采用PLC的停車場控制

1、電氣工程學院課程設計和計劃說明電氣控制和PLC設計題目:用PLC控制停車場院系:儀器科學與工程系專業(yè): 編號:學生:講師: 教師職稱:副教授電氣工程學院課程設計任務書課程名稱:電氣控制與PLC基層教學單位:儀器科學與工程系指導老師: 學生編號學生類別(專業(yè))二級檢測設計主題用PLC控制停車場設置數(shù)數(shù)技能技能加入數(shù)數(shù)設計見附頁(16)。利用組態(tài)王實現(xiàn)上位控制公共實踐(四層電梯)公共實踐(分類)(可選)獲取信息(變頻器)設置數(shù)數(shù)要求要求用PLC來設計。畫出系統(tǒng)圖，用梯形圖編程，并給出相應的組態(tài)控制項目(附主圖)。結合公共實踐部分，完成設計規(guī)范。加入考試錢材料關于“電氣控制”的書籍和論文“可編程控制

2、器”的書籍和論文一周的20周應該做結束成功允許分析設計需求，核對數(shù)據(jù)，確定方案，設計梯形圖，設計上層配置。寫課程設計說明書并答辯。教分部簽名基層教學單位負責人簽名注:1。本表一式三份，系一份，學生一份，學院教務處一份。2.要求學生的任務書裝訂在課程設計報告前面。電氣工程學院教務處目錄第一章總結.四第二章可編程控制器介紹及其發(fā)展趨勢第三章停車場控制流程分析. .9第4章配置設計第5章四層電梯控制第六章變頻器相關知識經驗. .32參考文獻第一章總結針對當前車位控制系統(tǒng)集成自動化程度低、可靠性差、運行效率低等缺點，結合當前工業(yè)應用技術，設計了一種技術先進、性能可靠、自動化程度高的車位控制系統(tǒng)。PLC

3、是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點和計算機靈活方便的優(yōu)點而設計、制造和開發(fā)的，使PLC具有許多其他控制器所不具備的特點。提出了一種利用PLC管理停車場出入口和停車指示的方案。這個停車場由16個車位、入口探測器、出口探測器、門禁管理系統(tǒng)、顯示車庫車輛數(shù)量的七段數(shù)碼管、車位指示燈、車位已滿指示燈等組成?；赑LC的自動控制系統(tǒng)具有可靠、操作簡單、靈活等優(yōu)點。因此，與傳統(tǒng)停車場相比，該控制系統(tǒng)大大提高了設計效率，維護周期短，調試方便，成本低，操作簡單，可靠性高，具有很強的實用價值。組態(tài)王在這個設計中起到了很大的作用。他用標準的工業(yè)計算機軟硬件平臺組成的集成系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的封閉系統(tǒng)。利用組態(tài)王軟件，設計了P

4、LC控制停車場的人機界面，并用編程語言實現(xiàn)了仿真操作。同時，用FX1S系列單片機設計了四層電梯的自動控制程序，并進行了仿真實驗。關鍵詞:PLC；停車場；組態(tài)王；停車位控制?？删幊炭刂破鞯慕榻B及發(fā)展趨勢2.1 PLC的起源在工業(yè)自動化控制領域，主要分為PLC、工控機和嵌入式控制。自1968年誕生以來，PLC以驚人的速度成為該領域的領導者，為各種自動控制設備提供了非?？煽康目刂茟?。主要原因是它能為自動控制應用提供安全、可靠和完善的解決方案，適合當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需求。另一方面，PLC也必須依靠其他新技術來面對市場份額萎縮的沖擊，尤其是工業(yè)PC的沖擊。PLC要解決的問題仍然是新技術的采用，系統(tǒng)

5、的開放性和價格。PLC技術發(fā)展的最終走向仍然是人們爭論的焦點之一。大多數(shù)人認為PLC將繼續(xù)失去市場份額；更何況，在工業(yè)PC面前，PLC會一步步消亡；但也有人認為，一些特殊的工業(yè)應用領域仍會為PLC提供一定的市場份額。2.2 PLC的特點1.可靠性可靠性包括產品的有效性和可維護性?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿撸憩F(xiàn)在以下幾個方面:a)可編程控制器不需要大量的運動部件和電子元件，布線大大減少。同時，系統(tǒng)維護簡單，維護時間縮短，可靠性提高。b)可編程控制器采用一系列可靠性設計方法進行設計，如冗余設計、斷電保護、故障診斷、報警和運行信息顯示、信息保護和恢復等。c)可編程控制器具有很強的可操作性。編程簡單，操

