基于S7-200PLC的厂用气管网压力控制系统设计1.doc

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1、兰州理工大学毕业设计说明书 基于S7-200PLC的厂用气管网压力控制系统设计基于S7-200PLC的厂用气管网压力控制系统设计摘 要 本设计介绍了以S7-200PLC为核心的管网压力控制系统的组成及工作原理,阐明了变速积分PID控制算法在管网压力控制系统中的应用,并给出了系统的硬件与软件设计的实现方法。在A/D转换中,使用了模拟量输入模块EM231。在D/A转换中用了模拟量输出模块EM232,可以实现输出05V的输出电压。硬件设计由主电路和控制电路两部分完成,软件设计中对A/D转换过来的数字信号进行变速积分PID控制。这种控制方法特点是,当偏差大时积分累积速度慢,积分作用减弱;偏差小时,积分

2、累积速度快,积分作用增强。这样能满足系统准确性的要求。关键词: 变速积分;压力控制系统;S7-200PLC;PID控制AbstractThe paper introduces the composition and work principles of pipe network control system ,based on S7-200PLC. It illustrates the application of PID with variable integral action in air pipe network pressure control system.The design o

3、f hardware and software are introduced too. It uses analog input module EM231 in A/D transition and analog output EM232 in D/A transition. In D/A transition this module can be output 05 voltage. Hardware introduces the design of main circuit and control circuit. In design of software, it finishes PI

4、D control for digital signals produceing in A/D transition. The characteristic of this control method is, when the warp is big the integral rate will be slow, and the integral effect would be weaken; but when the warp is small the integral rate will fast, and the integral effect would be toned up. I

5、n this way it can satisfy the veracity of this system.Key words: Variable Integral action; Pressure control system; S7-200PLC; PID control. 目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 变频器技术的发展11.2 空气压缩机系统控制11.3 供气系统压力控制21.3.1 加卸载供气控制21.3.2 转速控制21.4 本设计的目的和意义2第二章 设计任务、要求及参数42.1 毕业设计的技术背景和设计依据42.2 毕业设计的任务42.3 毕业设计的主要内

6、容、功能及技术指标5第三章 系统方案设计63.1 系统工作原理63.2 方案的比较63.3 方案的确定73.3.1 设计思想73.3.2 工作原理8第四章 硬件设计94.1 可编程控制器介绍94.1.1 可编程控制器的工作原理94.1.2 可编程控制器的主要性能指标114.1.3 可编程控制器的设计原则114.1.4 S7-200PLC介绍124.2 主电路设计144.2.1 变频器部分144.2.2 软起动部分214.3 控制电路设计274.3.1 模拟量控制系统设计274.3.2 PLC控制部分284.4 S7-200PLC与计算机的通信314.5 变频器与PLC的通信314.6 压力传感

7、器的介绍324.6.1 力/压力敏传感器324.6.2 CYB20S普通型压力传感器334.7 压缩机的主要种类354.7.1 Mattei 滑片机特点354.7.2 所选压缩机的技术性能指标354.8 元器件选择364.8.1断路器364.8.2接触器364.8.3电磁式继电器364.8.4 热继电器374.8.5 熔断器38第五章 软件设计395.1 程序设计思想395.2 程序流程图405.2.1 主程序流程图405.2.2 变速积分PID程序流程图415.3 地址分配42总 结43参考文献44外文原文与译文45致 谢77附录一78元器件清单78附录二80程序清单8076第一章 绪论1.

8、1 变频器技术的发展近20年来,虽然以功率晶体管(GTR)作为逆变器功率器件8位微处理器为控制核心,按压频比(U/F)控制原理实现异步电动机调速的变频器,在性能和品种上出现了巨大的技术进步,但下列技术的进步,使变频调速技术进一步得到提升:其一,所有的电力电子器件GTR已基本上为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)所替代,进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块(IPM),使得变频器的容量和电压等级不断的扩大和提高;其二,8位处理器基本上为16位微处理器所替代,进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU,使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能;其三,在改善压频比控制性能

9、的同时,推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器,使得变频器不仅能实现宽调速,还可实现伺服控制变频器技术的发展得益于微电子和电力电子技术的发展以及异步电动机控制理论的发展,也来自市场的巨大推动力一般在占工业用电50%60%的风机泵和压缩机等通用机械上使用变频调速装置,将可节电30%左右,因此有着巨大的市场潜力以变频器为核心的工业传动控制装置仍在持续发展交流变频调速装置取代直流调速装置已成为必然趋势由于变频器销量不断扩大,形成批量生产,价格下调,相同容量的交流变频器与直流调速装置的价格已经接近,能为拥护所接受而且在一些生产机械上,使用的变频调速已成为这些机械更新换代的一种标志1.2 空气压缩机系

