《毕业设计(论文)基于PLC的鼓风机的变频调速系统28780.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计(论文)基于PLC的鼓风机的变频调速系统28780.doc（25页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：基于PLC的鼓风机变频调速系统学生姓名：吴君挺 所在院系： 机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化 导师姓名：王玉萍 完成时间：2009年5月20日摘 要当前全球经济发展过程中，有两条显著的相互交织的主线：能源和环境。能源的紧张不仅制约了相当多发展中国家的经济增长，也为许多发达国家带来了相当大的问题。所以，节能对工业生产具有很大的意义。变频调速系统在我国将有非常巨大的市场需求，变频器对风机、水泵及油泵进行速度控制，实现对风量和流量的调节，对于节约能源，提高经济效益具有重要意义。另外，通过PLC对整个工业系统的控制，很好地实现了控制要求，相比
2、继电器和单片机控制，PLC控制提高了系统控制的准确性和可靠性。关键词：PLC，变频器，变频调速,鼓风机The frequency conversion velocity modulation system of the air blower based on PLC Abstract In the current global economic developing process,there are two remarkable interweave mutually master line: energy and environment. The energy intense does n
3、ot only have restricted the quite many developing country economic growths, but also has brought the quite major problem for many developed countries.So the energy conservation has the very big significance to the industrial production. The frequency conversion velocity modulation system will have t
4、he very giant market demand in our country. Regarding saving the energy and raising the economic efficiency, the frequency changer to the air blower, the water pump and the oil pump carrying on the speed control, realizing to the amount of wind and the current capacity adjustment have the important
5、meaning. Moreover, comparing with the relay and the monolithic integrated circuit control,the conformity of the PLC through it control the entire industrial system,which has realized the control request well, enhances the systems control accuracy and the reliability.Keywords:PLC,Frequency changer,Fr
