維修電工技師論文PLC、變頻器在工業(yè)中的應(yīng)用

1、維修電工技師論文 題 目 PLC、變頻器在工業(yè)中的應(yīng)用 單 位 專 業(yè) 維修電工技師 姓 名 二零一五年十月 PLC、變頻器在工業(yè)中的應(yīng)用 前言隨著現(xiàn)代化工業(yè)的加速進(jìn)行，為了適應(yīng)更加精密和可靠的自動(dòng)化控制流程， PLC在三相異步電動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強(qiáng)、功能完善等優(yōu)點(diǎn)。為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化控制的需求。本文是采用PLC編程的梯形圖語(yǔ)言，梯形圖語(yǔ)言是在可編程控制器中應(yīng)用最廣的語(yǔ)言，因?yàn)樗苁褂渺`活的指令，使邏輯關(guān)系清晰直觀，編程也更容易，適合絕大多數(shù)設(shè)備操作者的編程習(xí)慣和思路，其所實(shí)現(xiàn)的

2、功能也大大超過(guò)傳統(tǒng)的繼電器控制電路。可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工作環(huán)境下的自動(dòng)化控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制，定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并采用數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來(lái)控制機(jī)器的運(yùn)行或工藝的工序。PLC通過(guò)輸入/輸出（I/O）裝置發(fā)出控制信號(hào)和接受輸入信號(hào)。由于PLC綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)。它可以很容易地完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，也可以通過(guò)輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自

3、動(dòng)控制。變頻器作為一種能源轉(zhuǎn)換的節(jié)能設(shè)備，電力電子器件的自關(guān)斷化、模塊化、交流電路開(kāi)關(guān)模式的高頻化和控制手段的全數(shù)字化等促進(jìn)了變頻裝置的小型化、多功能化，靈活性和適應(yīng)性不斷增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。關(guān)鍵詞：PLC；控制；變頻器；節(jié)能；目錄第一章PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的的應(yīng)用一、 PLC可編程控制器簡(jiǎn)介.1 、PLC的定義2 、PLC的工作原理3 、PLC應(yīng)用分類二、 PLC在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用1、 PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)減壓起動(dòng)2、PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)3、PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)第二章變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的的應(yīng)用 一、 變頻器簡(jiǎn)介1 、變頻調(diào)速的基本控制方式2、變頻器的基本構(gòu)成3、

4、工作原理4、變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)二、變頻器的應(yīng)用1、變頻器在泵類負(fù)載中的應(yīng)用2、變頻器在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用3、變頻器與節(jié)能第三章PLC與變頻器在風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1、整改方案2、方案實(shí)施3、整改后的節(jié)能效果分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)第一章PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的的應(yīng)用一、PLC可編程控制器簡(jiǎn)介1 、PLC的定義 PLC也叫可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)、比較與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。2、 PLC的工作原理 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其

5、工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 （一）輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二) 用戶程序執(zhí)行階段：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是

6、按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；

7、相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。（三）輸出刷新階段：當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。3、PLC的應(yīng)用分類 目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車

8、、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為幾類。 （一）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制：這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （二）模擬量控制：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制

9、。 （三）運(yùn)動(dòng)控制：PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 （四）過(guò)程控制：過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程

10、序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 （五）數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （六）通信及聯(lián)網(wǎng)：PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都

11、十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。二、 PLC在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用1、PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)減壓起動(dòng) 星形、三角形減壓起動(dòng)用于定子繞組在正常運(yùn)行時(shí)接為三角形的電動(dòng)機(jī)。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)將定子繞組接成星形，實(shí)現(xiàn)減壓起動(dòng)。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再換接成三角形接法。有電工基礎(chǔ)知識(shí)可知，星形連接時(shí)起動(dòng)電流僅為三角形連接時(shí)的1/3，相應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也是三角形連接時(shí)的1/3。 星三角降壓?jiǎn)?dòng)I/O分配表輸入輸出備注SB1-X0KM1-Y0SB2-X1KM2-Y1FR-X2KM3-Y2根據(jù)系統(tǒng)的I/O分配表畫(huà)出該降壓?jiǎn)?dòng)的I/O接線圖，圖示如下：圖1.1 三相異步

12、電動(dòng)機(jī)減壓起動(dòng)的I/O接線圖完成前面工序后，就需要進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的PLC進(jìn)行程序編寫(xiě)，以下是該程序的梯形圖；圖1.2減壓起動(dòng)梯形圖對(duì)應(yīng)的指令如下表：表1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的-減壓起動(dòng)的指令語(yǔ)句表步序指令 數(shù)據(jù)步序指令 數(shù)據(jù)步序指令 數(shù)據(jù)步序指令 數(shù)據(jù)步序指令 數(shù)據(jù)0LD X0014OUT Y0008ANI T012LD T016ANI X0021OR Y0005LD Y0009OUT Y00213OR Y00117OUT Y0012ANI X0006ANI Y00110MPP14ANI Y00018END3ANI X0027MPS11OUT T0 K5015ANI Y002編程方法多種多樣，這里

