濃縮大井底流流量控制過程中的變頻調(diào)速系統(tǒng)設計

遼寧工業(yè)大學課程設計說明書（論文）III課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院教研室：自動化學號120302109學生姓名專業(yè)班級自動化14班課程設計（論文）題目濃縮大井底流流量控制過程中的變頻調(diào)速系統(tǒng)設計課程設計（論文）任務課題完成的功能：濃縮大井是選礦廠重要的原礦漿處理和緩存設施，通過變頻調(diào)速系統(tǒng)來控制濃縮大井的底流流量。泵的驅(qū)動設備為交流電動機。通過控制電動機的轉(zhuǎn)速來控制底流的流量，設計該控制過程中的變頻調(diào)速系統(tǒng)。設計任務及要求：1、設計控制系統(tǒng)的結構原理圖；2、選擇合適的儀表、執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)；3、給出變頻器參數(shù)設置的步驟；4、給出控制器的算法；5、設計出控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面；技術參數(shù)：1、流量控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差要求為5%以內(nèi)。2、濃縮大井底流流量的控制范圍為0-400t/h；3、交功率50Kw流電動機的額定，額定電壓380V，額定電流25A，額定轉(zhuǎn)速4、速度控制系統(tǒng)的精度在±2%以內(nèi)。進度計劃1、熟悉課程設計題目，查找及收集相關書籍、資料（2天）；2、設計系統(tǒng)的結構原理圖（1天）；3、儀表、控制系統(tǒng)等設備的選型（1天）；4、控制方案設計及實現(xiàn)（4天）；5、撰寫課設論文（1.5天）；6、設計結果考核（0.5天）；指導教師評語及成績平時：論文質(zhì)量：答辯：總成績：指導教師簽字：年月日注：成績：平時20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計算摘要隨著交流調(diào)速控制系統(tǒng)的發(fā)展，使變頻調(diào)速控制系統(tǒng)日趨成熟。而濃縮大井底流流量控制系統(tǒng)中一種典型設備，在采礦生產(chǎn)活動中應用廣泛作用顯著，故對于提高其運行效率，確保運行安全，降低物料搬運成本是十分重要。采用可編程序控制器和變頻器技術，以PLC、變頻器設計濃縮大井底流流量的控制系統(tǒng)。本文重點闡述以變頻調(diào)速實現(xiàn)濃縮大井底流流量控制的調(diào)速系統(tǒng)。首先敘述變頻調(diào)速的發(fā)展歷程，對濃縮大井底流流量控制系統(tǒng)做了結構圖設計，并選用適當?shù)目删幊绦蚩刂破骱妥冾l器；著重說明變頻器的工作原理、端子連接設定、參數(shù)設置及制動單元與制動電阻；最后實現(xiàn)變頻調(diào)速監(jiān)控。此系統(tǒng)特別適用于濃縮大井底流流量控制在惡劣條件下的工作情況，對改善變頻器的調(diào)速性能，提高工作效率和功率因數(shù)，減小起制動沖擊以及增加使用的安全可靠性是非常有益的。關鍵詞：PLC；變頻器；交流電機；變送器目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 1第2章濃縮大井底流流量的控制過程設計的方案 32.1概述 32.2系統(tǒng)組成總體結構 4第3章硬件設計及選型 53.1電動機選擇 53.2變頻器選擇 73.3PLC選擇 8第4章變頻器調(diào)速系統(tǒng)的設計 114.1變頻調(diào)速原理 114.2變頻器的選擇 124.3變頻器的端子連接設定 144.4變頻器參數(shù)配置 15第5章組態(tài)的監(jiān)控畫面 175.1MCGS的介紹 175.2濃縮大井底流流量控制過程中的變頻調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)控畫面 19第6章課程設計總結 21參考文獻 22PAGE22緒論伴隨著電力半導體器件的發(fā)展，變頻調(diào)速器經(jīng)歷了電力電子器件的模塊化、交流電路開關的高頻化和控制手段的全數(shù)字化這幾個階段。目前工業(yè)生產(chǎn)中使用的變頻調(diào)速器大致可以分為通用型變頻調(diào)速器和專用型變頻調(diào)速器兩大類型。通用變頻調(diào)速器用于一般工業(yè)驅(qū)動；專用變頻調(diào)速器則用于某些特殊應用領域的特定的控制對象，來滿足某些特定的控制要求。