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1、恒压供水系统设计与实现实现摘要变频调速恒压供水系统在工业和居民用水领域具有至关重要的地位。因此，迫切需要研发一款全新的、自动化程度高、可靠性强、节能效益显著的供水系统。本设计专注于居民用水方面，采用了台达VFD-F型变频器和三菱P1.C技术。该系统由变频器、P1.C和PlD调节器构成，以精确控制水泵的流量。系统配置了四台水泵，并可通过变频器或电网供电。根据出口水压和流量实时情况，调整水泵速度和切换，以确保供水系统运行在最佳状态。这种基于变频器的恒压供水系统不仅能够满足水需求，而且能够提高系统运行效率、延长设备寿命、节约能源，并且可构建具备强大功能的供水系统。本文主要从变频调速的应用前景出发阐述
2、了恒压供水变频调速研究的意义，简要的介绍了恒压供水的发展过程、指出在设计过程中采用变频器及P1.C的优点及应用，针对目前不足提出本课题的任务及目标。关键词：变频调速；恒压供水；P1.C前言饮水工程对每个人都至关重要，而供水系统在现代工业中扮演着关键角色。然而，作为饮用水工程中至关重要的一环，供水环节目前存在多项问题，传统供水方式已经无法满足社会发展和需求。经过对几种传统供水方式的比较分析，我们发现它们各自具有以下利弊：一、水塔。水塔的基建投资规模大，占地面积广，维护不便，水泵采用直接启动方式，这意味着启动时需要较高的电流，同时在控制柜内的触点数量较多，由此增加了受损的风险。频繁地启动水泵可能会
3、对电机造成损坏，并增加联轴器受损的可能性。然而，水塔的控制方式相对较为简单，允许在较长时间内不进行泵水操作。特别是在用水量较小时，可以长时间保持水泵关闭状态，从而减少系统的运行次数，降低损坏的风险。二、气压罐。为了减少水泵频繁启动，通常会设定较高的停泵压力。但这样可能会导致水泵效率降低，增加出水压力，浪费水资源。相比于水塔方案，气压罐方案通常消耗更多能量。在气压罐方案中，水泵启动时会受到较大的冲击，容易损坏，特别是在用水量大时。但是，气压罐方案的控制简单，维修方便。当气压罐充满时，可以暂停水泵进行维修，而在用水量少时，水泵可以长时间关闭。此外，气压罐方案的价格相对较低。三、液力耦合器和电池滑差
4、离合器调速的供水方式。这种方式的缺点在于，首先，它存在液体泄漏和过热需要冷却的情况，这不仅会导致系统效率较低，而且在维护方面也较为繁琐。其次，这种系统只能实现一对一的驱动，即每个泵只能由一个驱动器控制，这意味着在系统中存在多个泵时，需要分别进行驱动和监控，增加了系统的复杂性和维护成本。此外，由于其结构相对简单，容易出现故障，需要频繁进行检修和维护。但又由于它的机构简单，价格低，易于维护。四、单片机变频调速供水系统。此种方案比之前的供水方式具有更高的自动化程度，但研发周期长，操作员需求高，可靠性差，维修不便，不适合恶劣工业环境。传统供水系统存在水电资源浪费、效率低、可靠性差、缺乏自动化，严重影响
5、居民和工业用水需求。因此，迫切需要研发一种新型的供水系统，其自动化程度高、可靠性强、并且具有显著的节能效果，以满足时代发展的需求。本文描述了一种基于可编程逻辑控制器(P1.C)的变频调速恒压供水系统电路，该系统具有多项优点：首先，它提高了整个系统的效率，使得水泵运行更加稳定和高效；其次，通过减少水泵频繁启停，延长了系统的使用寿命；同时，由于采用了变频调速技术，能够有效节约能源，降低能耗成本；最后，这种系统还能够实现复杂功能，构建强大的供水系统，满足不同场景下的需求。第一章绪论1.l课题斫究的背景自20实际80年代起，工业化国家广泛应用变频调速技术，我国自80年代末开始在民用和工业建筑电气设计等
6、领域采用。与传统技术相比，如直流电机调速，变频调速技术有诸多优势，如体积小、重量轻、控制精度高、操作简便、可靠性高、通用性强等。尤其在高能耗设备控制方面，这项技术能显著节能，通过采用变频调速技术改造可使总耗电量减少30%-4()%,实现重大节能效果。变频调速恒压供水系统是典型应用之一，具备明显的节能效果和高控制精度。同时易于使用与维护，取得了良好的经济和社会效益。采用变频恒压供水可大幅减小水箱，有效减轻楼房负荷，降低工程成本并增加建筑面积。通过减少供水水泵频繁启停，变频调速节约资源并减轻电网压力，获得显著的节能效果。传统的供水方法一般有两种：1、水箱/水塔的供水该供水系统采用水箱/水塔结构，为
