風機變頻調速

1、交流變頻器調速姓 名： 學 號： 系 部： 班 級： 指導老師： 二0一0年十一月內容摘要交流變頻調速是交流電動機調速方法中最理想的方案，采用變頻器對風機、水泵類機械進行調速來調節(jié)風量、流量的方法，對節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益具有重要意義。但是，過去由于各種原因，如變頻器的價格、質量、容量等因素的約束，沒有得到廣泛應用。近年來隨著IC產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，變頻器的價格大幅下降，可靠性增強，容量增大（已達到400KW），變頻器的使用已成倍增長。本文介紹風機的變頻調速發(fā)展和技術現(xiàn)狀，并從變頻器在風機上的應用展開探討。關鍵字：異步電機、變頻器、變頻調速、三菱plc目錄內容摘要II關鍵字II引言1第1章 緒論2

2、1.1 采用變頻器對風機調速的意義212風機調速的特點2風機調速方案討論2風機變頻調速的實現(xiàn)41.3 變頻調速應用4第2章 硬件選型與安裝52.1 FR-S500系列變頻器基本結構和工作原理5變頻器的基本構成5變頻器的調速原理6變頻器的額定值和頻率指標6變頻器參數(shù)整定72.2 可編程控制器7三菱PLC-FX2N 簡介7三菱PLC-FX2N功能8第3章 軟件組態(tài)133.1 組態(tài)王的組態(tài)13軟件配置13創(chuàng)建新畫面14創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫16畫面命令語言163.2 plc組態(tài)18語言（梯形圖）18控制18第4章 總結20致謝20參考文獻20引言 在工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風機、泵類設備應用范圍廣泛；其電能

3、消耗和諸如閥門、擋板相關設備的節(jié)流損失以及維護、維修費用占到生產(chǎn)成本的7%25%，是一筆不小的生產(chǎn)費用開支。隨著經(jīng)濟改革的不斷深入，市場競爭的不斷加??；節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質量的重要手段之一。 而八十年代初發(fā)展起來的變頻調速技術，正是順應了工業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展的要求，開創(chuàng)了一個全新的智能電機時代。一改普通電動機只能以定速方式運行的陳舊模式，使得電動機及其拖動負載在無須任何改動的情況下即可以按照生產(chǎn)工藝要求調整轉速輸出，從而降低電機功耗達到系統(tǒng)高效運行的目的。 八十年代末，該技術引入我國并得到推廣?，F(xiàn)已在電力、冶金、石油、化工、造紙、食品、紡織等多種行業(yè)的電機傳動設備中得到實際應

4、用。目前，變頻調速技術已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動技術的一個主要發(fā)展方向。卓越的調速性能、顯著的節(jié)電效果，改善現(xiàn)有設備的運行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設備利用率，延長設備使用壽命等優(yōu)點隨著應用領域的不斷擴大而得到充分的體現(xiàn)。第1章 緒論1.1 采用變頻器對風機調速的意義通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風機設備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風速、風量、溫度等指標進行控制和調節(jié)以適應工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調節(jié)風門、擋板開度的大小來調整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節(jié)流損

5、失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產(chǎn)成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。本文從我國中小型工廠風機的使用現(xiàn)狀出發(fā)，設計出了一套基于plc變頻調速風機控制系統(tǒng)。12風機調速的特點風機調速是指根據(jù)生產(chǎn)需要風速進行控制和調節(jié)以適應工藝要求和運行工況，這樣不僅滿足生產(chǎn)的需求又節(jié)約了能源。 風機調速方案討論風機多為交流異步電機拖動，當電機轉速降低時，即可節(jié)約能源，經(jīng)濟效益十分顯由異步電動機的轉速公式（1-1）（1-2）： （1-1）式中：n0 : 異步電動機的同步轉速n : 異步電動機轉子的轉速p ：電動機的磁極對數(shù)f : 電

