变频器监控系统设计

变频器监控系统设计（精选12篇）

变频器监控系统设计 篇1

0 引言

随着变频器技术的发展, 变频器取代传统挡风板、节流阀, 在电力、石油、化工、冶金、水资源等工业的风机、水泵、压缩机中得到了广泛应用[1]。

近年来, 由PLC控制多台变频器形成一个控制网络的方案越来越受到重视[2]。变频器网络控制主要是将若干台变频器通过串行口与控制核心相连, 用户通过友好的人机界面实现对变频器的操作、运行、状况监视及故障报警。笔者设计了一种基于PLC和组态软件的变频器监控系统, 该系统可确保变频器始终工作在最佳状态, 提高变频器和交流电动机的工作效率, 不仅可节省电能, 而且可实现操作人员的远程操作功能, 使操作过程更安全可靠。

1 系统设计方案

基于PLC和组态软件的变频器监控系统由安装有西门子WinCC V6.0组态软件的计算机、S7-200 PLC和多台带有RS485通信接口的MicroMaster440 (MM440) 变频器组成, 其中S7-200 PLC为控制核心, 计算机为监控主机, 如图1所示。监控主机利用WinCC V6.0强大的实时数据采集与监控 (SCADA) 功能监视和控制变频器的运行状态。MM440变频器适用于各种变速驱动装置, 具有高级的矢量控制功能;对通信数据严格的校验方法确保了控制动作的高准确性;控制端子的即时有效性, 保证了控制的安全性和可靠性。

该系统由监控部分和通信部分构成。监控部分以人机对话的方式实时监控采集的数据, 监控主机通过WinCC V6.0内集成的通信驱动程序提供的通信通道与S7-200 PLC通信, 对现场变频器的运行进行集中监控、统一调度。通信部分主要包括监控主机与S7-200 PLC之间的通信以及S7-200 PLC与变频器之间的通信。系统采用主机轮询、从机应答的串行通信方式实现设备之间的通信:监控主机与S7-200 PLC之间的通信采用Modbus协议库实现;而S7-200 PLC与变频器之间的通信则采用USS (Universal Serial Interface Protocol, 通用串行接口协议) 实现。S7-200 PLC一方面通过串行通信口与监控主机通信, 接收监控部分对变频器的参数设置和控制命令;另一方面, 通过RS485总线与变频器通信, 对变频器进行启停控制、频率增加控制等操作。系统之间的站地址分配:监控主机的站地址为0;S7-200 PLC CPU的站地址为2;5台变频器的站地址分别为3～8。

2 S7-200 PLC与变频器之间的通信实现

2.1 RS485串行通信接口

所有的标准西门子变频器都有一个串行接口, 采用RS485双线连接方式。单一的RS485链路最多可连接31台变频器, 而且根据各变频器的地址或者采用广播信息都可以找到需要的变频器。链路中需要有1个主控设备 (主站) , 而各个变频器则是从属的控制对象 (从站) 。

2.2 S7-200 PLC的自由口通信原理

S7-200 PLC串行通信口由LAD或STL程序控制, 操作模式称为自由口通信模式[3]。在自由口通信模式下, 用户可用程序定义波特率、每个字符位数、奇偶校验和通信协议。利用接收和发送中断可简化程序对通信的控制。S7-200 PLC CPU使用SMB30 (对Port 0) 和SMB130 (对Port 1) 定义通信口的工作模式。

处于自由口通信模式时, 通信功能由用户程序控制, 用户程序通过使用接收中断、发送中断、发送指令和接收指令来控制通信口的操作, 通信协议由梯形图控制。自由口通信的核心是XMT (发送) 和RCV (接收) 2条指令, 以及相应的特殊寄存器控制。

2.3 USS通信

USS是传动产品 (变频器等) 通信的一种协议。USS按照串行总线的主从通信原理来确定访问的方法。总线上可连接1个主站和最多31个从站。主站根据通信报文中的地址字符选择要传输数据的从站。在主站没有要求从站通信时, 从站本身不能首先发送数据, 各个从站之间也不能进行信息的传输[4]。

USS的每条报文都是以字符STX (=02hex) 开始, 接着是长度的说明 (LGE) 和地址字节 (ADR) , 然后是采用的数据字符, 最后以数据块的校验符 (BCC) 结束, 如图2所示。

USS有效的数据块分为2个区域, 即PKW区 (参数识别ID-数值区) 和PZD区 (过程数据区) , 如图3所示。

2.4 MM440变频器有关USS通信参数的设置

为了使MM440变频器与S7-200 PLC之间顺利实现通信, 必须将二者之间进行正确的连接和对变频器作一些必要的参数设置。设置的变频器运行参数如下:

P0003=2 (访问第二级参数, 使能对扩展级所有参数的读写访问) ;

P2010 = 6 (设置RS485串口波特率, 该波特率与S7-200 PLC的波特率相同) ;

P2011 =3 (设置变频器的站地址) ;

P0700 =5 (允许通过USS对变频器进行控制) ;

P0100=5 (允许通过USS发送主设定值) ;

P2012 =2 (设置USS PZD区的长度) ;

P2013 =127 (设置USS PKW区的长度) ;

P2000 =50 Hz (设置串行连接参考频率) ;

P2014=0 (设置串行连接超时时间为0, 即禁止超时) 。

2.5 PLC控制程序设计

PLC控制程序主要由主程序、子程序和中断服务程序组成。该程序采用USS串行通信5字协议编写, 各程序的主要功能如下:

MAIN (主程序) :监视用于串行切换的RUN/TERM开关, 寻找输入信号上升沿作业命令。

SBR0 (设置自由口通信) :首次扫描时设置自由口通信模式的参数。

SBR1 (RUN子程序) :设定电动机恒速运转。

SBR2 (RAMP子程序) :设定电动机变速运转。

SBR3 (增加频率倍率的子程序) :增加MM440变频器的输出频率。

SBR4 (降低频率倍率的子程序) :降低MM440变频器的输出频率。

SBR5 (STOP子程序) :停止电动机。

SBR6:计算输出信息的BCC (块校验和) 。

SBR7:发送信息, 初始化发送定时器。

INT0:发送结束的中断处理程序, 打开接收器。

INT1:发送超时的中断处理程序, 再次发送, 最多试发3次。

INT2:接收字符的中断处理程序, 结束后进行有效性校验。

INT3:接收超时的中断处理程序, 再次接收, 最多试收3次。

3 WinCC与S7-200 PLC之间通信的实现

3.1 WinCC与S7-200 PLC之间的通信原理

WinCC与S7-200 PLC之间的通信结构层次如图4所示。

WinCC采用变量管理器进行变量的集中管理。WinCC变量管理器管理运行时的WinCC变量, 从过程中取出请求的变量值。该过程通过集成在WinCC项目中的通信驱动程序完成。通信驱动程序利用其通道单元构成WinCC与过程处理之间的接口。WinCC通信驱动程序采用通信处理器向S7-200 PLC发送请求消息, 然后, 通信处理器将回答相应的消息请求的过程值发回WinCC[5]。本系统中通信驱动程序选用Modbus Serial.CHN 。

3.2 Modbus从站协议程序设计

Modbus从站协议程序主要应用S7-200 PLC的Modbus协议库实现, 由主程序、子程序和中断程序组成。主程序主要用来初始化S7-200 PLC为Modbus从站并使能S7-200 PLC和监控主机之间进行主从通信。子程序SBR1、SBR2和SBR3及中断程序INT1和INT2是调用Modbus从站协议指令时系统自带的程序, 用户不能更改。

4 WinCC监控界面设计

本系统中监控软件主要完成的任务是监控整个系统的运行过程, 其结构如图5所示, 所设计的WinCC监控主界面如图6所示。

从图6可看出, 该监控主界面不仅具有设置变频器运行所需的参数、控制变频器的运行/停止以及运行频率的改变、监视输出电流、电压、频率等功能, 而且还具有实时曲线查询、历史曲线查询和报警显示等功能, 实现了对变频器的远程智能化监控。

5 结语

现场调试和运行表明, 本文所设计的基于PLC和组态软件的变频器监控系统实现了对变频器运行过程和状态的监控, 有效地提高了系统的自动化水平。系统安装维护方便, 运行稳定、可靠;监控软件功能齐全, 人机界面友好, 使用方便。

摘要：提出了一种基于PLC和组态软件的变频器监控系统的设计方案。该系统由安装有西门子WinCC V6.0组态软件的监控主机、S7-200 PLC和多台带有RS485通信接口的变频器组成, S7-200 PLC一方面通过串行通信口与监控主机通信, 接收监控部分对变频器的参数设置和控制命令;另一方面通过RS485总线与变频器通信, 对变频器进行启停控制、频率增加控制等操作。现场调试和运行表明, 该系统实现了变频器运行过程和状态的远程监控, 有效地提高了生产过程的自动化和智能化水平。

关键词：变频器,监控,S7-200 PLC,WinCC组态软件,USS,RS485

参考文献

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[2]吴如权.一种低成本的变频器网络化通信方案设计[J].制造业自动化, 2008, 30 (6) :66-69.

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[4]SIEMENS.Universal Serial Interface Protocol.USSProtocol Specification[EB/OL].[2008-08-01].http://www.ad.siemens.com.cn.

[5]苏昆哲, 何华.深入浅出西门子WinCC V6.1[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004:87-90.

变频器监控系统设计 篇2

摘要：介绍了抽油电机变频器变结构控制系统功能原理，如何利用μC/OS-II的多任务功能实现控制系统的算法结构变换，操作系统的移植、多任务的建立和SDK下的软件设计;最后总结了在应用中需注意的问题。

关键词：μC/OS-Ⅱ多任务DSP56P803变结构控制

在油田生产中为了节省电能并减小故障率，变频器得到越来越多的应用。但由于油井负载的非周期大脉动性质，从能量的流向来看，变频器有两种运行状态――电动运行和回馈制动。不同运行状态的控制变量和控制方法是不同的，这就要采用所谓的变结构控制。本应用是实现抽油电机变频驱动中的变结构控制，不同的控制结构通过任务间的切换实现。

系统控制核心采用DSP56F803，它是Motorola公司推出的16位DSP型微控制器，运算速度可达40MIPS，片内资源丰富，有强大的软件支持，是嵌入式应用的理想选择。本系统应用了其SPI、SCI、PWM、键盘中断及通用I/O口等功能模块。

1系统设计

1.1μC/OS-Ⅱ的移植与配置

Motorola公司提供的软件开发工具包SDK为使用μC/OS-Ⅱ做好了铺垫工作，与硬件相关的文件OS_CPU.H、OS_CPU_A.SM和OS_CPU_C.C已经给出，只需购得系统源代码，然后将其考入指定的文件目录，系统的移植就完成了。本文采用最新版本μC/OS-ⅡV2.51。

系统移植成功后，需要对操作系统进行配置(裁剪)，把用不到的功能去掉，以最大限度地节省存储空间。这项工作是通过os_cfg.h中的宏定义进行的，本文只用到了多任务管理、信号量、互斥量等功能。在本应用中，μC/OS-Ⅱ内核经过剪裁后只有3KB左右，相对DSP56F803的32KB内部程序Flash只用了不到十分之一。需注意的另一个关键设置是时钟节拍中断频率Os_TICKS_PER_SEC，它是系统多任务运行所依赖的时间基准，也决定了任务重复调用的最快频率。这里缺省设为1000，要比文献[3]中的推荐值高出一个数量级。但实际应用表明，DSP56F803以其高运算速度在这个设置下是完全胜任的。