7、重力供水系统。利用水位高度产生的静压力进行供水，通常在建筑物顶部建造水塔或水箱。对于大型建筑物，该系统难以满足最不利供水点需求，且无法满足用水增长。屋顶水箱增加结构负荷，影响外观，需保持一定高度供水，增加了工程复杂性和投资周期。2、气压供水气体给水系统采用地下室或空旷区域，无需在屋顶设置水箱或独立建造水塔，通过加压将气体送入管网。其优势在于具有灵活性、建设速度快、受污染少、不影响美观。此外，能有效扩展和减少管道水锤与噪音，并可通过调整压力罐来应对增加的供水需求。然而，系统需要压力罐支持，且其体积和投资较大，压力波动较大，运行效率低。此外,需要使用张力膜或设置空气压缩机进行充气，导致较高的电能消
8、耗和运行成本。所谓恒压供水，是指通过闭环控制，使供水的压力保持恒定，实现完全匹配(供水,用水保持平衡)供水。其主要意义：1、提高供水质量用户用水量的波动是常见的，当用水量增加时，供水量也应相应增加，而当用水量减少时，供水量也应相应减少，从而保持压力的稳定性，进而提高供水质量。实现这一目标的方法包括使用调节阀、安装压力控制器和采用智能供水系统等。这些措施有助于确保供水系统能够及时、有效地满足用户的需求，提高供水系统的稳定性和可靠性，从而提高供水服务的质量和效率。2、节约能源利用变频调速技术实现恒压供水，相对于调节出水口阀门的恒压供水方法，其节能效果显著。本变频调速恒压供水系统采用了先进的技术和设
9、备，其中包括变频器、PID调节器、P1.C等组件构成控制系统。系统中配备了四个水泵，并通过一个变频器控制它们轮流运行，以实现恒压供水。水泵的输出流量通过调节其转速实现，而水泵电机的转速则由变频器控制。同时，压力传感器监测管道压力，并将反馈信息传递给压力调节器，以维持出口压力的恒定。这样的设计保证了供水系统能够在不同用水量下保持稳定的压力，从而提高了供水的质量和效率。由流体力学的伯努利原理知道：流量增大，出口压减小，此时输出较高的频率指令，使转速增大，从而维持出口压恒定。变频调速恒压供水控制最终是通过调节水泵转速来实现的。3、变频调速恒压供水控制系统的主要特点（1）高效节能。（2）小占地、低投入
10、、高效率。（3）灵活配置、高度自动化、功能完备、可靠性高。（4）合理运行可降低平均转速，减小轴上平均扭矩和磨损，提升水泵寿命。（5）实现软启停功能，避免启动和停机时的冲击和水锤效应。（6）操作简便，省时省力。1.2可编程序控制器的特点及应用早期的可编程逻辑控制器（P1.C）最初是为了取代继电器进行逻辑控制的。P1.C系统已经成为了工业控制领域的重要组成部分。它不仅仅是对传统继电器技术的一种更新，更是将计算机与通信技术等新兴技术融合在一起的产物。这使得P1.C系统不仅具有了继电器系统的可靠性，而且还拥有了计算机系统的灵活性和通信系统的实时性，从而大大提高了工业生产过程中的控制效率和精度。P1.C
11、系统已经成为了工业自动化领域的不可或缺的一部分，它的发展和应用为工业生产带来了巨大的便利和效益，为实现工业智能化提供了重要支撑。随着科技的不断发展和进步，相信P1.C系统还将会不断创新和完善，为工业控制领域的发展注入新的活力和动力。P1.C系统具有以下特点：1、可靠性高P1.C之所以很可靠，是因为它有很多防止受到干扰的措施，通过定时周期性的工作方式，不停地检查和执行任务。2、具有丰富的I/O接口模块针对不同工业现场信号，可编程逻辑控制器（P1.C）通过配置相应的输入/输出（I/O）模块，实现了与工业现场各种器件或设备的直接连接。这些I/O模块的灵活配置，使得P1.e能够适应各种信号类型和工业设
12、备的需求，从而实现了更为精准和可靠的控制。3、采用模块化结构为了更好地适应不断变化和多样化的工业控制需求，现代的可编程逻辑控制器（P1.C）在设计上趋向于模块化结构。与传统的单元式小型P1.C相比，大多数P1.C系统都采用了模块化设计，这意味着其各个组成部件都是独立的模块，通过机架和电缆连接起来。这种设计使得用户能够根据具体的应用需求和规模，自由地组合和定制系统的功能和规模。4、编程简单易学P1.C（可编程逻辑控制器）的编程通常采用类似于传统继电器控制线路的梯形图形式。在梯形图中，程序通过一系列的逻辑和控制元件（如接触器、定时器和计数器等）来实现自动化控制。这种直观的图形表示方式使得工程师们能