6、源頻率s ：轉差率 (1-2)因此改變，電動機的磁極對數(shù)p、改變轉差率s及改變電源頻率f都可以改變轉速。變磁極對數(shù)調速在電源頻率一定的情況下，電動機的同步專屬與磁極對數(shù)成反比，改變電動機磁極對數(shù)，就可以改變轉速。通過改變定子繞組的接線方法來改變磁極對數(shù)以改變電動機一相繞組為例，電流方向都是一致的，只要改變定子繞組的連接方法，就可以成倍地改變磁極對數(shù)p如果是P=1,2,3等，就可以得到n0=3000,1500,1000r/min等不同的同步轉速，從而得到不同的轉子轉速。這種調控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效益顯著，效率高，但需要專門的變級電機，是有極調速，而且級差比較大，只適合于特定轉速的生產(chǎn)機器

7、。變頻調速變頻調速是將電網(wǎng)交流點經(jīng)過變頻器變成電壓和頻率均可調的交流電，然后供給電動機，使其可以在變速的情況下運行。改變電動機定子頻率f可以平滑地調節(jié)同步轉速n0 ，相應地也改變轉子轉速n，而轉差率s可保持不變或很小。但對電動機來說，定子頻率改變后，其運行影響，如果電壓不變，頻率增加時，磁通減少，電動機轉矩下降，嚴重時會使電動機堵轉；頻率減小，磁通增加，會使磁路飽和，勵磁電流上升，導致鐵芯損失急劇增加而發(fā)熱，是不允許的。因此，在實際應用中，要求調頻的同時，改變定子電壓，保持磁通基本不變，既不使鐵芯發(fā)熱，又保持轉矩不變。實現(xiàn)調頻調壓的電路有兩種：交直交變頻器，交交變頻器。 交直交變頻器 交-交變

8、頻器它是由兩組反并聯(lián)的整流電路組成，直接將電網(wǎng)的交流電通過交頻電路同時調節(jié)電壓和頻率，變成電壓和頻率可調的交流電輸出。 風機變頻調速的實現(xiàn)變頻器調速是指靠改變電源的頻率，電動機的轉速就按比例變動。在風機變頻調速系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機的轉速n0改變風機的轉速，可以使風機的性能曲線改變，達到調節(jié)風機工況目的。1.3 變頻調速應用煤礦、油田、化工、電廠、機床等等各行各業(yè)?；旧嫌玫诫姍C的行業(yè)都是可以使用變頻器。一個是工藝要求，很多地方需要電機轉速比工頻時快些或者慢些。另一個是節(jié)能效果顯著，電機消耗功率與電機轉速的三次方成正比，你可以計算下，即使只降低幾個頻率也是可以省很多電的

9、，尤其大電機。還有就是控制方便，可以遠程調節(jié)電機的轉速。第2章 硬件選型與安裝FR-S500系列 如圖2-1所示圖2-1 變頻器FR-S500 2.1 FR-S500系列變頻器基本結構和工作原理 變頻器的基本構成 圖2-10 交-直-交變頻器的基本構成變頻器分為交一交和交一直一交兩種形式。交交變頻器可將工頻交流直接轉換成頻率、電壓均可控制的交流，交一直一交變頻器則是先把工頻交流通過整流器轉換成直流，然后再把直流轉換成頻率、電壓均可控制的交流，其基本構成如圖2-10所示。主要由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成。整流器主要是將電網(wǎng)的交流整流成直流；逆變器是通過三相橋式逆變電

10、路將直流轉換成任意頻率的三相交流；中間環(huán)節(jié)又叫中間儲能環(huán)節(jié)；由于變頻器的負載一般為電動機，屬于感性負載，運行中中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率交換，這種無功功率將由中間環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖；控制電路主要是完成對逆變器的開關控制，對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能。 變頻器的調速原理因為三相異步電動機的轉速公式（1-1）對異步電動機實行調速時，希望主磁通保持不變，因為磁通太弱，鐵芯利用不充分，同樣轉子電流下轉矩減小，電動機的負載能力下降；若磁通太強，鐵芯發(fā)熱，波形變壞。如何實現(xiàn)磁通不變？根據(jù)三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為式中 電動機定子頻率，單位為Hz；定子相