6、equency conversion velocity modulation system ,Air blower目录1 引言12 系统整体设计22.1 工业锅炉燃烧过程的变频调速系统22.1.1系统的工作原理42.2 鼓风机调速的要求42.2.1 鼓风机的负载特性52.2.2 鼓风机调速方式52.2.3 鼓风机变频调速63 系统硬件设计73.1 变频器的选型73.1.1 变频调速的基本原理73.1.2 调速控制风量的节能原理93.1.3 变频调速控制的优点103.1.4变频器选型原则113.1.5变频器的接线123.2 PLC的选型153.3 PLC和变频器对系统的控制原理153.4 I/O
7、口的分配163.5外部接线174 系统软件设计174.1梯形图程序174.2程序说明185变频器的抗干扰18.变频器的抗干扰措施196结束语20致谢20参考文献211 引言当前全球经济发展过程中，有两条显著的相互交织的主线：能源和环境。能源的紧张不仅制约了相当多发展中国家的经济增长，也为许多发达国家带来了相当大的问题。能源集中的地方也往往成为全世界所关注的热点地区。而能源的开发与利用又对环境的保护有着重大影响。全球变暖、酸雨等一系列环境灾难都与能源的开发与利用有关。能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与
8、环境保护的双重压力。有资料表明，受资金、技术、能源价格的影响，中国能源利用效率比发达国家低很多。90年代中国高耗能产品的耗能量一般比发达国家高12%-55%左右，90%以上的能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。如果进行单位GNP能耗（吨标准煤/千美元）的国家比较（90年代中期），中国分别是瑞士、意大利、日本、法国、德国、英国、美国、加拿大的14.4倍、11.3倍、10.6倍、8.8倍、8.3倍、7.2倍、4.6倍、和4.2倍。1995年，中国火电厂煤耗为412克标准煤/kWh，是国际先进水平的1.27倍。由此可见，对能源的有效利用在我国已经非常迫切。作为能源消耗大户之一的电机
9、在节能方面是大有潜力可挖的。我国电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电量的80%。我国各类在用电机中，80%以上为0.55-220kW以下的中小型异步电动机。我国在用电机拖动系统的总体装备水平仅相当于发达国家50年代水平。因此，在国家十五计划中，电机系统节能方面的投入将高达500亿元左右，所以变频调速系统在我国将有非常巨大的市场需求。目前，国内变频调速系统的研究非常活跃，但是在产业化方面还不是很理想，市场的大部分还是被国外公司所占据。因此，为了加快国内变频调速系统的发展，就需要对国际变频调速技术的发展趋势和国内的市场需求有一个全面的了解。随着电力电子技术、微电子
10、技术及控制理论的发展，变频器己经广泛应用于交流电动机速度控制，“变频调速”几乎成了自动化的代名词。变频器的最主要特点是具有良好的控制性能和高效率的驱动性能。机械行业中应用变频器是改造传统产业、实现机电一体化的重要乎段；在工矿企业自动化技术中，交流伺服系统正在取代直流伺服系统;应用变频器技术不但可以提高产品质量和数量，而目可以节约大量电能。过去，当需要调节风量或流量时，采用的办法是调节风门或节流阀的开启程度，不改变电动机的运行状况.这种方法虽然简单，但是不能节省电能，这是很不经济的.采用变频器对风机、水泵及油泵进行速度控制，实现调节风量和流量，对于节约能源，提高经济效益具有重要意义。2 系统整体
11、设计2.1 工业锅炉燃烧过程的变频调速系统工业锅炉根据采用燃料不同，通常可分为燃煤、燃油和燃气三种。这三种锅炉的燃烧过程控制基本相同，只有燃料量的调节有所区别。对工业锅炉燃烧过程实现变频调速主要是通过变频器调节鼓风机的送风量、引风机的引风量和燃烧进给量。下面以20t燃煤蒸汽锅炉为例，介绍变频器的应用。（1）燃煤蒸汽锅炉燃烧过程。由于蒸汽锅炉的过程控制系统包括汽包水位控制和燃烧过程控制系统，两系统在锅炉运行过程中相互耦合，所以控制起来非常困难。我们以燃烧过程控制为例来介绍变频器的应用。不考虑系统间的耦合。图1是蒸汽锅炉燃烧控制过程系统的原理图。在图中，FT表示流量传感器，FIC表示流量控制器，P
