变频控制装置范文

变频控制装置范文（精选10篇）

变频控制装置 第1篇

1.1 CPU温度与工作状态

智能电视机由于高频率和高功率, CPU工作发热问题, 稳定性问题也成为智能电视开发者关注的问题。我们知道, CPU工作的频率会随着电压的提高而提高, 当出现超频时, CPU的温度就会提高, 当温度过高CPU的工作状态就会变的不稳定。在散热条件足够好的情况下, 当电压一定时, CPU温度的提高往往是由于CPU负荷过大造成的。对电视机而言, 绝大多数CPU的正常工作稳定温度范围一般为0-80度, 也就是说, 如果环境温度是20度的话, 温升不超过60度, CPU才能处于稳定的工作状态;如果夏天环境温度在35度的话, 温升不超过45度, CPU才能处于稳定的工作状态, 要使CPU的处于稳定的工作状态温度当然是越低越好。

1.2 CPU温度与供电电压

温度提高是由于CPU的散热量大于散热器的排热量 (对于智能电视机而言, 散热器为散热片) , 一旦发热量与散热量趋于平衡, 温度就不会升高了。发热量是由CPU的功率决定, 而功率又和电压成正比, 因此要控制好温度, 就要控制好CPU的核心供电电压。但电压又不能过低, 电压如果过低又会造成系统不稳定, 在超频幅度大的时候, 这对矛盾尤其明显。电视机表现的现象会有自动重启或者不开机等现象。因此如何设置好电压在极限超频时是很重要的, 设置高了, 散热片起不到良好的作用, 设置低了, CPU受不了, 处于不稳定的工作环境。

那么电视机什么状态才叫稳定呢, 由于其复杂性, 智能电视的稳定性也只能是相对的稳定, 在合理的范围内超频, 可以抵御大多数不稳定因素带来的不良后果;在CPU硬件的极限边缘超频, 一个极细小的电压、电流纹波波动都有可能各种异常现象。本文所述的控制供电电压参数的设置, 仅仅是其中的一种情况, 可以根据各自的CPU状况去调整相应的参数。

2 控制电路系统设计

2.1 设计思路

在CPU上, 设计一个温度传感器, 实时的探测电视机的温度数据, CPU里面的温度分析控制模块在检测到温度超过预定的数据时, 将控制信号传给CPU, CPU通过I/O输出控制核供电电路, 以改取变样电路的阻值, 从而降低供电电路的电压, 适当的降低核电压的电压值, 有效降低CPU的功率和温度, 使CPU处于稳定工作状态, 并使CPU不因过热而损伤。

2.2 CPU供电电路设计

以CPU工作电压为1.26V, 工作电压范围为1.20V-1.32V为例。系统采用DC-DC芯片MPS1470输入电压为12V。如图1为供电电路图, U7为DC-DC, 输出端电阻R1的值为电阻R4和电阻R26的串联值, 电阻R2为电阻R7、R27、R41并联后的等效电阻阻值, 输出的电压VCC=基准电压× (1+R1/R2) , 基准电压值和使用的DC-DC有关。三极管Q5、Q6工作在两种状态下, 饱和导通和截止状态, 当三极管处于导通状态时, VIDO或VIDO需要置高电平, 跟三极管 (Q5或Q6) 第三脚连接的电阻相当于接地, 当置低电平或者悬空时, 跟三极管 (Q5或Q6) 第三脚连接的电阻相当于断路。

电阻R27、R7、R4、R26、R41分别为100K、10K、5.1K.、100Ω、39K。系统要求电压的典型值为1.26V, 电压范围为1.20~1.32V, 在VID0为低电平、VID1也为低电平, R2的等效电阻的阻值即为电阻R7的阻值 (R2=10K) , 由于采用的DC-DC芯片的输出参考值为0.8V, 即VCC=0.8× (1+5.2/10) =1.216V。当VID0为低电平, VID1为高电平时, R2的阻值即为R27和R7并联的等效电阻, 阻值为9.1K, 即VCC=0.8× (1+5.2/9.1) =1.2576V≈1.26V。同理当VID1为低电平, VID0为高电平时, R2的阻值即为R41和R7并联的等效电阻, 阻值为7.96K, 即VCC=0.8× (1+5.2/7.96) =1.3226V≈1.32V。

2.3 CPU软件控制设计

在硬件配置设置好后, 系统工作时, 默认状态下将VID0置于低电平, VID1置于高电平, 系统启动后, 核供电电压为1.26V, 系统在超负荷工作下, 温度传感器, 检测温度超过一定值时, 温度分析控制模块向CPU控制处理模块发一个降频信号, 则系统将VID1也置于低电平, 使工作电压为1.20V。如果CPU需要超频工作时可以将VID1设为为低电平, VID0为高电平, 工作电压为1.32, 此时CPU超频工作。

3 小结

智能电视而言, CPU的温度控制跟其稳定性是密切相关的, 本文通过CPU温度与工作电压, CPU温度与工作状态进行分析, 设计了一种自动检测CPU温度, 并调整CPU供电核心电压, 以保持CPU处于稳定的工作状态的装置, 该装置由设计于CPU上的温度传感器检测CPU的工作温度, 并检测供电电压, 根据预先的硬件配置, 适当的调整CPU供电的核心电压。

参考文献

一种防垢除垢的变频电磁场发生装置 第2篇

关键词： 方波； 变频； 电磁场； AVR单片机

中图分类号： TN 712文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.02.016

An electromagnetic device with frequency conversion for

fouling control and removal

HOU Honglu， QI Jingjing， HUANG Dingjin

（School of Optoelectronic Engineering， Xi’an Technological University， Xi’an 710021， China）

Abstract： A kind of circuit based on square wave is designed to solve the problem of equipment corrosion caused by fouling in the pipeline. The square wave with variable frequencies is generated by AVR micro controller unit. After being processed through the driving circuit， the electricity signal driving the coil produces a magnetic field. Under the effect of electromagnetic， dirt ion is removed from the pipe wall. Experimental results demonstrate the square wave with the frequency conversion from 0 Hz to 6 MHz. The duty ratio is fifty percent and the driving power is 72 W. The equipment has high efficiency and wide applications and is easy to installation. Besides， the power consumption is low.

Keywords： square wave； frequency conversion； electromagnetic field； AVR micro controller unit

引言日常生活和工业生产中水垢现象非常普遍，如不加以预防处理，危害极大。传统的化学除垢方法虽效果明显，但由于引入了其他有害杂质，且化学药剂本身存在着安全隐患，因而，不适合于人类日常生活中管道的防垢与除垢。物理除垢是用声、光、电、磁等技术及其相应设备来改变水中各种离子和分子的运动状况，实现除垢、防垢的目的，由于其具有节能环保的优势因而引起了人们的广泛关注[1]。目前，常用的物理防垢除垢方法有超声波处理法，磁化处理法，静电场处理法以及电磁场除垢法[2]。超声波防垢除垢需要复杂的超声波发生装置，磁化处理法的磁场稳定性差，静电场处理法需要额外电能产生电场，而电磁场除能够有效除垢防垢外，还能对水质起到杀菌、灭藻的作用。本文基于电磁场除垢机理，将频率连续变化的电信号送入缠绕在管道上的漆包线圈，产生变化的电磁场。在电磁场作用下，污垢离子脱离管道壁，实现防垢除垢目的。1变频电磁防垢除垢机理水垢的主要成分为碳酸钙和碳酸镁。水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成，通常80%的水分子以氢键缔合成水分子团的形式存在，这种水分子团对碳酸钙的溶解度较低，使水垢很容易析出，并附着在管道内壁。当电磁场振动频率同水分子自然频率相同时将产生共振现象，使氢键断裂，水分子变成单个极性水分子。该微小水分子可渗透、包围、溶解水系统中形成的垢层，同时使悬浮在水中的钙离子和镁离子形成特殊的文石碳酸钙晶体，其表面无电荷，无法在管道上吸附[35]。不同环境下水温、硬度、黏度、pH不同，其共振频率也不相同。变频电磁防垢除垢系统可产生频率不断变化的电磁场，不同条件下的水分子与频率不断变化的电磁场产生共振，达到防垢除垢的目的。光学仪器第37卷