專用變頻調(diào)速器的出現(xiàn)，使系統(tǒng)的調(diào)試更加簡單、方便，克服了以往通用變頻調(diào)速器組成系統(tǒng)復雜、功能少、成本高的缺點。專用變頻調(diào)速器采用最新微控制器控制功率電子和電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了采礦工業(yè)交流電機的無級調(diào)速。交流變頻調(diào)速技術的廣泛應用是生產(chǎn)過程中節(jié)電、節(jié)能、改善生產(chǎn)工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善工作環(huán)境、推動技術進步的一個主要手段。20世紀60年代，國外的變頻調(diào)速器進入了我國市場，隨后市場規(guī)模逐年擴大。20世紀80年代，隨著電力半導體器件和微電子的進步，變頻調(diào)速器性能和可靠性不斷提高，變頻調(diào)速器開始得到普及。20世紀90年代以來，隨著市場需求量的擴大，各大變頻調(diào)速器生產(chǎn)廠家加大了這一領域的研發(fā)力度，國內(nèi)各變頻調(diào)速器生產(chǎn)廠家相繼推出了一系列功能完善，穩(wěn)定性好，可靠性高，操作方便，價格低的變頻調(diào)速器。尤其是近二十年來，我國不斷地從國外引進先進的技術和設備，并對其消化、吸收，科研成果正不斷地出現(xiàn)，國產(chǎn)變頻調(diào)速器不斷地推出了一系列性能良好的變頻調(diào)速器，如華為變頻，匯豐變頻，清華同方變頻調(diào)速器等，這些變頻調(diào)速器從性能上可以和三菱、西門子等國際知名品牌變頻調(diào)速器相媲美，同時一些廠家還研發(fā)出某些行業(yè)專用的變頻調(diào)速器產(chǎn)品。改革開放以后，我國各行業(yè)都迅速發(fā)展起來，對變頻調(diào)速器的應用程度不斷提高，其中采礦行業(yè)也加快了向國際市場邁進的步伐。近年來采礦機械機電一體化技術水平不斷提高，采礦機械采用交流變頻調(diào)速方式進行電機的速度控制已成為一種趨勢。我國采礦機械行業(yè)在上世紀80年代已經(jīng)引進了變頻調(diào)速技術，但是由于當時的變頻調(diào)速器產(chǎn)品的功率器件由電力晶體管組成，體積較大，并不適用于多臺機器群體生產(chǎn)的現(xiàn)場操作，因此當時變頻調(diào)速器在紡織行業(yè)內(nèi)未能得到大面積的推廣。然而90年代后變頻調(diào)速器功率器件發(fā)展為由IGBT組成的功能模塊，這種模塊體積小，可靠性高，便于操作，易于安裝在機身或機器旁的控制柜內(nèi)，再加上變頻調(diào)速器的價格逐步降低，這些條件更有利于變頻調(diào)速器在采礦機械行業(yè)的應用。近年來，變頻技術是一項國際家電領域全面開發(fā)和應用的高新技術，它采用新型變頻器，能夠?qū)?0Hz的固定供電頻率轉(zhuǎn)換為30-130Hz范圍內(nèi)的變化頻率，實現(xiàn)電動機運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，達到提高效率和節(jié)能的目的。在上個世紀80年代初，變頻器實現(xiàn)了商品化。而在近20年的時間內(nèi)，變頻器又經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用BJT到采用IGBT進行控制的兩個大發(fā)展過程。80年代初采用的BJT的PWM變頻器實現(xiàn)了通用化。到了90年代初，BJT通用變頻器的容量達到了600KVA,400KVA以下。前幾年主開關器件開始采用IGBT，僅三、四年的時間，IGBT變頻器的單機容量己達800IVA，隨著IGBT容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之擴大。隨著現(xiàn)代技術的迅猛發(fā)展，利用變頻器實現(xiàn)交流電動機的調(diào)速控制已廣泛應用于社會的生產(chǎn)實踐。流量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)涉及的基礎理論和實際綜合應用知識覆蓋面廣、內(nèi)容多，對掌握綜合應用系統(tǒng)的設計原理、設計方法和控制技術有良好的效果，使綜合技術應用能力大為提高。利用變頻器的基本功能和傳感器的自動檢測功能組成流量變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，可以將“變頻技術及應用”、“傳感器及應用”等課程的理論與實踐教學有機地結合在一起。