12、T表示压力传感器，FT1、FIC1和变频器1组成鼓风机控制回路。对于燃煤锅炉来讲，由于煤的燃烧需要一定的空气量，所以要保持锅炉的最佳燃烧过程，就必须使给煤量和送风量保持一定的比例。这主要通过变频器1调节鼓风机转速来实现。PT2、PIC2和变频器2组成引风机控制回路。通常燃煤锅炉的运行都要求炉膛负压保持在-20 - -40Pa的范围内，如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷火，既影响环境卫生，又可能危及设备及操作人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增大，增加了引风机的电耗和烟气带走的热量损失。炉膛负压控制主要通过变频器2来实现。PT、PIC、PT3、PIC3、FT3、FIC3和变频器3组成了给煤量控制回路
13、。锅炉运行时，蒸汽压力和蒸汽生产量直接反映了锅炉燃烧发热量。如果媒的进给量改变，在保持最佳燃烧工况的情况下，蒸汽的生产量也会相应改变，所以通过变频器3调节给煤机的转速，就可以调节煤的进给量，从而控制蒸汽生产的目的。1图1 蒸汽锅炉燃烧控制过程系统的原理图（2）根据图一可得锅炉燃烧控制系统框图，如图2所示图2 锅炉燃烧控制系统框图2.1.1系统的工作原理当负载蒸汽量变化时，主调节器接受蒸汽压力信号P，输入给煤量调节器，及时调节给煤量，以适应负载的变化。同时，给煤量调节器将负载变化的信号输入给送风量调节器，以保持适当的风煤比例。由于送风量调节器与引风负压调节器之间有动态补偿信号，此时引风负压调节器
14、也同时动作，这样就保证了燃烧控制系统的协调动作。以保证正确的风煤比例和适当的炉膛负压。送风量调节器接受风量反馈信号，及时反映送风量的变化，以提高调节的稳定性。引风机负压调节器也接受炉膛负压信号，作为静态时对炉膛负压的校正作用。本系统通过压力传感器和流量传感器将锅炉的蒸汽压力、蒸汽流量、风量等信号送给PLC，然后通过PLC将信号送给变频器，以控制鼓风机的变频调速，实现系统的功能。2.2 鼓风机调速的要求风机作为锅炉用量最大的通用耗电设备，其能耗对生产成本影响很大。但目前的情况是，很大一部分风机不是在设计工况下运行，而是处于变工况下运行，为满足其要求,就需对风机进行调节。但传统的调节方式诸如改变风
15、门开度等,达不到最佳效果。而随着变频器技术的飞速发展和日益广泛的应用，越来越多的风机采用变频器进行调节，节能效果明显。2.2.1 鼓风机的负载特性风机负载的转矩与转速有关,基本上与速度的平方成正比,即MH=KHnH 式中: KH为比例常数；nH为风机转速； MH为风机负载转矩。风机的基本参数有：风量Q，风压H及风阻R。风机的重要特性曲线是H-Q曲线。根据风机参数的比例定律，在不同转速时的H-Q曲线如图3所示。由流体力学可知，当风机的速度由额定转速度nH e变化到nH后，风量Q，风压H及轴功率PH的变化规律为：Q=Qe(nHnHe)=K1n，K1=Qe/nHe；H=He(nHnHe) =K2n，
16、 K2=He/nHe；PH=PHe(nH*nHe) =K3n，K3=PHe/nHe。其中Qe是风机额定风量；He是风机的额定风压；PHe是风机的额定轴功率；nHe是风机的额定转速。由Q，H和PH的表达式可见：风量与速度成正比；风压与速度平方成正比；轴功率与速度立方成正比。图3 H-Q 曲线当风机的管网风阻保持不变时，其风量Q与通风阻力f按阻力定律变化，即f=RQ，它对应的曲线称为风阻特性曲线。风机的H-Q曲线与管网阻力曲线相交点称为工作点M（图1中,M1及M1为同一风机在两种不同速度下的H-Q曲线与R1风阻特性曲线相交的工作点,M2及M2为与R2风阻曲线相交的工作点）.22.2.2 鼓风机调速
17、方式鼓风机调节的基本原理是通过改变风机本身的特性曲线,或者外部的管网阻力曲线,或者同时改变二者,得到所需的工况。风量调节又具体分为2类:鼓风机恒速的调节和鼓风机变速的调节。（1）鼓风机恒速的调节改变鼓风机工作轮叶片安装角,此为轴流风机基本调节方法;前倒流器调节,此为离心式风机基本调节方式,轴流风机亦可用;风门(挡板)调节;更换工作轮调节;改变叶片数调节;改变叶片宽度调节;联合调节等等。（2）鼓风机变速的调节对于鼓风机变速调节，一般选用效率不高而简单的调速方式时，初期投资低而运行费用高；采用效率高而复杂的调节时，效果相反。调节时要兼顾高效和初投资。2.2.3 鼓风机变频调速（1）鼓风机实施变频调