1.2系统功能

根据油田生产的要求，系统要实现以下功能：键盘输入、参数显示、三相电流采集、直流侧电压采集、温度采集、变频指令输出以及保护等。系统对电流、电压、温度进行周期性采样，采样值经过数字信号处理，作为控制器的参数，最后由控制算法得出控制量，经PWM和D/A转换器发送给变频器，形成反馈闭环控制。系统运行过程中实时显示电流、温度等参数，并可以通过键盘对控制器进行参数在线设定。另外，高温、过流等保护功能必不可少。系统原理如图1。控制器根据直流侧电容C上电压的大小来确定以哪一种控制结构运行。当直流侧电压不超过设定值时，系统以电动状态运行。超过设定值时要以回馈制动方式运行，要求两种工作状态要互锁，切换要准确、及时。

1.3任务的创建及变结构控制的实现

根据功能要求，本着尽量减少任务数以减轻CPU运行负担的原则，本文设计了AD采集、电动运行、回馈制动和显示四个任务。另外还设计了两个中断服务子程序：用PortA口的中断功能实现8个键盘输入，用外部中断IrqA实现短路、过流、缺相保护功能。

每个任务都有自己的名称、内存空间和优先级。不同的任务必须有不同的优先级，它们可以是0～62之间的任意值，数值越小优先级越高。优先级的设置有不同的依据，以本文为例，回馈运行任务对时间要求最苛刻，如果不能及时启动或过早结束都会对变频器造成危害，所以其优先级设为最高;AD采集任务运行最频繁，必须为其它任务提供可靠的参数，优先级设为次高;电动运行任务是常规运行状态，优先级低于AD采集任务;显示任务只实现人机交互，显示状态和参数对控制器性能没有直接影响，优先级设为最低。μC/OS-Ⅱ要求为每个任务分配OS_STK类型的堆栈空间，并且它们占用的RAM存储空间必须是连续的。

任务延时是指任务执行完毕处于挂起等待状态到下一次重新运行之间的时间间隔，它的单位是时钟中断节拍。由于OS_TICKS_PER_SEC为1000，每一拍为lms。每个任务的调用间隔不能小于一个节拍，它将影响模拟量的采样频率。

各个任务的属性定义如表1所示。

表1各个任务的属性定义

任务名称优先级内存空间(字)延时(节拍)任务功能Task_FEBACK12801回馈运行Task_AD131201AD采集Task_NORAML14802电动运行Task_SHOW151005实时显示

1.4任务间的通信

各个任务是通过抢占CPU的使用权来运行的，它们之间存在一定的逻辑关系，彼此互相联系又互相制约。信号量、邮箱、消息队列等功能为实现任务间通信提供了有力工具，它们的使用方法灵活多变，如用信号量设置事件标志，唤醒任务、用邮箱在任务间传递参数、用消息队列的循环寻址功能进行模拟通道的数据采集等。本文设计了两个信号量，在系统运行开始后，任务TASK_AD检测直流侧电压的大小。当电压未超过设定值时，发出信号DC_NORM唤醒任务Task_NORMAL;当电压高出设定值时，发出信号DC_OVER唤醒任务Task_FEBACK。虽然这两个任务基于不同的控制结构，采用不同的算法，但都要使用PWM输出和SPI通信口，所以在唤醒一个任务的同时必须让另外一个任务挂起。这里引入了互斥型信号量T_MUTEX实现这个功能。得到T_MUTEX信号的任务将独自占有共享资源的使用权，两个任务不会因资源冲突而同时挂起，解决了任务间优先级反转问题，避免了系统功能失效。任务间逻辑关系如图2所示。

操作系统为任务间通信提供了多种途径，但最简单有效的方法是共享全局变量。本文使用共享全局变量的方法实现了显示任务与键盘中断服务之间的通信，代码如下：

键盘中断：

staticvoidKeyboardISR(void)

{

UWoMl6cpu_sr;

OS_ENTER_CRITICAL;//临界区代码保护

asm{

moveX：$0FB7，A1//读键盘中断状态表

moveA1，state1//将中断状态放入全局变量

｝;

OS_EXIT_CRITICAL();//临界区代码保护结束

｝

这里statel是全局变量，键盘中断的工作仅仅是将PORTA口中断状态寄存器(IESR，地址$0FB8)读入statel中。为防止其他任务在此期间对statel的修改，使用了临界区代码保护。

显示任务的部分代码：

switch(statel)

{case1：//PTA_0对应的键被按下

……//相应的服务程序，略

case128：//PTA_7对应的键被按下

break;｝

asm{move$00,X：$OFB8｝;//清键盘中断状态，以备下次中断

显示任务中采用多分支结构，根据statel=2n，(n=0,1,2,3,,4,5,6,7)，不同的值代表不同的键被按下，程序进行相应的处理;最后将IESR寄存器清零。用同样的方法，两位之间互相组合可扩展形成16个按键。这样只用一个全局变量就完成了中断与任务间的通信，程序用内嵌汇编的`C来写，简捷高效。