6、作方便，編程錯誤率大大降低。為惡劣的工業(yè)運行環(huán)境設計的硬件大大提高了可靠性。d)在可編程控制器的硬件設計方面，采取了一系列提高可靠性的措施。例如高可靠性的工業(yè)元件、先進的電子加工技術(SMT)、屏蔽、隔離和過濾干擾等。；內存保護、看門狗和自診斷措施、易維護設計等。2.操作簡單a)操作簡單:PLC的操作包括程序輸入和程序更改。大多數(shù)PLC使用程序員輸入和修改程序。目前大部分的PLC編程器都可以通過計算機直接進行，更改程序也可以直接搜索或根據(jù)需要的地址號、繼電器號或聯(lián)系號碼依次搜索，然后在線或離線更改。b)編程:PLC可以用多種編程語言，梯形圖類似電氣原理圖；編程語句是function的縮寫，容易

7、記憶；功能圖語言側重于工藝流程的進度，非常適合設計師和工藝專業(yè)人員之間的設計思想交流。功能圖和結構化文本語言，功能清晰，易于理解等特點。c)維護方便:PLC的自診斷功能對維護人員的技術要求低。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)故障代碼的顯示和故障信號燈的提示等信息直接找到故障位置，也可以通過編程器和HMI屏幕的設置，為快速排除故障和修復節(jié)省時間。3.靈活性a)編程靈活性:PLC采用的標準編程語言有梯形圖、指令表、功能圖、功能模塊圖和結構化文本編程語言。用戶只要掌握其中一種編程語言就可以編程，編程方式的多樣性使編程變得方便。b)擴展靈活性:PLC的擴展靈活性是PLC的一個

8、重要特點?？梢愿鶕?jù)應用規(guī)模不斷擴展，即容量擴展、功能擴展、應用和控制范圍擴展。它不僅可以通過增加輸入輸出卡的數(shù)量來增加點數(shù)，還可以通過擴展單元來擴展容量和功能，還可以通過多個PLC的通信來擴展容量和功能。c)運行的靈活性:運行的靈活性是指設計工作量、編程工作量和安裝工作量的減少。操作變得非常方便靈活，監(jiān)控變得容易。繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡化，同一控制臺和控制面板可用于不同的生產過程。4.機電一體化為了使工業(yè)生產的過程控制更加穩(wěn)定可靠，向優(yōu)質高產低耗要效益，對過程控制設備和裝置提出了機電一體化即儀表、電子、計算機一體化的要求，而PLC就是這一要求的產物。它是專門為工業(yè)過程設計的控

9、制設備，具有體積小、功能強、抗干擾性好等優(yōu)點。它將機械和電氣元件有機地結合在一個設備中。它集儀器、電子和計算機的功能于一體。因此成為數(shù)控技術、工業(yè)機器人、離散制造和工藝流程等領域的主要控制設備，是工業(yè)自動化三大支柱(PLC、機器人、CAD/CAM)之一?？删幊炭刂破鳜F(xiàn)在已經成為不可替代的控制系統(tǒng)。它們可以與其他系統(tǒng)通信，提供產品報告，安排生產，以及診斷自身和設備的故障。這些技術改進使PLC成為當今各行各業(yè)高質量和高產量的重要貢獻者。從以上特點不難看出，PLC在工業(yè)控制領域不會被逐步引入，而是會不斷擴大市場份額。從表面上看，工控機的出現(xiàn)給PLC帶來了一定程度的沖擊，但如果仔細分析，可以看出，工控

10、機其實在一定程度上幫助了PLC的發(fā)展，因為PLC可靠性高，操作簡單。但操作員站的一些功能，如曲線處理、數(shù)據(jù)記錄等，與工控機相差甚遠，工控機的致命缺陷是可靠性差。所以目前工控機和PLC相結合的控制系統(tǒng)比較完善。工業(yè)計算機的出現(xiàn)促進了PLC的發(fā)展。2.3 PLC的發(fā)展方向事實上，PLC從誕生之日起，就一直在不斷地發(fā)展、改進和創(chuàng)新。采用新型先進的微處理器和電子技術，實現(xiàn)快速掃描。小型、低成本的PLC可以替代4到10個繼電器，獲得更大的開發(fā)動力。高密度I/O系統(tǒng)以低成本提供節(jié)省空間的接口?；谖⑻幚砥鞯闹悄躀/O接口擴展了分布式控制能力。典型的接口有PID、網絡、CAN總線、現(xiàn)場總線、ASCII通信、