濃縮大井底流流量的控制過程設計的方案概述本次設計系統(tǒng)采用西門子的S7-200PLC作為控制器，用來給出變頻器所需的控制參數(shù)，以SIMOVERTMASTERDRIVES6SE70系列變頻器來對交流電機的轉(zhuǎn)速進行控制，完成對。流體流量的測量分為直接測量法和間接測量法。直接測量法又稱為實流檢定法，是指用標準裝置(標準流量計量器具或標準流量計)測出被測流量計的流量，與被測流量計的流量示值比較，得出被測流量計精度的一種測量方法。實流檢定法測定的流量值既可靠又準確，是目前許多國家在檢定流量計時所采用的，而且是作為建立標準流量的方法。間接測量方法是通過測量與流量有關的物理量，間接地校準其流量量值獲得相應的準確度的一種方法。例如，孔板、文丘里噴嘴，作為間接測量法的典范，就是根據(jù)其幾何尺寸與配套差壓計的差壓值計算流量的，而其它(如電磁、渦街流量計)間接測量法還正在標準化研究之中。大型實流檢定流量計所用的設備造價昂貴，很難普遍建立。特殊流體以及高溫、低溫或高壓等特殊狀態(tài)下的流量測量，用實流檢測比較困難，甚至無法實現(xiàn)。目前世界上解決該問題的趨勢是采用直接法和間接法相結合的方法。例如對流量較小的中、小口徑的流量計做實流校準(定量檢定)后，采用串聯(lián)解決小流量實流檢定。在用實流檢定之后的標準流量計，采用并聯(lián)解決大口徑流量計的實流檢定。其一是利用相似原理間接推算大口徑儀表的流量，在開發(fā)階段，借用他人設備取得試驗數(shù)據(jù)和驗證；其二是用標準流量計并聯(lián)解決大口徑實流檢定。實流校驗分為離線實流校驗和在線實流校驗。離線實流校驗就是將流量計置于實驗室的流量標準裝置上，在參比條件下測得流量計流量測量范圍及其基本誤差。在線實流校驗則是將流量計安裝在現(xiàn)場管道上，設置適合在現(xiàn)場校驗的流量裝置，不一定完全符合參比條件下校驗的要求，校驗結果所得誤差為現(xiàn)場實際誤差，包含基本誤差和附加誤差兩部分?，F(xiàn)場在線校驗只能獲得實際誤差，不能按參比條件確定其基本誤差?，F(xiàn)場在線校驗時，應按實際使用條件靈活地確定檢定方案。系統(tǒng)功能介紹:濃縮大井是選礦廠重要的原礦漿處理和緩存設施，通過變頻調(diào)速系統(tǒng)來控制濃縮大井的底流流量。泵的驅(qū)動設備為交流電動機。通過控制電動機的轉(zhuǎn)速來控制堿赤泥漿的流量，設計該控制過程中的變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)組成總體結構本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，設定值由西門子的S7-300PLC控制器給定。用張力檢測裝置將反饋給PLC。通過控制器內(nèi)部的PID算法將控制信號送給SIMOVERTMASTERDRIVES6SE70變頻器以控制電動機的轉(zhuǎn)速，通過控制開卷機和卷取機的速度來控制帶鋼張力。從而實現(xiàn)開卷機和卷取機的變頻調(diào)速控制。系統(tǒng)組成總體結構圖，如圖2.1。圖2.1系統(tǒng)組成總體結構圖濃縮大井是選礦廠重要的原礦漿處理和緩存設施，通過變頻調(diào)速系統(tǒng)來控制濃縮大井的底流流量。泵的驅(qū)動設備為交流電動機。通過控制電動機的轉(zhuǎn)速來控制底流的流量，設計該控制過程中的變頻調(diào)速系統(tǒng)。濃縮大井底流流量的控制流程圖，如圖2.2。圖2.2濃縮大井底流流量的控制流程圖硬件設計及選型電動機選擇變頻調(diào)速對電機的要求：采用變頻調(diào)速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機轉(zhuǎn)速范圍的擴大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動時不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機溫升、噪音及振動等方面。隨著高開關頻率的IGBT等電力電子器件的使用、PWM調(diào)制、矢量控制、增強型V/f控制方法的應用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電機可以避開共振點，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生的共振問題。變頻起重機系統(tǒng)中電機的選型：起重機起升和運行機構的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在60%以下，負載多為大慣量系統(tǒng)。嚴格意義上的變頻電機轉(zhuǎn)動慣量較小，響應較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機的特定要求。普通電機與變頻電機在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致;在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機轉(zhuǎn)矩應用值，普通電機僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機稍差。為使電機提升1.25倍試驗載荷，能承受電壓波動的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大于2,否則必須讓電機放容，從而降低電機在額定運行時的工作效率。綜合考慮，本設計采用YZR系列電機-YZR250M1-8電機。YZR系列是最新設計的電動機，具有過載能力大和機械強度高的特點，特別適用于驅(qū)動各種類型的冶金及起重機械或其他類似設備。YZR系列為繞線轉(zhuǎn)子電動機。電動機能在下列環(huán)境條件下正常運行：a、冷卻介質(zhì)溫度不超過60℃(冶金用電動機)或40℃（起重用電動機）b、海拔不超過1000米c、經(jīng)常的、顯著的機械振動和沖擊。電動機的額定頻率為50赫，額定電壓為380伏。接法：功率為132千瓦和小于132千瓦的定子繞組用Y接法，其余的用△接法。電動機在下述負載條件下能正常工作：（1）經(jīng)常的起動與逆轉(zhuǎn)。（2）經(jīng)常的電器或機械制動。電動機的額定頻率為50赫，額定電壓為380伏。型號說明如圖3.1：圖3.1型號說明圖它集傳統(tǒng)的起重冶金用電動機優(yōu)點及變頻電機優(yōu)點于一身，使電動機不僅可以滿足頻起動、制動、過載、逆轉(zhuǎn)、超速、沖擊和振動工作場合的需要，還可滿足變頻器控制下運行的需要，實現(xiàn)軟啟動、四象限運行等，從而減少對設備的沖擊，并節(jié)約能源。電機采用強迫通風冷卻方式，使得電機在寬廣的頻率范圍內(nèi)均有良好的散熱效果。電機絕緣等級及防護等級的設置與YZ、YZR電機相同。電機安裝尺寸與YZ、YZR電機相同，從而保證了良好的互換性。電動機外形采用新的設計，美觀大方?；鞠盗胁粠Ь幋a器、超速開關等（適合于開關控制），編碼器、超速開關、制動器等可按用戶需求加裝。是冶金、起重機械的理想動力，產(chǎn)品廣泛用于冶金、起重、水利電力等行業(yè)。基準工作制（S3-40%）時的額定輸出功率和同步轉(zhuǎn)速見下表3.2：（籠型電動機制造粗線框內(nèi)的規(guī)格）。額定功率(KW)最大轉(zhuǎn)矩／額定轉(zhuǎn)矩≤5.5

