空壓機變頻節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要件編程?，F(xiàn)場調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)取得了較為滿意的控制效果。第一章緒論1.1課題研究背景不同氣壓的空氣都是通過空壓機將空氣中的空氣通過壓縮而獲得，壓縮的空氣因方便保存，控制簡單，移動性和安全性又比較好，于是被廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，比如，在石油領(lǐng)域，和動力領(lǐng)域等，都是必不可少的電氣設(shè)備。截至2018年12月底，能夠生產(chǎn)空壓機的公司和企業(yè)在幾年前才只有四百多家，幾年之后生產(chǎn)空壓機的公司猛增到了七百多家，空壓機市場發(fā)展勢不可擋，這些公司中生產(chǎn)螺桿空壓機的也增加了不少，幾年之前也只有可數(shù)的一百多家，到了現(xiàn)在也發(fā)展到了兩百多家，短短幾年時間就增加了一百多家。在2018年專業(yè)出產(chǎn)螺桿式空壓機的企業(yè)和5年之前生產(chǎn)空壓機的企業(yè)相比，規(guī)模大了許多，比例已達以前的1.5倍。在我國生產(chǎn)空壓機的品種是日益增多，算是比較豐富的，規(guī)模也在逐漸擴長，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，2012年國內(nèi)在動力領(lǐng)域，使用壓縮機銷售總量達到四百億元；而螺桿壓縮機的銷售總量就達到兩百五十到三百億元，在動力領(lǐng)域中，銷售比例在壓縮機銷售總量中占了百分之七十多，前景相當(dāng)可觀。但是，在螺桿壓縮機的銷售總量之中，只有百分之三十到百分之四十是由數(shù)十名臺灣外資企業(yè)為代表的占領(lǐng)。而2015年的統(tǒng)計結(jié)果為：目前在中國約有兩百多家生產(chǎn)企業(yè)是生產(chǎn)螺桿式空壓機但是在銷售總額里所占的比例卻不是很多，銷售市場主要還是外資企業(yè)占據(jù)了霸王的位置，比如臺灣的復(fù)盛，美國的IR,瑞典的AC,在空壓機市場都是很有名的"。從上面的數(shù)據(jù)中我們可以得出，最近這些年國內(nèi)壓縮機的發(fā)展速度相當(dāng)驚人的，在短短的八九年時間里，空氣壓縮機的銷售額達到了之前的3~4倍，螺桿壓縮機的銷售總量額達到了之前的5-6倍，有效地遏制了外資企業(yè)獨霸空壓機的局面。自從開山集團引進先進生產(chǎn)空壓機技術(shù)之后，國內(nèi)生產(chǎn)空壓機的企業(yè)生產(chǎn)螺桿壓縮機的生產(chǎn)水平明顯加快了，在以前，有螺桿壓縮機龍頭企業(yè)的企業(yè)不超過十家，但是現(xiàn)在已經(jīng)達到了十幾家，翻了一番。但許多國內(nèi)生產(chǎn)的壓縮機和空氣壓縮機使用商對節(jié)能的概念的不怎么了解并沒有放在心上，他們認(rèn)為，壓縮機，性能穩(wěn)定，可投入生產(chǎn)是關(guān)鍵，節(jié)能是次要的，在中國，最大的用電大戶就是空壓機，將空氣壓縮成不通氣壓的空氣所需要的能量比較大，因此，空壓機在用電設(shè)備里，消耗電能非常嚴(yán)重，空壓機每年的用電量與其他用電設(shè)備比，用電量都遙遙領(lǐng)先其他設(shè)備2。隨著經(jīng)濟全球化、一體化和透明化，市場份額慢慢開始流入一些優(yōu)看到了空壓機領(lǐng)域這一份蛋糕，國民企業(yè)和外有依靠科技，走可持續(xù)發(fā)展道路，才能走得更遠。1、電能消耗大，效率低下空氣壓縮機運行的基本模式是加載，卸載模式3?？諝鈮嚎s機的容量設(shè)計時，不是看實際平均需求來設(shè)定，如果這么設(shè)定，當(dāng)空壓機最大需求量。當(dāng)壓縮空氣不在最大需求量時，儲氣罐中的壓縮空氣，但是又不能重復(fù)開關(guān)空壓機，于是，我們需要將空壓效率降低，造成大量的電能浪費。2、對設(shè)備啟動沖擊大和卸載的轉(zhuǎn)換時，負載會突然發(fā)生變化(從滿載到空載),這對于空氣壓縮機來說，具有很大的影響，對設(shè)備和電網(wǎng)的保護極其不利，從而造成設(shè)備維修費用的增加。3、供氣質(zhì)量不穩(wěn)定限時才能進行調(diào)整，使得壓力上下波動大，降低了調(diào)節(jié)精度?？