第2期侯宏录，等：一种防垢除垢的变频电磁场发生装置

2变频电磁防垢除垢系统方案理论分析与实验结果表明，方波信号的防垢除垢效果较之其他信号更为明显。原因在于：首先，方波的变化更为剧烈，所产生的电磁场能对水中的离子和分子产生较大的扰动；其次，方波信号含有丰富的谐波成分，使水分子团与外加电磁场实现共振的机率更大[4]。因此本系统选用30 min内频率从0 Hz～6 MHz连续变化的方波作为驱动信号，系统以72 W的输出功率驱动线圈产生变化的电磁场。系统原理框图如图1所示，主要由AVR单片机ATmega16、按键控制模块、串口通信模块、光耦隔离电路、驱动电路及线圈组成。按键开启后系统上电，AVR单片机产生两路PWM波信号[67]，由于AVR

图1电磁除垢防垢系统原理框图

Fig.1The diagram of electromagnetic prevention and

nlc202309040207

foulingremoval system

图2电源模块原理图

Fig.2The diagram of power module

单片机产生的方波信号其负载能力低，不能直接驱动负载线圈，需要利用驱动电路对AVR单片机产生的信号加以放大。为了提高系统稳定性和可靠性，AVR单片机和驱动电路之间设计光耦隔离电路实现信号隔离[89]。驱动电路对信号放大并传输至线圈产生电磁场。串口通信模块将AVR单片机PWM波信号参数发送给上位机，供工作人员配置波形参量。3变频电磁防垢除垢系统电路设计

3.1电源模块整个系统外部输入36 V直流作为电机驱动电源，采用LM2576电源芯片将其转换为5 V直流后为AVR单片机、串口通信电路、ISP下载电路、光耦隔离电路供电。图2为电源模块原理图。输入端旁路电容C1选择470 μF的铝电解电容防止出现大的瞬间电压。输出端续流二极管选择开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短的肖特基二极管，储能电感有高的通流量，C2选择470 μF钽电容用于输出滤波以及提高环路的稳定性。

3.2基于AVR单片机的控制电路设计图3为ATmega16单片机工作最小系统，通过配置代码，单片机输出端口PD4、PD5产生两路相位相反的PWM波[6]。

图3单片机工作最小系统

Fig.3Micro controller unit system

ATmega16作为主控芯片，其外围电路包括晶振、复位电路、ISP下载电路、串口通信电路。选用12 MHz晶振为单片机提供工作时钟。单片机程序运行发生错误时，可由复位电路恢复处理器至初始工作状态。ISP下载电路实现单片机的程序烧写。对于AVR单片机，当RESET为低电平时，可以通过串行SPI接口对其片内的Flash程序存储器进行在线编程。配置代码时，PC机与AVR单片机属于主从关系，PC机为主机，单片机为从机。主机发出的串行数据经MOSI引脚传入从机，由从机返回的数据经MISO引脚传向主机。SCK为串行时钟脉冲，由主机发往从机，主机通过SCK脉冲控制与从机传输数据。AVR单片机产生的方波信号通过串口通信模块发送给上位机，检测人员判断方波信号的频率、占空比及高低脉冲宽度是否符合要求。单片机输出为TTL/COMS电平，该电平规定逻辑0电平为0 V，逻辑1电平为5 V，计算机采用负逻辑的RS232电平，规定逻辑0电平为3～15 V，逻辑1为-15～-3 V，所以计算机与单片机之间通讯时需加MAX232电平转换芯片。

图4光耦隔离电路

Fig.4Opticalcoupling isolation circuit3.3光耦隔离电路光耦隔离电路选用单通道高速光耦合器6N137，其电路原理如图4所示。信号从引脚2和3输入，输入端有两种接法，分别得到反相或同相逻辑传输。本系统采用同相逻辑传输，引脚3接输入信号，引脚2接高电平。单片机输出两路PWM波通过两路光耦隔离电路，方波信号由引脚3输入，输出为Port2。

3.4驱动电路单片机产生的电流无法满足线圈产生电磁场的要求，设计驱动电路对线圈前端信号进行放大，可提供给负载的最大电流为2 A，电压为36 V。本系统选用步进电机专用控制器L298作为驱动电路主芯片，图5为驱动电路原理图。使能输入端ENA接AVR单片机PD3口，当PD3口为高电平时芯片使能，引脚5和7为输入端，分别接两路方波信号，引脚2和3为输出端用来连接负载线圈。当L298从工作状态转换到停止状态时会形成反向电流，电路中的4个二极管起到保护芯片的作用。

3.5电磁转换电感线圈将驱动电路输出的电信号转换为对应的幅值调制磁信号。本系统中的电感线圈是由直径为1.5 mm的漆包线在直径40 mm的铜质管道上单层绕制500匝。通电线圈内的方波电流在管道内部产生变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律，变化的磁场产生变化的电场，在管道内形成变频电磁场。图5驱动电路

Fig.5Driving circuit

图6电磁防垢除垢电路实物

Fig.6The photo of electromagnetic prevention

and foulingremoval system

图7电磁防垢除垢电路程序流程图

Fig.7The flow chart of the program for electromagnetic

prevention and foulingremoval circuit

4系统电路板级实现

4.1电路布局布线电磁防垢除垢电路电源线和地线形成电流回路驱动整个电路系统，流经电流较大，应尽量减小导线的分布电阻，同时为了得到较为平坦的零电势点，增大电源线和地线宽度为0.75 mm。在元器件布局过程中考虑到LM2576电源芯片工作时发热量高，放置该芯片于PCB板靠近边缘处，且在LM2576芯片的下方添加焊盘加快散热速度。考虑到电磁兼容性及电路内部模块之间相互干扰，在便于信号流通的前提下，将各信号处理芯片分散排布于整块PCB板上。为了减少外界噪声干扰，PCB板上滤波电容放置于距离芯片信号输入管脚处，对PCB电路板进行覆铜，外加屏蔽壳处理。图6为电磁防垢除垢电路实物图。

4.2代码设计电磁防垢除垢电路程序流程图如图7所示。本系统选用16位定时器/计数器，工作模式为占空比和频率均可调的相位修正PWM，该模式下的PWM频率f可由如下公式获得，即f=fclk2·N·TOP式中：fclk为时钟频率；N为预分频因子（18、64、256或1 024）；TOP为计数器计数序列的最大值，其值可以为固定值0x00FF、0x01FF、0x03FF，或是存储于寄存器OCR1A或ICR1里的数值。5系统性能测试及分析

nlc202309040207

5.1变频信号特征检测用示波器跟踪检测，得到占空比为50%，频率在0 Hz～6 MHz随时间变化而变化的方波信号。图8和图9是利用示波器检测到电磁信号发生装置在30 min内两个时间点的波形图。两幅图中的信号均为方波信号，时间差为12 min，频率由174.062 kHz变成2.515 MHz，满足变频特性。

图8频率为174.062 kHz信号波形

Fig.8The waveform of the signal with

174.062 kHz frequency图9频率为2.515 MHz信号波形

Fig.9The waveform of the signal with

2.515 MHz frequency

5.2电磁场特性检测图10为方波信号从0 Hz～6 MHz变化过程中，利用高斯计对管道中心位置的磁场强度进行测量的结果。由图10可知，方波频率在500 kHz以内时，磁感应强度随着方波频率的增大而增大；当方波频率大于500 kHz时，磁感应强度在0.8～1.2 mT范围内波动。说明通电后的电感线圈产生了电磁场，且达到稳定后电磁场强度维持在一定范围内。

5.3除垢防垢特性检测选用铜管作为水流管道，试验前标记水管质量。使含有碳酸钙和碳酸镁的溶液流过水管并形成水垢[10]，再次记录水管质量并计算结垢量为2.5 g。将变频电磁场发生装置安装在测试水管上，每隔3 h测量一次水管质量。得到除垢量与时间的关系如图11所示。从图11可以看出，该装置连续除垢接近20 h时，除垢量约为2.5 g且水管内部无新的水垢产生，达到了除垢防垢的目的。

图10方波信号频率与磁感应强度关系

Fig.10The relationship between the frequency of

the square wave signal and the magnetic induction图11除垢量与时间的关系

Fig.11The relationship between foulingremoval

amount and time

6结论

本文设计了一种基于AVR单片机的变频电磁信号发生电路，该装置克服了传统防垢除垢装置系

统复杂、效率低等除垢防垢效果不理想的弊端，解决了单一频率电磁信号无法实现变频共振从而引起除垢低效或除垢失败的问题。理论分析和实验结果均验证了防垢除垢系统方案的可行性，整个电路系统结构紧凑、功耗低、便于操作，仅需36 V直流电源即可正常工作。参考文献：

[1]陈璨.基于电磁场的除垢、防垢技术研究[D].东营：中国石油大学，2008.