13、够直观地理解程序的运行逻辑，从而更加高效地进行P1.C编程和调试工作。P1.C的广泛应用已经使得它成为工业自动化领域中不可或缺的重要组成部分。5、安装简单,维修方便P1.C可在各种工业环境下直接运行，无需专门机房。各个模块都配备了运行和故障指示装置，这些装置不仅方便了用户对系统状态的了解，还能快速排查故障。而采用了模块化结构的设计使得在发生故障时能够快速更换模块，从而迅速恢复系统的正常运行。P1.C在我国水工业自动化领域得到了广泛的应用，涵盖了诸多领域。其主要功能不仅限于参数采集、生产控制、信息处理和设备监测，还包括了更为细致和复杂的任务，如系统优化、故障预测和远程监控等方面。这些功能的综合应
14、用使得P1.C在水工业自动化中扮演着不可或缺的重要角色，对提高生产效率、降低成本和优化管理起着至关重要的作用。1.3毕业设计任务及要求毕业设计课题是变频调速恒压供水系统监控软件设计，大体为以下四项内容：131、变频调速恒压供水系统现状和发展主要介绍其系统的目的和意义，简述了目前我们常用的供水系统，根据社会发展的需要必须要进行技术改造，变频器的广泛应用，随着技术的发展,其优越性越来越多，主要是节能、恒压、综合技术的集成等,以后将朝大容量、小体积、高性能、易操作、寿命高、可靠性强、无公害化发展，从而可以看出变频调速恒压供水的广泛前景；同时介绍了该供水系统起关键作用的变频调速技术和P1.C的应用以及
15、其特点。1.3.2、 变频调速恒压供水系统的理论原理主要介绍变频调速恒压供水系统的工作原理，变频器的节能、调速原理133、系统软件设计与实现主要介绍变频调速恒压供水监控软件的总体结构设计，包括了数据采集与通信，设备状态控制及数据管理；供水监控软件的数据库设计和供水监控软件结构设计都是采用Delphi6.0编程软件及其中的数据库开发DatabaseDesktop而进行的。1.3.4、 P1.C与上位机间的串口通信设计主要介绍串行通信与并行通信的优缺点，从而确定供水监控软件必须采用P1.C与上位机的串口通信，然后进行通讯参数设置，开发出通信测试界面，用P1.C通信程序指令实现串行通信。要完成毕业设
16、计的内容，必须掌握变频恒压供水监控系统软件设计的一系列技术；设计出能正常运行的系统软件；完成P1.C与上位机间的串行通信设计，能够进行通信测试。第二章交流变频调速器在交流调速系统中，变频器主要作用是将固定频率的交流电(通常为50HZ)通过电子器件进行调节，转换成可调频率范围内的交流电(通常为0400Hz),从而满足不同工作条件下电动机的运行需求。这项技术的广泛应用使得工业生产中的电动机控制更加灵活和高效。如图2.12.1变频调速器的基础知识一、变频器的变频与变压根据电机学原理可知交流电动机的同步转速n0=60flP感应电电机转速n=n(l-s)=60fl*(l-s)P式中，为f为供电频率、P为
17、电动机极对数、S为转差率。由此可以发现，若连续改变感应电动机的供电频率fl,则可实现电动机的无级调速,即变频调速的基本原理。由电机学知El=4.44flNlKnlmTe=CmmI2cosa式中，El气隙磁通在定子每相中的感应电动势的有效值（V）fl定子频率（HZ）Nl定子每相绕组串联匝数Knl基波绕组系数m每极气隙主磁通量（Wb）Te电磁转矩（Nm）Cm为转矩系数12转子电流折算至定子侧的有效值cosa转子电路的功率因数三相感应电动机正常运行时，定子阻抗压降很小，因此可以忽略则有UlEl4.44flNlKnlm式中UI为定子相的电压（V）。于是，主磁通m=El4.44flNlKnlUl4.44
18、flNlKnl由于4.44NlKnl为常数，UlElflm即感应电动势的有效值与定子供电频率和主磁通的乘积成正比，由于输入电压Ul保持不变，我们可以认为感应电动机的感应电压El基本上也不变。现在，让我们假设将频率从额定频率fn降低。这时，主磁通会增加。而如果将频率从额定频率fn提高，主磁通则会减少。这表明，只需正确控制感应电压El和供电频率fl,就可以控制磁通了。我们只需考虑两种情况：基频以下和基频以上。1、基频以下调速根据上述讨论，为了保持主磁通稳定，当频率fl从额定值HN向下调节时，必须同时减小El,以满足Elfl=常数，这是采用恒电动势频比控制方式。频率调节对系统稳定性的影响可能会更加显