11、繞組有效匝數(shù)；每極磁通量，單位為Wb。從公式可知，對和進行適當控制即可維持磁通量不變。因此，異步電動機的變頻調速必須按照一定的規(guī)律同時改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻器獲得電壓和頻率均可調節(jié)的供電電源。 變頻器的額定值和頻率指標輸入側的額定值輸入側的額定值主要是電壓和相數(shù)。在我國的中小容量變頻器中，輸入電壓的額定值有以下幾種：380V/50Hz，200230V/50Hz或60Hz。輸出側的額定值輸出電壓，由于變頻器在變頻的同時也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸出電壓中的最大值。在大多數(shù)情況下，它就是輸出頻率等于電動機額定頻率時的輸出電壓值。通常，輸出電壓的額定值總是和輸入電壓相等的。輸出

12、電流，是指允許長時間輸出的最大電流，是用戶在選擇變頻器時的主要依據(jù)。 輸出容量（KVA），與、的關系為。 配用電動機容量（kw），變頻器說明書中規(guī)定的配用電動機容量，僅適合于長期連續(xù)負載。 過載能力，變頻器的過載能力是指其輸出電流超過額定電流的允許范圍和時間。大多數(shù)變頻器都規(guī)定為150%、60s，180%、0.5s。頻率指標 頻率范圍，即變頻器能夠輸出的最高頻率和最低頻率。各種變頻器規(guī)定的頻率范圍不盡一致，通常，最低工作頻率為0.1Hz1Hz，最高工作頻率為120Hz650Hz。 頻率精度，指變頻器輸出頻率的準確程度。在變頻器使用說明書中規(guī)定的條件下，由變頻器的實際輸出頻率與設定頻率之間的最大

13、誤差與最高工作頻率之比的百分數(shù)來表示。頻率分辨率，指輸出頻率的最小改變量，即每相鄰兩擋頻率之間的最小差值。一般分模擬設定分辨率和數(shù)字設定分辨率兩種。2.1.4變頻器參數(shù)整定變頻器內部存在一個電源模塊，斷電后數(shù)據(jù)仍不會丟失所以在做參數(shù)設置之前要先將變頻器內部的參數(shù)清零（恢復出廠設置）方法如下： 參數(shù)清零在PU運行模式下s30為1set（顯示全部參數(shù)）clr為10set（清零所有）參數(shù)清零完成 參數(shù)設置在PU運行模式下s30為1-set（顯示全部參數(shù)）p79為3-set（接收420ma信號且僅當Au為on時） s60為4-set 2.2 可編程控制器三菱PLC-FX2N 簡介可編程控制器是一種數(shù)字

14、運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。如圖所示。由于FX2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。如圖2-1所示：圖2-1三菱PLC FX

15、2N PLC實質上是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，如圖2-2所示。中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）存儲器輸入、輸出（I/O）單元電源部件編程器編 程 器系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器輸入電路輸出電路電 源圖2-2三菱PLCFX2N硬件結構 三菱PLC-FX2N功能數(shù)字量模塊模擬I/O，高速計數(shù)器。定位控制達到16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。 內置式24V直流電源 24V、400mA直流電源可用于外圍設備，如傳感器或其它元件。 快速斷開端子塊 因為采用了優(yōu)良的可維護性快速

16、斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。時鐘功能和小時表功能 在所有的FX2NPLC中都有實時時鐘標準。時間設置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息。 持續(xù)掃描功能 為應用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期。 輸入濾波器調節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中x000到x017）。 注解記錄功能 元件注解可以記錄在程序寄存器中。 在線程序編輯 在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉。 RUN/STOP 開關 面板上運行/停止開關易于操作。 遠程維護 遠處的編程軟件可以通過調制解調器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù) 密碼保護 使用一個八位數(shù)字密碼保護