[2]伍懿美.高频电磁水处理器的电磁场分析及实验研究[D].重庆：重庆大学，2012.

[3]蒋文斌.基于变化电磁场的电磁除垢系统[D].杭州：中国计量学院，2012.

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[5]费继友，李玉泉，白鑫.水的电磁变频除垢防垢技术和实验研究[J].化工自动化及仪表，2011，38（2）：157161.

[6]刘芳，彭润玲，陈家璧，等.基于AVR单片机的的双液体变焦透镜驱动系统[J].光学仪器，2009，31（5）：6266.

[7]何金平.电压源型PWM变换器控制与应用[D].武汉：华中科技大学，2012.

[8]王志伟.基于FPGA的调频电磁除垢仪的研究[D].西安：西安工程大学，2011.

[9]张立勋，沈锦华，路敦民，等.AVR单片机实现的直流电机PWM调速控制器[J].机械与电子，2004（4）：2932.

[10]徐晓宙，罗融.高频电磁场对防水垢机理的实验研究[J].西安交通大学学报，1997，31（1）：124126.

（编辑：程爱婕）

变频控制装置 第3篇

第一台电动机的诞生以来, 工业也进入了一场历史性的革命。电动机也就在工业上广泛的应用已成为变频控制技术的成品之一, 国内对这样的技术有很大的发展, 以前的人员手动控制的调速技术已经被变频控制技术取代, 市场需求量大、频率器件发展和工业的高速发展都需要这种技术的不断完善和发展。

我国是一个发展中国家, 经济还不是很发达, 制造业也是现在我国面对的困难, 变频控制技术是我国目前要发展的领域, 而变频控制技术在定向移动装置速度控制上的应用就是本文要研究的问题。

1 变频控制技术在应用中注意事项

随着变频控制技术的推广, 经济效益提高的需求, 变频控制技术在定向移动装置速度控制上的应用会很多, 但是在这些应用上会出现不可避免的问题:

1) 在变频控制技术上的电缆选择, 变频器输入端的电线的选择是个问题, 根据过年的经验, 我们采用屏蔽电缆;

2) 选择完电缆原料后, 就要设计电缆的铺设, 在铺设过程中, 要把逆变器输出端和系统中其他信号线分开, 保证这两种线的间距大于10cm;

3) 逆变器输出端的电缆屏蔽接地, 电动机一端也要浮空, 防止出现信号的干扰, 在变频器与接口箱连接的电缆也要屏蔽接地;

4) 屏蔽接地也要选择接地点, 这些接地点的要求是很高的, 电缆应选择专用保护地, 选择后也要尽量的短, 不能接近避雷网的保护地, 这些要求都是为了保护电缆不会相互干扰。

变频控制技术在多台变频设备同时使用时, 就会出现强弱信号, 这些信号都是电磁, 随着也会带来干扰, 如果干扰后就不能稳定的工作, 也会导致附近的电子仪器正常的工作。

2 变频控制技术在变频行车的应用

变频车是变频控制技术的应用之一, 矢量控制是变频控制的方法, 变频车的变频调速控制的优点:可靠性高、节约能源和生产力高;实现安全应该应用多段调速控制, 操作方式与传统的控制是一致的;保护负载不会损伤和附件不会损坏可采用变频控制, 制动平稳是由电气控制和机械控制结合起来;为了减小振动和冲击, 减小电机的消耗, 加减速就要达到平滑, 使电机的寿命延长, 这些都是变频控制技术的优点。

重载提升货物过程中行车制动防止出现溜钩现象, 电气制动和机械抱闸制动是行车制动的二个部分, 开闭、升降上升停车和下降三个过程, 电机都要处于发电状态, 达到一定的电压后, 制动单元工作才能开始, 电阻多余的能量需要通过热量的形式消耗, 停车才能达到停车精确。变频行车在很多大型生产线都会应用到, 维修和维护行车都会感到行车的故障率极低、高可靠性和线路简单的优点, 这些变频控制技术在定向移动装置速度控制上的应用, 有体现的淋漓尽致。

3 变频控制技术在液压机速度控制的应用

液压机速度控制技术是变频控制技术的应用, 通过改变驱动泵的电机频率, 调节泵的输出量和改变电机的转速, 来控制柱塞的运动速度, 液压机速度控制技术的优点:效率高的系统, 较少的发热量和能源节约;油泵的寿命可以延长, 可靠性相应的提高;系统的维护也是非常重要的, 这些工作量也会相应的减少的, 随之系统维护的费用就会降低;工厂供电的冲击会减少, 电力的系统也会得到改善;变频速度控制的精度会非常的精确。

国内外的液压机的电气控制系统是很少的, 而且大多数都是计算机控制, 而不是变频控制, 液压机在目前经济有很大范围上的优势, 速度控制技术也是现在最新的技术领域, 这项技术的领域包括:容积调速在重工业应用领域扩大;调速阀的速度控制;生产出高质量的产品、能量消耗随之降低, 环境也会得到相应的保护, 速度控制的精度也会大大的提高。

速度控制技术在这些领域的应用是很重要的, 也是当前国内外发展现状最新的领域, 也会带来液压机速度控制技术的一些相关的问题和未来发展的趋势, 变频控制技术在液压机速度控制的应用是现在科学家非常关注的问题。

4 变频控制技术在楼群恒压供水系统的应用

变频调速技术来调节水的流量达到恒压供水的目的, 水压的平稳是该系统的最终控制目标, 采用变频调频速度控制大大减少了震荡和超调, 得到稳定的水压和水流。楼群恒压供水系统包括:微控制器、变频器、电源开关和电机带动的水泵等。而变频器是速度控制的核心, 实现变频调速, 使整个供水系统的末端压力保持恒定, 系统也会保持高效节能的最好状态。变频调速器来调节水泵的转速来控制水量的变化, 设备的使用寿命也会大大延长, 水量的控制是这个系统的要解决的问题, 而水的平稳性也是系统通过调频器应达到的目的。本系统应用于自来水厂、生活用水、工业用水, 来满足生活小区和军用设备的使用, 给社会带来巨大的贡献。

5 结论

随着变频控制技术的推广, 经济效益提高的需求, 变频控制技术在定向移动装置速度控制上的应用会很多, 变频控制技术在应用中注意事项也就会一一解决。同时, 变频控制技术也会在变频行车、液压机速度控制、楼群恒压供水系统中获得更为广泛的应用, 以满足生活小区与军用设备的正常使用与需求。

参考文献

[1]吴志彬, 高雷.变频技术在烟库摆动电机速度控制上的应用[J].自动化仪表, 2010, 25 (8) :58-60.

[2]姚梦琳.变频技术在电机控制中的应用研究[J].科协论坛:下半月, 2011 (2) :74-75.

