極數(shù)。一般電動機(jī)極數(shù)以不多于4極為宜，否則變頻器容量要適當(dāng)加大。二、選擇變頻器變頻器的選擇包括變頻器控制方式的②

轉(zhuǎn)矩特性。在電動機(jī)同等功率情況下，相對于高過載轉(zhuǎn)矩模式，風(fēng)機(jī)、泵類等二次方律負(fù)載所用變頻器的規(guī)格可以降額選取。③

電磁兼容性。為減少主電源對控制系統(tǒng)的干擾，在實(shí)際使用時可在中間或變頻器輸入電路中增加電抗器，或安裝前置隔離變壓器。一般當(dāng)電動機(jī)與變頻器距離超過50m時，應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護(hù)電纜。變頻器的選型應(yīng)滿足以下條件。①

變頻器的電壓等級應(yīng)與驅(qū)動電動機(jī)的額定電壓相符。②

額定電流為所驅(qū)動電動機(jī)額定電流的～倍。③

變頻器的控制方式應(yīng)與被驅(qū)動設(shè)備的負(fù)載特性相匹配。②轉(zhuǎn)矩特性。在電動機(jī)同等功率情況下，相對于2．變頻器容量的選擇變頻器的容量可以從3個角度表述：額定電流、適用電動機(jī)功率和額定容量。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)電動機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓等級的降低而降低，都很難確切地表達(dá)變頻器的能力。在選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是反映變頻器負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不得超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。而對于鼠籠式異步電動機(jī)，變頻器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流稍大于或等于電動機(jī)最大正常工作電流的倍為宜，以最大限度地節(jié)約資金。2．變頻器容量的選擇變頻器的容量可以從3個角

在選用變頻器時除了考慮技術(shù)性和可靠性外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性，一般不要留有太大功率裕量，變頻器與電動機(jī)兩者的功率應(yīng)相匹配，這樣不但經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，輸出的波形也較好。在選用變頻器時除了考慮技術(shù)性和可靠性外還應(yīng)3．變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應(yīng)，即必須考慮溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素，這些因素與變頻器能否長期安全、可靠地運(yùn)行有很大的關(guān)系。變頻器箱體常見有以下幾種結(jié)構(gòu)類型可供選用。①

敞開型IP00。變頻器本身無機(jī)箱，適合裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏、盤或臺架上，尤其是當(dāng)多臺變頻器集中使用時，選用這種型號的箱體較好，但環(huán)境條件要求較高。②

封閉型IP20。適用于一般用途，可用于有少量粉塵或溫度、濕度變化不大的場合。③

密閉型IP65。適用于環(huán)境條件差，有水、塵及一定腐蝕氣體的場合。3．變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與該方案可選用三菱FR－A540系列變頻器，該變頻器采用先進(jìn)磁通矢量控制方式，實(shí)現(xiàn)了在線自動調(diào)整功能，調(diào)速比為1∶120（0.5～60Hz）；可拆卸風(fēng)扇和接線端子，維護(hù)方便；柔性PWM調(diào)制方式，運(yùn)行時噪聲更低；內(nèi)置RS485通信接口，可插擴(kuò)展卡，符合國際主要通信標(biāo)準(zhǔn)；內(nèi)置PID等各種功能，適合各種應(yīng)用場合。貼心服務(wù)窗該方案可選用三菱FR－A540系列變頻器，該1．

PLC的選擇該恒壓供水方案可選用S7－200型PLC。S7－200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行業(yè)多種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。三、其他硬件的選型1．PLC的選擇該恒壓供水方案可選用S7

S7－200型PLC的CPU單元有以下型號可供選擇。①CPU221，具有6個輸入點(diǎn)和4個輸出點(diǎn)。②CPU222，具有8個輸入點(diǎn)和6個輸出點(diǎn)。③CPU224，具有14個輸入點(diǎn)和10個輸出點(diǎn)。④CPU224XP，具有14個輸入點(diǎn)和10個輸出點(diǎn)。⑤CPU226，具有24個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)。PLC供電電源為集成的24V負(fù)載電源，可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），也可用作負(fù)載電源。S7－200型PLC的CPU單元有以下型號可供在該恒壓供水方案中，根據(jù)系統(tǒng)外接端口的需要，PLC的CPU單元選擇CPU226型，擴(kuò)展模塊選擇EM235型，其接線圖分別如圖6-4和圖6-5所示，PLC的I/O分配表如表6-1所示。圖6-4CPU226接線圖在該恒壓供水方案中，根據(jù)系統(tǒng)外接端口的需要，圖6-4CPU226接線圖圖6-4CPU226接線圖表6-1本設(shè)計中PLCI/O分配表地址編碼名稱地址編碼名稱10.0自動啟動12.1變頻器運(yùn)行信號10.1自動停止12.2故障信號10.2復(fù)位12.3頻率信號10.3自動/手動Q0.0水泵運(yùn)行10.4電磁閥打開Q0.1電磁閥打開10.5電磁閥關(guān)閉Q0.2電磁閥關(guān)閉10.6手動啟動Q0.4液位低故障報警10.7手動停止Q0.5液位高故障報警11.0電磁閥開到位Q0.6變頻器故障報警11.1電磁閥關(guān)到位Q0.7壓力低故障報警11.2液位低信號Q1.0壓力高故障報警11.3液位高信號Q1.1變頻器啟動11.5回路接觸器KM1Q1.2工頻/變頻切換11.6回路接觸器KM2表6-1本設(shè)計中PLCI/O分配表地址編碼名稱地址編碼S7－200有3種模擬量擴(kuò)展模塊，即EM231、EM232、EM235，其中EM235模塊有4個模擬輸入（AIW）和1個模擬輸出（AQW）信號通道，是集強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體（ST）單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號，并將其連續(xù)輸送到接收裝置（計算機(jī)或顯示儀表）。選擇EM235模擬量擴(kuò)展模塊可方便地將水位信號、電機(jī)頻率信號和同相比較信號傳輸給PLC，經(jīng)PLC的比較計算后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號。輸入/輸出信號接入端口時能夠自動完成A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字長（16bit）的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成D/A的轉(zhuǎn)換，一個字長（16bit）的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。EM235模塊可適配不同標(biāo)準(zhǔn)的輸入信號，可通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。貼心服務(wù)窗S7－200有3種模擬量擴(kuò)展模塊，即EM2該方案中PLC的選型包括一個CPU226主模塊，一個EM235模擬量擴(kuò)展模塊。如此PLC總共有24個數(shù)字信號輸入、16個數(shù)字信號輸出，以及4個模擬信號輸入、1個模擬信號輸出。輸入和輸出均有余量，可以滿足日后系統(tǒng)擴(kuò)充的要求。貼心服務(wù)窗該方案中PLC的選型包括一個CPU226主模2．調(diào)節(jié)閥