18、速应结合发生炉的特点来考虑，综合考虑频率对风量、风压的影响,否则实施后效果可能会很差。如鼓风机初始风量选型过大而风压合适，这种情况下不宜单纯从降低风量节能的角度实现变频调速，并且鼓风机更不能仅实现低频恒定运转。如某鼓风机设计风量为10000 m/h，实际仅需6000 m/h，因转速与频率成正比，风量与频率成正比，风压与频率的平方成正比，风机消耗功率与频率的立方成正比，若将频率降低至30 Hz可满足要求，节电率也非常高，但风压却降低至36%，不能满足水煤气生产过程要求。 （2）鼓风机实施变频调速后，要达到与生产同步，应合理确定升频、降频信号的选取点。根据水煤气的生产特点，鼓风机的高频全速运转应在
19、吹风阶段，而低频运转应在制气阶段，那么可以在对发生炉鼓完风后取一个信号使鼓风机低速运行，而在制气结束后取一个信号使鼓风机全速运行。问题是信号从哪一个地方取最合适、最经济、最方便。大致有3个方案：从时间段上取，如吹风定为70 s，在吹风时间达到70 s时，发出降频信号，使变频器带动鼓风机电机低速运转。从程序段上取,如在程序段上显示“1”时发出信号,使变频器动作，鼓风机高频全速运转。从各气动或液动阀门上行程开关取信号。综合这3种方案来看，第2种方案应为优选，原因是除了经济、方便外，更重要的是其简单及高可靠性。具体实施时，还应充分考虑变频器带动鼓风机的时间，否则生产阶段进入吹风过程时，鼓风机从低速开
20、始加速，风量风压还远未达到要求，对生产影响大。所以启动信号应从第5个程序段上取，即显示“5”时，即是变频器的升频信号，而降频信号可在吹风结束程序段上显示“2”时取，确保了变频器带动鼓风机与生产的同步性，同时也给变频器的升降频过程留出了足够的时间。（3）鼓风机实施变频调速后应掌握好节电和节能的关系,找出最佳平衡点，达到既节电而发生炉产气能力、产气率变化又不大的目的。变频调速技术在鼓风机上的应用体现在吹风时的少量节电及制气时低频运转(如20 Hz)状态的大量节电。 （4）应充分考虑鼓风机实施变频调速后在频率从低频到高频爬升阶段的能耗，给鼓风机提速留出适量的时间，不能主观的认为在制气阶段频率可降至零
21、，以最大限度的节电，因为鼓风机在频率爬升阶段运转电流很大，甚至超出正常电流的30 %50%,这阶段时间过长，节电效果会很差，时间过短变频器会因过流而保护。如低频定得过高，节电效果就不理想了。33 系统硬件设计3.1 变频器的选型3.1.1 变频调速的基本原理当在一台三相异步电动机的定子绕组上加上三相交流电压时，该电压将产生一个旋转磁场，其速度由定子电压的频率所决定。当磁场旋转时，位于该磁场中的转子绕组将切割磁力线，并在转子绕组中产生相应的感应电动势和感应电流，而此感应电流又将受到旋转磁场的作用而产生电磁力，即转矩，使转子跟随旋转磁场旋转。当将三相异步电动机绕组的任意两相进行交换时，所产生的旋转
22、磁场的方向将发生改变。因此，电动机的转向也将发生改变。异步电动机定子磁场的转速被称为异步电动机的同步转速，其同步转速由电动机的磁极个数和电源频率所决定: ns=50f1/np ns-同步频率 fl-电源频率 np-磁极对数异步电动机的转速总是小于其同步转速，异步电机的实际转速可由下式给出: n=ns(1-s)=50f1 (1-s)/np 式中: n-电动机实际转速 s-异步电动机的转差率由式(2)可知，改变参数f1,s中的任意一个就可以改变电动机的转速，即对异步电动机进行调速控制。因此，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。从某种意义上说，变频器就是一个可以任意改变频率的交流电
23、源。在电动机调速时，一个重要的因素时希望保持每极磁通量为额定值不变。磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费:若要增大磁通，又会使磁通饱和，从而导致过大氏励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。对于直流电机来说，励磁系统是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持不变是很容易做到的。在交流异步电机种，磁通是定子和转子合成产生的。三相异步电机定子每相电动势的有效值是: Eg = 4.44f1n1kn1 式中:Eg-气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V； f1-定子频率，单位位HZ； n1-定子每相绕组串联匝数； kn1-基波绕组系数； -每极气隙磁通量，单位位Wb； 由公式可知，