10、统控制空气压缩机主电机运行方式为星-角降压起动后全压运行,供气系统具体工作流程为:当按下启动按钮,控制系统接通启动器线圈并打开断油阀,空压机在卸载模式下启动,这时进气阀处于关闭位置,而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。等降压n秒(由时间继电器控制)后空压机开始加载运行,系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力开关上限值,即起跳压力,控制器使进气阀关闭,油气分离器放气,压缩机空载运行,直到系统压力降到压力开关下限值后,即回跳压力下,控制器使进气阀打开,油气分离器放气阀关闭,压缩机打开,油气分离器放气阀关闭,压缩机满载运行。 1.3 供气系统压力控制在管道供气系统中,最基本的控制对象是流量,供气

11、系统的基本任务就是要满足用户对流量的需求。目前,常见的气体流量控制方式有加、卸载供气控制方式和转速控制方式两种。1.3.1 加卸载供气控制加、卸载供气控制方式即为进气阀开关控制方式,即压力达到上限时关阀,压缩机进人轻载运行;压力抵达下限时开阀,压缩机进入满载运行。由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性,所以只能按最大需要来决定电动机的容量,设计余量一般偏大。工频起动设备时的冲击大,电机轴承的磨损大,所以设备维护量大。虽然都是降压启动,但起动时的电流仍然很大,会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全,而且大多数是连续运行,由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速,因此就不能直接使用压

12、力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配,电机不允许频繁启动,导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行,电能浪费巨大。经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化,不能保持恒定的工作压力延长压缩机的使用寿命。空压机的有些调节方式(如调节阀门或调节卸载等方式)即使在需要流量较小的情况下,由于电机转速不变,电机功率下降幅度比较小。1.3.2 转速控制即通过改变空压机的转速来调节流量,而阀门的开度保持不变(一般保持最大开度)。当空压机转速改变时,供气系统的扬程特性随之改变,而管阻特性不变。在这种控制方式下,通过变频调速技术改变空压机电机的转速,空压机的供气流量可随着用气流量的改变而改变,达到真正的供需平衡

13、,在节能的同时,也可使整个系统达到最佳工作效率。变频器基于交一直一交电源变换原理,可根据控制对象的需要输出频率连续可调的交流电压。电动机转速与电源频率成正比,因此,用变频器输出频率可调的交流电压作为空压机电动机的电源电压,可方便地改变空压机的转速。1.4 本设计的目的和意义将变频调速技术引入空气压缩机领域,是近几年来各空压机厂家研究的重要课题。各大牌专业空压机供应商都推出了自己变频空压机产品,并迅速在其高端市场具有很不错的表现。但目前,大量的工频空压机的应用非常普遍,因此,空压机的改造市场非常巨大。本设计主要目的是通过变频器控制电机转速,以达到管网供气压力恒定流量是供气系统的基本控制对象,供气

14、流量需要随时满足用气流量。在供气系统中,储气管中的气压能够充分反映供气能力与用气需求之间的关系:若 供气流量 用气流量 储气管气压上升若 供气流量 用气流量 储气管气压上升若 供气流量 用气流量 储气管气压下降若 供气流量 = 用气流量 储气管气压不变所以,保持管道中的气压恒定,就可保证该处供气能力恰好满足用气需求,这就是恒压供气系统所要达到的目的。变频调速系统将管网压力作为控制对象,装在储气罐出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为电信号送给变频器内部的PID调节器,与压力给定值进行比较,并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算,产生控制信号去控制变频器的输出电压和逆变频率,调整电动机的

15、转速,从而使实际压力始终维持在给定压力。另外,采用该设计思想后,空气压缩机电动机从静止到稳定转速可由变频器实现软启动,避免了起动时的大电流和起动给空气压缩机带来的机械冲击。正常情况下,空气压缩机在变频器调速控制方式下工作。变频器一旦出现故障,生产工艺不允许空气压缩机停机,因此,系统设置了工频与变频切换功能,即当变频器出现故障时,起动另一台电动机进行工频运行,这样,可由工频电源通过接触器直接供电,使空气压缩机照常工作。整个控制过程如下:用气需求 管路气压 压力设定值与返馈值的差值 PID输出 变频器输出频率 空压机电机转速 供气流量 管路气压趋于稳定特别注意,在压力容差范围内变频器的PID不调节