調(diào)節(jié)閥是用來調(diào)節(jié)水流量的，有電動、液動、氣動3種類型。該方案可選用電動調(diào)節(jié)閥。電動調(diào)節(jié)閥通過接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的信號（如4～20mA電流信號），來驅(qū)動閥門改變閥芯和閥座之間的截面積大小，以此來控制管道介質(zhì)的流量，實(shí)現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)功能。調(diào)節(jié)閥適配的工作電源有AC220V、380V等電壓等級。流通能力是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一。使調(diào)節(jié)閥全開，保持閥兩端的壓力差為0.1MPa，在流體密度為1g/cm3時，每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，即稱為調(diào)節(jié)閥的流通能力，也稱流量系數(shù)，用Cv表示，單位為t/h。2．調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥是用來調(diào)節(jié)水流量的，有電動、調(diào)節(jié)閥的流量特性是指在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對流量與它的開度之間的關(guān)系，有等百分比特性、線性特性及拋物線特性3種。該方案中調(diào)節(jié)閥可采用等百分比特性，通過用戶對水的需求量來控制電動調(diào)節(jié)閥打開的程度，打開的百分比越大，自來水的流量就越多。調(diào)節(jié)閥的流量特性是指在閥兩端壓差保持恒定的條件視野拓展調(diào)節(jié)閥的3種流量特性如下。①

等百分比特性，也稱對數(shù)特性，其相對行程和相對流量不成直線關(guān)系。在行程的每一點(diǎn)上單位行程變化所引起的流量變化與此點(diǎn)的流量成正比，而流量變化的百分比是相等的。等百分比特性的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)流量小時，流量變化??；當(dāng)流量大時，流量變化大。也就是在不同開度上，等百分比特性具有相同的調(diào)節(jié)精度。②

線性特性，其相對行程和相對流量成直線關(guān)系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。線性特性的特點(diǎn)是當(dāng)流量大時，流量變化的相對值變化小；當(dāng)流量小時，流量變化的相對值變化大。視野拓展調(diào)節(jié)閥的3種流量特性如下。③

拋物線特性，其流量按行程的二次方成比例變化，大體具有線性特性和等百分比特性的中間特性。從上述3種特性的分析中可以看出，就其調(diào)節(jié)性能上講，以等百分比特性最優(yōu)，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)性能好；而拋物線特性又比線性特性的調(diào)節(jié)性能好。具體可根據(jù)使用場合的不同要求，挑選不同流量特性的調(diào)節(jié)閥。③拋物線特性，其流量按行程的二次方成比例變3．液位計

液位計用于測量地下蓄水池液位，為了保證測量信號準(zhǔn)確，使系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行，該方案可同時采用投入式和浮球式兩種液位計。①投入式液位計，是一種測量液位的壓力傳感器，是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號（一般為4～20mA/DC0～5V）。②浮球式液位計，利用浮力來測量液位。連桿內(nèi)的電阻與磁簧開關(guān)組成分壓電路，浮球內(nèi)的磁鐵隨液位變化來改變電路中的分壓信號，并經(jīng)過轉(zhuǎn)換器變成4～20mA或其他標(biāo)準(zhǔn)信號。磁簧開關(guān)的間隙愈小，精度愈高。浮球式液位計可配合其他表頭作遠(yuǎn)距離指示用，是一種原理簡單、可靠性極佳的液位指示計。3．液位計液位計用于測量地下蓄水池液位，為4．電機(jī)水泵水泵和電動機(jī)是供水系統(tǒng)的重要組成部分，水泵規(guī)格選擇的恰當(dāng)與否和動力費(fèi)用有很大的關(guān)系，應(yīng)加以重視。水泵的規(guī)格應(yīng)根據(jù)逐時、逐日、逐季的用水量變化，系統(tǒng)要求的水壓，機(jī)組的效率和功率等因素來確定。在選擇水泵時，首先要滿足供水系統(tǒng)的以下要求。①

水泵的揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度。②

水泵的流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。③

水泵的能力足以供應(yīng)最高用水量時的用水需求，揚(yáng)程應(yīng)在該泵特性曲線的高效工作區(qū)內(nèi)，以減少耗電量。④

水泵的型號應(yīng)使泵站建筑面積和泵站的基礎(chǔ)埋深為最小，以降低泵站造價。⑤

水泵的構(gòu)造應(yīng)使泵站內(nèi)管線盡可能的簡單，以減少水頭損失。⑥

所選水泵應(yīng)方便安裝與管理。4．電機(jī)水泵水泵和電動機(jī)是供水系統(tǒng)的重要組成提示安裝臥式離心泵的泵站，其平面尺寸較大而高度較低；立式軸流泵的泵站，情況正好相反，泵站的高度較大而平面尺寸較小。因此在深埋式的地下泵站可優(yōu)先考慮立式泵，半地下式和地面式泵站可用臥式泵。提示安裝臥式離心泵的泵站，其平面尺寸較大而高5．電磁閥