13、就不逐一列舉。2、PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn) 因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向決定的，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向取決于定子繞組中通入三相電流的相序。因此，要改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向非常容易，只要將電動(dòng)機(jī)三相供電電源中的任意兩相對(duì)調(diào)，這時(shí)接到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電流相序被改變，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向也被改變，電動(dòng)機(jī)就實(shí)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。輸入 輸出SB1：X1 KM1：Y0SB2：X2 KM2：Y1SB3：X0FR：X3 SB1為正 SB2為反KM1為正轉(zhuǎn)接觸線圈KM2為反轉(zhuǎn)接觸線圈圖2.1 輸入輸出接線圖圖2.2梯形圖 將PLC連上編程器并接通電源后，PLC電源指示燈亮，將編程器開(kāi)關(guān)打到“PROGRAM

14、”位置，這時(shí)PLC處于編程狀態(tài)。編程器顯示PASSWORD!這時(shí)依次按Cltr鍵和Montr鍵，直至屏幕顯示地址號(hào)0000，這時(shí)即可輸入程序。 在輸入程序前，需清除存儲(chǔ)器中內(nèi)容，按照以上控制的梯形圖或程序指令將控制程序?qū)懭隤LC，當(dāng)程序輸入到PLC指令如下表對(duì)應(yīng)的指令如下表：表2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的指令語(yǔ)句表步 序指 令 數(shù)據(jù)步 序指 令 數(shù)據(jù)0LD X0017OR Y0021OR Y0018ANI X0002ANI X0009ANI X0033ANI X00310ANI Y0014ANI Y00211OUT Y0025OUT Y00112END6LD X0023、PLC控制三相異步電

15、動(dòng)機(jī)的制動(dòng)在生產(chǎn)過(guò)程中，有些設(shè)備電動(dòng)機(jī)斷電后由于慣性作用，停機(jī)時(shí)間拖得過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低，還會(huì)造成停機(jī)位置不準(zhǔn)確，工作不安全。為了縮短輔助工作時(shí)間、提高生產(chǎn)率和獲得準(zhǔn)確的停機(jī)位置，必須對(duì)電動(dòng)機(jī)采取有效的制動(dòng)措施。 輸入 輸出 SB1:X0 KM1:Y1 SB2:X1 KM2:Y2 FR:X2 KS:X3圖3.1輸入輸出接線圖 圖3.2反接制動(dòng)梯形圖對(duì)應(yīng)的指令如下表：表4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)的指令語(yǔ)句表步 序指令 數(shù)據(jù)步 序指令 數(shù)據(jù)0LDI X0007LD X0001LD X0018OR Y0022OR Y0019ANI Y0013ANB10AND X0034ANI Y00211A

16、NI X0025ANI X00212OUT Y0026OUT Y00113第二章 變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的的應(yīng)用一、 變頻器簡(jiǎn)介1、變頻調(diào)速的基本控制方式異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為公式：n=60fP n同步轉(zhuǎn)速，rmin；f供電電源頻率，Hz；p電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。由以上公式可知，改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，即可改變異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行。2、變頻器的基本構(gòu)成變頻器分為交一交和交一直一交兩種方式。工業(yè)中常用的通用變頻器為交一直一交形式，又稱為間接式變頻器，是先把工頻交流電通過(guò)整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率可控制的交流電去驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。其基本構(gòu)成如圖2.

17、1所示。圖2.1變頻器的基本構(gòu)成變頻器由主電路(包括整流器、中間直接環(huán)節(jié)、逆變器)和控制電路組成。整流器把三相交流電整流成直流電；逆變器是利用半導(dǎo)體主開(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，通過(guò)有規(guī)律地控制逆變器中主開(kāi)關(guān)器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出；中間直流環(huán)節(jié)作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)與感性負(fù)載的異步電動(dòng)機(jī)交換無(wú)功功率，緩沖無(wú)功能量?？刂齐娐酚蛇\(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制和各項(xiàng)保護(hù)功能。3、變頻器的工作原理控制系統(tǒng)由變頻器主電路和外部二次控制電路組成。見(jiàn)變頻器的主工作電路圖3.1。變頻器經(jīng)接觸器串接于電源與被控三相異步電動(dòng)機(jī)之間，變頻器內(nèi)部由整流器(整