变频控制装置 第4篇

【关键词】变速调速装置；升级改造；提效节能

1.概述

四老沟矿南阳路路付立井提升机控制系统是传统的绕线电机转子串电阻调速方式，在加速过程中，转子回路电阻依次减小，以保证加速力矩的平均值不变。在减速和爬行阶段要求电动机低速运行，则需在转子回路串较大电阻。这种拖动方案存在的问题是：

1.1开环有级调速，加速度难以准确控制，调速精度差；

1.2触点控制，大量使用大容量开关，启动电流和换档电流冲击大，接触器频繁投切，电弧烧伤触点，影响接触器的使用寿命，设备维修成本较高。其系统可靠性差、控制精度低，而且硬件接线繁杂、故障率高。低速转矩小，转差率大，系统维护工作量大，可靠性差；

1.3运行效率低；转子回路串接电阻在低速时大部分功率都消耗在电阻上，消耗电能，造成能源浪费；

1.4电机的机械特性偏软，一般电阻上消耗的功率约为电动机输出功率的20%—30%；

1.5接触器经常吸合与断开，噪音比较大；

1.6提升机在低速爬行阶段和减速阶段速度控制性能差，减速过程转矩脉动大、罐笼平稳性较差、钢丝绳摆幅较大，减速过程完全由绞车司机手动控制，控制不当易造成过放和过卷事故。

2.变频调速装置的改造

2.1改造过程

冲变频调速电控系统共由一台可控硅转子调速柜、一台电阻柜和一台低频电源柜组成。

可控硅转子调速柜采用淮南六信电控设备有限公司设计生产的用于交流提升机电控系统改造的新产品，该调速柜具有结构紧凑、维护方便、可靠性高等特点，减少了设备的占地面积。所有硬件采用模块化设计，大大提高了维护的效率。无机械噪声和磨损，避免了机械传动部分的维修，同时固定触发，周期性好。

本装置为8级起动电阻切换方式运行，当提升机等速运行至减速点时，由司机根据运行速度按需要切换转子电阻，直至爬行运行，或根据系统设置，在运行到减速点时，由限速开关给出减速信号，PLC检测到减速信号后发送给控制器，由控制器启动自动减速程序，使工作频率按设定要求逐步变为低速运行。当测速发电机给出超速信号，PLC检测该信号发送给控制器，进入自动减速运行，当井口或深度指示器传感器监测到罐笼到停车位后，信号反馈至PLC，实现自动停车。减速阶段再生能量通过功率单元来处理。电机处于发电状态，功率单元母线电压升高，当母线电压超过电网电压的1.1倍时，CPU根据比较器和相位检测的结果，通过移相变压器回馈到电网，装置充分利用了移相变压器对谐波的抵消作用，具有对电网无谐波污染、功率因数高、控制简单、损耗小，返回到电网谐波小于5%。变频调速系统的调速特性。

如图所示，绕线式电动机转子回路串接电阻调速时，通过电阻的分级切换和正反转接触器切换，实现有级调速和正反转控制。其中，工作点1和工作点2为电动状态，工作点3为能耗制动状态，工作点4为再生发电机状态。

变频调速特性为一组平行的曲线，由于变频器的频率连续可调，因而能够实现平滑无级调速。图2中1区为电动区，2区为再生发电区。

2.2副井绞车电控采用变频方案的优越性

2.1.1系统采用西门子S7-300系列可编程控制器，其结构紧凑，功能强大，模块化设计，可靠性高。内置的综合诊断能力，高速计算能力，完整的指令集等。

2.2.2采用变频调速实现了软停车，减少了机械冲击，使运行更加平稳可靠。起动及加速时冲击电流很小，减轻了对电击。

2.2.3回馈能量直接回电网，且不受回馈能量大小的限制，回馈的能量通过EMC滤波器，有效控制了回馈时的谐波含量。

2.2.4簡化了操作、降低了工人的劳动强度，故障率大大降低。

2.2.5运行速度曲线成S形，低速力矩可达200%，使加减速平滑、无撞击感。

2.2.6安全保护功能齐全，除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外，还具有以下的保护功能：

（1）深度指示器断轴保护；

（2）减速点后备保护；

（3）接近井口定点检测限速保护；

（4）防倒转保护；

（5）给定方向记忆保护；

（6）二级制动解除保护；

（7）减速段超速保护；

（8）测速发电机欠压保护；

（9）安全回路由PLC内部和外部AC回路串联实现。

采用现代智能控制技术实现速度闭环调节，负力减速阶段在各种负载条件下可严格按照给定的速度图运行，使交流拖动系统在减速段已达到直流拖动系统的调速性能。系统具有完善的自诊断能力，通过液晶显示器可以指示70余种故障信息、系统运行参数等，提高了系统的可靠性和可维护性。采用全数字变频控制技术，减速段速度调节采用低频发电制动方式，将系统的动能反馈给电网，与动力制动减速相比，不仅调速性能好，减速与爬行自然过渡，而且节能效果显著。

3.经济社会效益

有效地解决了使用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统时，提升机减速和爬行阶段的速度控制、性能差、严重耗能等问题，为用户提高生产效率的同时，实现了双重节能效果，并有效利用能源。节能效果十分显著：

节电计算：

减速、爬行段节电：800KW×0.6×15/3600=2度

加速段节电：800KW×0.4×19/3600=1.6度

变频器在加、减速段节电为：2+1.6= 3.6度

改造前记录数据每罐用电13.2度

节电率为：3.6÷13.2=27%

年节电能为：3.6度×80罐×330天=95040度

4.结束语

副立井提升机改用变频调速方式后，不仅使系统的性能大大提高和机械部份寿命延长，更重要的是具有柔性化控制，改造后的电控系统结构简单、应用灵活、编程方便，维护工作量比原系统减少了40%，耗电量减少了20～30%，运行稳定可靠，大大提高了提升机的安全运行，缩短了提升时间，提高了生产效率。

参考文献

[1]沈鸿.《电气工程师手册》.机械工业出版社出版，1990年

[2]倪能容.《中国机电成套设备技术手册》.浙江科学技术出版社出版，1992年。

变频控制装置 第5篇

矿井通风机的作用是把地面新鲜空气连续不断的送入到井下各用风地点, 其目的是稀释和排除有害气体和矿尘, 提供井下人员所需的氧气, 同时创造一个良好的气候条件。矿井通风是保障矿井安全最主要的技术手段之一。

1 传统通风机控制装置存在的问题

1.1 通风机的启动问题

矿井通风机的主体是电动机, 一般情况下选择异步电动机, 通风机的控制实际是对电动机的控制。电动机在启动时分为直接启动和降压启动。直接启动就是通过开关或接触器, 将额定电压直接加在定子绕组上使电动机启动。这种方法的优点是启动设备简单, 启动转矩大, 启动时间短, 缺点是启动电流大 (启动电流是额定电流的5-7倍) 。这种启动方式不适合大容量的电动机。电动机在启动时, 为了减小启动电流, 一般采用降压启动。降压启动的方法有很多, 如Y-△降压启动、定子串电阻降压启动、定子串自耦变压器降压启动等。不论是哪种降压启动方式, 从电气控制的角度来说, 都要单独设计一套启动控制装置, 当启动过程结束后再将启动装置从运行线路中去掉, 这样控制系统的结构就变得复杂, 可靠性也不高。

1.2 通风机转速不能调节

通风机为矿井提供新鲜空气必须满足矿井对风量的要求。在矿井生产过程中, 常常会因为各种情况需要对通风系统进行调整, 有时需要增加风量, 有时需要减小风量。煤矿主通风机传统的控制方式是风机全速运行, 通过调节风叶安装角度或风门开度调整所需风量。这就要求通风机必须是停机状态, 风机停机, 生产也就只能停下来。风机叶片调整工作开始到结束恢复生产可能要花费一个班甚至更长的时间。

1.3 解决方法

风机启动如果采用变频器的话, 启动电流的大小与启动时的频率与时间有关, 如果启动从零频率开始并有足够的时间启动, 电流完全可以控制在额定电流内, 并且是由小电流逐渐达到额定电流, 相当平稳。一般起动电流在3倍上, 那么变频起动可以在额定内, 降低多少是不言而语的。

从流体力学原理得知, 风机风量与转速及电机功率相关。当风量减小风机转速下降时, 其电动机输入功率迅速降低。例如风量下降到80%时, 转速也下降到80%, 其轴功率则下降到额定功率的51%;若风量下降到50%时, 轴功率将下降到额定功率20%。采用变频调速, 改变风机电动机的输入频率从而改变电动机、风机转速, 达到调节空气流量的目的, 既满足生产工艺变化的要求, 又节省电能, 是一举多得的最佳措施。

2矿井通风机多功能变频控制装置

2.1控制方式

该装置可实现两种工作方式:方式一、直接利用变频器对风机电机进行控制, 这种方式下风机电机的转速可以随时方便的进行调节。方式二、利用变频器的启动性能进行风机电机的启动, 变频器启动比传统的交流电机启动控制更简单、更可靠, 当启动过程完成后, 移去变频器, 直接将三相电源接入风机电机, 实现工频运行。该装置两种工作方式的切换, 既解决了风机控制环节中加入变频器后能耗增加的问题, 又实现了风机转速控制的要求, 还改善了风机电机的启动性能。