2系统设计中需注意的问题

首先是存储器分配问题。多任务、邮箱等功能的使用会增加RAM的额外开销，在不扩展外部RAM的情况下，可用的只有片内2KB数据RAM和512字的程序RAM，资源相对有限，存储空间的合理分配就显得很重要。任务堆栈所占用的RAM空间要根据实际应用来确定，必须考虑任务调用的嵌套情况、任务中函数为局部变量所分配的内存数目。另外，它必须能保存DSR的所有22个寄存器和16个存储器字。如果为任务分配的存储空间富余过多则造成资源紧张，甚至会因内存溢出导致系统崩溃。解决方法是调用系统函数OSTaskStkChk()，它可以检测每个任务运行时使用的内存大小，为合理分配内存空间提供了依据。另外，可采用一些简化方法节省RAM空间。例如SDK为AD采集的每个通道都定义一个结构体，它包括三个元素：句柄、数值长度和采样值;如果使用五路AD采集，就得定义五个结构体。通常不进行初始化，DSP内核在运行时将它们放入RAM空间，占用RAM较多。通常关心的只是采样值一个元素，其他两个只完成辅助功能。如果使用一个存放采样值的变量代替这个结构体，或直接采用汇编语言写这段代码，就可大幅度地节省RAM空间。本文的AD采集程序就是用汇编完成。

SDK没有提供在DSP56F803下使用SPI函数的例程。仿照在807中的成功应用，笔者调用spiWfite()函数，通过SPI驱动D/A转换芯片。但在编译连接时出现系统错误，数据类型unsignedshort与constvoid不匹配，在const.c中将spiWrite做强制类型转换(void*)(&spiWrite)，解决了这一问题。

变频器监控系统设计 篇3

【摘 要】针对电梯控制系统复杂、安全舒适度高等特点，采用了西门子PLC对电梯进行控制、变频器对电梯进行平滑调速的方法，通过软件和硬件的设计，有效的提高电梯的控制水平，极大地改善了电梯运行的舒适感；同时结合组态软件，创建监控平台，为电梯控制系统构建检测和故障监控系统，为电梯的安全运行提供了可靠保证。

【关键词】PLC；电梯；变频；组态王

0.绪论

电梯控制系统复杂，是一种大型的机电结合体和重要的垂直交通运输设备。电梯如采用传统的继电器控制系统，故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大，目前已逐步被淘汰；而微机控制系统虽智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷； PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，备受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式；同时控制系统采用变频器技术和组态监控，有效提高了电梯运行的舒适性和可靠性[1]。

1.电梯控制系统结构

电梯控制系统总体结构如图1所示，由上位机组态王软件、PLC、数字及模拟量信号输入输出模块等构成。PLC采集现场数据和控制设备运行，组态软件通过通信与PLC交换数据，达到获得现场数据和控制电梯功能。组态软件对获得的数据存储并加以整理和分析，以形象的动画效果、报警、历史趋势、实时曲线等显示出来。所有控制工作都由PLC完成，计算机只负责提供人机交互界面，进行指令接收和发送、自动化进程控制、数据显示存储、参数设定、报表打印和数据处理等。在系统运行过程中，上位机一直和PLC实时通信，从而保证组态界面上显示的数据和实际数据相一致，操作人员在上位机上发出的操作命令和控制的参数也都可以实时的送到PLC上执行。

图1 电梯控制系统结构

2.电梯控制系统设计

2.1 PLC软硬件设计

PLC的选型主要根据控制对象所需的I/O点数和被控量的性质：如开关量或模拟量，以及是否要求联网通信等。针对四层电梯选用西门子S7-200CPU226即可满足控制要求，性价比高[2]。具体的I/O分配如表1所示。

表1 I/0分配表

根据I/0分配表可得到PLC硬件接线图，硬件接线图不再具体给出，电梯控制系统可实现以下功能[3]：

（1）按动召唤按钮，电梯牵引机启动到达召唤层停止、响铃、电梯门和轿厢门同时打开。

（2）人进入轿厢，超重保护没有报警。

（3）电梯门开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。

（4）按动选层键，电梯牵引机启动到达选择层停止、响铃、电梯门和轿厢门同时打开。

（5）电梯门打开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。

（6）当电梯行驶过程中收到正向召唤信号，则到达召唤楼层时停止，接收到反向召唤信号，电梯继续执行当前信号，在顺向信号执行完毕后执行反向信号，执行过程中自动相应最近的信号。

（7）电梯门和轿厢门设有压力传感器，当受到一定推力时，门自动返回计时5秒后重新关闭。

根据功能要求，可得到PLC控制梯形图，电梯程序控制流程如图2所示。

图2电梯程序控制流程图

2.2变频调速设计

电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行以改善电梯运行的舒适度。因此采用西门子MM440变频器作为调速使用[4]。

西门子MM440变频器参数设置原则：

（1）为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其斜坡上升时间和斜坡下降时间应当长一些。

（2）为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击。

（3）零速一般设置为Oft，带速抱闸将影响舒适感。

电梯的工作特点是频繁启制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车包闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点是要准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。本设计采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯运行，计数器就可以精确地确定走过的距离，达到与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。

2.3组态监控设计

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。本次设计采用北京亚控公司的组态王软件，首先定义I/O设备，其次构造数据库，最后构建上位机监控画面，完成与下位机PLC实时数据的通信，实时动态显示电梯的运行状态[5]。电梯实时监控画面如图3所示。

图3电梯实时监控画面

3.结束语

采用西门子S7-200PLC作为控制器，西门子MM440变频器作为调速设备，组态王作为监控软件，大大减少了系统中继电器的使用数量，提高系统可靠性，降低故障率，减少了控制柜的体积。实践证明，此设计取得了良好效果，系统性能稳定，电梯运行更加平稳，使用维护简单，系统的可靠性高，组态软件的监控也有利于检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果，实用性强。

【参考文献】

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[3]耿立明， 杨 威.基于PLC 控制的实验电梯监控系统研究[J].工业控制计算机，2012，6（25）：76-78.

[4]邓岗，宋克岭，王大志.PLC及其组态软件在电梯模型中的设计与应用[J].工业控制计算机，2010，5（23）：95-96.