諌簷C在變頻器的作用下，頻率從Ohz開始慢慢增長到額定值，電壓也是從01.2.2變頻器節(jié)能原理過程中可能會出現(xiàn)的最大的需求來設(shè)計的4,并且在此基礎(chǔ)上還要增加一些余量，來1.4本章小結(jié)第二章變頻器原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)變電路不斷開通和關(guān)斷IGBT,直流電源在IGBT開通和關(guān)斷的不斷重復(fù)下，轉(zhuǎn)換為頻式中n——電機轉(zhuǎn)速；f———電機頻率；s———電機轉(zhuǎn)差機極對數(shù)1。由式(1)可知，在轉(zhuǎn)差率s和極對數(shù)p不變的情況下，轉(zhuǎn)速n與頻率f有關(guān)，其變頻器控制電路的最終目的是在U/f或矢量控制模式脈沖信號，用于驅(qū)動主電路IGBT器件，以完成對直流電源(由3—380v電源整流濾變頻器，通俗的講，主要分為3塊內(nèi)容，包含主電路(執(zhí)行機構(gòu))和控制電路(控制機構(gòu)),開關(guān)電源(供給芯片工作電源):主電路主要完成對交流電電源的整流，將的6路脈沖信號而且它還承擔(dān)著變頻器故障檢測、停機保護和操作控制的責(zé)驅(qū)動單元(PC923或者PC929),制動單元(制動電阻),開關(guān)電源(UC3842或者UC3844)等構(gòu)成。變頻器主要分為三大部分：1主電路，2驅(qū)動電路，3開關(guān)電源電路7。主電2.2變頻器主電路逆變電路幾個部分構(gòu)成4。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2變頻器主電路原理圖6波300hz的脈動直流電壓經(jīng)過充電限流電阻為電容充電(如果不進行限流充電，電散熱風(fēng)扇控制電路：本機電路的散熱風(fēng)扇的電源取自開關(guān)電源電路輸出的24v圖2-3變頻器內(nèi)部整流逆變模塊2.3開關(guān)電源圖2-4UC3844功能引腳到穩(wěn)定的5V基準(zhǔn)電壓。充電，內(nèi)部振蕩器提供Cr的放電電路，在④腳形成鋸齒波電壓，經(jīng)內(nèi)部整形電路處圖2-5開關(guān)電源電路圖圖2-6開關(guān)電源實際電路圖D2、R7、C4在PC1停止工作后(N1上的電壓無法釋放，對開關(guān)管有損壞的可能)將(1)電源起振過程電阻R1提供振蕩芯片PC1的起振電壓和電流，當(dāng)PC1的7腳電壓上升到16V以后，PC1內(nèi)部電路開始工作；從8腳輸出5V基準(zhǔn)電壓，4腳外接R2、C2定時電路與內(nèi)部振蕩器開始工作。由5V基準(zhǔn)電壓經(jīng)R2提供C2的充電電流，4腳內(nèi)部電路提供C2的放電電路，由此在4腳形成鋸齒波電壓信號，由4叫內(nèi)部后續(xù)電路處理成為矩形脈輸出端6腳，輸出激勵脈沖，經(jīng)柵極串聯(lián)電阻R3驅(qū)動開關(guān)管V1,由此形成流經(jīng)開關(guān)變壓器T1一次繞組N1的漏、源級電流電路；自供電繞組N2隨著一次繞組N1里的電工(整流濾波),得到直流電源8,為振蕩芯片提供穩(wěn)定的工作電源，至此，電路的起振過程已經(jīng)完成，在開關(guān)管V1和開關(guān)變壓器T1的配合作用下將DC530V電源提供(2)穩(wěn)壓過程的精心加工(整流濾波),得到直2.4驅(qū)動電路1、使弱電(控制回路)和強電回路(變頻器主回路)相互隔離，彼此不出現(xiàn)任放大器放大器上IGET保護電路No7電路圖2-7PC929引腳功能圖里，我們都是將13、12腳相互短接，將恒定的電壓供12腳使用。11腳為驅(qū)動信號圖2-8U相下臂IGBT驅(qū)動電路電路圖再驅(qū)動IGBT。管的電阻降為0,通過內(nèi)部處理電路處理后，從11腳輸出脈沖電壓，經(jīng)電阻R8提供導(dǎo)通，光耦合器PC3獲得輸入信號電流，輸出從光敏晶體管導(dǎo)通，將0C故障信號送管壓降信號與PC2的9腳電平互相影響，并在故障信號產(chǎn)生時，VD3進入正向?qū)ǎ?.5本章小結(jié)關(guān)電源的供電原理、驅(qū)動電路的驅(qū)動原理。