2.2 工作过程

如图1所示, 节能型风机控制装置工作过程如下:

方式一:合上断路器QF, 红色电源指示灯HL1亮, 同时交流接触器KM1线圈得电, KM1主触点闭合, 变频器AC60上电。启动风机前首先保证本台风机的风门应为打开状态, 而备用风机的风门应为关闭状态, 当两个条件均满足, ST31、ST42闭合, KA2、KA3线圈得电, 风门状态指示灯HL5、HL6亮, 常开触点KA2、KA3闭合, 电压继电器KA1检测到电压满足要求其常开触点KA1也将闭合。此时按下正转按钮SB2, KA4线圈得电并且闭合自锁, 变频器正转控制FWD端KA4闭合, KA4的常闭触点断开实现正反转的互锁, 同时正转指示灯HL2亮, 同时时间继电器KT2线圈也得电开始延时。KA4常开触点闭合使KM2线圈得电, KM2主触点闭合, 变频器输出接入电动机, KM2辅助常闭触点断开切断了KT1线圈得电源, 保证了KM1线圈的通电状态, KM2辅助触点串在KM3线圈支路中实现了互锁。当KT2延时时间到达时, 延时触点KT2闭合使变频器正转有效, 变频器开始控制电机启动并达到设定转速, 如需调整电机转速, 可通过变频器操作面板实现。 (可调频率范围25Hz-50Hz) 风机运转过程中如果出现电机及轴承超温时, 系统会自动停机, 相应超温指示灯亮。

反转控制过程与正转控制相同。但应注意, 在风机正转运行过程中如需反转, 必须先按下停止按钮SB1, 按下SB1后的电源指示灯HL1亮, 待风机完全停止以后才能按下反转按钮SB3, 反转指示灯HL4亮, 电机在变频器的控制下实现反转运行。

方式二:如风机需在工频状态下工作, 应在方式一的基础上, 待变频器控制电机运行频率达到50Hz后, 按下工频切换按钮SB4, SB4常闭触点断开, KA4失电, KM2线圈失电, 触点断开。同时KA6线圈得电, 常开触点闭合自锁, KM3线圈得电, 主触点闭合, 将工频电源直接接入电机, 实现工频运行。正转指示灯HL2灭, 工频运转指示灯HL3亮。KM2辅助常闭触点回复到初始状态, KT1线圈得电, 延时时间到达后延时触点KT1断开, KM1线圈失电, KM1主触点断开, 切断了变频器电源。

3 结束语

随着国内企业所开发风机容量越来越大, 风机控制技术必须不断发展才能满足这一要求, 如叶片的驱动和控制技术、如更大容量的变频器开发, 都是必须不断解决的新的课题。

摘要：本文主要阐述了一种用于矿井通风机的多功能变频控制装置的研制方案。传统风机电控装置设有一套启动系统, 在风机启动完成后启动系统不再参与工作, 风机运行在工频状态, 风机转速不能调整。本文所述的风机多功能变频控制装置可以替代传统的通风机电控装置, 利用变频器实现通风机的稳定快速启动和转速调整, 并且在需要的时候也可以不使用变频器, 让电机实现工频运行, 一定程度上实现了节能运行。

关键词：通风机,变频器,转速

参考文献

[1]巨广刚.我国煤矿用主要通风机节能现状分析[J].矿业安全与环保.2010.12:84-86.[1]巨广刚.我国煤矿用主要通风机节能现状分析[J].矿业安全与环保.2010.12:84-86.

[2]袁弘誉.变频调速技术在主要通风机中的应用[J].煤.2011.08总第144期:48.[2]袁弘誉.变频调速技术在主要通风机中的应用[J].煤.2011.08总第144期:48.

[3]刘峰, 杨峰.矿井主要通风机技术改造方案的研究与应用[J].煤炭工程.2010.10:54-56.[3]刘峰, 杨峰.矿井主要通风机技术改造方案的研究与应用[J].煤炭工程.2010.10:54-56.

变频控制装置 第6篇

关键词：PLC控制,485总线,DCS控制,操作柱控制

本文论述某化工装置切粒循环水泵改造前的PLC控制方式和改造后的2种 (DCS控制、旁路操作柱控制) 控制方式及其特点。 (以聚苯装置造粒2503电机控制为例) 进行阐述。

1 改造前控制回路

1.1 变频器PLC控制回路

1.2 PLC回路启停

变频器启停是由K01继电器完成, PLC A38.1单元输出高电平给K01得电, K01得电常开节点闭合, 接触器K1得电主回路接通, 再由PLC总线给西门子440变频器输入4-20mA调速信号, 40-P-2503A水泵就开始运行, 反之PLC A38.1单元输出低电平给K01失电, K01失电常开节点打开, 接触器K2失电主回路断开, 40-P-2503A水泵就停机。

1.3 调速原理

现场贮水池安装有水位计, 当然水位计测量到的水位数值送到PLC, 再通过PLC内部程序计算后输出4-20mA调速信号, 给变频器, 控制变频器的转速。通PLC内部设定一个G1水位值, 当水位超过G1值A、B水泵都开启, 以防水位升高溢出水池, 当水位低于G1值只开启A水泵。

1.4 控制特点

PLC控制现场接线简单, 就一根485总线将变频器和PLC连接, 实现变频器的启动、停止及频率给定等。如发生故障, 外部现象单一 (实际发生停机事件) , PLC内部程序复杂, 一时难以解决, 影响生产。

2 控制及主回路改造

2.1 增加DCS控制回路

2.1.1 DCS控制原理。

图1控制端子3-20新增接线, 可知变频器5-9两个端子可以启动变频器, 3-4两个端子给变频器4-20mA调速信号, 因此增加DCS启停和调速回路, 来控制变频器的运行, 实际中增加2个24V继电器, 一个实现PLC到DCS的切换控制, 一个启停变频器。实际切换中要将P0719参数由66改为2, 66表示PROFIBUS通讯控制, 2表示端子输入信号控制。

2.1.2 调速原理。

通过DCS输出4-20mA调速信号, 送到变频器的模拟输入端子3和4, 进而控制变频器的转速。

2.1.3 控制特点。

易于控制, 可以任意开启A或B电机, 保障生产。但是操作复杂, 需要电气人员改参数, 主回路还要接触器K1得电主回路才可接通, 因此就要PLC A38.1单元输出高电平给K01得电, 所有当整个PLC系统有问题是主回路是无法闭合的, 即使变频器有输出, 循环水泵也不运转。

3 注意事项及常见故障

(1) 退出运行时参数无法修改, 说明PLC程序未完全停止, 要求工艺调整。

(2) 电机不上量, 确认接线无误的情况下, 检查PLC状态下继电器一个不亮, P0719为66;DCS状态下P0719为2;检查P0701为2。

(3) DSC下起不来检查继电器相应的灯亮, 变频器3、4应有4-20mA信号, 5、9之间应接通通。继电器1、2、5、6、8、9亮。

(4) DCS切换到PLC时电机都不启动, 检查参数均正确, 无报警信号。要求工艺彻底停掉PLC程序, 再重新启动。

4 增加操作柱旁路变频器回路改造

4.1 操作柱常规控制原理

新增完整旁路, 将变频器甩掉, 包括主回路和控制回路, 假如PLC、DCS或变频器任何一个有故障, 就可以现场经过操作柱开启电机, 电机运行有ZEV保护, 可以实现热过载, 过电流、不平衡等保护。新增主接触器一个常闭节点串接在PLC和DCS启停回路中互锁, 操作柱开启电机后, 原来主接触器K1就不能得电, 保障安全。

4.1.1 调速原理。

不可以调速, 电机全速工频运行。

4.1.2 控制特点。

简单方便, 易于控制, 可以任意开启A或B电机, 和PLC和DCS系统没有任何关联。但是需要人工操作, 不可以实现自动化。在变频器故障的情况下, 工艺又必须要求设备继续运行的情况下, 只能用此法。