＞5.5～11

＞112.3

2.5

2.8表3.2額定輸出功率和同步轉(zhuǎn)速變頻器選擇變頻器因集成了高壓大功率晶體管技術和電子控制技術而得到廣泛應用。變頻器用來改變交流電機供電的頻率和幅值的，因而改變運動磁場的周期，達到平滑的調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器使復雜的調(diào)速控制簡單化，用變頻器和和鼠籠式電動機組合來代替原先只能用直流電機完成的工作。本系統(tǒng)選用西門子變頻器，西門子變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。綜合考慮采用西門子6SE70系列和6SE6系列變頻器，它們具有以下優(yōu)點：(1)通用性，可靈活地適用于較寬電壓范圍。它能夠適應現(xiàn)有的控制電壓，這在對現(xiàn)有裝置和系統(tǒng)進行改造時非常有益。在指定電網(wǎng)電壓時，可對該調(diào)速柜的輔助電源進行相應調(diào)整。若手頭沒有單獨的輔助電源，則可從該調(diào)速柜獲得。(2)基本型號中已包括外部直流電機風扇的電源，其中包括電機保護用斷路器。通過選擇相應的選件，可將電機保護用斷路器的設定值與電機相協(xié)調(diào)。(3)可隨時連接并通電運行。這樣就可以縮短工程組態(tài)和調(diào)試時間以及停產(chǎn)時間，并且，各種組件相互間實現(xiàn)最佳協(xié)調(diào)，可保證功能的正常運行。(4)由于具有EMC區(qū)域設計，SINAMICSDCMASTERCabinet直流調(diào)速柜抗干擾性能較高，噪聲輻射低，非常適合在工業(yè)環(huán)境中運行。這種區(qū)域設計是指機柜內(nèi)各種組件的空間安排。這些組件為電氣/電子設備，尤其是電源電纜和信號電纜；它們既可作為噪聲源，又可以吸收噪聲。這種設計的特點包括電纜單獨布線，并采用高頻低阻抗連接。為了裝置或系統(tǒng)一側也能保持這種設計，客戶接口必須易于接觸，不僅可提供適宜的端子和屏蔽連接條，而且還要留出根據(jù)相應技術規(guī)范進來連接電纜屏蔽的足夠空間。采用這種設計的調(diào)速柜具有較高電磁兼容性，可確保無干擾運行。通過利用上述公式的計算，橋式起重機各執(zhí)行機構的變頻器如表3.3所示：表3.3各機構的變頻器參數(shù)執(zhí)行器變頻器型號額定功率/電流起升機構6SE70274-7ED6122KW/47A運行機構6SE6440-2AD3115KW/30A變頻器的主電路包括整流電路、濾波及限流電路、直流中間電路、逆變電路和能耗制動電路等部分組成，其中整流電路和逆變電路是很重要的兩部分。變頻調(diào)速是電機調(diào)速的最佳方式，是企業(yè)技術改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想設備，是工業(yè)自動化系統(tǒng)必不可少的組成部分，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程和管理自動化的前提，也是信息化發(fā)展的先決條件。在我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，采用直流電機拖動的調(diào)速系統(tǒng)約占調(diào)速系統(tǒng)總量的85%~90%，而交流調(diào)速系統(tǒng)僅占10%~15%。效率低、質(zhì)量差、消耗大、故障率高己成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。如圖3.4是型號為SIMOVERTMASTERDRIVES6SE70的變頻器，即主、副釣選用的變頻器實物圖。圖3.4變頻器實物圖PLC選擇目前，PLC使用性能較好的有SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的AB公司。根據(jù)性價比的選擇，根據(jù)被控對象的I/0點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，我們采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC。S7-200系列PLC功能強、速度快、具有模塊化、具有極高的可靠性、極豐富的指令集、實時特性、良好的通信能力等。它的強大功能使其無論是在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜控制功能?？梢愿鶕?jù)對象的不同，選用不同的型號和不同數(shù)量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機架上。S7-200的CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字I/0點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU負責執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。從CPU模塊的功能來看，CPU模塊為CPU222。這里介紹CPU222。CPU222它有8輸入/6輸出，I/0共計14點。和CPU221相比，它可以進行一定的模擬量控制和2個模塊的擴展，因此是應用更廣泛的全功能控制器。I/0擴展模塊：當CPU的I/O點數(shù)不夠用或需要進行特殊功能的控制時，就要進行I/0擴展，I/O擴展包括I/0點數(shù)的擴展和功能模塊的擴展。典型的數(shù)字量I/0擴展模塊有:輸入擴展模塊EM221有兩種:8種DC,8點AC輸入;輸出擴展模塊EM222有三種:8點DC晶體管輸出，8點AC輸出、8點繼電器輸出。輸入/輸出混合擴展模塊EM2323有六種:分別為4點((8點、16點)DC輸入/4點(8點、16點)DC輸出、4點(8點、16點)DC輸入/4點(8點、16點)繼電器輸出。