24、只要控制好Eg和f1，便可以控制磁通不变。需要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种情况: （1）基频以下调速: 即采用恒定的电动势。由上式可知，要保持不变，但频率f1从额定值f1n向下调节时，必须同时降低Eg。然而绕组中的感应电动势是难以控制的，但电动势较高时，可以忽略电子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U1=E，则得U1/f=常值。低频时，U1和Eg都较小，定子阻抗压降所占的份量都比较显著，不能在忽略。这时，可以人为的把电压U1抬高一些，以便近似的补偿定子压降。带定子压降补偿的恒压频比控制特性为b线，无补偿的为a线。如图4所示。图4 恒压频比控制特性（2）基频以上调速在基频以上调速时，
25、频率可以从f1n往上增高，但电压U1磁通与频率成反比的降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到异步电动机的变频调速控制特性，如图5所示。如果电动机在不同的转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升容许的条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。在基频以下，属于“恒转矩调速”的调速，而在基频以上，基本上属于“恒功率调速”。图5 异步电动机变频调速控制特性3.1.2 调速控制风量的节能原理与风门控制风量方式相比 ,采用调速控制风量有着明显的节能效果 。通过图 1的风机特性曲线可以说明其节能原理 。图中，曲线 1为风机在恒速n1下的风压风量（H-Q）特性；曲线二为
26、管网风阻特性 (风门开度全开 ) 。设工作点为 A ,输出风量 Q 1 为 100% ,此时风机轴功率 N 1 同 Q 1 与 H1的乘积即面积 AH1 OQ1 成正比 。根据工艺要求，风量从Q1 降至 Q 2 有两种控制方法 。 ( 1 ) 风门控制。风机转速不变，调节风门(开度减小)，即增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线3，系统工作点由 A 移到 B。由图 6 可见，此时风压反而增加，轴功率N2与面积B H2 OQ 2 成正比，大小与 N 1 差不多。( 2 ) 调速控制 。风机转速由 n1 降到 n2 ,根据风机参数的比例定律，画出转速n2下的风压-风量 ( H-Q )特性 ,如曲线
27、4;工作点由原来的 A 点移到 C 点 。可见在相同风量 Q 2 的情况下，风压 H3大幅度降低，面积 CH3 OQ 2 也显著减少；节省的功率损耗N 同Q 2 与 H的乘积面积成正比，因而节能效果十分明显。图6 节能原理图3.1.3 变频调速控制的优点变频控制的优点除节能外，还有以下几点 : ( 1 ) 精确的速度控制 。变频器输出频率的精确度和分辨率都达到 0. 01 Hz。也就是说，1对磁极的电动机 ,转速可以以每分钟不到 1 转的速率调节 。因此 ，在工厂中可以根据物料流量的变化，精确地控制风机风量，既保证物料不堵不掉 ，又保证可靠的运行在最低转速，达到尽可能大的节能效果 。( 2 )
28、 软起动 。变频器输出频率可以连续地从0到 50 Hz之间变化，变化速率可以根据工艺要求设定，因此高压风机可以实现软起动 。通常高压风机容量都较大 ( 45 kW 以上 ) ,直接起动时冲击电流很大 ( 57倍额定电流值 ) ，造成对电网的干扰，同时对电网容量的要求也相应增加；即使安装附加的起动装置 ，冲击电流仍然相当大 。而软起动是平稳的，没有冲击电流，从根本上解决了大容量电动机的起动问题 。 ( 3 ) 完善的保护功能 。变频器的保护功能很强，在运行过程中能随时监测到各种故障，显示故障类别 (如电网电压降低，缺相，模块过热，过载，直流过电压，欠电压等 )，并立即封锁输出电压 。这种自我保护