18、流模塊)、濾波器(濾波電容)和逆變器(大功率晶體管模塊)三個(gè)主要部件和以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)構(gòu)成。主回路是先將工頻交流電通過(guò)整流器變成直流電，經(jīng)濾波后，再經(jīng)過(guò)逆變器通過(guò)給定輸入控制量，將直流電變成可控頻率、電壓的交流電，供給三相交流異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行。圖3.1變頻器主工作電路圖4、變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)變頻調(diào)速是調(diào)速性能最好且最具有發(fā)展前途的調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速產(chǎn)品是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中用于三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要產(chǎn)品，占90左右。其主要優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)能效果好，可高達(dá)55以上；調(diào)速范圍寬，調(diào)速比可達(dá)到20：1；啟動(dòng)及制動(dòng)性能好，可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、自動(dòng)平滑加減速及快速制動(dòng)；保護(hù)功能完善，可實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、

19、過(guò)載、過(guò)流、瞬間停電、短路、失速等多種保護(hù)方式，且能實(shí)現(xiàn)故障判斷顯示；易于在電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。二、變頻器的應(yīng)用1、變頻器在泵類負(fù)載中的應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子電源頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)地改變機(jī)泵的轉(zhuǎn)速和工況，使其流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)介質(zhì)流量的變化。某工廠對(duì)裝置內(nèi)負(fù)載波動(dòng)大，調(diào)節(jié)閥節(jié)流嚴(yán)重的機(jī)泵安裝了65臺(tái)變頻器，總?cè)萘繛?600 kW，其中大部分是閉環(huán)控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場(chǎng)一次表經(jīng)變送器將信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜送到PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)后通地屏蔽電纜將4mA20mA直流信號(hào)送到變頻器盼設(shè)定口，控制變頻器的輸出。余下部分是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，即根據(jù)控制目標(biāo)通過(guò)電位器給定來(lái)控制變頻器輸

20、出，以使電動(dòng)機(jī)工作在符合工藝要求的轉(zhuǎn)速上，完全靠變頻器輸出控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制流量，使機(jī)泵的出口閥達(dá)到全開(kāi)狀態(tài)，揚(yáng)程與管網(wǎng)阻力特性曲線相吻合，泵出口揚(yáng)程大幅度下降，電動(dòng)機(jī)輸出有功功率也明顯降低，獲得最佳的節(jié)能效果。變頻器的使用，使節(jié)電率達(dá)到5070，不但提高了工藝要求，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，而且延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2、變頻器在鍋爐風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用 通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合，根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適

21、應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。變頻器的出現(xiàn)很好的解決了根據(jù)工況而直接控制風(fēng)量的大小，滿足了工況的要求。變頻器是無(wú)級(jí)調(diào)速的，用變頻器改造風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)：1、啟動(dòng)停止平衡，無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。2、工作可靠，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。3、操作簡(jiǎn)便，維護(hù)量小。4、輸出特性可滿足風(fēng)機(jī)性能要求。5、節(jié)能效果顯著。根據(jù)離心泵的特性，風(fēng)機(jī)的流量變化與轉(zhuǎn)速成正比，壓力變化與轉(zhuǎn)速成正比，而功率變化與轉(zhuǎn)速變化立方成正比。因此，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)量減少。電機(jī)功率成立方比下降。因此要提高電動(dòng)機(jī)的工作效率、節(jié)約電能，可在風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)上安裝調(diào)速裝置。安裝了調(diào)速裝置的風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)如圖2.1所示。圖2.1安裝了調(diào)速裝置的風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)根據(jù)工作的情況調(diào)節(jié)

22、調(diào)速器裝置就可以滿足工作狀況的要求。另外，用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造不必對(duì)原始系統(tǒng)進(jìn)行大改動(dòng)。經(jīng)過(guò)變頻器改造后，工作時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行已達(dá)到我們的要求。不工作時(shí)，使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)約電能?？刂葡到y(tǒng)總體構(gòu)成如圖2.2所示。傳感變動(dòng)儀器顯示器鍋爐控制器工控機(jī)打印機(jī)變頻調(diào)速器圖2.2控制系統(tǒng)總體構(gòu)成以75KW為例改造前實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：U=380V;I=120A;cos=0.887P=1.732UI cos=1.732*380*120*0.887=70KW改造前年耗電量（一年以330天計(jì)算）為：70KW*24*330=度。改造后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：U=380V;I=120A;cos=1P=1.732*380*75*1=

23、49KW改造后年耗電量（一年以330天計(jì)算）為：49kw*24*330=度。每年節(jié)省電量：-=度；節(jié)電率：=30%；每年節(jié)約電費(fèi)（按0.6元/度計(jì)）：*0.6=99792元。3、變頻器與節(jié)能變頻器的最初用途是速度控制，但目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。我國(guó)是能耗大國(guó)，能源利用率很低，而能源儲(chǔ)備不足。據(jù)統(tǒng)計(jì)；在我國(guó)電網(wǎng)的總負(fù)載中，動(dòng)力類占59，其中的90是異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)所耗電能占整個(gè)工業(yè)用電的6070。據(jù)分析，我國(guó)帶變動(dòng)負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機(jī)至少有18億kW。因此國(guó)家大力提倡節(jié)能，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。以風(fēng)機(jī)水泵為例