5 结束语

变频控制装置 第7篇

目前, 我国正处在经济迅速发展的时期, 能源消耗量巨大, 水资源和电能源都非常短缺。传统的供水方式普遍存在浪费资源、效率较低、可靠性差、自动化程度低等缺点。随着变频技术、电气技术、现代控制技术的不断发展, 目前的供水方式以变频装置控制系统为代表, 其稳定可靠的控制方式体现出优异的节能效果。

控制系统利用变频装置、压力变送器、数显仪表及工业水泵组成闭环控制系统, 代替了传统的水塔高水位供水方案。此控制系统在工厂供水控制中得到广泛应用, 具有自动化程度高、高效节能的优点, 取得了明显的经济效益。

2 系统设计

本系统设计由压力变送器采集现场管道压力, 由其变送出4~20m A信号并送至数显仪表显示, 再送至变频装置。变频装置可根据预先设置好的设定值, 结合现场实际压力进行自动PID控制, 通过控制工业水泵的输出功率来控制管道压力[1]。

控制柜内装配变频装置、交流接触器、继电器、空气开关等元件。门板装配按钮、指示灯、数显仪表, 电位器。现场装配压力变送器。本系统可实现控制柜现场或DCS远程启停水泵。通过选择旋钮, 可采取手动方式或者自动方式调节水泵输出功率控制出水压力。系统原理图如图1。

3 系统架构组成

工业水泵控制系统主要由压力变送器、ABB ACS 510变频装置和虹润数显仪表及工业水泵构成。

(1) 压力变送器。压力变送器是系统的控制输入量, 用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力, 然后将压力信号转变成4~20m A DC信号输出。

(2) 变频装置。变频装置作为核心控制单元, 对终端设备进行控制, 最终达到控制要求。ABB变频装置以其稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性及超强的过载能力, 在变频装置市场占据着重要的地位。

(3) 虹润数显仪表。数显仪表是集诸多全新功能于一身的新一代智能显示控制仪表。针对现场温度、压力、液位、速度、流量等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理, 构成数字采集及控制系统。

4 功能实现

变频装置接线原理如图2所示[2]。

ABB ACS 510的主要参数设置及含义如下:

5 结语

随着自动化控制技术的发展, 变频装置控制技术日臻完善。在工业用水控制系统中, 变频装置控制工业水泵节能效果尤为突出。以变频装置为核心的工业供水系统具有可靠性好、经济性高等特点。其稳定可靠的运行特性、简单便利的操作方式、以及完整齐备的控制功能, 使供水实现节水、节电, 最终达到高效率的运行目的。研究设计本套控制系统, 对于节能降耗、提高生产率以及对今后其他复杂控制系统的设计等方面具有重要的现实意义和参考价值。

参考文献

[1]屈有安.变频器PID恒压供水系统[J].江苏电器, 2002 (3) :33-35.

变频控制装置 第8篇

变频恒压供水装置由三大部分组成, 分别是电气控制部分、上位机监控部分及供水装置本体, 其控制系统框图如图1所示。

2 系统硬件选定

2.1 PLC及相关特殊功能模块的分析与选用。

整个变频恒压供水控制系统的核心是PLC, 它主要负责对系统中输入信号的采集 (含开关量与模拟量两种) 、输出单元的控制、恒定水压的实现以及通过通讯方式 (含RS-232、RS-485) 与上位机进行数据交换。

本系统选用了日本三菱的FX2N系列的PLC—FX2N-48MR, 其主要特点如下:

2.1.1 性价比高, 与具有同样功能类型的其他进口品牌PLC相比, 三菱FX系列PLC占有明显的价格优势, 特别是在中小型自动化控制系统的应用中。2.1.2性能好, 功能强大, 其丰富的功能指令集扩展模块, 为各种算法控制提供了可能。2.1.3易学好用, 三菱PLC的编程符合亚洲人的思维模式, 学习上手快。编程浅显易懂, 可维护性强。由于三菱PLC自身的诸多优点, 在亚洲有很高的市场占有率。2.1.4符合教学需要, 该系统的设计初衷是服务中职学校的教学需要而开发的, 由于我校主要使用三菱FX系列的PLC, 学生主要掌握的也是该品牌PLC的使用, 为了促进和调试教学的深度和广度, 所以选用三菱FX系列的PLC及相关特殊模块作为硬件基础开发基于三菱PLC模糊控制的变频恒压供水系统教学装置, 为我校机电专业建设提供教学载体。

2.2 系统主要元件汇总。变频恒压供水装置的主要元件清单如表1所示。

3 变频恒压供水装置的工作原理

系统可有两种运行方式:自动运行和手动运行。

3.1 自动方式

3.1.1 启动程序。

在系统处于自动运行方式时, 启动后应首先检查水池或水箱的水位高度, 若此时水池或水箱的水位达到设定要求, 则使交流接触器KM1吸合, 是1#水泵工作变频调节状态, 通过装设在水池或水箱底部的压力传感器实时监测水压并将检测到的数值信号经由A/D转换特殊功能模块转换后输入到PLC内部, 再经过具有模糊PID控制算法的控制程序计算出输出频率值;若水压由于用户的使用而下降过多导致不能达到设定压力时, 则控制程序必须及时的将2#水泵投入使用, 此时1#水泵切换至工频状态, 2#水泵工作在变频状态, 使水压达到设定值。3.1.2水泵切换程序。当系统处于用水低峰时, 用户的用水需求量减少, 实际水压高于设定值时, 则必须通过相应的PLC程序使变频器输出频率降低以稳定出水压力。若处于变频输出底线运行时仍出现出水压力高于设定值得现象时, 则控制程序应该实时的做出一定的判断, 通过切换间隔时间来缓冲用水量突变而造成的水压超高的现象, 若在切换间隔时间内水压恢复到设定压力则放弃计时继续进行变频调速运行, 若超出切换间隔时间水压仍高于设定值, 则根据先开先停的原则来切换水泵投入的数量或水泵的运行状态, 以保证出水压力达到设定值。3.1.3水池水位检测。系统在自动运行情况下, PLC应实时监测水池或水箱的水位, 若水位低于设定的报警水位时, 必须有相关的声光报警信号以提示操作人员, 有条件的可以通过上位机进行相关报警信息的记录;同样, 若水位过低达到下极限水位时, 则应切除全部运行中的水泵, 防止水泵干抽, 并发出相应的报警信号;若水池水位过高而达到上极限水位时, 则系统应该及时关闭进水管的电控阀门, 停止注入。3.1.4自动启动。考虑到突然停电而导致供水中断的现象, 本系统增设了自动投入运行的功能, 即当恢复供电后, 系统程序将会自动将各个水泵投入到不同的工作状态, 使供水尽快的恢复, 水压达到预期设定值, 并有相应的声光信号提示操作人员系统发生过停电。3.1.5故障处理。考虑到系统连续供水的重要性即在发生故障的情况下仍能正常供水, 所以系统增设了故障冗余功能。如当变频器自身发生局部故障时, PLC程序应及时切除所有在运行的水泵机组, 并发出声光信号, 再通过1#和2#水泵同时工频运作的方式来保证出水压力, 不过水泵电机功率过大 (如功率大于30KW的电动机组) 而不能直接启动时, 必须采取必要的降压启动方式来避免电机启动电流过大给系统带来的冲击。另外, 当出现水池无水停机、电动机欠压、过压、错相、电机故障等情况时, 均应由相关的声光信号和报警记录信息作为检修人员的参考信息。

3.2 手动运行方式。

选择此方式时, 按启动按钮泵或停止按钮, 可根据需要而分别启停各水泵。这种方式仅供检修或控制系统出现故障时使用。

4 变频恒压供水教学装置的外观设计

该教学装置模拟了大楼的供水及消防用水系统, 通过用户水阀的开关来模拟水压的变化, 同时该装置为适合教学, 外形设计上采取了紧凑的格局, 方便教学的使用。具体外观图2所示。

