风机变频调速系统设计毕业设计论文Word文档下载推荐.docx
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交—直—交变频器，交—交变频器。
◆交—直—交变频器
图1-1
◆交--交变频器
它是由两组反并联的整流电路组成，直接将电网的交流电通过交频电路同时调节电压和频率，变成电压和频率可调的交流电输出。
1.2.2风机变频调速的实现
变频器调速是指靠改变电源的频率，电动机的转速就按比例变动。
在风机变频调速系统中，通过变频器来改变电源的频率f来改变电机的转速n0改变风机的转速，可以使风机的性能曲线改变，达到调节风机工况目的。
1.3变频调速应用
煤矿、油田、化工、电厂、机床等等各行各业。
基本上用到电机的行业都是可以使用变频器。
一个是工艺要求，很多地方需要电机转速比工频时快些或者慢些。
另一个是节能效果显著，电机消耗功率与电机转速的三次方成正比，你可以计算下，即使只降低几个频率也是可以省很多电的，尤其大电机。
还有就是控制方便，可以远程调节电机的转速。
1.4设计目标
设计一个锅炉风机变频调速控制系统。
改造并组成良好的燃烧工况，提高锅炉燃烧效率，降低能耗.
1.5设计内容
某某锅炉风机系统有引风机一台，采用变频调速，整个系统由变频器和压力变送器配合，实现炉膛保持稳定的微负压。
具体控制要求如下：
①按设计要求鼓风机恒速运行，引风机由变频器调频驱动，实现炉膛负压的调节。
②当炉膛负压高于上限压力时，变频器调高输出频率，加速引风机运行速度，迫使炉膛压力下调；
当炉膛负压低于下限压力时，变频器调低输出频率，减小引风机运行速度，使炉膛压力上升。
③参考指针式压力表的实际压力，炉膛压力目标值通过调节变频器操作面板上的▲▼键来设置；
PID反馈信号由压力变送器检测。
④通过变频器的PID调节功能，配合压力变送器检测的反馈信号，使炉膛负压保持恒定。
技术要求：
设计方案必须符合国家有关设计规范和规定。
第2部分设计说明硬件选型与安装
FR-S500系列如图2-1所示
图2-1变频器FR-S500
2.1FR-S500系列变频器基本结构和工作原理
2.1.1变频器的基本构成
变频器分为交一交和交一直一交两种形式。
交—交变频器可将工频交流直接转换成频率、电压均可控制的交流，交一直一交变频器则是先把工频交流通过整流器转换成直流，然后再把直流转换成频率、电压均可控制的交流，其基本构成如图2-10所示。
主要由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成。
整流器主要是将电网的交流整流成直流；
逆变器是通过三相桥式逆变电路将直流转换成任意频率的三相交流；
中间环节又叫中间储能环节；
由于变频器的负载一般为电动机，属于感性负载，运行中中间直流环节和电动机之间总会有无功功率交换，这种无功功率将由中间环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲；
控制电路主要是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制以及完成各种保护功能。
2.1.2变频器的调速原理
因为三相异步电动机的转速公式（1-1）
对异步电动机实行调速时，希望主磁通保持不变，因为磁通太弱，铁芯利用不充分，同样转子电流下转矩减小，电动机的负载能力下降；
若磁通太强，铁芯发热，波形变坏。
如何实现磁通不变？
根据三相异步电动机定子每相电动势的有效值为
式中
——电动机定子频率，单位为Hz；
——定子相绕组有效匝数；
——每极磁通量，单位为Wb。
从公式可知，对
和
进行适当控制即可维持磁通量不变。
因此，异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频器获得电压和频率均可调节的供电电源。
2.1.3变频器的额定值和频率指标
①输入侧的额定值
输入侧的额定值主要是电压和相数。
在我国的中小容量变频器中，输入电压的额定值有以下几种：
380V/50Hz，200~230V/50Hz或60Hz。
②输出侧的额定值
◆输出电压
，由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压的额定值是指输出电压中的最大值。
在大多数情况下，它就是输出频率等于电动机额定频率时的输出电压值。
通常，输出电压的额定值总是和输入电压相等的。
◆输出电流
，是指允许长时间输出的最大电流，是用户在选择变频器时的主要依据。
◆输出容量（KVA），
与
、
的关系为
。
◆配用电动机容量（kw）
，变频器说明书中规定的配用电动机容量，仅适合于长期连续负载。
◆过载能力，变频器的过载能力是指其输出电流超过额定电流的允许范围和时间。
大多数变频器都规定为150%
、60s，180%
、0.5s。
③频率指标
◆频率范围，即变频器能够输出的最高频率
和最低频率
各种变频器规定的频率范围不尽一致，通常，最低工作频率为0.1Hz~1Hz，最高工作频率为120Hz~650Hz。
◆频率精度，指变频器输出频率的准确程度。
在变频器使用说明书中规定的条件下，由变频器的实际输出频率与设定频率之间的最大误差与最高工作频率之比的百分数来表示。
频率分辨率，指输出频率的最小改变量，即每相邻两挡频率之间的最小差值。
一般分模拟设定分辨率和数字设定分辨率两种。
2.1.4变频器参数整定
变频器内部存在一个电源模块，断电后数据仍不会丢失所以在做参数设置之前要先将变频器内部的参数清零（恢复出厂设置）方法如下：
①参数清零
在PU运行模式下
p30为1—set（显示全部参数）
clr为10—set（清零所有）
参数清零完成
②参数设置
p30为1--set（显示全部参数）
p79为3--set（接收4~20ma信号且仅当Au为on时）
◆s60为4--set
2.2可编程控制器
2.2.1三菱PLC-FX2N简介