19、著，因此需要细致地调整控制策略，以确保系统在各种工作条件下均能够保持稳定运行，并且在频率变化时能够实现快速而精确的响应。此外，还需考虑到不同工况下的电气特性变化，以及可能出现的额外压降和功耗变化，以综合评估系统的性能表现。因此，在实际应用中，需要综合考虑各种因素，并采取合适的措施来优化系统的运行效率和稳定性，从而满足工程需求和性能要求。2、基频以上调速在基频以上调速时，频率可以从flN往上增高，但电压Ul却不能增加得比额定电压UIN还要大，最多只能保持Ul=UIN。由UlElflm把基频以下和基频以上两种情况结合起来，可得图2.2所示的感应电动机变频调速控制特性。图2.2感应电动机变频调速控制
20、特性由上面的讨论可知，为了更好地适应不同工作负载和运行条件，从而提高系统的灵活性和效率。感应电动机的变频调速通过VVVF进行控制。通用变频器可以实现本平台上的基本要求。除了基本的VVVF调速控制外，还需要考虑到电机的响应速度、过载能力、稳定性等方面的需求，因此，通用变频器不仅需要满足电压和频率可调的基本功能,还需要具备一定的智能控制算法和保护功能，以确保电机在各种工作条件下都能够安全、稳定地运行。2.2变频器的构成与功能一、典型变频器的基本结构变频器由主回路和控制回路组成。如图2.3所示典型的电压变压器的基本结构图2.3典型的电压变压器的基本结构在许多情况下的调速过程中，为了确保电动机提供最大
21、转矩，需要保持磁通稳定，避免负载能力下降和大负载下出现过电流是关键，通过运算外部运转指令来调节输出电压、电流和频率，以确保系统在各种负载情况下都能够保持稳定，并在需要时能够快速调整以应对突发情况。整个系统可为开环或闭环，取决于控制精度需求。另外，为了防止主回路损坏，需要设置保护电路。1、主回路把原来的电源变成可以调节电压、电流和频率的电源，用来给电动机提供电力的那一部分就是变频器的主回路。主回路包括三个部分：变频器、滤波器和逆变器。还有，如果电动机需要制动，就要再加上一个制动回路。2、控制回路现代通用变频器采用数字控制，核心是微处理器。通过输入接口和通讯接口获取外部信号，进行U/f控制、矢量控
22、制或直接转矩控制。不仅提高了系统的精准度和稳定性，还大大降低了能耗和维护成本，使得变频器在各种工业应用场景中更为广泛和可靠地应用。2.3变频调速技术的原理变频调速技术是一项融合了现代电气技术与计算机控制的先进技术，这种技术不仅能够在水泵系统中实现节能，还能够确保水压稳定，从而提高了系统的可靠性和稳定性,减少了设备的维护成本和能源消耗。变频调速技术还可以根据实际需要进行智能化的调节，使得水泵系统能够根据不同的工作负载和运行条件进行自动调节，进一步提高了系统的灵活性和效率。通过数字化控制系统，可以实时监测水泵系统的运行状态，并根据实际情况对变频器进行调节，以确保系统始终处于最佳工作状态。我们知道，
23、水泵消耗功率与转速的三次方成正比，这一关系可以通过公式P=KnA3来表示。根据系统的实际流量需求进行自动调整，从而实现显著的节能效果。实践证明，使用变频设备可以平均降低水泵运行转速20%,这样的降速大幅度降低了能耗。这不仅因为直接降低了水泵运行的功率消耗，还因为变频调速能够根据系统负荷的实时变化智能调节转速，避免了系统在过低或过高流量下的非效率运行。第三章通用变频器的介绍3.1 变频器的组成与功能3.1.1、 主控电路1、主控电路的基本任务（1）接受各种信号在功能预置阶段，水泵系统将接收多种信号以确保各项功能的准确预置。这些信号包括但不限于各功能的预置信号、来自键盘或外界输入端子的给定信号、外
24、接输入端子的控制信号，以及来自电压、电流采样电路以及其他传感器的状态信号。通过综合这些信号，系统能够准确把握当前的工作状态，并根据用户的需求进行相应的功能预置，从而确保水泵系统在工作过程中能够稳定可靠地运行。这一过程中，系统会对接收到的各项信号进行精密的处理和分析，以确保预置功能的准确性和系统的稳定性。（2）进行基本运算进行矢量控制运算或其他必要的运算，这些运算包括但不限于对电路进行精确计算、执行适当的变换以及进行数据处理等。同时，需要实时计算出SPWM波形各切换点的波形，这涉及到对信号进行高效处理、频繁采样以及对电路参数进行动态调整等操作。（3）输出计算结果驱动电路向逆变管模块发送信号，生成