電磁閥的作用是控制水的回流。電磁閥在通電時將開啟閥門，而在斷電時則關(guān)閉閥門。在系統(tǒng)正常工作時電磁閥通常都是關(guān)閉的，只有在電機(jī)停轉(zhuǎn)時電磁閥才會打開。6．逆止閥

逆止閥的作用是防止水在管道中倒流。水泵的出口應(yīng)安裝逆止閥，以防止水泵停轉(zhuǎn)時管路中的水出現(xiàn)倒流。5．電磁閥電磁閥的作用是控制水的回流。電磁7．遠(yuǎn)傳壓力裝置遠(yuǎn)傳壓力裝置包括壓力傳感器和壓力變送器兩部分，主要用于將水管中的壓力信號變成1～5V或4～20mA的模擬量信號，以作為模擬輸入模塊（A/D模塊）的輸入信號。在選擇時，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗，該方案應(yīng)采用輸出4～20mA模擬量信號的壓力變送器。在運(yùn)行過程中，為了防止壓力傳感器和壓力變送器出現(xiàn)故障而使水管中的水壓上升，出現(xiàn)爆管和超高水壓損壞用戶家中用水設(shè)備（熱水器、抽水馬桶等）的現(xiàn)象，控制系統(tǒng)可將電極點(diǎn)壓力表的壓力上限輸出作為PLC的一個數(shù)字量輸入，當(dāng)壓力超出上限時，系統(tǒng)將關(guān)閉所有水泵并進(jìn)行報警輸出。7．遠(yuǎn)傳壓力裝置遠(yuǎn)傳壓力裝置包括壓力傳感器和8．其他元件的選擇①熱繼電器FR的選擇。作為電動機(jī)的過載保護(hù)元件，熱繼電器可選用規(guī)格型號為TK－E02T－C、額定電流5～8A的富士繼電器。②熔斷器FU的選擇。在控制回路中可選用RT18系列熔斷器。③接觸器KM的選擇。可選用規(guī)格為SC－E03－C的接觸器，其功率為3kW。④按鈕SB的選擇。PLC各輸入點(diǎn)回路的額定電壓為DC24V，各輸入點(diǎn)回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對常開觸點(diǎn)，因此按鈕均可選用LAY3－11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24V(DC)

，IN=0.3A

，含1對常開觸點(diǎn)和1對常閉觸點(diǎn)。8．其他元件的選擇①熱繼電器FR的選擇。作將該方案所選擇的元件型號和數(shù)量填入表6-2所示的元件表中，并將所選水泵和變頻器的相關(guān)參數(shù)分別填入表6-3和表6-4中。四、元件參數(shù)表表6-2元件表總圖元件型號個數(shù)可編程控制器變頻器接觸器水泵調(diào)節(jié)閥投入式液位計浮球式液位計電磁閥逆止閥刀閘開關(guān)熔斷器熱繼電器按鈕將該方案所選擇的元件型號和數(shù)量填入表6-2所表6-3水泵參數(shù)水泵參數(shù)符號型號流量（m3/h）揚(yáng)程（m）轉(zhuǎn)速（r/min）電機(jī)功率（kw）M表6-4變頻器參數(shù)變頻器型號適用電機(jī)

容量（kW）輸出額定

容量（KVA）輸出額定

電流（A）過載能車電源額定輸入

交流電壓/頻率冷卻方式表6-3水泵參數(shù)水泵參數(shù)符號型號流量（m3/h）揚(yáng)程（根據(jù)恒壓供水系統(tǒng)的控制原理及所選PLC和變頻器的外部端子分配情況繪制系統(tǒng)的控制電路連接圖，應(yīng)明確體現(xiàn)配電電路、主電路、PLC與變頻器連接電路的具體電路連接。五、控制電路連接圖設(shè)定范圍：～倍。增益取得大時，響應(yīng)較快，但過大將產(chǎn)生振蕩；增益取得小時，響應(yīng)滯后。此處取。六、PID調(diào)試與編程1．

PID參數(shù)設(shè)置1）

比例增益根據(jù)恒壓供水系統(tǒng)的控制原理及所選PLC和變頻定范圍：～3600s，表示積分作用不動作。積分時間大時，響應(yīng)滯后，另外，對外部擾動的控制能力也將變差；積分時間小時，響應(yīng)速度較快，但過小將產(chǎn)生振蕩。此處取1800s。2）積分時間定范圍：～3600s，表示積分作用不動作設(shè)定范圍：～10.0s，表示微分作用不動作。操作量（輸出頻率）和偏差的微分值成比例動作（即D調(diào)節(jié)）。微分時間大時，能使發(fā)生偏差時P調(diào)節(jié)引起的振蕩很快衰減。微分時間小時，發(fā)生偏差時的衰減作用小。此處應(yīng)關(guān)閉微分作用。3）微分時間設(shè)定范圍：～10.0s，表示微分作用不動作