5 电气控制系统设计

5.1 主电路。

系统主电路如图3所示, QF1、QF2分别控制两组水泵机组的主电路电源, QF3、QF4分别控制变频器电源和24V直流电源, 而两组水泵电机主电路的启停主要由KM1、KM2进行控制, PLC直接控制对象就是KM1、KM2、KM4、KM5, 通过他们间接的对水泵机组运行状态进行控制, 即通过控制KM1、KM2来实现水泵机组的工频运行, 通过KM4、KM5来实现变频运行, 另外, KM1、KM4或KM2、KM5不运行同时闭合, 这样会造出短路现象, 对变频器造成冲击伤害。所以在PLC编程时, 应特别注意, 通过互锁的避免短路的出现。主电路的过载保护主要通过热继电器FR1、FR2分别对两个水泵机组实现保护。

5.2 PLC外部I/O分配。该系统PLC外部I/O分配 (主要部件) 如表2 所示。

6 变频恒压供水教学装置系统的软件设计

程序控制的目的是实现整个供水系统的恒压运行, 为此必须控制变频器的频率以及2台水泵的顺序投入与切除, 使得供水量的变化与用户用水量的变化基本保持同步, 以此保证水网水压的恒定, 同时还要保证系统的安全性与可靠性。

程序采用结构化的设计方法, 分为故障检测、数字PID控制或模糊控制、泵的切换控制、系统对外通讯控制、定时修改压力设定值等几部分。下面对逐一他们进行阐述。

6.1 主程序设计流程。

系统初始化后, 在故障报警、水位报警、模糊PID控制及水泵切换等子程序中循环扫描。一些工作放在初始化子程序中完成, 这样可以节省扫描时间。主要包括系统给定压力值、变频器工作上下限、采样时间的设置以及中断时间的设置等。主程序设计流程如图4所示。

6.2 模糊PID子程序设计流程。

该子程序通过定时中断来调用, 通过对水泵转速的调节, 实现系统输出压力的变化, 以保证最不利点压力稳定。首先在主程序系统初始化时, 清空误差单元、误差变化单元, 在子程序中读取A/D模块的输出, 得到当前的实际水压, 将此压力值与压力设定值相减, 得到当前误差量, 将该误差量与前一误差量相减得到误差的变化量, 然后对误差和误差的变化模糊量化, PLC的高速输入端口接收管网中的压力值, 与给定值进行比较, 计算偏差e及偏差变化率ec值, 乘以相应的量化因子, 并经过取整处理后, 变换成模糊变量E和EC。根据对应的E、EC通过模糊规则从而来获取合适的PID参数KP、K1、KD, PLC内部的PID模块计算输出值。并输出给变频器, 改变电机转速以达到控制水压的目的。其流程图如图5所示。

6.3 部分系统控制程序说明

6.3.1 PLC与变频器通讯子程序。

由PLC对变频器的运行参数和运行状态进行修改是通过通讯方式完成的, 以PLC控制变频器正转运行为例, 控制程序如图6所示。6.3.2模拟量采集子程序。PLC通过FX2N-2AD或FX2N-4AD模块进行压力信号的采集, 具体控制程序如图7所示。6.3.3模糊化处理子程序:如图8所示。6.3.4模糊推理子程序:如图9所示。6.3.5解模糊子程序:如图10所示。

7 触摸屏与上位机组态监控

7.1 触摸屏监控画面:如图11所示。

7.2 上位机组态监控画面。

如图12所示, 上位机组态监控采用组态王6.0, 具体制作内容包括主界面、参数监视和修改界面、水泵机组工作状态监控界面、水位波动记录界面和报警记录界面。

8 系统仿真与分析

为了验证本系统基于PLC的模糊PID控制器的性能, 所以在MATLAB环境下进行了系统仿真, 该软件的模糊控制工具箱提供了很方便的图形化设计界面, 因此, 设计模糊PID控制器非常地方便, 将控制器的类型选为Mamdani型, 再分别建立输入变量e和ec以及输出变量KP、K1、KD的隶属度函数和量化区间, 并按照相应的模糊控制规则表把规则输入到规则库中, 便建立了模糊PID控制器的结构模型。与此同时, 为了鉴别模糊PID控制器与常规模糊控制器的性能差别, 另外建立常规PID控制器方便在仿真时进行比对, 所以建立的控制器架构如图13所示。

仿真结果表明, 模糊PID控制器的系统比常规的PID控制系统的响应速度快, 基本上没有超调量, 调节精度大大提高, 稳态性能变好了, 并且几乎没有振荡, 系统鲁棒性强。

综上, 本文提出模糊PID控制器的变频恒压供水系统能够有效地改善供水系统的在实时控制性能, 控制算法易于在PLC程序中实现, 所以这种新的方法进一步丰富了PLC控制系统的功能, 改善了以往的供水系统的性能, 从而将具有一定的应用价值和广阔的发展前景, 同时也为电气自动化专业教学提供了典型案例。

9 结论与展望

目前该教学装置已投入我校机电专业电气自动化方向的高级班学生的教学使用, 学生通过该装置学习变频恒压供水的工作原理及控制方式, 除理论教学外, 实操教学中可以训练的内容包括:电气系统接线、PLC编程、触摸屏画面监控和上位机组态画面制作与调试等课题, 教学效果良好, 基本达到了设计初衷。另外, 在教学实践中不断完善功能, 使其能够在其他兄弟院校得到推广。

参考文献

[1]杨强.基于模糊控制的变压供水系统[D].南京:江苏大学, 2006.

[2]宋英哲.模糊控制在供水系统中的应用研究[D].阜新:辽宁工程技术大学, 2007.

[3]薛艳春.基于模糊控制的变压变量供水系统的设计与实现[D].包头:内蒙古科技大学, 2009.

[4]王广柱.基于组态王、PLC及变频器在恒压供水控制系统的设计[D].济南:山东大学, 2008.

[5]肖秀华.基于MCGS、变频器和PLC实现的恒压供水控制系统的设计[D].苏州:苏州大学, 2009.

变频除湿风量优化控制分析 第9篇

【关键词】变频制冷系统；风量优化控制；最佳除湿风量

变频制冷系统除湿运行的最佳除湿风量与房间温度、湿度、压缩机运转频率等因素有关，本文将对变频制冷系统的除湿性能进行研究，为变频制冷系统除湿运行的风量优化控制提供相应的试验依据。

1.试验样机

试验样机配置如下：

压缩机：理论排气量为11×10-6m3/r；频率30-120Hz；冷凝器：冲缝片换热面积9.3m2；内螺纹铜管？准9.52×17m；风量为1400m3/h；蒸发器：冲缝片面积5.3m2；内螺纹铜管？准7.94×19m；风量为160-600m3/h；节流机构：电子膨胀阀， 0-500脉冲。试验中采用调压器调节蒸发器风扇转速（原装机除湿模式风风扇转速固定为900r/min），转速范围为500-1250r/min，风量调节范围160-600m3/h；采用变频器调节压缩机运转频率，范围为30-120Hz。调节电子膨胀阀控制蒸发器过热度在2±1℃，保证蒸发器换热能力得到充分利用。

利用广东省家用空调器产品质量监督检验站（顺德站）内的高精度焓差室进行测试，该室制冷量测量精度为±2%；风量测量精度为±1. 5%；进风干湿球温度控制精度为±0.1℃；温度测量精度为±0.15℃。试验数据的采集及分析均采用高精度焓差室配备的成套集成系统，数据采样及计算间隔15s。利用温度计PT100（A级），测试制冷系统蒸发器的进出风干湿球温度，查表可得进出口空气含湿量（或相对湿度），再根据所测风量，进而计算出除湿量。

2.试验结果及分析

试验共进行三组，第一组是压缩机运转频率不变，进风干球温度不变，而相对湿度变化时除湿量与风量的关系；第二组是压缩机频率不变，相对湿度不变，而干球温度变化时除湿量与风量的关系；第三组进风干球温度与相对湿度不变，而压缩机频率变化时除湿量与风量在RH=45%时，最大除湿量发生在风量为250m3/h附近，随着相对湿度的不断增大，最佳风量不断增大，到RH=85%时，最佳除湿风量已升至550m3/h附近，除湿量随相对湿度的增大而增大，RH=45%时，在任何风量下，除湿量都小于1.0kg/h；而当RH=85%时，除湿量在2.13-2.61kg/h之间。

相对湿度为75%，而干球温度为21-29℃变化时，其最佳风量基本相同，都落在450m3/h附近，这是因为当相对湿度相同时，降温除湿过程中潜热的比例相差不大，因而过程的主导因素（风量大小、单位风量的析湿量）转换关系及转换点基本相同。