EM232模塊提供了有2輸出模擬量通道，具有12位的分辨率，且具有多輸入，輸出信號范圍。其內(nèi)部集成了D/A轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，可用于復雜的控制場合。它能夠不用外部放大器而與傳感器直接相連，可根據(jù)輸出模擬量的大小，通過其外置的D工P開關選擇不同的檔位及分辨率，且模擬量的輸出可作為測量傳感器的恒流源使用。SiemensS7-200PLC的工作過程：PLC上電后，首先進行初始化，然后進入循環(huán)工作過程。一次循環(huán)過程可歸納為公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計算處理、I/0刷新和外設端口服務五個工作階段，一次循環(huán)所用的時間稱為一個工作周期(或掃描周期)，其長短與用戶程序的長短以及PLC機本身性能有關，其數(shù)據(jù)級ms級，典型值為幾十ms。本次設計選用PLC型號為：6ES7288-1SR20-0AA0。CPU型號為CPU224的PLC，外加3個EM223（8入8出）數(shù)字量擴展模塊這樣I/O點數(shù)就擴展為12入3出，滿足系統(tǒng)要求。下面是：PLC實物圖3.5。圖3.5PLC實物圖PLC的接線圖，如圖3.6：PLC接線圖圖3.6PLC的接線圖變頻器的接線圖，如圖3.7：圖3.7變頻器接線圖變頻器調(diào)速系統(tǒng)的設計變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速是改變電動機定子源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)的調(diào)速方法。變頻可以調(diào)速這個概念，可以說是交流電動機“與生俱來”的。同電動機不消說，即使是異步電動機，其轉(zhuǎn)速也是取決于同步轉(zhuǎn)速(即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速)的：=（1-）（4.1）式中：——電動機的轉(zhuǎn)速，，——電動機的同步轉(zhuǎn)速，，——電動機的轉(zhuǎn)差率=。而同步轉(zhuǎn)速取決于頻率，=（4.2）由式（3.11）與式（3.12）可知變頻調(diào)速技術的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關系：=（4.3）式中：——輸入頻率，，——電動機的極對數(shù)。由上式可知，在電動機磁極對數(shù)不變的情況下，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。在進行電機調(diào)速時，通常要考慮的一個重要因素是，希望保持電機中每極磁通量為額定值，并保持不變。如果磁通太弱，即電機出現(xiàn)欠勵磁，將會影響電機的輸出轉(zhuǎn)矩，由=（3.4）式中:電磁轉(zhuǎn)矩;主磁通；轉(zhuǎn)子電流；：轉(zhuǎn)子回路功率因素；比例系數(shù)；可知，電機磁通的減小，勢必造成電機電磁轉(zhuǎn)矩的減小。由于電動機設計時，電動機的磁通常處于接近飽和值，如果進一步增大磁通，將使電動機鐵心出現(xiàn)飽和，從而導致電動機中流過很大的勵磁電流，增加電動機的銅損耗和鐵損耗，嚴重時會因繞組過熱而損壞電動機。因此，在改變電動機頻率時，應對電動機的電壓進行協(xié)調(diào)控制，以維持電動機磁通的恒定。變頻器的選擇電氣傳動分成不調(diào)速和調(diào)速兩大類，調(diào)速又分為交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種方式。不調(diào)速電動機直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術的發(fā)展，這類原來不調(diào)速的機械越來越多地改用調(diào)速傳動以節(jié)約電能(節(jié)約15%一20%或更多)，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。在我國60%的發(fā)電是通用電動機消耗掉的，因此調(diào)速傳動是一個重要行業(yè)，一直得到國家重視，目前已有一定規(guī)模。近年來，交流調(diào)速中最活躍，發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率，高功率因數(shù)和節(jié)電效果及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式，成為了電氣調(diào)速傳動的主流。變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)無論在性能、裝置體積、設備維護還是在節(jié)能乃至環(huán)保等方面均體現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢。變頻器分為交一交和交一直一交兩種形式。交一交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱直接式變頻器。而交一直一交變頻器則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱間接式變頻器。前者主要用于低速大功率無齒輪傳動領域，后者廣泛應用于各種場合。本系統(tǒng)中選用交一直一交變頻器，以下簡稱變頻器。由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載，無論電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件(電容器或電抗器)來緩沖，所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)?？