变频器负载性能测试系统的设计 篇4

1 系统的总体设计

该测试系统由变频器测试样机系统、负载变频器系统、电机系统和测量系统组成, 如图1所示。测试样机是指被测试的变频器 (以西门子MM420为例) 。负载变频器的主要作用是控制扭矩, 包含西门子G120变频器、控制盒及S7300PLC。电机系统包括测试异步电动机M1、负载异步电动机M2、连接和固定装置。测量系统包括扭矩传感器和示波器。用于实时采集扭矩, 变频器输出电流, 变频器直流母线电压, 以及速度等数据。

1.1 测试样机系统

测试样机系统主要由被测试变频器样机, 测试附件 (包括:电抗器, 制动电阻) 、开关、断路器、继电器、接触器及急停按钮等启停和保护电路组成。

1.2 负载变频器系统

负载变频器系统主要由用于扭矩控制的G120变频器、控制盒及S7300PLC组成。下面就分别对这3部分内容进行详细阐述:

1) G120变频器。

在负载性能的测试中需要对被测试变频器/电机的扭矩进行精确的控制, 同时需要对电机的实际转速数据进行实时采集和监控。对MM420变频器来说, 可以选用G120 (CU240S+PM250) 作为负载变频器。因为CU240S具有矢量控制功能, 可以对扭矩进行精确控制。还可以连接西门子24V的HTL 1XP8001-1编码器从而监控电机的实际转速, 且有较强的抗干扰能力。而PM250有很宽的输入电压范围 (380~480VAC±10%) 和较强的过载能力 (重载 (HO) 模式下1.5×额定输出电流 (即150%过载) 57秒, 2×额定输出电流 (即200%过载) 3秒) 。同时可以实现再生能量回馈电网, 而不需要外加制动单元和制动电阻。这点在本测试系统中尤为重要, 因为负载电机及变频器经常被测试变频器和电机拖动运行而处于回馈发电状态。如果没有能量的再生回馈功能, 制动电阻在长期测试中会过热甚至烧坏。

2) G120 IO控制盒。

方便对G120进行调试, 扭矩控制及信号测量。通过数字量输入 (DI0~DI3) 拨码开关可以控制G120加使能, 正反转及清除过流过压等故障信号。通过模拟量输入 (AI0) 旋钮控制扭矩限幅值。数字量输出信号 (DO0~DO1) 指示灯用于显示报警及故障状态。模拟量输出 (AO0) 端口用于连接示波器, 监控实际电机的速度反馈信号。

部分参数配置如下:

P0010=1, P0304-P0311快速调试:根据电机铭牌参数进行设置。

P3900=1结束快速调试, 进行电动机参数计算。

P1900=2静态条件下识别电机的定子参数。A00541警告将出现。

P0700=2, P1000=2 IO控制盒的数字量输入端子 (DI) 控制G120起停, 模拟量输入 (AI) 控制G120的输出频率和扭矩。

P1120=1, P1121=1设置斜坡加减速时间各为1秒。

P1300=21 and P0400=2将G120工作模式配置为带速度传感器的矢量控制 (VC control) , 并通过参数P0400配置编码器的类型。

P1960=1使能速度控制优化。A00542警告会出现。通过IO控制盒给出运行指令和速度, G120将自动进行速度环优化。完成后A00542警告会消失。

P1200=1 and P1202=20%使能捕捉再启动功能和电流。电流值需要在实际运行中根据负载的大小进行调整, 20%为经验值。默认值100%太大, 经常会输出较大扭矩而使MM420产生F1过电流报警。

P1522.0=755.1 BICO配置:设置扭矩上限值为模拟量输入AI2输入值。

P1523.0=2878.0下面几步设置扭矩下限值为AI2输入值的相反数。扭矩为矢量, 负号表征方向。

P2100.0=453, 2101.0=0消除电机失速故障代码F00453。在本测试系统的使用中, M2电机经常被M1拖动运行。所以F00453会偶尔发生。为保证在长期测试中扭矩输出的可靠性, 需将F00453禁止。

P0290=1在G120出现过载I2T或IGBT温升过载时, 关闭降低输出电流、输出频率、开关频率等保护措施。最大程度保证扭矩输出的稳定性。

3) S7300PLC。

PLC在本系统中的作用主要是通过数字量输出和模拟量输出控制G120的起停、正反转以及设定速度和扭矩限幅值。所以需要选择一款高精度多功能的PLC来完成这些功能。本系统中选择西门子S7300PLC:CPU314C-2DP+SM332 AO模块+CP341RS485通信模块, 可以使用西门子的TIA PORTV13软件进行组态和编程。如图3所示。

PLC程序由主程序, DB块数据, FC1 (IO功能处理) , FC2 (RS485通信处理) 以及DB1和DB2数据块。FC1用来通过DOAO来控制G120, FC2用于与G120通信。DB1和DB2用于存储中间数据。部分程序的地址定义如图3所示。首先由手动调整IO控制盒的AO输出到指定值 (比如MM420的额定输出电流的100%或150%等) 。然后由PLC编程定时定值地改变G120的参数值, 来自动控制不同扭矩的输出。

1.3 负载电机系统

电机系统由两个对拖的三相异步电动机组成。变频器电流输出的过载能力通常是同功率异步电机额定电流的1.5~2倍。为了充分测试变频器输出电流的过载能力以及保护电机不被烧坏, 最好选择比被测试变频器功率大一等级的电机用于被测电机。本系统中选择3相400V 3k W1LG0电机作为400V 2.2k W MM420的驱动电机 (M1) 。选择400V 4k W的1LA7电机作为M2电机。之所以选择1LA7系列电机是因为此系列西门子电机可以选择加装1XP8001-1编码器。M1, M2电机通过弹性联轴节连接, 既能保证扭矩和速度的同步, 又能适度降低两电机同轴度的安装要求, 避免运行噪音和振动。还可以在两电机轴中间加装扭矩传感器, 用以精确测量实时的扭矩值。