PID設(shè)定值可以在用示波器監(jiān)視響應(yīng)波形的同時進(jìn)行調(diào)整，具體可作如下總體調(diào)整。①

在不發(fā)生振蕩條件下增大比例增益。②

在不發(fā)生主振蕩條件下減小積分時間。③

在不發(fā)生振蕩條件下增大微分時間。④

通過增大積分時間減小微分時間來抑制超調(diào)，調(diào)整前后的波形對比如圖6-6所示。⑤

如果允許有小量超調(diào)的話，可通過減小積分時間、增大微分時間來加快響應(yīng)速度，調(diào)整前后的波形對比如圖6-7所示。2．

PID設(shè)定值的調(diào)整圖6-6抑制超調(diào)調(diào)整前后的波形對比

圖6-7加快反應(yīng)速度調(diào)整前后的波形對比PID設(shè)定值可以在用示波器監(jiān)視響應(yīng)波形的同時⑥

通過增大積分時間來抑制比積分時間長的周期振蕩，調(diào)整前后的波形對比如圖6-8所示。⑦

通過減小微分時間來抑制大約和微分時間同樣長周期的振蕩，調(diào)整前后的波形對比如圖6-9所示。圖6-8抑制周期振蕩積分調(diào)整前后的波形對比

圖6-9抑制周期振蕩微分調(diào)整前后的波形對比請根據(jù)該方案的具體情況選擇合適的調(diào)試方法對PID設(shè)定值進(jìn)行調(diào)試。⑥通過增大積分時間來抑制比積分時間長的周期根據(jù)PLC的輸入/輸出端子分配情況及供水系統(tǒng)的具體要求來設(shè)計PLC控制程序，應(yīng)包括PLC控制主程序、初始化程序、自動控制程序及手動控制程序。程序設(shè)計完成后，利用PLC程序編輯器寫入程序并進(jìn)行調(diào)試。3．編程根據(jù)PLC的輸入/輸出端子分配情況及供水系統(tǒng)任務(wù)總結(jié)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器控制電源的頻率f來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n，從而改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。任務(wù)實(shí)施中的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由PLC、變頻器、水泵電機(jī)、遠(yuǎn)傳壓力表以及接觸器控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)采用變頻器來控制電動機(jī)的啟動、運(yùn)行與調(diào)速，而用PLC控制水泵的手動裝置；利用遠(yuǎn)傳壓力裝置采集管網(wǎng)壓力信號，把此信號反饋到變頻器的模擬輸入端，通過數(shù)字PID運(yùn)算使變頻器輸出適當(dāng)?shù)念l率，以此來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵電動機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行及工頻和變頻運(yùn)行方式之間的切換。任務(wù)總結(jié)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工④要根據(jù)使用環(huán)境條件、電網(wǎng)電壓等仔細(xì)考慮變頻器的選型。⑤根據(jù)變頻器使用場所的不同，須對變頻器的防護(hù)等級做出不同的要求。為防止鼠、蟲及其他異物的進(jìn)入，應(yīng)對變頻器進(jìn)行相應(yīng)等級的防護(hù)，常見的IP10、IP20、IP30、IP40防護(hù)等級分別能防止φ50mm、φ12mm、φ2.5mm、φ1mm固體物的進(jìn)入。⑥在矢量控制方式下，一臺變頻器智能驅(qū)動一臺電動機(jī)。④要根據(jù)使用環(huán)境條件、電網(wǎng)電壓等仔細(xì)考慮變56

任務(wù)二掌握風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速56任務(wù)二掌握風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速任務(wù)導(dǎo)入在工礦企業(yè)中，風(fēng)機(jī)設(shè)備應(yīng)用廣泛，諸如鍋爐燃燒系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和烘干系統(tǒng)等。傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)控制是全速運(yùn)轉(zhuǎn)，即不論生產(chǎn)工藝的需求大小，風(fēng)機(jī)都提供出固定數(shù)值的風(fēng)量。而生產(chǎn)工藝往往需要對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量及溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，最常用的方法則是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門或擋板開度的大小來調(diào)整受控對象，這就使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失的形式消耗掉了。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，在工業(yè)生產(chǎn)中，風(fēng)機(jī)的風(fēng)門、擋板等相關(guān)設(shè)備的節(jié)流損失以及維護(hù)、維修費(fèi)用占到生產(chǎn)成本的7%～25%，這不僅造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗，而且控制精度也受到限制，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于風(fēng)機(jī)屬于二次方律負(fù)載，消耗的電功率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方成比例，由此，當(dāng)風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量減小時，可以使用變頻器降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來替代風(fēng)門、擋板控制方案，前者所消耗的功率要小得多，從而降低電動機(jī)功率損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。任務(wù)導(dǎo)入在工礦企業(yè)中，風(fēng)機(jī)設(shè)備應(yīng)用廣泛，諸如相關(guān)知識一般情況下，風(fēng)機(jī)采用正轉(zhuǎn)控制，所以線路比較簡單，但考慮到變頻器一旦發(fā)生故障時，風(fēng)機(jī)應(yīng)仍能繼續(xù)工作，那么系統(tǒng)應(yīng)具有將風(fēng)機(jī)由變頻運(yùn)行自動切換為工頻運(yùn)行的控制功能。應(yīng)用變頻器的風(fēng)機(jī)控制電路如圖6-10所示。一風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻器的控制原理（a）主電路

（b）控制電路圖6-10應(yīng)用變頻器的風(fēng)機(jī)控制電路相關(guān)知識一般情況下，風(fēng)機(jī)采用正轉(zhuǎn)控制，所以線三相工頻電源通過空氣斷路器QF接入，接觸器KM1用于將電源接至變頻器的輸入端R、S、T；接觸器KM2用于將變頻器的輸出端U、V、W接至電動機(jī)；接觸器KM3用于將工頻電源直接接至電動機(jī)。熱繼電器FR用于工頻運(yùn)行時的過載保護(hù)。1主電路注意接觸器KM2和KM3絕對不允許同時接通，否則會造成損壞變頻器的后果，因此，接觸器KM2和KM3之間必須有可靠的互鎖。三相工頻電源通過空氣斷路器QF接入，接觸器K