25、符合预设需求的SPWM电压波形，并将各种状态显示在显示器上，并输出至外部输出控制端子。2、主控电路的其他任务（1）实现各种控制功能；（2）实施各项保护功能。3.1.2、 面板控制器：操作面板由显示器和键盘输出器构成3.1.3、 外接给定与输入控制端1、外接给定端各类变频器均配置有外部输入给定信号的端口，根据给定信号的类型划分，一般包括电压信号给定端口和电流信号给定端口。2、外接输入控制端变频器能够接受来自外部的各种控制信号，这些信号可以是多样化的，包括但不限于数字信号、模拟信号以及各种传感器反馈的数据等。通过这些控制信号，变频器得以实现对其工作状态和输出频率的精确控制。3.1.4、 外接输出控
26、制端1、报警输出端：通常采取继电器输出。2、测量信号输出端：模拟量测量信号和数字量测量信号。3、状态信号输出端：主要有运行信号、频率到达信号、频率检测信号等，各输出端的具体测量内容可通过功能预置来设置。状态信号的输出电路通常时晶体管的集电极开路输出方式，用于直流低压电路中。外电路可通过光电耦合管接受其信号，可直接用发光二极管来指示各种状态。3.1.5、 控制电源、采样及驱动电路1、控制电源（1）主控电路主控电路以微机电路为主体，要求提供稳定性非常高0+5V电源。（2）外控电路为给定的电位器提供电源，通常为0+5V或0+10V;为外接传感器提供电源，通常为0+24V.2、采样电路采样电路的作用主
27、要是提供控制用数据和保护采样。（1）提供控制用数据尤其是进行矢量控制时.，必须测定足够的数据，提供给微机进行矢量控制运算。（2）提供保护采样将采样值提供给各保护电路（在主控电路内），在保护电路内与有关的极限值进行比较，必要时采取跳闸等保护措施。3、驱动电路若使用逆变管GTR,那么驱动电路的构成就不仅仅限于简单的电路元件，还需包括以隔离变压器为主体的专用驱动电源。这种设计要求不仅考虑到电路的性能和稳定性，还需充分考虑到各种环境条件和工作需求，以确保逆变管的稳定工作和高效性能。与传统的GTR相比，IGBT管的控制更为精细，其控制极与集电极、发射极之间的隔离性能更加出色。因此，不再需要独立的隔离变压
28、器作为驱动电源。以往需要独立设计的驱动电路现在常常与主控电路合并在一起。这种集成设计不仅简化了电路结构，降低了系统成本，同时也提高了整体系统的稳定性和可靠性。3.2 变频器的主要外接电路变频器的外接电路是变频器的接线端子和外围设备相连的电路，变频器的接线端子分为主回路端子和控制回路端子。各变频器的主回路端子相差不大，通常用R、S、T表示交流电源的输入端，U、V、W表示变频器的输出端。3.2.1、 外接主电路的结构1、单独控制的主电路变频器在实际应用中，还需要和许多外接的配件一起使用，图3.1所示为单独控制的外接主电路。QF是空气断路器，KM是接触器的主触点，UF是变频器。图3.1变频器的外接主
29、电路空气断路器的主要功能是：(1)隔离作用。当变频器需要进行检修，或者由于各种可能的因素而需要长时间停用时，务必将其与电源隔离，这样就可以通过切断QF来实现。(2)保护作用。当变频器的输入侧发生短路故障时，进行保护。接触器的主要功能包括：(1)通过操作按钮，用户可以控制变频器的启停电源，实现对设备的管理和控制。(2)在变频器出现故障的情况下，系统会自动感知并执行电源切断操作，以确保设备和人员的安全。3.2.2、 和工频切换的主电路和工频切换的必要性：（1）在供水系统中，为了降低设备投资成本，常采用一台变频器控制两台或三台水泵的方案。其工作原理为：首先由变频器控制主泵（一号泵），以实现恒压供水。
30、当工作频率达到49Hz或50Hz,但供水量仍不足时，主泵将切换至工频运行，并由变频器启动辅助泵（二号泵）。（2）某些生产机械是不允许停机的。再“变频”运行时，当变频器因发生故障而跳闸时，需将电动机迅速切换至工频运行，使生产机械不停机。（3）用户可根据工作需要选择“工频运行”或“变频运行”。电路特点：电路如图3.2其特点如下。图3.2切换控制的主电路1、由于电动机具有再工频下运行的可能性，因此熔断器FU和热继电器FR是不能省略的。2、在进行控制时，变频器的输出接触器KM2和工频接触器KM3之间必须有可靠的互锁，防止工频电源直接和变频器的输出端相接而损坏变频器3.2.3、 与工频切换的控制电路1、