11、定位、主機通信模塊、支持高級語言編程的模塊(如BASIC和PASCAL)。包括輸入輸出模塊和端子的結構設計改進，使端子更加一體化。特殊接口允許一些設備直接連接到控制器，如熱電偶、熱電阻、應力測量、快速響應脈沖等。由于工控機、DCS等控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將迫使PLC不斷向功能更多、開放性和兼容性更強的方向發(fā)展。2.4 PLC的選擇和介紹1.選擇的原則選擇PLC是首先要解決的問題。一方面，應該選擇多大容量的PLC另一方面，應該選擇什么公司的PLC和外設。對于第一個問題，首先要詳細分析控制任務，找出所有的I/O點，包括開關量I/O和模擬量I/O，輸出是繼電器、晶體管還是晶閘管類型?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非

12、常關鍵。如果其中既有交流220V接觸器，又有電磁閥和24V指示燈，最終選擇的PLC輸出點可能大于實際電量。因為PLC的輸出點一般幾個一組共用一個公共端子，所以這組輸出只能有一種和一個等級的電源。因此，一旦在交流220伏的負載下使用。那么24V DC的負載只能使用其他輸出端子。這可能會造成輸出點的浪費，增加成本。所以要盡量選擇同等級同種類的負載，比如用AC 220V的指示燈。一般情況下，繼電器輸出的PLC使用最多。對于第二個問題，應該考慮以下幾個方面:(1)功能方面所有的PLC一般都有常規(guī)的功能，但是對于一些特殊的要求，需要知道所選的PLC是否具有控制任務的能力。比如PLC與PLC、PLC與智能

13、儀表、上位機之間有靈活方便的通訊要求；或者對PLC的運算速度和用戶程序能力有特殊要求；或者對PLC的位置控制有特殊要求。(2)價格方面，不同廠家的PLC產品價格相差很大，部分功能相近、質量相當、I/O點數(shù)相當?shù)腜LC價格相差可達40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的價格差異當然是必須考慮的因素。因為這個課程設計是在學校完成的。考慮到實驗室使用的是三菱FX2N PLC，所以熟悉這類PLC的使用說明和使用方法。所以本設計本著就近取材的原則，選用了三菱FX2N PLC。2.2簡介。FX2N PLC90年代，三菱公司基于FX系列PLC推出了FX2N系列產品。這種模式在計算速度、指令數(shù)量和通信能力

14、方面都有了很大的進步。是一款小型化、高速、高性能的微型PLC，各方面相當于FX系列中的最高檔次。FX2NPLC的基本單元可根據(jù)控制規(guī)模與擴展單元、擴展模塊和特殊功能單元組合，形成堆疊式PLC控制系統(tǒng)。下圖是FX2N可編程控制器基本單元的物理圖。FX2N可編程控制器物理圖第三章:停車場車位控制過程分析。1.1停車場控制流程描述目前，住宅區(qū)停車場的管理系統(tǒng)應側重于準確指示車輛的進出，在車輛進入時給駕駛員準確的停車位數(shù)量和位置，在車輛進入后記錄車輛數(shù)量，在車輛離開時減少車輛數(shù)量。車輛進出的指示完全可以由PLC作為中央控制來處理，車位的指示可以用價格低廉的數(shù)碼管來顯示?；谲囄豢刂葡到y(tǒng)的設計，采用PL

15、C控制系統(tǒng)將大大提高工作效率和適應工作環(huán)境的能力。車輛進出停車場由PLC控制。PLC是一個集成模塊，將驅動電路、檢測電路和保護電路集成到網絡中，并具有通信功能。因此，在應用中，硬件相對簡單，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。另外，它的編程語言也比較簡單。1.2.停車場車位控制技術分析圖1停車場停車位控制停車場控制流程要求如下:1.假設停車場有16個空位。2.入口處安裝了一個傳感器，用于檢測進入的車輛數(shù)量。3.出口處安裝了一個傳感器，用來檢測出去的車輛數(shù)量。4.當仍有停車位時，入口門欄可以打開門讓車輛停放，并有指示燈指示仍有停車位。5.當車位已滿時，指示燈顯示車位已滿，無法打開入口門欄讓車輛進入車位。6.