16、,即保持输出频率不变。3.3.2 工作原理该系统有手动和自动两种运行方式:. 手动运行按下按钮启动或停止电机,可根据需要分别控制变频和工频的运行。该方式主要供检修及变频器故障时用。. 自动运行合上自动开关后,1#电机通电,变频器输出频率从0Hz上升,同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号,经运算与给定压力参数进行比较,将调节参数送给变频器,控制管网压力恒定。变频自动功能是该系统最基本的功能,系统自动完成对空气压缩机起动、停止、循环变频的全部操作过程。 当出现变频器故障、压缩机故障时,系统皆能发出报警信号;特别是当出现变频器故障时,系统还会自动停止变频运行发出报警信号,并转至2#电机工频运

17、行。第四章 硬件设计在本章,我们将对硬件系统中用到的各元器件作详细的介绍。其中包括各元件的性能指标,技术指标和部分元件的典型接法。硬件设计主要分为主电路和控制电路设计两部分与硬件有关的设计有:(1)确定系统输入元件(如按钮、指令开关、传感器等)和输出元件(如继电器、接触器、指示灯等)的型号。(2)确定可编程控制器的输入和输出点。列表统计可编程控制器的输入信号和输出信号,在表中表明各信号的意义和类型,如信号是数字量还是模拟量,模拟信号的范围等。(3)确定可编程控制器的型号和硬件配置。(4)给各输入和输出变量分配地址。(5)画出可编程控制器的外部硬件接线图。4.1 可编程控制器介绍可编程控制器是一

18、种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑计算、顺序控制、定时、计数和算术运算等指令,并能通过数字式模拟式的输入和输出,控制类型的机械和生产的过程。4.1.1 可编程控制器的工作原理CPU的扫描周期PLC的CPU连续执行用户程序、完成控制功能是以扫描工作方式进行的。所谓扫描工作方式,即CPU从程序段的第一句顺序读取顺序执行,直至最后一句。CPU在扫描周期中,要完成的任务: 输入处理阶段 执行程序处理通讯请求 执行CPU自诊断测试 输出处理阶段(1)输入处理阶段每次扫描周期开始时,先读数字输入点的当前值,然后把这些值写到输入映像寄存

19、器中。CPU以8位(1个字节)为增量的方法来保留输入映像寄存器。在每次扫描周期开始时,CPU会将映像寄存器中未使用的输入位清零。然而,CPU允许连接几个扩展模块,当未使用这种I/O扩展功能(即未安装扩展模块),可以用这些未使用的扩展输入位3作为附加的内部存储器标志位来使用。(2)执行程序在扫描周期的执行阶段里,CPU执行程序是从第一条指令开始,直到最后一条指令结束。不论在主程序或中断程序执行过程中,直接I/O指令允许你对输入点和输出点直接存取。(3)处理通讯请求在扫描周期的信息处理阶段,CPU处理从通讯接口接收到的任何信息。(4)执行CPU的自诊断测试在扫描周期中,CPU检查其硬件,以及用户存

20、储器(仅在RUN模式下),它也检查所有I/O模块的状态。(5)输出处理阶段在每个扫描周期的结尾,CPU把存在输出映像寄存器中的数据输送给数字输出点。CPU以一个字节(8位)为增量来保留输出映像寄存器。如果CPU或扩展模块不给物理输出点提供保留字节的每一位,则不能把这些位分配给I/O链中的后续模块。但是可以像使用内部存储器标志位那样来使用输出映像寄存器中没有使用的位。(6)扫描周期中断当中断事件发生时,CPU以异步扫描方式、根据中断优先级来处理中断。(7)输入和输出映像寄存器输入映像寄存器存储着对应位输入“继电器”的通/断状态,高电平“1”为通,低电平“0”为断。此处“继电器”是指由系统软件程序