31、主电路主电路如图3.3所示接触器KMl用于将电源接至变频器的输入端；KM2用于将变频器的输出端接至电动机；KM3用于将工频电源接至电动机，热继电器FR用于工频运行时的过载保护。图3.3继电器控制的切换电路的主电路图3.4继电器控制的切换电路的控制电路2、控制电路如图3.4所示。控制电路的要求是：接触器KM2和KM3绝对不允许同时接通，互相间必须有可靠的互锁。运行方式由开关SA进行选择。当将SA开关拨至“工频运行”模式时，使系统进入正常运行状态。接着，按下启动按钮SB2,首先中间继电器KAI会被激活并吸合，同时自锁，它会保持激活状态直到收到新的指令。在这个过程中，其动作触点KAI(I7)会闭合，
32、这个动作将触发接触器KM3的激活。接触器KM3的主触点也会闭合，这样启动电动机就可以进入“工频运行”状态。当需要停止电动机时，操作员只需按下停止按钮SB1.此时中间继电器KAl和接触器KM3都失去电流供给，从而切断了电动机的电源，系统停止运行。将SA开关切换至“变频运行”模式后，按下启动按钮SB2,中间继电器KAl激活并吸合，自锁。这使得KAl的动作触点闭合，激活接触器KM2,将电动机连接至变频器输出端。一旦KM2激活，断路触点断开，使电动机脱离工频电源，同时闭合触点激活KMl,将工频电源接至变频器输入端，允许电动机启动。KMl的动作闭合触点也随之闭合，为KA2的激活做好准备。3.2.4、 正
33、反转控制电路继电器控制的正反转电路的主电路如图3.5所示，控制电路如图226所示：图3.5继电器控制的正、反转电路的主电路图3.6继电器控制的正、反转电路的控制电路按钮SB2和SBl被设计用于控制接触器KM,进而控制变频器的电源连接或切断;按钮SB4和SB3用于控制正转继电器KAl,以控制电动机的正向运转和停止；按钮SB5和SB3用于控制反转继电器KA2,以控制电动机的反向运转和停止。电动机的正向和反向运转只有在接触器KM已经运行且变频器已经通电的情况下才能实现。KAl和KA2的动作闭合触点与按钮SBl的动作触点并联，用于防止电动机在云行状态下通过KM直接停机。3.3 变频器的主要参数简介3.
34、3.1、 启停控制方式在初次上电时变频器处于待机状态，此时输出端子U、V、W没有输出，电动机处于停机状态。为了输出预期频率的交流电源，需要进行启动。启动操作可以通过多种方式进行，其中一种方式是通过设置相关的参数来选择启动方式。具体选择哪种方式取决于生产过程的控制需求以及现场作业条件等各种因素，在实践中，需要仔细考虑各种因素，采取最适合的启动方式。3.3.2、 的控制通用的变频器均配有操作面板，其上有按键和显示器。可以设定变频器的的运行频率、监视操作命令、设定各种符号运行要求的参数和显示故隙报警信息等，同时也可以利用其实的按键进行变频器的启停控制。这种模式不需要外接其他的操作控制信号，可以直接在
35、变频器的面板上进行远距离的操作。一般采用面板控制方式的启停控制只有在变频器试用或者系统初期调试时使用，比较方便，但不使用与自动控制系统，用的较少。对于台达，在选择操作面板控制方式时，则需将参数P(H设定成0,由于为出厂设定值，可以不用设定。其操作面板如图3.7所示：图3.7VFD-F变频器的操作面板mH除屿南於ItHMMt娟般笈功他/资楸定健用以般f榭就AJwg冷汕MW停止舲能VFD变频器操作面板按键功能如表3.1表3.1VFD-F变频器操作面板按键功能操作面板功能说明PRGM/RESET选择正常操作模式或编程模式，在变频器运转或停机状态，按此键均有效，若变频器因异常情况而发生中断，在异常现象
36、排除后，按此键可复位FWD/REV按下此键会使电动机减速至OHz,再以反方向开始加速至所设定的频率值JOG按下此键，按着预先设定的点动频率执行点动运行FUNC/DATA在正常操作模式下，按此间可显示变频器各项状态信息，如给定频率、输出频率及输出电流；在编程模式下压按此键、可显示参数内容,在压下此键可将更改过的数据写入可掉电记忆的存储器内RUN启动运行键，若设定为外围端子控制，按此键无效STOP停止运行键2、外接端子控制方式通用的变频器均有专门启停控制方式的外部端子，一般由外部的命令按钮或P1.C的输出端子控制，适用于构成自动控制系统，用得较多。对于台达VFD-F变频器，若选择外围端子控制方式，