29、的功能，不仅保护了变频电源，还保护了电机不被损坏 。( 4 ) 操作简单可靠 。变频器操作十分简单，通过按键就能设置各种参数、完成起动和停机操作，特别是简化了风机起动的操作过程 。由电网直接供电的电动机风机传动系统，启动前必须将风门全部关闭，待起动完成后，再将风门逐渐打开至适当的位置(该位置必须有相当的“风量欲量”，不可能适度)。而对变频器电动机风机的传动系统，风机风门始终在全开位置，不需要调节风门，只要操作按钮就能完成起动和精确的速度控制。变频控制除上述优点外，还降低了电机的损坏率，延长了使用寿命，这同样也是一种节能，为厂家间接带来了经济效益 。推广应用变频调速控制技术，提高经济效益，节约能
30、源，已刻不容缓 。3.1.4变频器选型原则（1）变频器类型的选择目前市场上的变频器，大致可分为三类。1)通用型变频器通常指没有矢量控制功能的变频器，也称简易变频器。2)高性能变频器通常指配备矢量控制功能的变频器。3)专用变频器专门针对某种类型的机械而设计的变频器，如水泵、风机用变频器，电梯专用变频器，起重机械专用变频器，张力控制专用变频器等。在此选择三菱FR-E500系列的变频器（2）变频器选择原则变频器在选型时其匹配的功率应比鼓风机电机铭牌功率高些，节电效果会比相同的功率匹配好。为了最大程度的节电，鼓风机应做到升频时快速达到高频高速，降频时快速达到低频低速,然后恒频低耗运转。等同的功率匹配，
31、会使变频器较难有效控制鼓风机电机快速升频或降频,这两个阶段耗时较多，从而削弱了节电效果。如功率选高些，可使变频器牵制鼓风机电机快速升频或降频，减少了这两个阶段的电耗，并且在鼓风机的低频运转阶段频率还可再低些，节电效果会更加突出，一般情况下变频器功率高出鼓风机电机铭牌功率10%20%，即可达到良好的效果。 6 注意限制起动电流容量大的电动机，每相绕组的匝数较少，电感量较小。故电流的脉动幅度和起动瞬间的冲击电流较大，起动过程中的加速电流也较大。因此，有必要采取如下对策。1)在变频器和电动机之间接入输出电抗器，如图7中的L，L可对冲击电流起缓冲作用，以保护变频器。图7 接入输出电抗器2)起动时的U/
32、f比应预置得小一些。3)加速时间和减速时间应预置得长一些，在设备要求快速起动和快速停机的情况下，变频器的容量不宜选得太小。73.1.5变频器的接线(1) 变频器主电路的接线主电路的基本接线变频器主电路的基本接线如图8所示。应注意几点：a.变频器的输入端和输出端是绝对不允接错的。R、S、T是变频器的输入端，接电源进线，可不分相序。U、V、W是变频器的出端，接线时千万要搞清这一点，万一将电源进线接到了U、V、W端，则不管哪个逆变管导通，都将引起两相间的短路而将逆变管迅速烧坏，如图9所示。图8 主电路接线图9 电源接错的后果示意图b.不能用接触器KM的触头来控制变频器的运行和停止，应该使用控制面板上
33、的操作键或接线端子上的控制信号来控制变频器的启、停。c.要改变电动机的旋转方向，最好用调换变频器输出端相序的方法（也可调换电动机的接线）不要用调换控制端子FWD或REV的控制信号来改变电动机的旋转方向。d.变频器的输出端不能接电力电容或器或大容量浪涌吸收器。（2）变频器控制电路的接线变频器的控制电路大体可分为模拟量控制和开关量（或称数字量）控制两种。a模拟量控制线模拟量控制线主要包括：输入侧的给定信号线和反馈信号线；输出侧的频率信号线和电流信号线。模拟量信号的抗干扰能力较低，因此必须使用屏蔽线。屏蔽层靠近变频器的一端，应接控制电路的公共端（COM），而不要接到变频器的地端（E）或大地，如图10
34、所示。屏蔽层的另一端应该悬空。布线时还应注意遵守以下原则：一是控制线要尽量远离主电路100mm以上；二是尽量不要和主电路交叉，如必须交叉时，应采取垂直交叉的方式。b开关量控制线如启动、点动、多挡转速控制等的控制线，都是开关量控制线。一般来说，模拟量控制线的接线原则也都适用于开关量控制线。但开关量的抗干扰能力较强，故在距离不远时，允许不使用屏蔽线，但同一信号的两根线必须相互绞在一起。且绞合间距离应尽可能小。（小于20米）如果操作台离变频器较远，应该先将控制信号转变成能远距离传送的信号，（中间加装信号转换及放大电路）再将能远距离传送的信号转变成变频器所要求的信号。c变频器的接地所有变频器都专门有一