16、從7段數(shù)碼管可以看出目前停車場有多少車。第四章配置設計4.1組態(tài)王簡介組態(tài)王開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件是一種新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它用標準的工業(yè)計算機軟硬件平臺組成的集成系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的封閉系統(tǒng)。它具有適應性強、開放性好、易擴展、經濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。一般來說，這樣的系統(tǒng)可以分為三個層次:控制層、監(jiān)控層和管理層。監(jiān)控層連接著下控制層和上管理層，不僅實現(xiàn)了對現(xiàn)場的實時監(jiān)控，而且在自動控制系統(tǒng)中起著上傳、發(fā)布、組態(tài)開發(fā)等重要作用。特別考慮三個方面:圖片、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)的需求和功能分析，利用組態(tài)王設計了監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)軟件還為實驗人員提供了可視化的監(jiān)控畫面，有利于實驗人員的實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且可

17、以充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地形成監(jiān)控畫面，以動畫的方式顯示控制設備的狀態(tài)。它具有報警窗口、實時趨勢曲線等。，并能方便地生成各種報表。它還具有豐富的設備驅動程序、靈活的配置方法和數(shù)據(jù)功能。4.2組態(tài)王設計步驟創(chuàng)建一個新項目組態(tài)王項目管理器的主要功能是為用戶集中管理本機的組態(tài)王項目。項目管理器的主要功能包括:創(chuàng)建和刪除項目、重命名項目、搜索組態(tài)王項目、修改項目屬性、備份和恢復項目、導入和導出數(shù)據(jù)字典、切換到組態(tài)王開發(fā)或運行環(huán)境等。1.在項目管理器中選擇菜單“文件/新建項目”，或單擊工具欄中的“新建”按鈕，打開“新建項目向導之一”對話框。2.點擊“下一步”打開“新建項目向導2”對話

18、框，選擇保存新項目的路徑。常規(guī)d:個人姓名3.點擊按鈕，打開“新建項目向導3”對話框。在對話框中輸入項目名稱:“我的項目2”，在項目描述中輸入“通風系統(tǒng)PLC控制”。4、單擊完成。5.彈出對話框，選擇“是”按鈕，將新項目設置為組態(tài)王的當前項目。4.2.2構建數(shù)據(jù)庫變量在項目瀏覽器中選擇左側目錄樹中的“數(shù)據(jù)字典”項，當前項目中定義的變量將顯示在右側的顯示區(qū)中。雙擊“新建”圖標，彈出“定義變量”屬性對話框。組態(tài)王的變量屬性由三個屬性頁面組成:基本屬性、報警配置和記錄配置。需要定義的變量有:燈1保存離散21燈2保存離散22燈3保存離散23燈4存儲離散24庫存汽車數(shù)量，真實類型25TEXT1存儲離散2

19、6TEXT2存儲離散27TEXT3離散存儲器28TEXT4存儲器離散297汽車存款類型308汽車存款類型319汽車存款類型32汽車10存款類型331存儲類型342顯示整數(shù)354.2.3變量設置選擇項目瀏覽器左側的數(shù)據(jù)字典，雙擊右側的新建，彈出變量屬性對話框。該對話框設置為:變量名:鄧1變量類型:保存離散以同樣的方式，以與其他變量相同的方式設置Deng2、Deng3和Deng4。使用類似的方法，建立車輛存儲的真實變量。4.2.4動畫連接臺車的連接1.雙擊屏幕上的對象“汽車7”，會彈出動畫連接對話框。2.點擊“填充屬性”，彈出橫向移動連接對話框。3.選擇屬性表達式，點擊確定，完成汽車的動畫連接。同

20、時，可以設置移動距離來控制車輛的移動。4.用同樣的方法設置其他車的動畫連接。屏幕命令語言if( this site text 1 = = 0 | | this site text 3 = = 0) this site den 4 = 0； this site den 3 = 0； this site den 1 = 0； this site Deng 2 = 1； 本站庫車數(shù)量= 16；If( this site TEXT1=1) this site Deng 4 = 1； this site Deng1 = 1 this site den 3 = 0； this site den 2 = 0