1.4 测量系统

测量系统包括示波器和上节提到的扭矩传感器。

示波器用于精确测试变频器输出的各种信号, 比如电流波形和幅值, 直流母线电压, AIAODIDO电压电流值等。在本系统中主要用于对变频器样机的输出电流精度的测量。

扭矩传感器主要用于实时测量扭矩值和速度值。在本系统中只需要测量扭矩值。

2 实际测试结果分析

以MM420负载循环测试为例。如图4所示。在默认4k Hz (参数编号P1800=4) 脉冲频率下从被测试变频器读出变频器额定电流值为5.6364 (参数编号r0207.0=5.6364 (A) ) 。所以r0207.0*150%=8.4546 A, r0207.0*94.5%=5.33 A。

将被测试变频器的输出电流实际值 (r0027[A]) , 过载利用率 (r0036[%]) 以及过载状态字 (r0052.15[%]) 通过USS通信采集出来并通过S7300的AO, DO端口发送出至示波器输入端。同时通过示波器电流探头实时采集变频器的输出电流值。得到如图5所示的测试结果。经过至少4个循环的测试, 被测变频器的负载能力符合测试标准。 (实际测试中94.5%负载运行时间被人为设定减少, 以高于设计指标进行测试。) 通过这个测试也证明了本系统可以稳定可靠的运行。

3 结束语

本系统可以精确可靠地实现对被测变频器输出电流的控制。通过参数配置和编程不仅能够模拟电梯, 传送带等恒转矩负载的测试环境, 还可以建立风机水泵等变转矩负载的测试环境。通过示波器和扭矩传感器可以校正变频器的电流扭矩等输出值, 同时还可以更改配置或更换组件以实现不同的功能。比如可以连接PLC的RS485模块与被测样机实现参数和起停的自动化, 把G120更换成精度更高的S120可以实现伺服驱动器的负载性能测试等。所以本测试系统在变频器以及伺服驱动器的研发和大批量生产阶段都有着重要的作用和借鉴意义。

摘要：每一种变频器在工程设计阶段都需要根据设计指标对样机进行负载性能测试。这需要设计一款测试系统可以精确地自动地执行这种测试。本文基于PLC、变频器、异步电机、示波器、扭矩传感器等模块阐述了一款变频器通用负载测试系统。文中介绍了系统的软件和硬件设计。实践证明这款测试系统对于变频器的设计研发有着广泛的用途和重要意义。

关键词：测试系统,变频器,PLC

参考文献

[1]西门子公司.SINAMICS G120 Function Manual.2007.

[2]西门子公司.SINAMICS G120 Control Units CU240S.2007.

变频器监控系统设计 篇5

电气工程及自动化

基于PLC的变频恒压供水系统设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在政府及社会倡导节水节能现实条件下，我们这个水资源和电能都及其短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水、小区供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，但是随着社会经济的飞速发展，住房制度改革的不断深入，城市建设规模的不断扩大，人口的增多和人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、经济、稳定、可靠性提出了越来越高的要求，也直接体现了城市小区物业管理水平的高低。

传统的小区供水方式有:恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力藕合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式。传统的小区供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源;效率低;可靠性差;自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。寻求供水与能耗之间的最佳性价比，是困扰企业的一个长期问题。目前各供水厂的供水机泵设计按最大扬程与最大流量这一最不利条件设计，水泵大多数时间在设计效率以下运行。导致电动机与水泵之间常常出现大马拉小车问题。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各个供水解水企业关心的焦点问题之一。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂的复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。

随着科学的发展，变频器的使用也越来越广泛，不管是工业上还是家用电器上都会用到变频器。可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在。也随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压的恒定来满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。

变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能上。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构。为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅大量的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本较高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器。

目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现，有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，远远没能达到所有用户的要求。

在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正朝着高可靠性、多品种系列化、全数字化微机控制的方向发展。追求高度智能化、标准化、系统化是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。

变频恒压供水系统能适用于生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求，该系统具有如下几个特点：

(1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，是过程控制量，同其他一些过程控制量(如:温度、浓度、流量等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。

(2)用户管网中因为有管阻等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些特有的特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。

(3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异性，因此其控制对象的模型具有很强的多变性以及不确定性。

(4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入，而定量泵的控制是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化。所以认为变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。

(5)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果十分显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。

(6)当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况点自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

研究的基本内容：

1)

基于PLC的变频恒压供水系统的系统组成以及工作原理。

2)

基于PLC的变频恒压供水系统的PLC程序的设计。

3)

状态循环转换控制的电气设计方案。

4)

上、下位机的通信模块。

拟解决的主要问题：

1、掌握基于PLC的变频恒压供水系统的工作原理。

2、基于PLC的变频恒压供水系统的硬件和软件设计。

3、PID算法在变频调速恒压供水系统中的应用。

4、完成上、下位机的通信设置，通过通信模块实现对供水系统的远程监控和故障报警。

三、研究步骤、方法及措施：

步骤及方法：

(1)了解国内外PLC的变频恒压供水系统的发展动态。

(2)掌握基于PLC的变频恒压供水系统的工作原理。

(3)重点讨论PLC的变频恒压供水系统的硬件和软件设计、PID算法在变频调速恒压供水系统中的应用以及上、下位机的通信设置，通过通信模块实现对供水系统的远程监控和故障报警。

(4)

设计一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机、通信模块等主要设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统。