21、赋予其具有继电器功能的“软继电器”,而非真正的物理继电器。每位映像寄存器也对应着PLC每个实际输入端的通/断状态。输入映像寄存器的内容只能被PLC中的CPU读出,而不能被改写。输出映像寄存器单元存储着对应位输出“寄存器”的状态。在执行用户程序时,输出映像寄存器既可被PLC的CPU读取,也可以被CPU改写。(8)立即I/O立即I/O指令允许对实际输入输出点直接存取。4.1.2 可编程控制器的主要性能指标(1)存储容量系统程序存放在系统程序存储器中。这里所说的存储容量指的是用户程序存储器容量决定了PLC可以容纳的用户程序的长短,一般以字为单位来计算。(2)输入/输出点数I/O点数即PLC面板上连接

22、输入、输出信号用的端子的个数,常称为“点数”,用输入点数与输出点数的和来表示。I/O点数越多,外部可接入的器件和输出的器件就越多,控制规模就越大。因此,I/O点数是衡量PLC性能的重要指标之一。(3)扫描速度扫描速度是指PLC执行程序的速度,是衡量PLC性能的重要指标,一般以执行1KB所用的时间来衡量扫描速度。(4)编程指令的种类和数量这也是衡量PLC能力强弱的主要指标。编程指令种类及条数越多,其功能就越强,即处理能力和控制能力也就越强。(5)扩展能力PLC的扩展能力反映在以下两方面。大部分PLC用I/O扩展单元进行I/O点数的扩展,有的PLC可以使用各种功能模块进行功能的扩展。(6)智能单元

23、的数量PLC不仅能够完成开关量的逻辑控制,而且利用智能单元可以完成模拟量控制、位置和速度控制以及通信联网等功能,智能单元种类的多少和功能的强弱是衡量PLC产品水平的一个重要指标。4.1.3 可编程控制器的设计原则任何一种电器控制系统都是为了实现被控对象的要求,以及提高生产效率和产品质量。在PLC的系统设计时也应该把这个问题放到首位。PLC系统设计应当遵循以下原则。1满足要求最大限度的满足被控对象的控制要求,是设计控制系统的主要前提。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究,收集控制现场的资料。2安全可靠要求设计者要考虑控制系统能够长期安全、可靠、稳定运。为了能做到这一点要求在系统设在满

24、足控制要求的计上、器件选择上、软件编程上要全面考虑。3经济实用前提下,一方面要注意不断地控制工程的效益,另一方面也要注意不断地降低工程的成本。4适应发展在控制系统的设计时要考虑到今后的发展、完善。这就要求在选择PLC机型和输入/输出模块是,要适应发展的需要,要适当留有裕量。本设计采用S7-200作为控制器。4.1.4 S7-200PLC介绍SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。 - S7-200系列出色表现在以下几个

25、方面: -* 极高的可靠性 -* 极丰富的指令集 -* 易于掌握 -* 便捷的操作 -* 丰富的内置集成功能 -* 实时特性 -* 强劲的通讯能力 -* 丰富的扩展模块 -S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如:冲压机床,磨床,印刷机械,橡胶化工机械,中央空调,电梯控制,运动系统。 - S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供使用。 *CPU单元设计 集成的24V负载电源:

26、可直接连接到传感器和变送器(执行器),CPU 221,222具有180mA输出, CPU 224,CPU 226分别输出280,400mA。可用作负载电源。 *不同的设备类型 CPU 221226各有2种类型CPU,具有不同的电源电压和控制电压。 *本机数字量输入/输出点 CPU 221具有6个输入点和4个输出点,CPU 222具有8个输入点和6个输出点,CPU 224具有14个输入点和10个输出点。CPU 226具有24个输入点和16个输出点。 *中断输入 允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 *高速计数器 CPU 221/222 4个高速计数器(30KHz),可编程并具有复位输入,

27、2个独立的输入端可同时作加、减计数,可连接两个相位差为90的A/B相增量编码器。 CPU224/226 6个高速计数器(30KHz),具有CPU221/222相同的功能。 CPU 222/224/226 可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器(选件)对本机输入信号进行仿真,用于调试用户程序。 *模拟电位器 CPU221/222 1个 CPU224/226 2个 *脉冲输出 2路高频率脉冲输出(最大20KHz),用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。 *实时时钟 例如为信息加注时间标记,记录机器运行时间或对过程进行时间控制。 EEPROM存储器模块(选件) 可作为修改与拷贝程序