21、； 本站車7=本站車7+50； 本站庫車數(shù)量= 本站庫車數(shù)量-2； 本站車8=本站車8+30；如果(本站車7=800) This site displays 1 = 1 This site displays 2 = 0；如果(本站汽車8=810) This site shows 1 = 2； This site displays 2 = 0；If( this site TEXT2=1) this site Deng 3 = 1； 本站庫車數(shù)量= 本站庫車數(shù)量+1； this site den 2 = 0； this site den 4 = 0； this site Deng1 = 1 本站汽

22、車10輛= 本站汽車10+50輛； This site displays 2 = 1； This site displays 1 = 2；if( this site text 3 = = 1 & this site text 1 = = 1) This site car 7 = 0； 此站點中的汽車8 = 0； 此站點中的汽車10 = 0； This site displays 1 = 0； This site displays 2 = 0； 本站庫車數(shù)量= 16；4.2.6組態(tài)王設計系統(tǒng)操作1.主屏幕2.動作片動作一:初始狀態(tài)，車庫已滿，燈亮，表示車庫已滿，顯示16，不允許汽車進入。動作二:

23、有車出來，按下TEXT1，7號車和8號車相繼從車庫出來，車庫里的車數(shù)顯示為14輛，“車出”和“車庫未滿”顯示亮；7號車出來時，“顯示1”顯示01，表示有車出來。動作三:8號車稍后出來時，“顯示器”顯示為02，表示此時已經有兩輛車從停車場出來。動作四:按下TEXT2，“進車”燈亮，表示有車進入，“顯示2”燈亮，表示有車進入。操作:重置。第五章四層電梯控制5.1任務要求如電梯模擬試驗臺的結構所示，其動作要求如下:電梯上行:當電梯停在1樓或3F 2F時，呼叫4樓。然后上4樓，觸摸行程開關后停止。當電梯停在1樓或2F時，如果它在3F被呼叫，它將上升，并且它將由3F行程開關控制停止。如果電梯停靠在1樓和

24、2F呼叫，它將上升并?？吭?F行程開關控制。當電梯停在lF、2F、3F同時呼叫時，電梯上行到2F，停5秒，然后上行到3F停。電梯停在1F、3F和4F，同時呼梯。電梯上行到. 3F，停5秒，繼續(xù)上行到4F停。電梯停在1樓、2F和4P，同時呼叫。電梯上升到2F，停了5秒鐘，然后繼續(xù)上升到4F停下來。電梯停在1樓、2F、3F和4樓，同時呼叫。電梯上行到2F，停5秒，上行到3F，停5秒，上行到4F停。電梯停在2F、3F和4樓，同時呼叫。電梯上升到3F，停了5秒鐘，然后上升到4樓，停了下來。下行電梯:電梯停在4F或3F或2F，1F呼梯，電梯下到1F停。電梯停在4樓或3F，2F呼叫，電梯下到2F停。電梯停

25、在4樓，3F呼叫，電梯下到3F?？?。電梯停在4樓，3F和2F，同時呼叫。電梯下到3F，停了5秒鐘，然后下到2F停下來。電銻停在4F、3F、1F同時呼叫。電梯下到3F，停了5秒，然后下到1F停。電梯停在4樓、2F和1樓，同時呼叫。電梯下到2F，停了5秒，然后下到1F停。電梯停在4樓、3F、2F和1樓，同時呼叫。電梯下到3F，停5秒鐘，下到2F，停5秒鐘，下到lF。每層運行時間應為15秒，否則視為故障。當電梯停在某一樓層時，數(shù)碼管應顯示該樓層的樓層數(shù)。設計電梯停在2f和3f時的運行狀態(tài)。(同時呼上呼下時，采取先上后下的原則)5.2設計理念四層電梯自動控制的主要思想是將四個樓層分為四個狀態(tài)，每個樓層

26、又分為兩個子狀態(tài)，一個是樓層的等待狀態(tài)，一個是樓層的行進狀態(tài)。根據(jù)限位開關可以切換四層，即一層可以切換到二層，二層可以切換到一層和三層。切換時，首先判斷是否呼叫到該樓層，如果是，切換到該樓層的等待狀態(tài)，等待3秒后進入該樓層的行進狀態(tài)。5.3投入產出分配表投入輸出主機實驗模塊給作注解主機實驗模塊給作注解X1LAY1底層行程開關Y0D電機下降X2LAY2二樓的行程開關Y1雀向上電機X3LAY3三樓的行程開關24V24VX4LAY4四樓的行程開關地線地線X122DN二樓呼叫Y6A數(shù)碼管段代碼X133DN三層樓電話Y7BX144DN四層呼叫Y10CX111UP在一樓打電話Y11DX122UP在二樓打電