為便于對風(fēng)機(jī)進(jìn)行“變頻運(yùn)行”和“工頻運(yùn)行”的切換，控制電路采用三工位開關(guān)SA進(jìn)行控制?？刂七^程如下。當(dāng)SA合至“工頻運(yùn)行”位置時，按下啟動按鈕SB2，中間繼電器KA'‘1動作，控制其觸點(diǎn)開關(guān)KA1閉合并自鎖，進(jìn)而使接觸器KM‘3動作，電動機(jī)進(jìn)入工頻運(yùn)行狀態(tài)。按下停止按鈕SB1，中間繼電器KA1和接觸器KM‘3均斷電，電動機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)SA合至“變頻運(yùn)行”位置時，按下啟動按鈕SB2，中間繼電器KA'‘1動作，控制其觸點(diǎn)開關(guān)KA1閉合并自鎖，進(jìn)而使接觸器KM‘2動作，控制其觸點(diǎn)開關(guān)KM'‘2閉合，將電動機(jī)接至變頻器輸出端的同時，使接觸器KM‘1也動作，將工頻電源接至變頻器的輸入端，并允許電動機(jī)啟動；同時使連接到接觸器KM‘3線圈控制電路中的接觸器KM‘2的常閉觸點(diǎn)KM2斷開，確保接觸器KM‘3不能接通。2控制電路為便于對風(fēng)機(jī)進(jìn)行“變頻運(yùn)行”和“工頻運(yùn)行”按下按鈕SB4，中間繼電器KA'‘2動作，控制其觸點(diǎn)開關(guān)KA2閉合，電動機(jī)開始加速，進(jìn)入“變頻運(yùn)行”狀態(tài)；KA2閉合后，停止按鈕SB1失去作用，以防止直接通過切斷變頻器電源使電動機(jī)停機(jī)。在變頻運(yùn)行中，如果變頻器因故障而跳閘，則變頻器的“B－C”保護(hù)觸點(diǎn)斷開，接觸器KM‘1和KM‘2線圈均斷電，其主觸點(diǎn)切斷了變頻器與電源之間，以及變頻器與電動機(jī)之間的連接；變頻器的“B－C”保護(hù)觸點(diǎn)斷開的同時，“A－B”觸點(diǎn)閉合，接通報警揚(yáng)聲器HA和報警燈HL進(jìn)行聲光報警。同時，時間繼電器KT'得電，其觸點(diǎn)KT延時一段時間后閉合，使KM‘3動作，電動機(jī)進(jìn)入工頻運(yùn)行狀態(tài)。操作人員發(fā)現(xiàn)報警后，應(yīng)及時將選擇開關(guān)SA旋至“工頻運(yùn)行”位，這時聲光報警停止，并使時間繼電器斷電，其觸點(diǎn)KT斷開，電動機(jī)保持工頻運(yùn)行狀態(tài)。按下按鈕SB4，中間繼電器KA'‘2動作，控二主要電器的選擇1變頻器的選擇1）變頻器容量的選擇變頻器的容量一般根據(jù)用戶電動機(jī)的功率來計算，計算方法如下。ICN

IMN式中，

ICN

——變頻器輸出的額定電流（A）；

IMN

——電動機(jī)的額定電流（A）。由于風(fēng)機(jī)、水泵在某一轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，其阻轉(zhuǎn)矩一般不會發(fā)生變化，只要轉(zhuǎn)速不超過額定值，電動機(jī)就不會過載。因此，變頻器的額定電流只要選擇公式計算得出的最小值即可。二主要電器的選擇1變頻器的選擇1）變頻器容量的選擇2）變頻器類型的選擇風(fēng)機(jī)、水泵屬于二次方律負(fù)載，在低速時，阻轉(zhuǎn)矩很小，不存在低頻時能否帶動的問題，故采用U/f

控制方式的變頻器已經(jīng)足夠。并且從節(jié)能的角度，可選最低的

U/f曲線。多數(shù)生產(chǎn)廠都生產(chǎn)了比較低廉的專用于風(fēng)機(jī)、水泵的變頻器，均可以選用。2）變頻器類型的選擇風(fēng)機(jī)、水泵屬于二次方律負(fù)

空氣斷路器QF應(yīng)滿足以下條件。IQFN=(1.3~1.4)IN式中，IQFN

——空氣斷路器起跳電流（A）；

IN

——風(fēng)機(jī)額定電流（A）。2空氣斷路器的選擇

接觸器KM（KM1、KM2、KM3）應(yīng)滿足以下條件。IKN

?IN式中，IKN——接觸器額定電流（A）；

IN——風(fēng)機(jī)額定電流（A）。3接觸器的選擇空氣斷路器QF應(yīng)滿足以下條件。2空氣斷路器的任務(wù)實(shí)施某工廠有5臺作業(yè)設(shè)備共用一臺主電動機(jī)即11kW的吸塵風(fēng)機(jī)，用來吸取電鋸工作時產(chǎn)生的鋸屑。不同設(shè)備對風(fēng)量的需求區(qū)別不是很大，但設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時電鋸并非一直工作，而是根據(jù)不同的工序投入運(yùn)行。任務(wù)實(shí)施某工廠有5臺作業(yè)設(shè)備共用一臺主電動機(jī)之前，該廠就對此風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了變頻器控制，當(dāng)時是用電位器調(diào)節(jié)風(fēng)量，如果哪一臺設(shè)備的電鋸要工作時就按一下按鈕，打開相應(yīng)的風(fēng)口，然后根據(jù)吸塵效果調(diào)節(jié)電位器以得到適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量。但由于工人在操作過程中時常會忘記打開或者忘記關(guān)閉風(fēng)口的閥門，這就造成風(fēng)機(jī)工作情況不盡如人意，經(jīng)常使得車間灰塵太大、工作環(huán)境惡劣。最后，該廠干脆把變頻器的輸出調(diào)到50Hz，而不再進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)，變頻器只成了一個啟動器，造成了資源的浪費(fèi)?，F(xiàn)該廠希望通過利用PLC控制各風(fēng)口閥門及變頻器的多段速運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)與設(shè)備的自動化聯(lián)動控制，并達(dá)到一定的節(jié)能效果，請根據(jù)以下思路設(shè)計控制方案，并驗(yàn)證分析方案的可行性。之前，該廠就對此風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了變頻器控制，當(dāng)時是一、設(shè)計思路根據(jù)上述要求，該方案可選用PLC來接收各臺設(shè)備中電鋸工作的信息，并對投入工作的電鋸臺數(shù)進(jìn)行確定，根據(jù)確定數(shù)值選擇相應(yīng)的輸出點(diǎn)動作，以此來控制變頻器的多段速運(yùn)行，從而不用人為的干預(yù)，自動根據(jù)投入電鋸的臺數(shù)進(jìn)行風(fēng)量控制。根據(jù)工廠作業(yè)工序，將各設(shè)備運(yùn)行的時間次序作為參數(shù)寫入PLC，并以此來控制風(fēng)機(jī)相應(yīng)風(fēng)口閥門的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)口閥門的自動化控制。一、設(shè)計思路根據(jù)上述要求，該方案可選用PLC二、方案實(shí)施在電鋸工作時，通過控制接觸器的一對輔助常開觸點(diǎn)來控制一個中間繼電器。此處應(yīng)選用最少有兩對常開觸點(diǎn)的中間繼電器，用其中的一對接入PLC的一個輸入點(diǎn)，另一對控制一個氣閥，氣閥再帶動氣缸，用氣缸啟閉設(shè)備上的風(fēng)口。這樣就實(shí)現(xiàn)了PLC對投入電鋸信號的接收，也實(shí)現(xiàn)了風(fēng)口的自動啟閉。1．電鋸?fù)度脒\(yùn)行信號的采集二、方案實(shí)施在電鋸工作時，通過控制接觸器的一該方案可選用三菱變頻器FR－A540系列機(jī)型。根據(jù)多段速控制的需要和風(fēng)機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)設(shè)定變頻器的參數(shù)，變頻器應(yīng)設(shè)定為5段速運(yùn)行方式。2．變頻器的參數(shù)設(shè)置和接線1）設(shè)定變頻器的參數(shù)該方案可選用三菱變頻器FR－A540系列機(jī)型