28、的快速工具(无需编程器),并可进行辅助软件归档工作。 *电池模块 用于长时间数据后备。用户数据(如标志位状态,数据块,定时器,计数器)可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天(10年寿命)。电池模块插在存储器模块的卡槽中。 4.2 主电路设计 本设计的主电路由两部分组成,分别为变频器控制电机和软起动器控制电机两部分组成。4.2.1 变频器部分【1】变频器工作原理变频器控制交流异步电机转速原理可用下式表示:异步电动机的实际转速: (1)式中 电动机转速r/min; 同步转速r/min,(=);电源频率; 电动机的磁极个数;s-转差率,(s=) ;从上式可以看出,如果

29、能够有一个可以任意改变频率的电源,即可以通过改变该电源的频率来实现对异步电动机的调速控制。【2】变频器的类别1按变换环节分(1)交交变频器 把频率固定的交流电源直接变成频率连续可调的交流电源。其主要优点就是没有中间直流环节,故变频效率高,但其连续可调的频率范围窄,一般为额定频率的1/2以下,故它主要用于容量较大的低速拖动系统中。(2)交直交变频器 先把频率固定的交流电整成直流电,再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制,因此,在频率的调节范围,以及改善变频后电动机的特性等方面都有明显的优势。目前迅速普及应用的主要是这一种。2按电压的调制方式分(1)PAM

30、(脉幅调制) 变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中,这种方式几近绝迹。(2)PWM(脉宽调制) 变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正选弦规律安排的正弦波脉宽调制(SPWM)方式。3.按直流环节的储能方式分电流型 直流环节的储能元件是电感线圈L 电压型 直流环节的储能元件是电容器C UVWRST RSTUVW LF CF 电流型与电压型的储能方式 a. 电流型 b. 电压型 本设计使用三菱变频器。【3】三菱变频器介绍1三菱变频器特点三菱变频器是采用磁通矢量控制技术、PWM原理和智能功率模块(IPM)的高性能变频器,

31、其功率范围为0.4315KW。三菱FR-A540变频器具有以下特点:1) 用磁通矢量控制技术。在无速度传感器的开环控制下,调速范围为1:120;采用速度传感器的闭环控制下,调速范围为1:1000。低速旋转时转矩均匀。2) 用Soft-PWM原理和智能功率模块(IPM),使变频器输出波形更好,噪声更低,抗干扰性能更强。3) 停电控制时减速停止功能,内置功能,变频/工频切换功能和顺序控制功能。4) 符合国际标准的现场总线通讯功能。5) 具有过电流、过载、过电压、欠电压、接地过电流、输出短路、失速防止等保护。6) 风扇端子和控制端子的安装和维修简便。7) 附设累计功率监视及累计运行时间监视功能,用户

32、可分析节能效果。本设计选择FR-A540-22K-CH 额定容量32.8KVA 额定电流 43A 适配电动机22KW2变频器的工作模式三菱变频器的操作模式有“PU操作模式”、“外部操作模式”、“组合操作模式”和“内部通讯模式”。模式的选用应根据生产过程的控制要求和生产作业的现场条件等因素来确定,达到既满足控制要求,又能够以人为本的目的。本设计采用外部操作模式。外部操作模式通常为出厂设定这种模式通过外接的起动开关等产生外部信号,控制变频器的运行。采用外部操作模式时,可通过设定“操作模式选择”参数Pr.79=3或0来实现。起动信号:端子信号 STF3.变频器的常见控制功能起动控制 变频器控制的电动

33、机起动除了应遵循电动机输出转矩大于负载转矩这一原则外,还应使电动机输出转矩与负载转矩交点的频率小于变频器设定的最大起动频率。电动机起动时,通常要考虑解决起动电流过大和机械冲击问题,因而要根据拖动系统及负载情况、控制要求和变频器控制模式,选择并设定恰当的起动频率和加速方式与时间。(1)起动频率选择并设定起动频率的原则是;在起动电流不超过允许值和拖动系统满足其他控制要求的前提下,系统能够顺利的尽快起动。起动频率是指电动机开始起动时的频率,常用来表示。可以从0开始,而对于惯性较大或摩擦转矩较大的负载,需要加大起动转矩,也即应使起动频率加大至某一值,此时起动电流也较大。通常变频器都可以预先设定起动频率

34、,需要值得注意的是,起动频率预置好后,小于该起动频率的运行频率将不能工作。三菱FR-A540变频器的起动频率为参数Pr.13,设置范围为060HZ,最小设置单位为0.01HZ,出厂设定为0.5HZ。(2)加速方式和加速时间变频起动是通过控制定子电压和定子频率来获得所需的起动性能。根据工程的需要,起动时常有以下几种情况需要考虑:起动电流最小,或起动损耗最小,或起动时间最短。另外还要考虑避免过大的机械冲击,使起动过程缓和平滑等。根据通用变频器的功能,有以下几种起动方式可选择:限流加速、限时加速、S形加速。(3)PID控制大部分的通用变频器都自带有PID调节功能,有的变频器是需要附加选件才能具有该项