27、話Y12EX133UP在三樓打電話Y13FX0英特爾的快速儲存技術重置Y14GX5IN1一層選擇按鈕COM024VX6IN2兩層選擇按鈕COM124VX7IN3三層選擇按鈕COM224VX10IN4四層選擇按鈕COM324V計算機輸出縮微膠片計算機輸出縮微膠片地線COM424VLED通訊器地線COM524V2.4系統(tǒng)結構框圖2.5程序流程和功能實現(xiàn)四層電梯自動控制的主要思想是將四個樓層分為四個狀態(tài)，每個樓層又分為兩個子狀態(tài)，一個是樓層的等待狀態(tài)，一個是樓層的行進狀態(tài)。根據(jù)限位開關可以切換四層，即一層可以切換到二層，二層可以切換到一層和三層。切換時，首先判斷是否呼叫到該樓層，如果是，切換到該樓層

28、的等待狀態(tài)，等待3秒后進入該樓層的行進狀態(tài)。以一樓電梯為例。一、開機分支轉移程序:二、等待子程序:三、子程序:四、電梯上下判斷流程Lay1Lay4是四層的限位開關，對應輸入X1X4，四層的呼叫信號對應輸入X11X14，對應中間繼電器M11M14。把四個開關值作為一個整體K1X1和K1M11，然后進行比較。如果K1X1K1M11，說明呼梯樓層低于電梯所在樓層，所以電梯下行。反之，如果K1X1K1M11，則說明呼梯樓層在電梯所在樓層的上方，所以電梯上行。相應的子流程圖如下:數(shù)碼管顯示部分:當電梯運行或停在某一樓層時，數(shù)碼管顯示相應的樓層號。數(shù)碼管的顯示信號通過輸出端口Y6Y14輸出到數(shù)碼管，可以顯

29、示電梯的當前樓層。相應的梯形圖如下:六、樓層呼叫指示器:L1-L4對應四個樓層的呼叫指示燈。指示燈亮在哪一層有呼叫，電梯到達這一層時指示燈滅。七。報警部分:電梯上行和下行電機運行時間超過15s后，將發(fā)出報警知識。報警零件程序:2.5通用梯形圖第六章變頻器相關知識6.1逆變器變頻驅動(VFD)是一種應用變頻技術和微電子技術，通過改變電機工作電源的頻率來控制交流電機的電力控制裝置。變頻器主要由整流器(交流到DC)、濾波器、逆變器(DC到交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元和微處理器單元組成。通過開啟和關閉逆變器的IGBT，可以調節(jié)輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要提供所需的電源電壓，從而達到

30、節(jié)能調速的目的。此外，變頻器還具有過流、過壓、過載保護等多種保護功能。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器得到了廣泛的應用。6.2基本組成逆變器通常分為四部分:整流單元、大容量電容、逆變器和控制器。整流單元:將固定工作頻率的交流電轉換成直流電。大容量電容器:儲存轉換后的電能。逆變器:由大功率開關晶體管陣列組成的電子開關，將DC轉換成不同頻率、寬度和幅度的方波?？刂破?按照設定的程序工作，控制輸出方波的幅度和脈寬，使疊加成近似正弦波的交流電驅動交流電機。6.3基本原則主電路是為異步電動機提供調壓和調頻電源的功率轉換部分。變頻器的主電路大致可以分為兩類:電壓型是將電壓源的DC轉換成交流電的變頻器，

31、DC電路的濾波器是電容。電流型是將電流源的DC轉換成交流電的變頻器，它的DC環(huán)路濾波器是電感。它由三部分組成，分別是將工頻電力轉換為DC電力的整流器、吸收變流器和逆變器產生的電壓脈動的平波電路、將DC電力轉換為交流電力的逆變器。6.4控制模式1.非智能控制模式交流逆變器的非智能控制方法包括V/f協(xié)調控制、轉差頻率控制、矢量控制、直接轉矩控制等。(1)電壓/頻率控制V/f控制是為了獲得理想的轉矩-速度特性而提出的，其思想是在保持電機磁通不變的情況下改變電源頻率來調節(jié)速度。通用變頻器基本采用這種控制方式。V/f控制的變頻器結構非常簡單，但這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達到很高的控制性能。而且在低