刂齐娐烦Ｓ蛇\算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動電路等構成。其主要任務是完成對逆變器的開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等。控制方法可以采用模擬控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前己經(jīng)采用微型計算機進行全數(shù)字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式常可以完成模擬方式難以完成的功能。近年來，隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速技術面臨著一場歷史性革命，計算機數(shù)字控制技術取代模擬控制技術己成為發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的變頻器模擬控制技術限制了變頻器性能的改善，而全數(shù)字控制方式具有模擬控制無可比擬的優(yōu)點:精度高:數(shù)字計算機的精度與字長有關，變頻器中使用16位乃至32位微處理器作為控制器，精度在不斷提高。穩(wěn)定性好:由于控制信息為數(shù)字量，不會隨著時間發(fā)生漂移。與模擬控制不同，它一般不會隨溫度和環(huán)境條件發(fā)生變化?？煽啃愿?系統(tǒng)中采用大規(guī)模集成電路，硬件數(shù)量大為減少，相應的故障率大大降低。靈活性好:系統(tǒng)中硬件向標準化，集成化方向發(fā)展，可以在盡可能少的硬件支持下，由軟件去完成復雜的控制功能。適當?shù)匦薷能浖?，就可以改變系統(tǒng)的功能或提高其性能。存儲能力強:存儲容量大，存放時間幾乎不受限制，這是模擬系統(tǒng)不能比擬的，利用這一特點可在存儲器中存放大量數(shù)據(jù)或表格，利用查表法簡化計算，提高運算速度。邏輯運算能力強:容易實現(xiàn)自診斷、故障記錄、故障尋找等功能，使變頻裝置的可靠性可使用性可維修性(即所謂的ARS，Relibaility，Availability，Service-ability)大大提高。在中小功率變頻器技術方面，國外的一些大公司的產(chǎn)品己實現(xiàn)控制系統(tǒng)的全數(shù)字化，而且通常采用較先進的控制理論和高性能的處理器，如16位，32位高速微處理器，DSP和專用集成電路(ASIC)等。作為交流變頻調(diào)速控制方式，V壓控制比較簡單，機械特性硬度也比較好，能滿足一般平滑調(diào)速的要求，但是這種控制在低頻時，其動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能比直流調(diào)速性能差。如果對系統(tǒng)靜動態(tài)調(diào)速性能要求比較高，就要考慮采用矢量控制作為交流變頻調(diào)速控制方式。70年代西門子工程師EBlashcke首先提出異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流矢量(勵磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。矢量控制算法己被廣泛應用在SEIMENS，AB，GE等國際化大公司變頻器上。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可以在調(diào)速范圍上與直流電機相匹配，而且可以控制異步電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準確的被控異步電動機，有的通用變頻器在使用時需要準確地輸入異步電動機的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。日前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機參數(shù)自動檢測、自動辨識、自適應功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動異步電動機進行正常運轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機的參數(shù)進行辨識，并根據(jù)辨識結果調(diào)整控制算法中的有關參數(shù)，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制。本系統(tǒng)中選用的SIEMENS公司6SE70系列全數(shù)字式交流調(diào)速裝置對線上調(diào)速設備進行調(diào)速控制，選用整流器+D直流母線+逆變器配置方案。矢量控制變頻器為模塊化設計、全數(shù)字控制，其逆變器為電壓型，它適用于交流籠型電機。所有元件都達到了VDE，EIC，NEMA及CSA標準的要求。它將頻率固定、電壓固定的三相交流電變換成頻率、電壓均為可調(diào)的三相交流電。在變頻器的機箱內(nèi)還可以插入兩塊附加功能板，如CBP通訊板、T400工藝板等。該變頻器具有如下特點:·功率范圍達到22一1500kW;低功耗的IGBT(絕緣門極的雙極性晶體管)及優(yōu)化正弦調(diào)制的“脈寬調(diào)制”(PWM)保證高的驅(qū)動效率;·基于多處理器的數(shù)字控制;·具有高精度速度及轉(zhuǎn)矩控制，可帶有脈沖產(chǎn)生器反饋的磁場定向矢量控制；·具有1000Hz分辨率及轉(zhuǎn)差補償?shù)腣F/開環(huán)控制；·輸出頻率為300Hz；·帶有標準的PROFIBUS一DP接口；·自我優(yōu)化驅(qū)動控制:通過測量及測試程序自動計算及設定控制參數(shù)；·逆變器的機箱可以安裝兩塊輔助功能板；變頻器的端子連接設定1、輸入/輸出端子的設定：

