变频器状态监控设计讲义

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1、力控组态软件课程设计报告书 河南工学院自动控制系 组态软件及应用课程设计报告 题目：变频器状态监控设计系 部: 自动控制系 专 业: 生产过程自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 白敬彩 成 绩: 二零一六年六月二十日目录一、 系统总体方案设计11.1设计要求11.2系统工作原理1二、系统硬件设计22.1PLC选型22.2变频器选型32.3步进电机选型5三、系统软件设计63.1力控软件简介63.2界面组态83.3I/O设备组态103.4数据库组态103.5动画连接113.6电机正转指示向导11四、结论11 1、 系统总体方案设计1.1设计要求 利用组态软件监控变频器的运行状态并实现

2、对变频器的操作，并实现故障追忆、故障报警和报表功能。监控系统要求（1） 要求监控系统保证各项监测数据的实时准确可靠，减少人为因素影响，提供可靠现场数据支持;（2） 要有良好的可维护性，能够方便地维护系统的正常运行;（3） 能提供友好的人机交互界面，方便现场人员操作;（4） 能提供对实时数据的数据处理和历史数据管理功能;（5） 能提供灵活的接口，为用户提供良好的二次开发功能并能与其他管理信息系统进行信息融合。具体要求（1） 信号采集和数据处理： 对来自现场的非标准信号数据通过组态软件转换成标准信号。（2） 状态显示：将变频器启动、停止、就绪、合闸、接通、运转、旁通、告警、外控等状态通过组态软件动

3、态的显示于监控画面上，具有实时、动态效果。（3） 监控操作： 对频率、温度、电流、电压、风压等进行自动实时监测。（4） 操作画面：在操作画面上可查询装置的电压、电流、功率、温度等实时和历史数据，还可查询实时、历史曲线和设备状态并可按要求设定和打印出实时报表和历史报表。 1.2系统工作原理通过力控组态软件界面设计的动画和按键以及参数的设置，来控制步进电 图1 步进电机与PLC的接线启动、停止、正反转等基本动作，同时还要实现对步进电机的监控和报警。通过力控组态软件和PLC和步进电机的结合来完成这次试验。二、系统硬件设计2.1PLC选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程

4、设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照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选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。PLC的选型要考虑一下

5、几点：（1）.输入输出（I/O）点数的估算。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。（2）. 存储器容量的估算。存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，

6、许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。（3）. 控制功能的选择。控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。（4）. 编程功能。3 离线编程方式：PLC和编程器公用一个CP

7、U，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语

8、言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。所以通过以上要求选择汇H2u-1616MT-XP型号的PLC。2.2变频器选型（1）、根据电机实际工作电流选择变频器电机实际工作电流是变频器选型最关键的因素，变频器在长时间工作时必须满足变频器输出电流大于电机实际工作电流。项目中通常先选电机，再根据电机选变频器。电机实际工作电流并不是电机铭牌上标注的额定电流，变频器选型时应先熟悉工况，初步估算出电机的工作电流与随时间变化的关系，然后才确定相对应变频器的型号。变频器拖动恒转矩负载电机，以电机额定电流为依据选择变频器。变频器拖动

9、风机、泵类负载的电机，以电机额定电流为依据选择变频器。时常短时间过载运行的电机，需要计算过载周期及过载电流。 变频器拖动这类型负载的电机，要求变频器最大输出电流Imax大于电机峰值电流，且变频器的参数I2t在自身所允许的范围之内，变频器选型时有可能放大一档或几档来才能满足现场需求。现以10kW、20A额定电流电机举例：假如电机间歇性工作，1秒内过载运行时峰值电流为40A（额定电流2倍），之后停止运行20秒。此时选型就要用到变频器过载曲线：首先将电机电流随时间变化的曲线出来，其次看变频器的输出电流曲线能否覆盖电机电流曲线（即变频器输出电流超过电机实是否际工作电流），只有变频器输出电流曲线覆盖电机

10、电流曲线的变频器型号才适用于重载负荷的电机。能对于重载变频器选型，往往有一些经验数据可以参考。（2）、变频器选型应充分考虑环境对变频器的影响首先确认变频器的安装环境； 环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的

11、问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。 温度变频器的影响 变频器选型时要考虑到使用环境温度一般在-1040，工作环

12、境的温度如果高于40的情况下，每升高1，变频器应降额5使用；工作环境的温度每升10,那么变频器的寿命就会减半，所以周围环境及变频器散热的问题一定要解决好。 湿度对变频器的影响 给变频器选型时，若在湿度低于90的环境中工作，空气的相对湿度小于或等于90，无结露。湿度若太高且湿度变化比较大的时候，变频器的内部比较容易出现结露现象，那么绝缘性能就会大幅度降低，甚至会引发短路。必要时，必须在箱中增加干燥剂或加热器。海拔高度对变频器的影响 变频器安装在海拔高度在1000m以下可以输出额定功率。当海拔高度超过了1000m，其输出功率会呈下降。 粉尘对变频器的影响 在有金属导电性粉尘的场合，不宜安装变频器。

13、因为导电性粉尘会侵入变频器的内部，容易导致变频器的内部线路短路，严重情况下会烧毁变频器。在变频器选型时一定要想到这一点。（3）、变频器进线电源选择 常用的电压为单相交流电220V、三相交流电220V、三相交流电380V和三相交流电690V。进线电源由既有的上游变压器电压等级决定，在变频器选型初期就应明确。电压等级大小决定着电机接线盒的接线方式的不同。星形接法比三角接法有更高的耐压能力和更小的工作电流。进线电源频率一般在50Hz，变频器对进线频率的波动有比较高的承受能力，变频器二极管整流桥对频率不敏感。（4）、正确选用变频器冷却方式 常见的1000VAC以下低压变频器，多为内部风冷。在大功率变频

14、器的成组传动时，变频器散热风机的工作噪音很大。在必要的情况下，可以选用水冷系列变频器。通用低压变频器选型步骤在变频器选型时候，可以按照以下的六个步骤进行：、明确设备的工作运行方式、容量及负载类型、明确设备的工艺、性能指标及控制要求、确定内部系统的组建方式、I/O接口、通信接口等、对各项性能指标和要求进行归纳、对归纳后的结果进行技术咨询或直接进行招标、对变频器性能、变频器使用寿命、变频器价格、变频器服务进行综 根据以上选型的要求，所以这次试验选择汇川的变频器。2.3步进电机选型步进电机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积累误差(精度为

15、百分之100)，所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。为了让更多的用户了解步进电机及步进电机驱动器，选择到最适合自己使用要求的步进电机和步进电机驱动器，特将有关选型原则介绍如下：(仅供参考)。