35、功能的。变频器如进行PID控制,需要对相关参数进行设定。P参数为比例增益,对执行量的瞬间变化有很大的影响。有些变频器是以比例范围给出该参数的:比例值增益=1/比例范围。I参数为积分时间常数,该时间越小,到达给定值就越快,但也越容易引起振荡,积分作用一般使输出响应滞后。D参数为微分时间常数,该时间越大,反馈的微小变化就越会引起较大的响应,微分作用一般使输出响应超前。PID动作选择参数为Pr.128,设定范围为10、11、20、21.设定选择,当偏差量信号输入(端子1)时为10(负作用)、11(正作用);当检测值输入(端子4)时为20(负作用)、21(正作用),出厂设定为10;PID比例常数参数为

36、Pr.129设定范围为0.1%1000%,最小设定范围为0.1%,出厂设定为100%;PID积分时间参数为Pr.130,设定范围为0.13600S,最小设定范围为0.1S,出厂设定为1S;上限参数为Pr.131,下限参数为Pr.132,设定范围为0100%,最小设定范围为0.1%,出厂设定为9999;PU操作时的PID目标设定值参数为Pr.133,设定范围为0100%,最小设定范围为0.01%,出厂设定为0%;PID微分时间参数为Pr.134,设定范围为0.0110S,出厂设定为9999。参数Pr.129、Pr.30、Pr.131、Pr.132、Pr.134当设定为9999时,表示无效。(4)

37、自动再起动控制和瞬间停电再起动控制当由工频切换到变频器运行或者瞬时掉电再恢复供电时,电动机可以保持自由运行状态(滑动)一小段时间,然后变频器再起动。当设定自动再起动时,报警信号中的UVT和IPT 在瞬时 掉电发生时将不动作。需要进行瞬时停电再起动或者工频电源与变频器逆变输出交流电切换时,应将端子CS-SD短接,并将再起动自由运行时间2参数Pr.57设定为除“9999”以外的瞬时掉电再起动自由运行时间。再起动自由运行时间常数Pr.57,设定范围为0.15S,最小设定单位为0.1S,出厂设定为9999,表示由工频切换到变频器运行或者瞬时掉电再恢复供电时,电动机不再自动起动,电动机进入掉电停机模式(

38、参数为Pr.261Pr.266)。再起动电压上升时间为参数Pr.58,设定范围为060S,最小设定范围为0.1S,出厂设定为1S。参数Pr.162为瞬时停电再起动动作选择,参数Pr.163为再起动第一缓冲时间,参数Pr.164为 再起动第一缓冲电压,参数Pr.165为再起动失速防止动作水平。为了瞬时失电后进行自动再起动,应短接CS-SD端。【4】变频器的设计1参数设定(1)因为在变频器通电前,需要先对变频器的有关功能进行预置,故控制电源“R1-S1”应至接触器KM1的前面。(2)用KM1控制变频运行,K3控制工频运行2功能设置(1)预置操作模式 由于变频器的切换功能只能在外部运行下失效,因此,

39、必须首先对运行模式进行预置,Pr.79预置为“2”,使变频器进入“外部运行模式”。(2)对切换功能进行预置Pr.137预置为“0.5”,起动等待时间为0.5S。(3)调整部分输入端的功能(多功能端子)1)Pr.185预置为“7”,使JOG端子变为OH端子,用于接受外部热继电器的控制信号。2)Pr.186预置为“6”,使CS端子用于自动再起动控制。(4)调整部分输出端的功能(多功能端子)1)Pr.192预置为“17” 。2)Pr.193预置为“18” 。3)Pr.194预置为“19” 。3各输入信号对输出的影响见下表4变频器的正常工作过程1)按下SB1,KM1吸合,变频器接通电源和电动机。2)将