37、则需将POl参数设定成1或2o3、通信控制方式目前的变频器一般都具有通信功能，通过RS485等通信链路实现PC机与变频器之间、变频器与变频器之间，以及变频器与P1.C之间的数据交换，可以实现变频器的启停控制及参数设定等。具有传输数据量大、节省导线等优点，在大型的自动化系统中应用较多。对于台达VFD-F变频器，若选择通信控制方式，则需将POl参数设定成3或4。332、与频率设定相关的参数1、给定频率与频率给电信号相对应的频率称为给定频率2、输出频率变频器实际输出的频率3、基本频率基本频率是与变频器最大输出电压相对应的频率，通常设定为电动机的额定频率，而在中国通常为50Hz。因此设定好后，基本频率
38、是一定值，与给定信号无关。4、最大频率最大频率即为变频器所能产生之最高输出频率，一般而言，其设定值与电动机的额定频率相一致。设置好了最大频率，则外部频率给定信号和给定频率的对应关系就确定了。5、上限频率上限频率与最大频率有所不同，这两者并非完全对应特定的频率信号。上限频率通常应当与生产机械所需的最高转速相匹配，以确保其运行在适当的范围内。相比之下，最大频率是指系统所能达到的最高频率极限。在实际应用中，上限频率往往不能超过最大频率。因此，在使用变频器时，必须确保输出频率不超过上限频率，以有效避免生产机械在超出其设计转速范围时运行，从而保障生产线的稳定性和安全性。6、下限频率下限频率是指与生产机械
39、所要求的最低频率相对应的频率。在使用变频器时，输出频率不可能低于这个下限频率，因为它具有保护作用，确保机械设备在安全和有效的操作范围内工作。7、启动频率启动频率即变频器启动时的开始频率。由于在恒U/f控制方式下，在开始启动时，频率很低，电压很低，使得电动机启动转矩不足，对于较大的负载可能会造成电动机无法启动。为了避免这一频率死区，可将启动频率设置早能够确保电动机正常启动的频率上。但启动频率过高会造成电动机启动不平滑，对生产机械造成冲击。需要注意的是，启动频率预置好后，小于该启动频率的运行频率将不能工作。8、跳跃频率机械系统存在着固有的振荡频率，随着调速进行，实际频率也在持续变化。当机械系统的频
40、率与其固有振荡频率相等时，就可能引发谐振现象，导致振荡加剧，甚至损坏设备。消除机械共振有多种方法，其中在变频器中，一种有效的方法是确保输出频率始终不处于可能引发谐振的频率值上。这个频率值被称为跳跃频率。9、点动频率有时为了工件等的定位需要点动运行，此参数可设定点动运行速度。3.3.3、 频率给定方式所谓频率给定方式就是调节变频器输出频率的具体方法。1、外部模拟量给定方式当涉及到模拟信号时，通常有以下两种情况：电压信号：这种类型的信号通常以电压大小作为所传递的信息，其范围一般被限制在OIOV之间。电流信号：该类型的信号以电流大小作为给定信号，范围通常在420mA。2、数字量给定方式即使给定信号为
41、数字量，频率的给定精度通常较高，常见的给定方式包括以下两种:操作面板给定：可以使用设备操作面板上的“增加”和减少”按钮来调节频率。多档转速控制：在变频器的外部接口端子中，通过必要的参数设置，可以将多个输入端口配置为多档转速控制端口。根据这些输入端口的状态（开或闭合），可以组合成多个档位。每个档位可以预设一个对应的工作频率。因此，电动机速度的切换可以通过外部开关改变外部接口端子的状态来实现。3、通信给定方式有上位机通过通信接口进行设定，上位机一般为PC机或可编程控制器P1.Co334、变频器的控制方式1、恒U/f控制为了确保电动机的磁通保持恒定，以充分发挥其性能，变频调速的基本方法是使输出频率和