(5)得出结论。

措施：

图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。

四、参考文献

[1]蔡美琴,张为民.MCS-51系列单片机系统及其应用（第二版）[M].高等教育出版社.2009.1.[2]顾绳谷,姚守秋.电机及拖动基础[M].机械工业出版社.2008.8.[3]徐科军,马修水，李晓林.传感器与检测技术（第二版）[M].电子工业出版社.2009.2.[4]夏德钤,翁贻方.自动控制理论（第三版）[M].机械工业出版社.2009.1.[5]邵玉森,戴先中.过程控制工程（第二版）[M].机械工业出版社.2010.1.[6]吴志敏,杨胜峰.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程[M].中国电力出版社.2009.7.[7]孙凯.基于PLC的变频恒压供水系统的设计[J].中国制造业信息化.2010.[8]熊幸明.变频调速技术的应用与发展[J].长沙大学学报(自然科学版).2005.[9]任琪.基于PLC变频调速恒压供水控制系统设计[J].信息系统工程.2009.[10]崔玉川,傅涛.我国城市给水发展现状与特点[J].中国给水排水.1999.[11]杨凌云.PID调节器在恒压供水系统中的应用[J].微机算计信息，2001.[12]蒋艺,杨俊生.变频调速器在供水系统中的应用[J].山东冶金.1999.[13]姜学军,刘新国，李晓静等.计算机控制技术（第二版）[M].2009.7.[14]黄金波,郭丽春.可编程控制器在自动给水系统中的应用[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2002.[15]云飞.变频调速水泵的能耗分析[J].流体机械,2001.12.[16]Raymond

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optimizing

pump

station

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变频器监控系统设计 篇6

关键词:PLC 变频调速 恒压供水系统 PID

中图分类号:TV1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2010)03(c)-0106-01

1 变频调速恒压供水系统的设计原理

此恒压供水系统采用了三台水泵并联运行的方式,利用压力传感器将主水管网水压变换为电信号,经模拟量输入模块,输入可编程控制器(PLC),PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算,输出控制信号,经模拟量输出模块至变频器,调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时,一台泵在变频器的控制下稳定运行,当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时,PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到,PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行,以保持压力的连续性,同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行,以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍不能满足压力的要求,则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行,再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时,首先表现为变频器已工作在最低速信号有效,這时压力上限信号如仍出现,PLC首先将最先工频运行的泵停掉,以减少供水量。当上述两个信号仍存在时,PLC再停掉第二台工频运行的电机,直到最后一台泵用变频器恒压供水。

2 变频调速恒压供水系统硬件设计

本系统选用了西门子公司的S7-214PLC,辅以输入/输出扩展模块组成,主要检测元件有光电开关、压力检测开关,共计12个输入信号。执行部件有电机、变频调速器、声光报警器等,共3个输出点。PLC主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制变频器完成压力调节等功能。三台水泵由变频器直接驱动,进行恒压控制,变频器的起动、停止分为手动和PLC自动控制。控制面板上设有一个手动/自动转换开关,PLC对该开关的状态实时检测,当选择手动功能时,PLC只进行检测报警,由人工通过面板上的按钮和开关进行水泵的起、停和切换。当选择自动功能时,所有控制、报警均由PLC完成。控制系统原理图如图1所示。

3 变频调速恒压供水系统软件设计

为方便编程和调试,系统控制器采用模块化编程,主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块三个部分构成。

(1)手动运行模块。

当系统处于手动运行时,PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号,并由此判断各工作水泵的运行状态,在出现故障的情况下,输出报警信号。水泵的起、停和切换由人工通过面板上的按钮和开关来实现。

(2)自动运行模块。

自动运行模块包括系统的初始化、开机命令的检测、数据采集子程序、控制量运算子程序、置初值子程序、电机控制子程序等。

电机控制子程序完成对三台水泵的运行和停止控制。由于变频器的输出频率与水泵的运转速度直接相关,用水量大时,变频器输出频率升高,水泵的运转速度大；用水量小时,频率降低,水泵的运转速度小。因此程序根据变频器的输出频率的大小就可以判断和控制水泵的工作状态。

(3)故障诊断和报警输出模块。

变频器具有短路、过载等保护功能,当变频器所驱动的水泵电机发生短路、过载等故障时,变频器将自动切断一次供电回路,进入保护状态并输出报警信号。系统把各故障点相应的接触器、断路器等元件的辅助触点接到PLC,PLC扫描输入这些触点的状态,并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区,再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析,判断设备或元件是否出了故障,如果发生故障,则切断该泵的接触器,然后对变频器复位,再将备用水泵的接触器接通,启动变频器运行备用泵,同时输出该泵故障报警信号。如电机故障指示灯亮等。各I/O点对应的故障信息如表1所示。

4 结束语

采用PLC作为控制器,硬件结构简单,成本低,系统实现水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。另外,S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口,可以与楼宇监控中心进行通讯,实现无人远程控制。

参考文献

[1]钟肇新,范建东,等.可编程控制器原理及应用,2003.2

[2]宋伯生.PLC系统配置及软件编程［M］.中国电力出版社,2008.1.

变频器安全可靠传动系统应用设计 篇7

1 变频器的选择

1.1 选择变频器的条件

(1)通用变频器一般不适用冲击性性负负载,如螺丝机械、工具机等,容易产生过过电电流跳闸。最适用于比较平稳的负载,如如风风机、水泵类负载,低速下负载转矩较小。。

(2)对于笼型异步电动机,一般选选择择大于1.05-1.1倍标准电动机的额定电电流流或电动机实际运行中的最大电流,变频频器器的容量应不小于标准电动机的容量,变变频频器功率与电动机功率相当时为最合适 , 以以利于变频器在安全可靠且高效率状态态下下 运转。