40、开关SB2闭和,变频器即开始起动,进入运行状态。5变频器发生故障后的工作过程1)当变频器发生故障时,“报警输出”端A和C之间接通,继电器KA0吸合(为了保护变频器内部的端点,KA0线圈两端并联了一个RC吸收电路)。切换至2电机运行,同时,由指示灯进行报警。2)继电器KM1断开,K3闭合,接触器KM1、K3相应地执行切换动作。3)工作人员应立即按下切除报警按钮SB3,停止报警,然后对变频器进行检查。参数设定与功能选择参数号名称设定值说明137起动等待时间0.5设定值应比信号输入到变频器时到KM1实际接通的时间稍微长点(大约0.30.5s)185JOG端子变为ON端子7接受外部热继电器的控制信号1

41、86CS端子功能选择6自动再起动控制192IPF端子功能选择17瞬时停电193OL端子功能选择18过负荷194FU端子功能选择19频率检测输入端子的选择参数号信号使用端子功能开关状态STFSTF变频运行指令(对工频运行无效)ON:电动机正转OFF:电动机停止186CS用于功能端子定义变频运行和工频运行的切换ON:变频运行OFF:工频电源运行RESRES运行状态初始化ON:初始化OFF:正常运行输出端子的选择参数号信号出厂设定功能设定范围192IPF2瞬时掉电/低电压0199,9999193OL3过负荷报警0199,9999194FU4频率检测0199,9999195A、B、C 99报警输出01

42、99,9999【5】变频器接线图4.2.2 软起动部分【1】三相异步电动机的起动方法三相笼型异步电动机有直接起动与减压起动两种起动方法.直接起动,也叫全压起动。起动时通过一些直接起动设备,将全部电源电压(即全压)直接加到异步电动机的定子绕组,使电动机在额定电压下进行起动。一般情况下,直接起动时起动电流为额定电流的4-7倍,起动转矩为额定转矩的1-2倍。根据对国产电动机实际测量,某些笼型异步电动机起动电流甚至可达8-12倍。直接起动的起动线路是最简单的。然而这种起动方法有许多不足。对于需要频繁起动的电动机,过大的起动电流将造成电动机的发热,影响电动机的寿命;同时电动机绕组在电动力的作用下,会发生

43、变形,可能引起短路,进而烧毁电动机;另外过大的起动电流,会使线路压降增大,造成电网电压的显著下降,从而影响同一电网的其他设备的正常工作,有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。这是因为及均与电网电压的平方成正比,电网电压的显著下降,可使及均下降到低于一般规定,异步电动机的功率低于7.SKW时允许直接起动。如果功率大于7.5KW,而电源总容量较大,能符合下式要求的话,电动机也可允许直接起动。 (3.1)如果不能满足式(3.1)的要求,则必须采用减压起动的方法,通过减压,把起动电流限制到允许的数值.传统异步电动机启动方式的共同特点是电路简单,但起动转矩固定不可调,起动过程存在较大的冲击电流,使被拖动

44、负载受到较大的机械冲击。且易受电网电压波动的影响。因此采用软起动器可以避免以上问题。【2】软起动器的工作原理及功能1软起动器的工作原理软起动器采用图3.1所示的三相交流调压电路.在电源和异步电动机之间接入反并联的晶闸管调压电路,通过改变晶闸管的触发角来改变电动机定子两端电压,进而改变电机的转速和定子电流等物理量。晶闸管的控制方式有两种:一是相位控制,即通过控制晶闸管的导通角来调压;二是周波控制,即把晶闸管作为静止接触器,交替的接通与切断几个周波的电源电压,用改变接通时间与切断时间之比来控制输出电压的有效值,从而达到调压的目的。 图3.1 晶闸管三相交流调压电路软起动器采用了图3.1所示的主电路

45、。由干所示的电路中没有中线,因此在工作时若要负载电流流通,至少要有两相构成通路。其中一相是正向晶闸管导通,另一相则是反向晶闸管导通。为了保证在电路起始工作时有两个晶闸管同时导通,以及在感性负载反向晶问管导通。为了保证在电路起始工作时有两个晶闸管同时导通,以及在感性负载与控制角较小时仍能保证不同相的两个晶闸管同时导通,本系统采用了能够产生大于的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路。和整流电路一样,交流调压电路的工作情况和负载性质有很大关系。因此下面就分别予以讨论。单相交流调压电路是三相交流调压电路的基础,这里就用单相交流调压电路为例进行讨论电阻负载.(1)电阻负载图 3. 2为 电阻负载的单相交流调压电路