FR－A540系列變頻器進(jìn)行多段速控制的端子為RL、RM、RH，通過這3個端子的組合最多可以實(shí)現(xiàn)7段速度運(yùn)行，因此可進(jìn)行5段速度控制時的端子組合。2）確定多段速控制時端子的組合根據(jù)所選PLC的地址分配情況畫出PLC與變頻器的連線圖，并根據(jù)接線圖將各端子進(jìn)行連接。3）

PLC輸出端與變頻器控制端子接線3．PLC程序的編寫根據(jù)PLC的地址分配情況及控制思路中的要求，編寫PLC的控制程序。FR－A540系列變頻器進(jìn)行多段速控制的端子三、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試通電后啟動變頻器，送入設(shè)備運(yùn)行信號，觀察變頻器多段速運(yùn)行情況及風(fēng)口氣閥開關(guān)情況，記錄運(yùn)行結(jié)果并核查設(shè)備與變頻器的聯(lián)動情況是否符合生產(chǎn)要求。四、節(jié)能效果分析分別檢測在變頻器各段速運(yùn)行時風(fēng)機(jī)的工作電流，根據(jù)工序設(shè)計中各設(shè)備的運(yùn)行情況計算變頻器各段速運(yùn)行的時間，計算出每天風(fēng)機(jī)實(shí)際消耗的電能以及改造前風(fēng)機(jī)每天消耗的電能。按每年工作250天，計算出采用變頻調(diào)速控制下的風(fēng)機(jī)相對于改造前所節(jié)省的電能，對節(jié)能效果做出評估。三、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試通電后啟動變頻器，送入設(shè)備運(yùn)任務(wù)總結(jié)由于風(fēng)機(jī)屬于二次方律負(fù)載，當(dāng)風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量減小時，可以使用變頻器降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法取代風(fēng)門、擋板控制方案，從而降低電動機(jī)功率損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。任務(wù)總結(jié)由于風(fēng)機(jī)屬于二次方律負(fù)載，當(dāng)風(fēng)機(jī)所需73

任務(wù)三認(rèn)識變頻器在龍門刨床自動化改造中的應(yīng)用73任務(wù)三認(rèn)識變頻器在龍門刨床自動化改造中的應(yīng)用任務(wù)導(dǎo)入金屬切削機(jī)床的種類很多，主要有車床、銑床、磨床、鉆床、刨床、鏜床等。金屬切削機(jī)床的基本運(yùn)動是切削運(yùn)動，即工件與刀具之間的相對運(yùn)動。切削運(yùn)動由主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動和輔助運(yùn)動組成。在切削運(yùn)動中，承受主要切削功率的運(yùn)動稱為主運(yùn)動。在車床、磨床和刨床等機(jī)床中，主運(yùn)動是指工件的運(yùn)動，主運(yùn)動的拖動系統(tǒng)通常采用電磁離合器配合齒輪箱進(jìn)行調(diào)速，此調(diào)速系統(tǒng)存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪聲大、電磁離合器損壞率較高、調(diào)速性能差等缺點(diǎn)；而在銑床、鏜床和鉆床等機(jī)床中，主運(yùn)動則是刀具的運(yùn)動，主運(yùn)動的拖動系統(tǒng)為直流電動機(jī)，設(shè)備造價高、效率低。因此，如果采用變頻器對機(jī)床進(jìn)行調(diào)速控制，可以克服上述不足，提高機(jī)床的綜合性能。任務(wù)導(dǎo)入金屬切削機(jī)床的種類很多，主要有車床、相關(guān)知識龍門刨床多用于加工大工件平面（尤其是狹長工件的平面），也用來加工溝槽或同時加工數(shù)個中小零件的平面，主要由床身、工作臺、立柱、橫梁、左/右側(cè)及垂直刀架組成，其橫梁和立柱組成龍門式框架結(jié)構(gòu)，所以稱為龍門刨床，其結(jié)構(gòu)如圖6-11所示。一龍門刨床的構(gòu)造與工作特點(diǎn)1龍門刨床的基本結(jié)構(gòu)1－右側(cè)刀架；2－橫梁；3－右立柱；4－頂梁；5－垂直右刀架；6－垂直左刀架；7－左立柱；8－左側(cè)刀架；9－工作臺；10－機(jī)座圖6-11龍門刨床示意圖相關(guān)知識龍門刨床多用于加工大工件平面（尤其是2龍門刨床的機(jī)械運(yùn)動龍門刨床的床身是一個箱形體，其上有V形和U形導(dǎo)軌。工作臺也稱刨臺，下面由齒條與傳動機(jī)構(gòu)齒輪相嚙合，可作往復(fù)運(yùn)動。工作臺帶著工件頻繁地通過龍門框架而作的直線往復(fù)運(yùn)動則稱為龍門刨床的主運(yùn)動。以國產(chǎn)A系列龍門刨床為例，其工作臺往復(fù)運(yùn)動周期示意圖如圖6-12所示。圖6-12工作臺往復(fù)運(yùn)動周期示意圖2龍門刨床的機(jī)械運(yùn)動龍門刨床的床身是一個箱形