6SE70系列變頻器的CUVC板共提供了9個輸入/輸出端子，其中前四個屬于雙向開關量端子，既能做輸入用也能做輸出用；后三個僅能做輸入端子來使用。

四個雙向開關量端子分別由參數(shù)P651，P652，P653，P654進行控制。當參數(shù)值設置為0時，做為輸入端子來使用，且外部輸入的信號值分別存入B0010，B0012，B0014，B0016中，經(jīng)過邏輯取反后的值分別存入B0011，B0013，B0015，B0017中。當參數(shù)值設置為其它值時該端子做為輸出端子來使用，其所設置的值為位地址，輸出值為該地址的值。如當P651=106，則讀取B0106的值，即有故障時X101：3端子輸出信號為高電平。

三個開關量輸入端子的值分別存入B0018，B0020，B0022中，經(jīng)過邏輯取反后的值分別存入B0019，B0021，B0023中。

2、模擬量端子的設定：

6SE70系列變頻器的CUVC板共提供了兩個模擬量輸入信號和兩個模擬量輸出信號。CUVC板上的S3開關控制著模擬量輸入信號的的類型，當S3中1，2斷開時，模擬量輸入1為電壓類信號，閉合為電流類信號；當S3中3，4斷開時，模擬量輸入2為電壓類信號，閉合為電流類信號。CUVC板上的S4開關控制著模擬量輸出信號的的類型，當S4中1，3接通時，模擬量輸出1為電壓類信號，2，3接通時為電流類信號；當S4中4，6接通時，模擬量輸出2為電壓類信號，5，6接通時為電流類信號。

模擬量輸入信號具體又分五種輸入信號類型，由P632參數(shù)進行設置。當P632值為0，1，2，3，4時，對應的信號類型分別是-10V~10V，0~10V，-20mA~20mA，0~20mA，4mA~20mA。P632.1控制著模擬量輸入1，P632.2控制著模擬量輸入2。參數(shù)P636對模擬量輸入信號的選擇具有決定權，當其值或鏈接的開關量參數(shù)值為1時（P636.1對應控制模入1，P636.2對應控制模入2），將接受外部輸入的信號,并將其值存入K0011或K0013（模入1對應K0011，模入2對應K0013），否則不給予處理。模擬量輸出信號源由參數(shù)P640進行控制，通過設置不同的參數(shù)能輸出變頻器內(nèi)存儲的值。如P640.1=22，則表示變頻器的輸出電流將從模擬量輸出1輸出，具體信號類型由S4開關決定。變頻器參數(shù)配置變頻器的參數(shù)設定在調(diào)試過程中是十分重要的。由于參數(shù)設定不當，不能滿足生產(chǎn)的需要，導致起動、制動的失敗，或工作時常跳閘，嚴重時會燒毀功率模塊

IGBT或整流橋等器件。變頻器的品種不同，參數(shù)量亦不同。一般單一功能控制的變頻器約50～60個參數(shù)值，多功能控制的變頻器有200個以上的參數(shù)。外部端子操作、模擬量操作、基底頻率、最高頻率、上限頻率、下限頻率、啟動時間、制動時間(及方式)、熱電子保護、過流保護、載波頻率、失速保護和過壓保護等是必須要調(diào)正的。變頻器的設定參數(shù)較多，每個參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數(shù)設置不當，導致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象，因此，必須對相關的參數(shù)進行正確的設定。1）參數(shù)復位參數(shù)復位，將變頻器的參數(shù)恢復到出廠時的參數(shù)默認值。在變頻器初次調(diào)試，或者參數(shù)設置混亂時，需要執(zhí)行該操作，以便于將變頻器的參數(shù)指恢復到一個確定的默認狀態(tài)：a）設定P0010=30