32、頻時，必須進行轉矩補償來改變低頻轉矩特性。(2)轉差頻率控制轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方法。在V/f控制的基礎上，通過知道異步電機實際轉速對應的工頻，并根據(jù)期望的轉矩調整變頻器的輸出頻率，使電機有相應的輸出轉矩。在這種控制模式下，需要在控制系統(tǒng)中安裝速度傳感器，有時還會加入電流反饋來控制頻率和電流。因此，它是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器對快速加減速和負載變化具有良好的穩(wěn)定性和良好的響應特性。(3)病媒控制矢量控制是通過矢量坐標電路控制電機定子電流的大小和相位，從而分別控制電機在D、Q、0坐標系下的勵磁電流和轉矩電流，進而達到控制電機轉矩的目的。通過控制每個矢量的動作順序和時間來匹配

33、零矢量的動作時間，可以形成各種PWM波，達到各種控制目的。例如，形成具有最少開關次數(shù)的PWM波以減少開關損耗。目前應用于變頻器的矢量控制方法有兩種:基于轉差頻率控制的矢量控制和無速度傳感器的矢量控制?；谵D差頻率的矢量控制方法的穩(wěn)態(tài)特性與轉差頻率控制方法一致，但基于轉差頻率的矢量控制方法必須通過坐標變換來控制電機定子電流的相位，以滿足一定的條件，消除轉矩-電流過渡過程中的波動。因此，基于轉差頻率的矢量控制方法與轉差頻率控制方法相比，可以大大改善輸出特性。但這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要在電機上安裝速度傳感器，所以應用范圍有限。無速度傳感器矢量控制是通過坐標變換控制勵磁電流和轉矩電流，然后通

34、過控制電機定子繞組上的電壓和電流來辨識速度，達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方法具有調速范圍寬、起動轉矩大、運行可靠、操作方便等優(yōu)點，但計算比較復雜，一般需要專門的處理器進行計算。因此實時性不理想，控制精度受計算精度影響。(4)直接轉矩控制直接轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，分析交流電機在定子坐標系中的數(shù)學模型，控制電機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來觀測定子磁鏈。因此省略了矢量控制等復雜的變換計算，系統(tǒng)直觀簡潔，計算速度和精度較矢量控制有所提高。即使在開環(huán)狀態(tài)下，也能輸出100%額定扭矩。(5)最優(yōu)控制最佳控制在實踐中的應用根據(jù)不同的要求而不同。根據(jù)最優(yōu)控制理論，可以優(yōu)化某一控制

35、要求的單個參數(shù)。例如，在高壓變頻器的控制應用中，成功地采用了時分控制和移相控制兩種策略，在一定條件下實現(xiàn)了最佳的電壓波形。(6)其他非智能控制方式。在實際應用中，有一些非智能控制方法可以在變頻器的控制中實現(xiàn)，如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。2.智能控制模式智能控制方法主要包括神經網絡控制、模糊控制、專家系統(tǒng)和學習控制等。目前，智能控制方法在變頻調速系統(tǒng)中的具體應用已經取得了一些成功的經驗。6.5功能變頻節(jié)能變頻器的節(jié)能主要表現(xiàn)在風機和水泵的應用上。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計為動力驅動時，都有一定的余量。當電機不能滿負荷運行時，多余的轉矩除了滿足功率驅動的要求外，還增加了有功功率的消耗，造成了電能的浪費。風機、水泵等設備的傳統(tǒng)調速方法是通過調節(jié)入口或出口擋板和閥門的開度來調節(jié)送風量和供水量。輸入功率大，在擋板和閥門的截流過程中消耗了大量的能量。采用變頻調速時，如果流量要求降低，可以通過降低泵或風機的轉速來滿足要求。功率因數(shù)補償節(jié)能無功不僅增加了線損和設備發(fā)熱，更重要的是功率因數(shù)的降低導致電網中有功功率的減少。線路中消耗了大量的無功功率，導致設備利用效率低下，浪費嚴重。采用變頻調速裝置后，由于變頻器濾波電容的作用，降