龍門刨床的所有刀架都可在水平和垂直方向進(jìn)行平動。橫梁在平常加工時嚴(yán)禁動作，只在更換工件時才移動，以調(diào)整刀架的高度；垂直刀架可沿橫梁導(dǎo)軌在水平方向快速移動或沿滑板導(dǎo)軌在垂直方向作工作進(jìn)給運(yùn)動；左/右側(cè)刀架及進(jìn)給箱可沿立柱導(dǎo)軌上下快速移動或作自動進(jìn)給運(yùn)動。龍門刨床的所有刀架都可在水平和垂直方向進(jìn)行

龍門刨床在工作時，工件的切削加工僅在的工作進(jìn)程內(nèi)進(jìn)行，而返回進(jìn)程時只作空運(yùn)轉(zhuǎn)，工作臺在返回進(jìn)程時刀架可機(jī)動抬刀，以免滑傷工作表面。刀架的進(jìn)給運(yùn)動是在工作臺于返回行程到工作行程的換向期間進(jìn)行的，期間還會進(jìn)行抬刀、落刀和快速移動，橫梁的夾緊、放松和升降，以及工作臺的步進(jìn)、步退等輔助運(yùn)動。龍門刨床在工作時，工件的切削加工僅在的工作3龍門刨床的工作特點(diǎn)龍門刨床由直流電機(jī)帶動，并可進(jìn)行無級調(diào)速，運(yùn)動平穩(wěn)，既能快速啟動和制動，又要保證機(jī)械沖擊不能太大，以免對機(jī)械部件造成損害；能實(shí)現(xiàn)快速提速、降速和平穩(wěn)地調(diào)節(jié)速度，換向時要盡可能地減小對齒輪的沖擊；能實(shí)現(xiàn)慢速切入、穩(wěn)速加工、快速換向、點(diǎn)動調(diào)節(jié)等各種加工工藝要求。機(jī)床工作臺具有恒功率負(fù)載相關(guān)特性，其驅(qū)動可采用發(fā)電機(jī)－電動機(jī)組方式或可控硅直流調(diào)速方式，應(yīng)具有較大的調(diào)速范圍，且要保證電動機(jī)在低速時也能獲得較大的驅(qū)動力。3龍門刨床的工作特點(diǎn)龍門刨床由直流電機(jī)帶動，在龍門刨床傳統(tǒng)的控制方式中，拖動電路的電動機(jī)數(shù)量較多，電路及控制方式較為復(fù)雜，維護(hù)、檢修比較困難。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，變頻器、PLC在龍門刨床的自動化控制中得到了廣泛應(yīng)用。龍門刨床在對原有的控制方式進(jìn)行自動化改造后，主拖動系統(tǒng)只需要一臺異步電動機(jī)，結(jié)構(gòu)更加簡單；且由于采用了變頻調(diào)速控制，從而減小了靜差，爬行距離更易控制，節(jié)能效果非?？捎^。二龍門刨床的自動化改造在龍門刨床傳統(tǒng)的控制方式中，拖動電路的電動機(jī)1龍門刨床的控制要求在龍門刨床的自動化改造中，變頻調(diào)速的主要控制對象是工作臺，控制目標(biāo)是工作臺自動地周期性往復(fù)運(yùn)動，在進(jìn)行自動化改造時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。①工作臺的往復(fù)運(yùn)動必須能夠滿足刨床的轉(zhuǎn)速變化和控制要求。②刨床的刨削速度和高速返回時的速度必須可以十分方便地調(diào)節(jié)。③工作臺必須具有電動功能，為刨床提供步進(jìn)和步退操作控制，以方便進(jìn)行切削前的調(diào)整。④工作臺的往復(fù)運(yùn)動與橫梁的移動、刀架的運(yùn)動之間，以及工作臺電動機(jī)與油泵電動機(jī)之間必須有可靠的聯(lián)鎖控制。1龍門刨床的控制要求在龍門刨床的自動化改造中2龍門刨床變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的工作原理如圖6-13所示為龍門刨床變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖，圖中，空氣斷路器Q1為系統(tǒng)電源總開關(guān)，SB1為啟動按鈕，SB2為停止按鈕。圖6-13龍門刨床變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖2龍門刨床變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的工作原理如圖6-當(dāng)Q1閉合時，按下SB1，接觸器KM將得電閉合，使變頻器通電；按下SB2，接觸器KM將失電斷開，使變頻器斷電。變頻器的通、斷電狀態(tài)由指示燈HL1來顯示。電位器RP1用來調(diào)節(jié)刨床的切削速度，RP2用來調(diào)節(jié)工作臺的返回速度，通過點(diǎn)動按鈕SF1和SR1控制變頻器的點(diǎn)動運(yùn)行，以此來控制工作臺的步進(jìn)和步退運(yùn)動及運(yùn)動的速度。SF2和SR2為工作臺往復(fù)運(yùn)動的啟動按鈕，應(yīng)根據(jù)工作臺所在的初始位置來選擇具體的啟動方式。當(dāng)Q1閉合時，按下SB1，接觸器KM將得電閉