b)設定P0970=1

說明：完成復位過程至少3分鐘。2）輸入輸出頻率輸入頻率為47Hz至63Hz，輸出頻率為0Hz至650Hz。3）電動機參數(shù)設置表4.4電動機參數(shù)設置參數(shù)描述缺省值設定值P0304電動機額定電壓400380P0305電動機額定電流1.97P0307電動機額定功率0.7522P0311電動機額定速度144014504）頻率設定表4.5頻率設定參數(shù)描述缺省值設定值P1080最小頻率00P1121最大頻率50505）加速減速時間表4.6加速減速時間參數(shù)描述缺省值設定值P1120加速時間1015P1121減速時間10306）轉(zhuǎn)矩提升設定為2%。7）基準頻率選為電機的額定頻率。8）基準頻率電壓設定為380V與電源電壓相同。9）5V（10V）輸入時的頻率設定為50Hz。10）啟動時接地檢測選擇設定為1，接地保護檢測。11)再啟動啟動時間設定值為10s。12）適用電機設定為0（適合標準電機的熱特性）。組態(tài)的監(jiān)控畫面MCGS的介紹具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。通過與其他相關的硬件設備結合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設備。用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構造自己的應用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機界面等專用設備。MCGS嵌入版的主要特性和功能：MCGS嵌入版是在MCGS通用版的基礎上開發(fā)的，專門應用于嵌入式計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，MCGS嵌入版包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩部分，它的組態(tài)環(huán)境能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，運行環(huán)境則是在實時多任務嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE中運行。適應于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域有著廣泛的應用。此外MCGS嵌入版還帶有一個模擬運行環(huán)境，用于對組態(tài)后的工程進行模擬測試，方便用戶對組態(tài)過程的調(diào)試。MCGS嵌入版組態(tài)軟件的主要功能：簡單靈活的可視化操作界面。MCGS嵌入版采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，符合中國人的使用習慣和要求。以窗口為單位，構造用戶運行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS嵌入版的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變。實時性強、有良好的并行處理性能。MCGS嵌入版是真正的32位系統(tǒng)，充分利用了32位WindowsCE操作平臺的多任務、按優(yōu)先級分時操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實時性強的關鍵任務和實時性不強的非關鍵任務進行分時并行處理，使嵌入式PC機廣泛應用于工程測控領域成為可能。例如，MCGS嵌入版在處理數(shù)據(jù)采集、設備驅(qū)動和異常處理等關鍵任務時，可在主機運行周期時間內(nèi)插空進行象打印數(shù)據(jù)一類的非關鍵性工作，實現(xiàn)并行處理。豐富、生動的多媒體畫面。MCGS嵌入版以圖像、圖符、報表、曲線等多種形式，為操作員及時提供系統(tǒng)運行中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報警等相關信息；用大小變化、顏色改變、明暗閃爍、移動翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強畫面的動態(tài)顯示效果；對圖元、圖符對象定義相應的狀態(tài)屬性，實現(xiàn)動畫效果。MCGS嵌入版還為用戶提供了豐富的動畫構件，每個動畫構件都對應一個特定的動畫功能。完善的安全機制。MCGS嵌入版提供了良好的安全機制，可以為多個不同級別用戶設定不同的操作權限。此外，MCGS嵌入版還提供了工程密碼功能，以保護組態(tài)開發(fā)者的成果。強大的網(wǎng)絡功能。MCGS嵌入版具有強大的網(wǎng)絡通訊功能，支持串口通訊、Modem串口通訊、以太網(wǎng)TCP/IP通訊，不僅可以方便快捷的實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸，還可以與網(wǎng)絡版相結合通過Web瀏覽功能，在整個企業(yè)范圍內(nèi)瀏覽監(jiān)測到所有生產(chǎn)信息，實現(xiàn)設備管理和企業(yè)管理的集成。多樣化的報警功能。MCGS嵌入版提供多種不同的報警方式，具有豐富的報警類型，方便用戶進行報警設置，并且系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示報警信息，對報警數(shù)據(jù)進行應答，為工業(yè)現(xiàn)場安全可靠地生產(chǎn)運行提供有力的保障。實時數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便。MCGS嵌入版由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分構成，其中實時數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性構件的公用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個系統(tǒng)的核心。各個部件獨立地向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯控制。在生成用戶應用系統(tǒng)時，每一部分均可分別進行組態(tài)配置，獨立建造，互不相干。支持多種硬件設備，實現(xiàn)“設備無關”。MCGS嵌入版針對外部設備的特征，設立設備工具箱，定義多種設備構件，建立系統(tǒng)與外部設備的連接關系，賦予相關的屬性，實現(xiàn)對外部設備的驅(qū)動和控制。用戶在設備工具箱中可方便選擇各種設備構件。不同的設備對應不同的構件，所有的設備構件均通過實時數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時又是相互獨立的，即對某一構件的操作或改動，不影響其它構件和整個系統(tǒng)的結構，因此MCGS嵌入版是一個“設備無關”的系統(tǒng)，用戶不必擔心因外部設備的局部改動，而影響整個系統(tǒng)。方便控制復雜的運行流程。MCGS嵌入版開辟了“運行策略”窗口，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的策略構件，用圖形化的方法和簡單的類Basic語言構造多分支的應用程序，按照設定的條件和順序，操作外部設備，控制窗口的打開或關閉，與實時數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)自由、精確地控制運行流程，同時也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構件，擴展系統(tǒng)的功能。良好的可維護性。MCGS嵌入版系統(tǒng)由五大功能模塊組成，主要的功能模塊以構件的形式來構造，不同的構件有著不同的功能，且各自獨立。三種基本類型的構件（設備構件、動畫構件、策略構件）完成了MCGS嵌入版系統(tǒng)的三大部分（設備驅(qū)動、動畫顯示和流程控制）的所有工作。用自建文件系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)可靠性更高。由于MCGS嵌入版不再使用ACCESS數(shù)據(jù)庫來存儲數(shù)據(jù)，而是使用了自建的文件系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)存儲，所以與MCGS通用版相比，MCGS嵌入版的可靠性更高，在異常掉電的情況下也不會丟失數(shù)據(jù)。設立對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便。對象元件庫，實際上是分類存儲各種組態(tài)對象的圖庫。組態(tài)時，可把制作完好的對象（包括圖形對象、窗口對象、策略對象以至位圖文件等）以元件的形式存入圖庫中，也可把元件庫中的各種對象取出，直接為當前的工程所用，隨著工作的積累，對象元件庫將日益擴大和豐富。這樣解決了組態(tài)結果的積累和重新利用問題。組態(tài)工作將會變得越來越簡單方便?？傊?，MCGS嵌入版組態(tài)軟件具有強大的功能，并且操作簡單，易學易用，普通工程人員經(jīng)過短時間的培訓就能迅速掌握多數(shù)工程項目的設計和運行操作。同時使用MCGS嵌入版組態(tài)軟件能夠避開復雜的嵌入版計算機軟、硬件問題，而將精力集中于解決工程問題本身，根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點，組態(tài)配置出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。濃縮大井底流流量控制過程中的變頻調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)控畫面濃縮大井底流流量控制過程中流量控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差要求為5%以內(nèi)。濃縮大井底流流量的控制范圍為0-400t/h；交功率50Kw流電動機的額定，額定電壓380V，額定電流25A，額定轉(zhuǎn)速1450rpm。速度控制系統(tǒng)的精度在±2%以內(nèi)。此時，工藝過程正常運行，正常運行時的監(jiān)控畫面如圖5.1。圖5.1