17、您的程序模擬量模塊FX0N-3A 1、特殊功能模塊FX0N-3A的主要性能FX0N-3A是具有兩路輸入通道和一路輸出通道，最大分辨率為8位的模擬量I/O模塊，模擬量輸入和輸出方式均可以選擇電壓或電流，取決于用戶接線方式。FX0N-3A輸入通道主要性能見表2-1，輸出通道主要性能見表2-2。表2-1 FX0N-3A輸入通道主要性能表電壓輸入電流輸入模擬輸入范圍在出廠時，已為0至10VDC 輸入選擇了0至250范圍。如果把FX0N-3A用于電流輸入或非0至10V的電壓輸入，則需要重新調整偏置和增益。模塊不允許兩個通道有不同的輸入特性。010V，05V DC，輸入電阻為200K注意：輸入電壓超過-0

18、.5V、+15V可能損壞模塊。420mA，輸入電阻250.注意：輸入電流超過-2 mA、+60 mA可能損壞模塊。數(shù)字分辨率8位最小輸入信號分辨率40mV：010V/0250依據(jù)輸入特性而變64A: 420mA/0250依據(jù)輸入特性而變總精度±0.1V±0.16 mA處理時間TO指令處理時間2 + FROM指令處理時間輸入特點表2-2 FX0N-3A輸出通道主要性能表電壓輸出電流輸出模擬輸出范圍在出廠時，已為0至10VDC 輸出選擇了0至250范圍。如果把FX0N-3A用于電流輸出或非0至10V的電壓輸出，則需要重新調整偏置和增益。010V，05V DC，外部負載為：1K至

19、1M420mA，外部負載：500或更小數(shù)字分辨率8位最小輸出信號分辨率40mV：010V/0250依據(jù)輸入特性而變64A: 420mA/0250依據(jù)輸入特性而變總精度±0.1V±0.16 mA處理時間TO指令處理時間×3輸出特點使用FX0N-3A時尚需注意：模塊的電源來自PLC主單元的內部電路，其中模擬電路電源要求為24VDC±10%，90mA，數(shù)字電路電源要求為5VDC 30mA。模擬和數(shù)字電路之間光電耦合器隔離，但模擬通道之間無隔離。在擴展母線上占用8個I/O點（輸入或輸出）2、 接線模擬輸入和輸出的接線原理圖分別如圖2-3、2-4所示。接線時要注意

20、，使用電流輸入時，端子Vin與Iin應短接；反之，使用電流輸出時，不要短接VOUT和IOUT端子。F的電容。圖2-3 模擬輸入接線圖圖2-4 模擬輸出接線圖3、編程與控制可以使用特殊功能模塊讀指令FROM（FNC78）和寫指令TO（FNC79）讀寫FX0N-3A模塊實現(xiàn)模擬量的輸入和輸出。FROM指令用于從特殊功能模塊緩沖存儲器（BFM）中讀入數(shù)據(jù)，如圖2-5（a）所示。這條語句是將模塊號為m1的特殊功能模塊內，從緩沖存儲器（BFM）號為m2開始的n個數(shù)據(jù)讀入PLC，并存放在從D開始的n個數(shù)據(jù)寄存器中。圖2-5 特殊功能模塊讀和寫指令TO指令用于從PLC向特殊功能模塊緩沖存儲器（BFM）中寫入

21、數(shù)據(jù)，如圖3-6（b）所示。這條語句是將PLC中從S元件開始的n個字的數(shù)據(jù)，寫到特殊功能模塊m1中編號為m2開始的緩沖存儲器（BFM）中。模塊號是指從PLC最近的開始按No.0No.1No.2順序連接，模塊號用于用于以FROM/TO指令指定那個模塊工作。特殊功能模塊是通過緩沖存儲器（BFM）與PLC交換信息的，F(xiàn)X0N-3A共有32通道的16位緩沖寄存器（BFM），如表2-3所示。表2-3 FX0N-3A的緩沖寄存器（BFM）分配通道號b15-b8b7b6b5b4b3b2b1b0#0保留當前輸入通道的A/D轉換值（以8位二進制數(shù)表示）#16當前D/A輸出通道的設置值#17D/A轉換啟動A/D轉