35、个接地端子E，用户应将此端子单独与大地相接。即当变频器和其他设备，或有多台变频器一起接地时，每台设备都必须分别和地相接，如图11所示；不允许将一设备的接地端和另一台设备的接地线相接后再接地，如图12所示。接地线的线径不小于2.5mm。8图10 屏蔽接线法图11 正确接地图12 错误接地3.2 PLC的选型PLC从结构上分，可分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC的主要特点（1）可靠性高、抗干扰能力
36、强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。硬件方面:a.隔离，在微处理与1/0电路之间采用光电隔离减少外部干扰源对PLC的影响。b.滤波，对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，减少高频干扰。且有些模块还设置了连锁保护、自诊断电路等。软件方面:a.设置故障检测与诊断程序。b.当软件故障条件出现时，立即把状态重要信息存入指定存储器，禁止对存储器进行任何不稳定的读写操作，以防止存储器信息被冲掉。这样，一旦外界调节正常后，便可以恢复故障发生前的状态，恢复原来的工作。（2）编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PL
37、C还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。（3）设计安装容易，维护工作量少。功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。 本系统选用松下FP0型的PLC，点数为32点。3.3 PLC和变频器对系统的控制原理变频运行时，利用PLC实现数据采集、过程控制和变频调节鼓风机的转速。过程参数送至PLC，在PLC内进行A/D转换。当实际压力低于设定压力时,根据偏差进行PID数据处理，通过D/A转换后发出指令，使变频器输出频率升高，增加鼓风机转速,两台风机最大流量无法满足要求时，备用风机变频启动,并联运行,使实行压力达到设定压力要求；反之则逆运行，使压力在波动时保持稳定。其控制流程框图
38、如图15所示。10待添加的隐藏文字内容2图13 PLC变频控制原理图3.4 I/O口的分配下面是鼓风机与变频器组成的系统的I/O口分配输入设备 输入地址输出设备输出地址工频（SA1） X0接触器KM1Y0压力传感器X1接触器KM2Y1电源通电（SB1）X2接触器KM3Y2正转起动按钮（SB2）X3正转起动端Y3反转起动按钮（SB3）X4反转起动端Y4电源断电按钮（SB4）X5蜂鸣器报警Y5变频制动按钮（SB5）X6指示灯报警Y6电动机过载（FR）X7电动机过载指示灯Y7变频故障X103.5外部接线PLC与变频器的外部接线如下图所示： 图14 PLC与变频器的外部接线图4 系统软件设计4.1梯形
39、图程序梯形图程序如下：4.2程序说明（1）合上空气开关，接通电源。在PLC中输入程序。 （2）将转换开关SA1拨向“工频”，按下电源通电按钮SB1，鼓风机在工频状态下运行。 （3）当收到压力信号需要鼓风机变频时，开关SA1拨向“变频”，鼓风机开始变频运行。 （4）可以通过开关SB2、SB3控制鼓风机的正反转。 （5）故障处理：如果变频器因故障而跳闸，报警后，操作人员应立即将SA1拨向“工频”位置，这时输入继电器X0动作，一方面使控制系统投入工频运行方式；另一方面使Y5和Y6复位，停止声光报警。 （6）可以通过调节频率设定器RP使鼓风机处于不同的频率运行。5变频器的抗干扰 在变频器的输入和输出电