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。
如图3.2.1所示。
由于FX2n系列具备如下特点：
最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
如图2-1所示：
图2-1三菱PLCFX2N
2.2.2三菱PLC-FX2N功能
数字量模块
模拟I/O，高速计数器。
定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。
对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。
内置式24V直流电源24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。
快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。
时钟功能和小时表功能在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。
时间设置和比较指令易于操作。
小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。
持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。
输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。
注解记录功能元件注解可以记录在程序寄存器中。
在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。
RUN/STOP开关面板上运行/停止开关易于操作。
远程维护远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据
密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序
模拟量模块FX0N-3A
1、特殊功能模块FX0N-3A的主要性能
FX0N-3A是具有两路输入通道和一路输出通道，最大分辨率为8位的模拟量I/O模块，模拟量输入和输出方式均可以选择电压或电流，取决于用户接线方式。
FX0N-3A输入通道主要性能见表2-1，输出通道主要性能见表2-2。
表2-1FX0N-3A输入通道主要性能表
电压输入
电流输入
模拟输入范围
在出厂时，已为0至10VDC输入选择了0至250范围。
如果把FX0N-3A用于电流输入或非0至10V的电压输入，则需要重新调整偏置和增益。
模块不允许两个通道有不同的输入特性。
0～10V，0～5VDC，输入电阻为200KΩ
注意：
输入电压超过-0.5V、+15V可能损坏模块。
4～20mA，输入电阻250Ω.
输入电流超过-2mA、+60mA可能损坏模块。
数字分辨率
8位
最小输入
信号分辨率
40mV：
0～10V/0～250
依据输入特性而变
64μA:
4～20mA/0～250
总精度
±
0.1V
0.16mA
处理时间
TO指令处理时间2+FROM指令处理时间
输入特点
表2-2FX0N-3A输出通道主要性能表
电压输出
电流输出
模拟输出范围
在出厂时，已为0至10VDC输出选择了0至250范围。
如果把FX0N-3A用于电流输出或非0至10V的电压输出，则需要重新调整偏置和增益。
0～10V，0～5VDC，外部负载为：
1KΩ
至1MΩ
4～20mA，外部负载：
500Ω或更小
最小输出
TO指令处理时间×
3
输出特点
使用FX0N-3A时尚需注意：
①模块的电源来自PLC主单元的内部电路，其中模拟电路电源要求为24VDC±
10%，90mA，数字电路电源要求为5VDC30mA。
②模拟和数字电路之间光电耦合器隔离，但模拟通道之间无隔离。
③在扩展母线上占用8个I/O点（输入或输出）
2、接线
模拟输入和输出的接线原理图分别如图2-3、2-4所示。
接线时要注意，使用电流输入时，端子[Vin]与[Iin]应短接；
反之，使用电流输出时，不要短接[VOUT]和[IOUT]端子。
如果电压输入/输出方面出现较大的电压波动或有过多的电噪声，要在相应图中的位置并联一个约25V，0.1至0.47μF的电容。
图2-3模拟输入接线图
图2-4模拟输出接线图
3、编程与控制
可以使用特殊功能模块读指令FROM（FNC78）和写指令TO（FNC79）读写FX0N-3A模块实现模拟量的输入和输出。
FROM指令用于从特殊功能模块缓冲存储器（BFM）中读入数据，如图2-5（a）所示。
这条语句是将模块号为m1的特殊功能模块内，从缓冲存储器（BFM）号为m2开始的n个数据读入PLC，并存放在从D开始的n个数据寄存器中。
图2-5特殊功能模块读和写指令
TO指令用于从PLC向特殊功能模块缓冲存储器（BFM）中写入数据，如图3-6（b）所示。
这条语句是将PLC中从[S•]元件开始的n个字的数据，写到特殊功能模块m1中编号为m2开始的缓冲存储器（BFM）中。
模块号是指从PLC最近的开始按No.0→No.1→No.2……顺序连接，模块号用于用于以FROM/TO指令指定那个模块工作。
特殊功能模块是通过缓冲存储器（BFM）与PLC交换信息的，FX0N-3A共有32通道的16位缓冲寄存器（BFM），如表2-3所示。
表2-3FX0N-3A的缓冲寄存器（BFM）分配
通道号
b15-b8
b7
b6
b5
b4
b3
b2
b1
b0
#0
保留
当前输入通道的A/D转换值（以8位二进制数表示）
#16
当前D/A输出通道的设置值
#17
D/A转换启动
A/D转换启动
A/D通道选择
#1～#15
#18～#31
其中#17通道位含义：
b0=0,选择模拟输入通道1；
b0=1,选择模拟输入通道2.