在t=27℃，RH=75%时，随着频率由35Hz上升至110Hz，最佳除湿风量也由160m3/h以下上升至550m3/h附近，可见，最佳风量在进风状态一定时随频率的升高而升高。与结论一致。

3.最佳风量的公式拟合

根据前述可知，最佳除湿风量与运转频率、进风相对湿度有关，即：

Vopt=k（f，？准）

由于上述试验数据只能确定最佳风量的大致区间，而试验中不可能逐个地确定最佳风量点（因为试验中风量的变化总是按一定量递增的，递增量越大，最佳风量点就越不确定），为此，对上述试验数据进行二次样条曲线处理，从而在数学上找出其最佳风量点。利用该“数学上”的最佳风量点进行公式拟合，并根据最小二乘法得出：

■ （1）

式中：Vopt-最佳风量，m3/h；？准-进风相对湿度；f-压缩机运转频率，Hz（若忽略转差率，则1Hz=r/s）；s-压缩机运转频率为fHz时，电机的转差率（可简化s恒等于0.03）；ηfv-压缩机运转频率为fHz时，额定工况下的容积效率，查压缩机所附资料可得；Vc-压缩机的理论排气量，m3/r。

上式的平均拟合误差为2.48%；最大拟合误差为6.3%。公式的左边表示最佳除湿风量与压缩机有效排气量之比，该比值只与蒸发器进风相对湿度有关，同时在忽略转差率及容积效率随频率变化的前提下最佳风量与运转频率成正比。

对上式进行验证性试验，在进风温度为21-29℃，相对湿度为45-85%，频率为30-110Hz间任意取四种组合试验条件，由式（1）拟合最佳风量值与试验最佳风量值相差<5%。试验中拟合风量除湿量与试验最大除湿量相差<2%。可利用式（1）进行运行参数的控制。

4.变频除湿风量优化控制试验

按照试验样机配置制作对比样机一台，对比样机采用定风量的除湿方式，而试验样机采用由式（1）控制的变风量除湿方式，运行中，两样机的频率控制采用统一的算法，故运行频率相同。试验时，将两样机放同时置于焓差室内，分别将焓差室的温湿度控制设置为无效，而将温湿度的调节加热器、加湿器输出百分比分别设为一定值，以模拟房间热湿负荷，开启两样机，从而形成特定的降温降湿过程。试验共进行两次，第一次是以A机为定风速除湿运行（做对比样机）， B机变风速除湿运行（做试验样机）；第二次是A机为变风速除湿运行（做试验样机）， B机为定风速运行（做对比样机），将两次结果平均，以消除A机与B机由于工艺偏差而导致的试验数据偏差。环境从27℃，RH为90%降至23℃，RH为60%共耗时2780秒，其中湿度从66%降至60%时耗时较长。按照原装机的控制算法，设定温度为23℃，在降温降湿过程中，运转频率在62Hz， 48Hz， 35Hz三档运行。

在除湿起始阶段，二者的除湿性能相差不大，这是由于本试验所选取的对比样机风量是以高湿度下的最佳风量为运行风量的；而在后半段，二者性能相差较大，主要原因是随着频率的下降，相对湿度的下降，最佳风量已远低于定风速风量，故定风量除湿性能远低于变风速除湿性能。对除湿进行积算可得试验过程定风量除湿量为0.8kg；而变风量除湿量为0.91kg，除湿量增加了13.8%。对比样机总耗能0. 463kW.h；而试验样机总耗能为0.446kW·h，能耗减小了3.6%，这是因为除湿前半段，二者的性能、除湿量、功率基本相等；而除湿后半段，由于试验样机风机转速远小于对比样机风机转速，故电机功率有所下降。

5.结论

（1）本文通过试验得出变频制冷系统除湿运行时最佳除湿风量随进风相对湿度、运行频率的数学拟合式。

（2）利用上述拟合式进行变频制冷系统的除湿运行的风量优化控制，取得了除湿量增加13.8%，而能耗减少3.6%的效果。

【参考文献】

[1]王沣浩，俞炳丰，周艳蕊，等.变频空调器除湿运行模式风机风量的优化实验研究[J].西安交通大学学报，2011，35（7）：768-770.

变频控制装置 第10篇

1 系统工作模式

高压排风机一次电气原理如图1所示。

高压主回路连接顺序为高压开关柜、高压变频装置及高压电动机定子, 液体电阻串接在高压电动机的转子回路中做降压平滑启动。定义高压变频装置的高压隔离开关1QS1、1QS2在合闸位置时, 若高压真空接触器1KM1、1KM2接通并且1KM3断开使高压变频装置具备开车条件, 称为变频模式;若高压真空接触器1KM1、1KM2断开并且1KM3接通旁路具备开车条件, 称为工频模式。

2 高压电动机容量≤700k W时的工作模式转换

设备通常在变频模式下运行。手动合高压隔离开关1QS1和1QS2, 在高压变频装置上按压按钮将高压真空接触器1KM1和1KM2合闸, 使高压变频装置具备备妥条件, 若液体电阻控制柜无故障, 将排风机出口阀门全部打开, 中控驱动高压开关柜合闸, 液体电阻活动极板下降, 电动机开始降压启动, 待启动结束后, 液体电阻真空接触器2KM1得电吸合, 将高压电动机转子封星, 液体电阻器切除, 活动极板上升至初始位置, 高压电动机在变频模式下运行, 操作员通过调节高压变频装置频率来控制排风机风量。在启动过程中如果液体电阻柜出现故障, 故障中间继电器连锁跳停高压开关柜;如果高压变频装置在运行中出现重故障, 高压真空接触器1KM1和1KM2断开, 高压变频装置跳停, 重故障中间继电器向中控报警 (不跳停高压开关柜) , 高压电动机停机, 封星接触器2KM1断开, 这时, 高压变频装置中PLC控制切换旁路真空接触器1KM3吸合转换到工频模式, 并连锁液体电阻柜启动使高压电动机恢复运行, 通过阀门调节排风机风量以满足生产和保证现场安全。在工作模式转换过程中, 高压电动机从失电到重新得电运行的时间为:PLC一个扫描周期时间+1KM3吸合时间+液体电阻极板下降时间+2KM1吸合时间, 这个时间很短, 高压电动机因惯性保持运行, 虽转速有所下降但对生产影响不大。此方法在我公司一期煤磨排风机高压变频和液体电阻一体化系统中试验成功, 其高压电动机功率为450k W;随后在一期2台水泥磨排风机相同系统中也调试成功, 其高压电动机功率均为700k W。

3 高压电动机容量>700k W时的工作模式转换

当高压电动机功率更大时, 从变频模式直接转换到工频模式时就会出现问题。我公司一期窑头排风机高压电动机功率为在工作模式自动转换时出现液体电阻跳闸保护现象。分析原因是因为高压变频装置故障跳停由变频模式转为工频模式时, 高压电动机从失电到重新得电运行的时间极短, 而随着高压电动机功率的增大, 从运行状态转为停机状态、再转为可启动状态却需要较长的时间, 所以液体电阻尚不具备启动高压电动机的条件却开始启动, 从而导致液体电阻跳闸保护, 使高压开关柜跳停。为此, 在PLC程序中定义, 在高压变频装置由变频模式转为工频模式10s后作为高压开关柜分闸跳停的连锁信号, 使液体电阻有足够的时间等待高压电动机具备启动条件。该方法在我公司一期窑头排风机和窑尾排风机高压变频装置和液体电阻一体化系统中试机成功。

4系统散热装置

一期新型干法5 000t/d水泥生产线在最初设计时, 电气室内没有考虑高压变频装置的位置, 导致在电气室安装高压变频装置后, 电气室空间变小。为了满足散热要求, 在电气室内安装了空调, 但由于高压变频装置的移相变压器和功率单元发热量较大, 空调不能满足降温需要。为了解决降温难题, 我公司考虑将高压变频装置的移相变压器和功率单元所发热量排出室外。为此, 在高压变频装置的移相变压器和功率单元柜上方安装了集热罩 (高压变频柜上部装有排风扇) , 并利用散热风道将热量排出室外, 取得了良好的效果, 如图2所示。