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1、目录第1部分 设计任务与调研2第2部分 设计说明硬件选型与安装5第3部分 设计成果13第4部分 结束语20第5部分 致谢21第6部分 参考文献22 第1部分 设计任务与调研 1.1 采用变频器对风机调速的意义通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造
2、成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。本文从我国中小型工厂风机的使用现状出发，设计出了一套基于plc变频调速风机控制系统。1.2风机调速特点风机调速是指根据生产需要风速进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况，这样不仅满足生产的需求又节约了能源。 1.21风机调速方案讨论风机多为交流异步电机拖动，当电机转速降低时，即可节约能源，经济效益十分显由异步电动机的转速公式（1-1）（1-2）： （1-1）式中：n0 : 异步电动机的同步转速n : 异步电动机转子的转速p ：电动机的磁极对数f : 电源频率s ：转差率 (1-2)因此改变，电动机的
3、磁极对数p、改变转差率s及改变电源频率f都可以改变转速。变磁极对数调速在电源频率一定的情况下，电动机的同步专属与磁极对数成反比，改变电动机磁极对数，就可以改变转速。通过改变定子绕组的接线方法来改变磁极对数以改变电动机一相绕组为例，电流方向都是一致的，只要改变定子绕组的连接方法，就可以成倍地改变磁极对数p如果是P=1,2,3等，就可以得到n0=3000,1500,1000r/min等不同的同步转速，从而得到不同的转子转速。这种调控方式控制简单，投资省，节能效益显著，效率高，但需要专门的变级电机，是有极调速，而且级差比较大，只适合于特定转速的生产机器。变频调速变频调速是将电网交流点经过变频器变成电
4、压和频率均可调的交流电，然后供给电动机，使其可以在变速的情况下运行。改变电动机定子频率f可以平滑地调节同步转速n0 ，相应地也改变转子转速n，而转差率s可保持不变或很小。但对电动机来说，定子频率改变后，其运行影响，如果电压不变，频率增加时，磁通减少，电动机转矩下降，严重时会使电动机堵转；频率减小，磁通增加，会使磁路饱和，励磁电流上升，导致铁芯损失急剧增加而发热，是不允许的。因此，在实际应用中，要求调频的同时，改变定子电压，保持磁通基本不变，既不使铁芯发热，又保持转矩不变。实现调频调压的电路有两种：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
5、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
6、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：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。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。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
7、号由压力变送器检测。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 2.1 FR-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 图2-1.1交-直-交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
8、（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
9、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，200230V/50Hz或60Hz。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
10、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。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0.1Hz1Hz，最高工作频率为12
11、0Hz650Hz。 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： 参数清零在PU运行模式下p30为1set（显示全部参数）clr为10set（清零所有）参数清零完成 参数设置在PU运行模式下p30为1-set（显示全部参数）p79为3-s
12、et（接收420ma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
13、、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PLC FX2N PLC实质上是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图2-2所示。中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）存储器输入、输出（I/O）单元电源部件编程器编 程 器系统程序存储器用户程序存储器输入电路输出电路电 源图2-2三菱PLCFX2N硬件结构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
14、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。 R
15、UN/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2-1 FX0N-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