40、路中，除较低次的谐波成分外，还有许多频率很高的谐波电流，这些谐波电流除了增加输入侧的无功功率、降低功率因数（主要是频率较低的谐波电流）以外，还将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号，严重的甚至使某些设备无法正常工作。变频器干扰其他设备的根本原因，是因为其输入和输出电流中具有高次谐波成分。变频器的输入电流中具有很大的高次谐波成分，这些高次谐波电流除了影响功率因数外，也可能对其他设备形成干扰。由于绝大多数逆变桥都采用SPWM调制方式，其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形波。又由于电动机定子绕组的电感性质，其定子电流十分接近正弦波，但其中与载波频率相等的谐波分量仍较大。.变
41、频器的抗干扰措施针对干扰的不同传播方式，可采用各种相应的抗干扰措施，主要有以下方法。1. 变频器侧(1)对于通过感应耦合方式传播的干扰，主要通过正确的布线和采用屏蔽线来削弱。(2)对于通过电路传导的干扰，主要通过增大线路在干扰频率下的阻抗来削弱。实际上，可以串入一个小电感，它在基波频率下的阻抗是微不足道的，但对于频率很高的谐波电流，却呈现出较高的阻抗，起到了有效的抑制作用。(3)对于通过空中辐射方式传播的干扰，主要通过吸收的方法来削弱。 变频器的输出侧除了和和受控电动机相接外，与其他设备之间极少有线路上的联系，因此通过线路传播其干扰的情形可不予考虑。 在变频器的输出侧和电动机之间串入滤波电抗器
42、LD，可以滤除输出电流中的谐波成分。这样既可以抗干扰，还减小了电动机的谐波电流引起的附加转矩，改善了电动机的运行特性。2. 仪器侧(1)电源隔离法：因为变频器输入侧的谐波电流常常从电源侧进入各种仪器，故在受干扰仪器的电源侧采用有效的隔离和滤波措施。(2)信号隔离法：在某些传感器传输线较长，并采用电流信号的场合，还可以考虑在信号侧用光耦合器进行隔离。因为变频器在运行中会产生比较大的电磁干扰，为保证PLC不因变频器主电路断路器以及开关器件等产生的干扰而出现故障，连接时还应注意以下问题:（1）对PLC及变频器本身应按规定的接线标准和接地条件进行良好的接地，且在接地时应将两者很好地分开。（2）当电源条
43、件不是很好时，应在PLC的电源模块以及以O模块的电源线路中接人嗓音滤波器，若有必要，在变频器的一侧也应如此(主要是电抗器)。（3）当两者需要安装于同一面配电柜中时，应尽量将负载和控制线路分开。（4）可以通过使用屏蔽线和双纹线来提高整个系统的抗干扰水平。6结束语本文通过PLC和变频器来控制鼓风机的变频调速，经过调试和运行，基本完成了所需要的控制要求，其中变频调速有非常重要的作用，它不仅节能还有很多其他的优点。所以推广应用变频调速控制技术，对提高经济效益，节约能源有非常重要的作用。PLC对整个系统的控制简单方便，与单片机和传统的继电器控制相比提高了系统控制的准确性和可靠性。致谢首先，我要感谢王老师
44、在这几个月的悉心指导，在这次毕业设计中，她给了我很大的帮助，给我提了很多宝贵的指导意见，帮助我完成了这次毕业设计。然后，我还要感谢我的同学，在日常的生活和学习中给予我帮助。最后，我再次由衷地感谢他们。参考文献1 韩安荣.通用变频器及其应用.机械工业出版社2 黄运生,陈学.鼓风机变频调速系统的节能分析.中南工业大学学报,1997 4月 28(2)3 尚绪永,吴兆坤.水煤气炉鼓风机的变频调速.煤气与热力,2000 74 宫浩然.基于PLC控制的变频调速在物料搅拌系统中的应用,武汉理工大学5 翟广胜.变频器选择方法及应用.设备管理与维修,2009 16 朱正中,胡亚非.风机变频调速应用综述.煤矿机械
45、,2005(7)7 张燕宾.变频器的选型与安装.电气时代,2005(1) 8 曲海波,谭业军.通用型变频器的接线注意事项.机床电器,2006(2)9 郜振国.变频器与PLC连接需注意的问题.电工技术,2007(3) 10 李芳芹,任建兴.变频技术在电厂泵与风机系统中应用的节能分析.上海电力学院学报,2005 3月21(1) 11 李良仁.变频器调速技术与应用.电子工业出版社12 谢东,章彩云.变频调速技术在风机节能改造中的应用13 张大鹏.变频调速器在鼓风机中的应用14 赵建周,杨庆祥.变频器及其在节能方面的应用15 朱正中,胡亚非.风机变频调速应用综述16 戚学锋.高炉鼓风机计算机控制系统设计与实现17 岳伟彬.鼓风机变频调速控制分析18 李国厚.PLC原理与应用设计19 沈朝阳,胡雪峰.锅炉引风机变频调速节能改造20 杨成德,冯传富.鼓风机变频节能分析21 杨文胜,张云文.变频调速技术在鼓风机中的应用