46、图。图中的晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源的正半周和负半周,分别对VT1和VT2的控制角进行控制角可以调节输出电压。正负半周起始时间(=0)均为电压过零时刻。在稳态情况下,应使正负半周的相等。从而可以得出,负载电压波形是电源电压波形的一部分,而且负载电流和负载电压波形相同。原因在于负载为纯电阻性负载,电流与电压同相位。 图3.2电阻负载原理图图 3.2 中 在控制角为时,负载电压有效值、负载电流有效值、晶闸管电流有效值和电路的功率因数分别为: (3.2)(3.4)(3.4)(3.5)由上述各式可以看出,“的移相范围为时,相当于晶闸管一直导通,输出电压为最大值,。随着的

47、增大,逐渐降低,直到时,此外时,功率因数,随着的增大,输入电流滞后于电压并且发生畸变,也逐渐降低。(2)阻感负载图3.2为阻感负载的单相交流调压电路图。设负载的阻抗角为.如果用导线把晶闸管完全短接,稳态时负载电流应该是正弦波,其相位滞后于电源电压的角度为。用晶闸管进行控制时,很显然只能进行滞后控制,使负载电流更加滞后,而无法使其超前。为了方便,把的时刻仍定在电源电压过零时刻。当在时刻开通晶闸管VTl,负载电流应该满足如下微分方程式和初始条件: (3.6) (3.7)解方程可以求得: (3.8);为晶闸管导通角 (3.9)VT2导通时,上述表达式完全相同,只是的极性相反,并且相位相差.上述电路在

48、控制角为时,负载电压有效值、负载电流有效值、晶闸管电流分别为:(3.10)(3.11) (3.12)(3.13)由上所各式可以推导出,阻感负载时触发角的移相范围为。由于异步电动机是感性负载,由上述分析可以得知,当交流调压电路带感性负载时,只有当触发角大于负载的功率因数角时,才能起到调压的作用。当时,电流导通的时间将始终保持在。其情况与一样,相控不起任何调压作用,甚至在晶闸管触发脉冲不够宽的情况下,出现只有一个方向上的晶闸管工作,负载上出现直流分量,对晶闸管造成危害.为了保证晶闸管的安全,在使用相控晶闸管电路时采用宽脉冲触发,移相范围限制在.如图2.1所示,主电路的每相由反并联的两个晶闸管构成。

49、要实现异步电动机的平稳起动,需要控制电机的输入电压,使其按照某种曲线由小到大逐渐上升.通过按照一定时序调整六个晶闸管的触发角a就可以实现该目标。该电路的调压实质是对电源电压进行斩波。电机获得的电压是非正弦的,但是每相电压的正负半周是对称的。是晶闸管的触发角,是负载的功率因数角(也叫晶闸管的续流角),是晶闸管的导通角。触发角功率因数角以及导通角之间的关系: (3.14)其 中晶 闸 管的输出电压是介于导通角之间的波形。通过改变导通角的大小,就可以改变晶闸管的输出电压,从而改变了电机的输入电压。由式(3.14)可以得知,导通角与触发角、功率因数角都有关。对于恒定的负载而言,功率因数角是常量,导通角

50、仅仅与触发角有关。此时,只要改变晶闸管触发角。就可以改变晶闸管的输出电压。但是对于异步电动机而言,功率因数角是个变量,并且是电机转速n的函数。在电机起动过程中,随着转速逐渐变大,功率因数角也在不断变化.因此,改变晶闸管触发角的同时也要兼顾功率因数角的变化情况。只有这样,才能实现异步电动机的输入电压按照预定规律变化的要求2软起动器的运行方式软起动器主要有下列四种运行模式.(1)跨越运行模式(2)接触器旁路工作模式(3)节能运行模式(4)调压调速模式3起动功能异步电动机软起动器拥有多种起动模式,可以满足不同的起动要求。(1)限流起动该方法应用较多,适用于风机,泵类负载。(2)电压斜坡起动(3)转矩控制起动(4)转矩加突跳控制起动(5)电压控制起动4停车功能软起动器的停车和起动一样可以通过控制可控硅导通角,使电机定子两端电压以不同的策略减少,达到不同的停车特性。(1)自由停车(2)软停车(3)能耗制动【3】软起动器接线图 4.3 控制电路设计控制电路主要是模拟量输入输出控制以及PLC控制部分的设计。4.3.1 模拟量控制系统设计模拟量控制系统是指输入信号为模拟量的控制系统。控制系统的控制方式上可分为开环控制和闭环控制。开环控制是根据控制的设定值直接向控制对象输出控制信

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