24、，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的3次方下降。如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率成立方關(guān)系下降，即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。 例如：一臺(tái)水泵電機(jī)功率為55 kW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的45時(shí)，其耗電量為2816 kW，省電488；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的12時(shí)，其耗電量為6875 kW，省電875。因此，采用變頻器精確調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量，節(jié)電效果非?？捎^，節(jié)電率為2050。與此類似，許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來(lái)生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的容量，故設(shè)計(jì)容量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間

25、所占比例卻非常高，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，效率低下，造成電能的大量浪費(fèi)。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率，因此，變動(dòng)負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。第三章PLC與變頻器在風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 設(shè)計(jì)改造的一個(gè)PLC與變頻器的風(fēng)機(jī)節(jié)能系統(tǒng)來(lái)對(duì)PLC與變頻器在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用進(jìn)一步的說(shuō)明。一板材切割車間共有5臺(tái)切割設(shè)備，共同使用一臺(tái)11KW風(fēng)機(jī)進(jìn)行吸塵作業(yè)。為不造成能源的巨大浪費(fèi)， 經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)察看，利用其現(xiàn)有資源，對(duì)該車間風(fēng)機(jī)進(jìn)行了節(jié)能改造。1、改造方案 用PLC接收投入工作的設(shè)備臺(tái)數(shù)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷相應(yīng)的輸出點(diǎn)動(dòng)作來(lái)控制變頻器的多段速調(diào)速端子，從而實(shí)現(xiàn)多段速控制。由于該車間共有五臺(tái)切

26、割設(shè)備，故采用五段調(diào)速控制。投入運(yùn)行設(shè)備臺(tái)數(shù)變頻器輸出頻率備注125頻率可以根據(jù)車間情況更改和設(shè)定2333404455502 、方案實(shí)施 利用每個(gè)切割設(shè)備接觸器的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)控制一個(gè)中間繼電器，中間繼電器的一組常開(kāi)觸點(diǎn)接入PLC的輸入點(diǎn)，為PLC提供設(shè)備投入的信號(hào)，另一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)控制電磁閥，啟動(dòng)和關(guān)閉設(shè)備上的風(fēng)口閥門(mén)；這樣就完成了PLC對(duì)投入設(shè)備數(shù)量的接收和設(shè)備風(fēng)口的開(kāi)閉。 接下來(lái)需要對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和接線分配。該車間使用的是一臺(tái)三菱FR-540的日產(chǎn)變頻器，根據(jù)多段速控制的需要和風(fēng)機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)，設(shè)定參數(shù)如下表：參數(shù)號(hào)參數(shù)名稱設(shè)定值PR4第一段速25PR5第二段速33PR6第三段速40PR

27、24第四段速45PR25第五段速50PR79操作模式2該變頻器通過(guò)多段速端子RL、RM、RH三個(gè)端子的組合，可以實(shí)現(xiàn)最多7段速調(diào)速控制，這里要實(shí)現(xiàn)的是5段速調(diào)速控制，下面是端子組合調(diào)速控制表；速度段1速2速3速4速5速控制端子RLRMRHRL、RMRL、RM、RH接下來(lái)繪制PLC輸出端子與變頻器控制端子的接線圖，如下；圖2.1 PLC與變頻器控制風(fēng)機(jī)I/O接線圖接線圖說(shuō)明：1.KM1KM5為5臺(tái)設(shè)備的交流接觸器輔助觸點(diǎn)；2.SB1為啟動(dòng)按鈕；3.SB2為停止按鈕；4.X0X6為對(duì)用的PLC輸入點(diǎn)；5.Y0Y3為PLC輸出端子；6.STF為變頻器正轉(zhuǎn)控制端子；7.RL、RM、RH為多段速控制端子;根據(jù)改造設(shè)備輸入輸出點(diǎn)數(shù)需求，選用FX2N-16MR的PLC。該P(yáng)LC總共20點(diǎn)，輸入12點(diǎn)，輸出8個(gè)點(diǎn)。在進(jìn)行程序編寫(xiě)前，需要制定一個(gè)PLC 的I/O分配變；PLC的I/O分配表輸入輸出X0-設(shè)備一輸入信號(hào)X1-設(shè)備二輸入信號(hào)X2-設(shè)備三輸入信號(hào)X3-設(shè)備四輸入信號(hào)X4-設(shè)備五輸入信號(hào)Y0-變頻器正轉(zhuǎn)信號(hào)Y1-變頻器RH端子信號(hào)Y2-變頻器