當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，異常輸出觸點(diǎn)KF閉合，PLC將控制工作臺在當(dāng)次往復(fù)周期運(yùn)動結(jié)束之后停止繼續(xù)運(yùn)動，同時報警指示燈HL2點(diǎn)亮。ST2為正常運(yùn)行情況下的停機(jī)按鈕，按下ST2時工作臺將在當(dāng)次往復(fù)周期運(yùn)動結(jié)束之后切斷變頻器的電源。ST1為緊急情況下工作臺停止運(yùn)動按鈕。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，異常輸出觸點(diǎn)KF閉合，任務(wù)實(shí)施一、設(shè)計的主要內(nèi)容根據(jù)B2010A型3m龍門刨床的工藝對控制系統(tǒng)的相關(guān)要求，現(xiàn)對其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行整體化改造方案設(shè)計。系統(tǒng)主拖動采用調(diào)速范圍寬、節(jié)能效果顯著的變頻器控制，并采用PLC取代傳統(tǒng)繼電器控制方式，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制和變頻電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，充分發(fā)揮PLC可靠性高、功耗低、維修方便等優(yōu)勢，以達(dá)到投資小、改造周期短、降低能量損耗、提高生產(chǎn)效率等目的。任務(wù)實(shí)施一、設(shè)計的主要內(nèi)容根據(jù)B2010A型二、設(shè)計思路PLC作為系統(tǒng)的主控制器，是整個系統(tǒng)的核心部件，通過輸入端接收來自按鈕操作站和轉(zhuǎn)換開關(guān)的操作信號及其他設(shè)備的狀態(tài)信息，并將這些信號經(jīng)PLC內(nèi)部的程序運(yùn)算。根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，PLC通過輸出端控制直流調(diào)速器完成主拖動，同時控制各交流電動機(jī)的接觸器完成輔助拖動。整個系統(tǒng)是一個多輸入、多輸出的自動控制系統(tǒng)，而且輸入、輸出大多為開關(guān)量，但由于系統(tǒng)的主要被控量只有一個，即工作臺的速度，這就使得以主拖動系統(tǒng)局部優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的優(yōu)化成為可能。采用PLC控制可使各電機(jī)的運(yùn)行，各刀架的移動、抬刀，橫梁夾緊等主傳動電磁制動器的動作實(shí)現(xiàn)程序化控制；同時，與直流調(diào)速器配合使用，可使工作臺實(shí)現(xiàn)自動減速、換向、多步速度變化及往復(fù)運(yùn)行等功能，從而大大簡化了操作步驟。二、設(shè)計思路PLC作為系統(tǒng)的主控制器，是整個三、硬件設(shè)計龍門刨床PLC控制系統(tǒng)原理框圖如圖6-14所示。1．系統(tǒng)原理框圖圖6-14龍門刨床PLC控制系統(tǒng)原理框圖三、硬件設(shè)計龍門刨床PLC控制系統(tǒng)原理框圖如龍門刨床電氣化控制主要涉及主拖動，油泵、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，橫梁的升降、夾緊，垂直刀架及左、右側(cè)刀架的運(yùn)動等。油泵和風(fēng)機(jī)只有在主拖動電動機(jī)啟動運(yùn)行時才可啟動，其余電機(jī)在正、反向運(yùn)行之間形成電氣互鎖，主電路設(shè)計如圖6-15所示。2．主電路圖圖6-15電力拖動系統(tǒng)主回路設(shè)計龍門刨床電氣化控制主要涉及主拖動，油泵、風(fēng)機(jī)3．器件的選擇目前，國內(nèi)外眾多生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的PLC產(chǎn)品，但不管選擇哪種系列的PLC，要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不可以盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。PLC型號的選擇應(yīng)從以下兩個方面考慮。①對輸入/輸出點(diǎn)的選擇。盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的PLC機(jī)型會造成一定的浪費(fèi)，應(yīng)先弄清控制系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需點(diǎn)數(shù)的15%～20%留以備用，為系統(tǒng)的改造留有余地，且應(yīng)保證在系統(tǒng)運(yùn)行時同時接通的輸入點(diǎn)不得超過總輸入點(diǎn)的60%。1）

PLC的選型3．器件的選擇目前，國內(nèi)外眾多生產(chǎn)廠家提供了②對存儲容量的選擇。一般按估算容量的50%～100%留有裕量，對缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計者在選擇容量時留有裕量應(yīng)稍大一些。該方案可選擇基本單元型號為FX2N－80MR－001的PLC。FX2N系列是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，其輸入/輸出端接線圖如圖6-16所示。圖6-16PLC輸入輸出外部接線圖②對存儲容量的選擇。一般按估算容量的50%2）主拖動電機(jī)的選型

B2010A型龍門刨床原直流調(diào)速系統(tǒng)的直流電機(jī)型號是ZBD－93－BL，功率為60kW，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，額定轉(zhuǎn)矩為N·m式中，P——功率（kW）；

T——轉(zhuǎn)矩（N·m）；

n——轉(zhuǎn)速（r/min）。通過計算比較，與直流電動機(jī)參數(shù)比較接近的交流電動機(jī)為55kW的6極電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)矩為525.53N·m。由于變頻器的低速調(diào)速性能不是很好，為了提高實(shí)際使用的變頻器最低頻率，可選用55kW的8極變頻電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)矩為700.7N·m。為了解決低速時電動機(jī)的散熱問題，電動機(jī)上還應(yīng)安裝配備一個風(fēng)機(jī)，在電動機(jī)工作時風(fēng)機(jī)也應(yīng)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。2）主拖動電機(jī)的選型B2010A型龍門刨床原3）變頻器的選型在選擇變頻器時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。①應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工作特點(diǎn)來選擇恒電壓或恒電流輸出的變頻器。②所選變頻器應(yīng)與負(fù)載的額定電壓、額定電流及運(yùn)行轉(zhuǎn)矩相匹配。③所選用變頻器的容量應(yīng)稍大于普通電機(jī)所選用變頻器的容量。3）變頻器的選型在選擇變頻器時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)4）其他器件的選型

①熱繼電器。根據(jù)電動機(jī)的額定電流來確定熱繼電器型號，該方案可選JR16－20/3D型熱繼電器。②接觸器。