22、換啟動A/D通道選擇#1#15#18#31保留其中#17通道位含義：b0=0,選擇模擬輸入通道1；b0=1,選擇模擬輸入通道2.b1從0到1，A/D轉換啟動b2從1到0，D/A轉換啟動圖2-6是實現(xiàn)D/A轉換的例程，圖2-7是實現(xiàn)A/D轉換的例程例1： 寫入模塊號為0的FX0N-3A模塊，D2是其D/A轉換值。圖2-6 D/A轉換編程示例例2 ： 讀取模塊號為0的的FX0N-3A模塊，其通道1的A/D轉換值保存到D0，通道2的A/D轉換值保存到D1。圖2-7 A/D轉換編程示例第3章 軟件組態(tài)3.1 組態(tài)王的組態(tài)3.1.1軟件配置北京亞控科技組態(tài)王工程瀏覽器如圖3-1所示：圖3-1 組態(tài)王工程

23、瀏覽器的界面3.1.2創(chuàng)建新畫面建立畫面：在工程瀏覽器左側的“工程目錄顯示區(qū)”中選擇“畫面”選項，左右側視圖中雙擊“新建”圖標，彈出新建畫面對話框，新建畫面屬性設置如下：畫面名稱：風機監(jiān)控中心對應文件：pic00001.pic畫面風格：覆蓋式畫面邊框：粗邊框畫面位置：左邊：0頂邊：0顯示寬度：800顯示高度：600畫面寬度：800畫面高度：600標題桿：無效大小可變：無效在對話框中單機“確定”生成一幅名為“風機監(jiān)控中心”的畫面，如圖3-2：圖3-2風機監(jiān)控中心3.1.3 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫在對話框中添加變量如下：變量名：轉速變量類型IO整型變化靈敏度：0初始值：0最小值：0最大值：100最小原始值：0

24、最大原始值：100轉換方式：線性連接設備：PLC寄存器：D0數(shù)據(jù)類型：SHORT采集頻率：500毫秒讀寫屬性：只寫用類似的方法建立其他屬性的變量。定義的變量如圖3-3 圖3-3 數(shù)據(jù)詞典中定義的變量3.1.4畫面命令語言可以在畫面顯示時、隱含時或在畫面存在期間定時執(zhí)行畫面民命令語言在定義畫面的各種圖素的動畫連接時，可以進行命令語言的連接。在畫面的任意位置單機鼠標右鍵，在彈出的下拉菜單中選擇“畫面屬性”命令，在畫面屬性對話框中選擇“命令語言”選項，彈出命令語言對話框，如圖3-4所示： 圖3-4 畫面命令語言在對話框中輸入命令語言如下：if(本站點Y0=1) 給Y0賦值為1if(本站點Y1=1)

25、給Y1賦值為1本站點轉動數(shù)據(jù)=本站點轉動數(shù)據(jù)+本站點轉速; if(本站點轉動數(shù)據(jù)>=1000) 本站點轉動數(shù)據(jù)=0; if(本站點Y2=1) 給Y2賦值為1本站點轉動數(shù)據(jù)=本站點轉動數(shù)據(jù)-本站點轉速;if(本站點轉動數(shù)據(jù)<=0) 本站點轉動數(shù)據(jù)=1000;if(本站點Y0=0) 給Y0賦值為0本站點Y1=0;本站點Y2=0; Y1和Y2都為03.1.5建立關聯(lián)分別雙擊畫面上的開關、正轉、反轉、游標、轉速、風機建立關聯(lián) 如表3-1所示：表3-1 原件與變量關聯(lián)圖形變量開關y0正轉y1反轉y2游標轉速#轉速風機轉動位置3.2 plc組態(tài) plc語言（梯形圖）PLC梯形圖見圖3-5： 圖3-5 PLC梯形圖 plc控制點擊菜單欄上的plc在下拉菜單中選擇遙控運行/停止 如圖3-6所示：圖3-6遙控plc遙控運行/停止將plc停止后，給plc注入程序點擊菜單欄上的plc在下拉菜單中選擇傳送下拉菜單里的寫出