開關(guān)電源里的振蕩芯片、驅(qū)動電源里的第三章空壓機變頻節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介量信號，并進行PID調(diào)節(jié)，并將調(diào)節(jié)后的數(shù)字量信號傳送給變頻器，變頻器依據(jù)送過I壓力設(shè)圖3-1變頻節(jié)能控制原理圖3.2空壓機的工作原理概可以分為4個過程：第一個過程是吸氣(從外界將空氣吸過來);第二個過程是密封和輸送(將空氣進行轉(zhuǎn)移);第三個過程是壓縮(將空氣中是的雜質(zhì)和空氣分離);外壓差不同的情況下，空氣從吸氣口流入齒槽中1。4、排氣過程PLC是可編程控制器的簡稱，它是一種智能控制器，相當(dāng)于一臺微型電腦。它是的控制功能，因此工作頻率低，反應(yīng)慢11,實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能時，其電路極其復(fù)雜，并且要定時進行維護。PLC采用了先進的計算順序控制，發(fā)展成為一個現(xiàn)代化的PLC模擬量控制，它擁有傳統(tǒng)控制系統(tǒng)沒有的過程PLC由于抗干擾能力強，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，在惡劣的工作環(huán)境下都能穩(wěn)定運行12],它通過對內(nèi)部存儲(事先寫入存儲器里的程序)執(zhí)行邏輯上的運算、它嚴(yán)才能將處理結(jié)果發(fā)送出去),它將所有的輸入端子的信號都檢查一遍，將檢查結(jié)果存理轉(zhuǎn)換變?yōu)镈C,再經(jīng)過像人腦一樣能處理各種數(shù)據(jù)的CPU去處理這些數(shù)據(jù)，等到(7)通信及聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用的PLC:CPU224XPCN。本機集成24輸入(input)/16輸出(output)共表3-1PLC的I/0分配圖類別器件代號地址號功能說明輸入空壓機啟動I0.1空壓機故障輸出Q0.0啟動主電機Q0.1啟動電機冷卻風(fēng)機Q0.2啟動電柜冷卻風(fēng)機Q0.3啟動報警燈圖3-4PLC控制回路后，使得KS2、KS3繼電器同時得電，而KS2的常開觸點與24V電源、交流接觸器繼電器控制回路指圖3-5繼電器控制回路 N 冷卻風(fēng)機控制 圖3-6冷卻風(fēng)機控制I第標(biāo)第標(biāo)旗1旗1血圖3-7空壓機變頻控制回路圖3-8空壓機主電路圖3-9PLCand變頻器控制柜內(nèi)部實物圖3-10空壓機外部操作面板濾波單元(電容或電抗),逆變單元(IGBT),驅(qū)動單元(PC923或者PC929),制動單元(制動電阻)等構(gòu)成。器，并且設(shè)計了空壓機變頻節(jié)能系統(tǒng)線路圖第四章空壓機變頻節(jié)能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)概述空壓機變頻控制系統(tǒng)采用PLC為邏輯控制器，來控制空壓機啟動和停止，同時PLC并采用PID控制技術(shù)，從空壓機上采集空壓機監(jiān)控點的數(shù)據(jù)和狀態(tài)開關(guān)量，通過計算來控制空壓機產(chǎn)生氣體的壓力值，通過本系統(tǒng)的設(shè)計可以節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效4.1PID控制系統(tǒng)概述在工業(yè)實際生產(chǎn)控制中，一般運用的最多的控制方式就是PID控制。然而，它也是有些缺點：當(dāng)受控對象不同時，控制器的參數(shù)很難自動調(diào)整來適應(yīng)外界環(huán)境的改變。上式中，u(t)為PID控制器的輸出，t是采樣時間；Kp是控制器的比例增益；e(t)是PID控制器的偏差輸入(測量值和給定值的差);T?是控制器的積分時間常數(shù)；Tp是控制器的微分時間常數(shù)。數(shù)字式PID控制器的表示函數(shù)為：式中的e(n)是系統(tǒng)偏差；e(n)是系統(tǒng)偏差變化率；Kp是比例系數(shù)；K?是積分作用系數(shù)；Ko是微分作用系數(shù)18]。積分十r()e()過運算無法得到比較精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型時，通過控制論中的其它方法無法解決當(dāng)下問PID控制其實是最為簡便的方法(原因在上句話中已經(jīng)解答)。小結(jié)：比例調(diào)節(jié)主要是由兩個參數(shù)所決定的，一個是Kp,還有一個是輸出和輸)))