b1从0到1，A/D转换启动
b2从1到0，D/A转换启动
图2-6是实现D/A转换的例程，图2-7是实现A/D转换的例程
写入模块号为0的FX0N-3A模块，D2是其D/A转换值。
图2-6D/A转换编程示例
读取模块号为0的的FX0N-3A模块，其通道1的A/D转换值保存到
D0，通道2的A/D转换值保存到D1。
图2-7A/D转换编程示例
第3部分设计成果
3.1组态王6.5.2的组态
3.1.1软件配置
北京亚控科技组态王6.5.2工程浏览器如图3-1所示：
图3-1组态王工程浏览器的界面
3.1.2创建新画面
建立画面：
在工程浏览器左侧的“工程目录显示区”中选择“画面”选项，左右侧视图中双击“新建”图标，弹出新建画面对话框，
新建画面属性设置如下：
画面名称：
风机监控中心
对应文件：
pic00001.pic
画面风格：
覆盖式
画面边框：
粗边框
画面位置：
左边：
顶边：
显示宽度：
800
显示高度：
600
画面宽度：
画面高度：
标题杆：
无效
大小可变：
在对话框中单机“确定”生成一幅名为“风机监控中心”的画面，如图3-2：
图3-2风机监控中心
3.1.3创建数据库
在对话框中添加变量如下：
变量名：
转速
变量类型I\O整型
变化灵敏度：
初始值：
最小值：
最大值：
100
最小原始值：
最大原始值：
转换方式：
线性
连接设备：
PLC
寄存器：
D0
数据类型：
SHORT
采集频率：
500毫秒
读写属性：
只写
用类似的方法建立其他属性的变量。
定义的变量如图3-3
图3-3数据词典中定义的变量
3.1.4画面命令语言
可以在画面显示时、隐含时或在画面存在期间定时执行画面民命令语言在定义画面的各种图素的动画连接时，可以进行命令语言的连接。
在画面的任意位置单机鼠标右键，在弹出的下拉菜单中选择“画面属性”命令，在画面属性对话框中选择“命令语言”选项，弹出命令语言对话框，如图3-4所示：
图3-4画面命令语言
在对话框中输入命令语言如下：
if（\\本站点\Y0==1）给Y0赋值为1
{
if（\\本站点\Y1==1）给Y1赋值为1
{\\本站点\转动数据=\\本站点\转动数据+\\本站点\转速;
if（\\本站点\转动数据>
=1000）\\本站点\转动数据=0;
}
if（\\本站点\Y2==1）给Y2赋值为1
{\\本站点\转动数据=\\本站点\转动数据-\\本站点\转速;
if（\\本站点\转动数据<
=0）\\本站点\转动数据=1000;
}
if（\\本站点\Y0==0）给Y0赋值为0
{\\本站点\Y1=0;
\\本站点\Y2=0;
}}Y1和Y2都为0
3.1.5建立关联
分别双击画面上的开关、正转、反转、游标、转速、风机建立关联如表3-1所示：
表3-1原件与变量关联
图形
变量
开关
y0
正转
y1
反转
y2
游标
####
风机
转动位置
3.2plc组态
3.2.1plc语言（梯形图）
PLC梯形图见图3-5：
图3-5PLC梯形图
3.2.2plc控制
◆点击菜单栏上的plc在下拉菜单中选择遥控运行/停止如图3-6所示：
图3-6遥控plc遥控运行/停止
将plc停止后，给plc注入程序
◆点击菜单栏上的plc在下拉菜单中选择传送下拉菜单里的写出如图3-7所示：
图3-7程序写入plc
然后在范围设置步终止中输入500如图3-8所示：
图3-8范围设置
◆遥控运行如图3-6所示
第4部分结束语
风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。
实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。
既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。
直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在9个月到16个月的生产中全部收回。
第5部分致谢
本论文是在导师的悉心指导下完成的。
导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，特别是在我们空闲时间给我们上课教导我们，为此耽误自己的休息时间，我感到十分的抱歉，在一个个同学的问题后依然耐心的替我们解答，这篇文章不仅是我一个人的作品还倾注了导师大量的心血在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
第6部分参考文献
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