42、输出电压按比例变化。然而，这种控制方法在低频区域存在电动机转矩不足的缺陷，因此通常需要在低速运行时使用转矩提升功能来弥补这一不足。2、矢量控制矢量控制效仿直流调速，实现对电磁转矩的有效控制，优于恒U/f控制。其效果与三相感应电动势参数相关。现代变频器可自动获取所需参数，包括定子/转子电感、电阻及转速，无需额外转速传感器。3、直接转矩控制直接转矩控制和矢量控制都具有较高的效率和特点。然而，需要注意的是，直接转矩控制相对于矢量控制而言，对电机参数的依赖程度略高一些。这是因为在直接转矩控制中，更多的是直接控制电机的转矩输出，因此对电机参数的准确性和精确性要求较高,以确保控制系统的稳定性和性能。3.3
43、.5、 工艺参数1、加减速时间通过变频器的加减速时间，即从零频率逐渐调整至最高频率，或者从最高频率平稳过渡至零频率所需的时间。在设定加减速时间时，需要综合考虑多种因素。首先，加减速时间的设定应当考虑到电机启动时的电流波形，以避免电流突增超过过电流限制，从而引发过电流保护装置的触发。其次，加速时间的控制也需考虑直流回路电压的变化情况，确保在加速过程中不会导致电压过高，触发过电压保护机制，从而影响系统的正常运行。合理设定加减速时间，不仅可以有效地保护电机及其周边设备，还能提升系统的工作效率和使用寿命。加速时间的设定要考虑频率范围从nl到n2而不是从零速到最高速时的换算，如下式所示：Ta=T(Nma
44、x-0X112-nl)式中，NmaX为最高速度、T为从加速到用户希望的加速时间、为换算后的设定时间。对于减速具有相似的关系。2、加减速曲线频率启动是一种通过调节定子电压和频率来实现所需性能的技术手段。在实际工作中，我们常常需要考虑多种因素。其中包括启动电流的最小化、启动损耗的最小化、启动时间的缩短以及启动过程的平稳性等方面。3、齿隙补偿曲线对于齿隙补偿曲线，其加减速时的停止频率和停止时间可通过参数Pr.MO-Pr143来设定，具体见表3.2所示表3.2齿隙补偿相关参数设定参数号出厂设定设定范围备注290033：齿隙曲线1401.OOHz0400Hz当Pr.29=3时有效1410.5s0360s
45、当Pr.29=3时有效1421.00Hz0400Hz当Pr.29=3时有效143Os0360s当Pr.29=3时有效4、转矩提升在恒U/f控制方式中，当变频器在低频区运行时（如启动初期），定子电压很低，此时由于钉子压降落在定子阻抗上的比例增加，造成磁通降低，从而使电动机产生的电磁转矩不足，在负载较大时电动机无法正常启动或无法拖动负载运行。为此，必须对低频区的转矩加以提升，方法就是在低频区人为地将定子电压增加一部分，增加的部分就消除或减弱定子阻抗对磁通的影响。3.3.6、 变频器参数K死区时间在变频器的逆变电路部分，为了有效防止同一相上下桥臂的两个功率开关器件同时导通，通常需要设置一个称为死区时
46、间的参数。这个死区时间的大小与开关器件的关断时间密切相关。如果死区时间设置过小，存在着桥臂直通的风险，这可能导致电路运行不稳定甚至损坏器件；而如果死区时间设置过大，可能会影响输出波形的质量，导致输出信号的失真或不稳定。因此，在实际设计和应用中，我们需要根据具体情况来调整死区时间，以平衡保护电路和输出波形质量之间的关系。2、载波频率载波频率的高低对电动机运行时的噪声大小以及变频器的开关损耗等产生着显著影响。在使用变频器时，如果对噪声抑制的要求不是很严格，可以选择较低的载波频率。这样做有利于减少变频器的开关损耗，并降低射频干扰的发射强度，从而进一步提高设备的性能和稳定性。一般使用出厂值即可。3.3
47、.7、 PlD调节功能参数大多数变频器都配备了PID调节功能，这项功能可以让它们更加智能和灵活。然而,有些变频器可能需要额外的选件才能启用这一功能。PlD调节（比例积分微分调节）是一种高级的控制方法，它可以使变频器更精确地响应于外部反馈信号，从而实现更稳定和精准的控制。当变频器执行PlD控制时，操作者需要根据具体的应用场景和要求来设置相关参数，这包括但不限于比例增益、积分时间和微分时间等。通过合理调整这些参数，可以使变频器在各种工况下都能够实现最佳的性能和效果。因此，在实际应用中，对PID参数的设定至关重要，它直接影响着变频器在控制过程中的稳定性、响应速度和抗干扰能力等方面的表现。在使用变频器中的PID功能时，除了上的P、I两个参数外（一般微分环节不用），还要指定给定信号和反馈信号接收端子，以及设定反馈信号的滤波时间常数等。338、报警与故障参数在通用变频器中，故障保护和报警功能被设计得非常周全，涵盖了诸如过流、过载、过压、欠压等多种保护功