(3)选择专用型变频器。如注塑机、、抽抽油机等专用变频器。选用专用型变频器器容容 易满足工艺要求,否则可能损坏变频器器及及其设备或造成干扰影响等。

1.2 根据不同的负载类型选择合适适的 的 变频器

变频器的正确选择对于控制系统统的的正常运行是非常关键的,选择变频器时时必必须要充分了解变频器所驱动的负载特性性。。

(1)普通功能型U/F控制变频器。。适适用风机和水泵类负载。低速下负载转矩矩较较 小,但将普通变频器使用到冲击负载上上, , 容易产生过电流跳闸,需选择大一档容容量量变频器。

(2)具有转矩控制功能的高功能型型变变频器 :适用搅拌机、传送机、起重机等恒恒转转矩类负载,因为这种变频器低速转矩大大, , 静态机械特性硬度大,不怕冲击负载。

(3)矢量控制高性能型变频器。适适用用轧钢、造纸、塑料薄膜加工线这一类对对动动 态性能要求高精度、快响应的生产机械。。

选择合适的变频器可以最好地发发挥挥其性能,减少事故发生。

2 使用环境

变频器的使用寿命长短由变频器器自自身的产品质量和应用环境来决定的。一一般般 适用在 -10℃~ +50℃、湿度在90% 以以下下的环境工作 ;无电磁干扰 ;无腐蚀、无无易易燃易爆气体、液体 ;无灰尘、漂浮性的纤维及金属颗粒。变频器不能直接用在防爆场所,但可以将变频器放在不需防爆的控制室或配电间内,将输出电源线接到防爆电机,这样就可以间接用在防爆场所,通过冷却风扇把变频器所产生的热量带走。

要保证变频器的使用寿命就要在合适的环境中使用变频器,减少火灾、爆炸、触电等事故发生。

3 安装现场的要求

正确安装变频器是合理使用变频器的基础。

3.1 接线

不要将电源线接到变频器的输出端子上,否则会损坏变频器。控制回路与主回路的接线,以及与其他动力线、电力线应分开走线,并保持一定距离。为了防止噪声等信号引起的干扰,使变频器产生误动作,控制回路采用屏蔽线。

3.2 接地

接地的目的是防止漏电及干扰的侵入或对外辐射。每台设备都必须分别和地线相接,接地导线截面积应不小于2mm2的软铜线,长度应控制在20m以内,接地线越短越好。不允许将一台设备的接地端和另一台设备的接地端相接后再接地。如图1所示。

3.3 变频器的外围设备

首先要了解变频器的使用场合,根据现场的需要设置不同的外围设备。

(1)在变频器的输入侧应安装一个带有接地漏电保护的断路器,用以对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护 ;另外,还要加装一个空气开关和交流电磁接触器。空气开关带有过流保护功能。交流电磁接触器由触点输入控制,可以连接变频器的故障输出和电机过热保护继电器的输出,从而在故障时使整个系统从输入侧切断电源,实现及时的安全保护。

(2)在变频器和电机之间加装热继电器,作为电动机的过载保护元件,当用户设定的保护值不佳或者变频器保护失灵时,电机就需要外部热继电器提供保护, 特别在用变频器拖动大功率电机时,尤为需要。

(3)当变频器与电机之间的连接线太长时,由于高次谐波的作用,会使热继电器误动作。因此,需要在变频器和电机之间安装交流电抗器或用电流传感器配合继电器作热保护来代替热继电器。

(4)装避雷器。作用是吸收由电源侵入的感应雷击浪涌电压,保护与电源相连接的全部机器。

(5)无线噪声滤波器、电源滤波器。目的是阻止干扰信号沿电源线传输并进行阻抗变换。

电机与变频器之间不能装设补偿电容器、浪涌抑制器等容性器件,以防其充电电流产生过流而损坏变频器。

正确选择变频器周边设备保证了变频器驱动系统能够正常工作、减少变频器和周围其它电气设备相互影响。

3.4 抗电磁干扰的措施

在工程上可采用隔离、滤波、选用金属外壳屏蔽等方法抗电磁干扰。

在电机与变频器之间距离超过100m的场合,则需要在变频器侧加装交流输出电抗器,减少对外部的辐射干扰,以达到质量检测标准,并确保设备安全运行。

4 参数设置

变频器的参数设定是十分重要的,由于参数设定不当,不能满足生产的需要, 导致起动、制动的失败,或工作时常跳闸, 严重时会烧毁功率模块IGBT或整流桥等器件。保证变频器安全可靠运行需设置如下参数 :

(1)基底频率设定。基底频率标准是50Hz,若基底频率设定低于电动机额定频率,则电动机电压将会增加,输出电压的增加,将引起电动机磁通的增加,使磁通饱和,励磁电流发生畸变,出现很大的尖峰电流,从而导致变频器因过流跳闸。若基底频率设定高于电动机额定频率,则电动机电压将会减小,电动机的带负载能力下降。

(2)上、下限频率。上、下限频率是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障,而引起输出频率的过高或过低,造成电气设备损坏,在应用中按实际情况设定即可。

(3)频率跳变。此功能是为了避开机械系统的固有频率,防止发生机械系统的共振,对变频器的运行频率在某些范围内限制运行。型号FR-A540-0.4 ~ 7.5kW的三菱变频器频率跳变如图2所示。

(4)加减速时间。加速时间设定要求 : 将加速电流限制在变频器过电流容量以下,不使过流失速而引起变频器跳闸 ;减速时间设定要求 :防止平滑电路电压过大,不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来,但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间,通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警 ;然后将加减速设定时间逐渐缩短,以运转中不发生报警为原则,重复操作几次,便可确定出最佳加减速时间。

(5)电子过电流保护。本功能为保护电动机过热而设置,设定值等于电机额定电流。

(6)直流制动。有的负载由于惯性较大,常常停不住,停机后有“爬行”现象,可能造成十分危险的后果。采用直流制动, 可以实现快速停机,并消除爬行现象。负载大时 , 直流制动电压高些制动时间相对短些为好。负载小时 , 直流制动电压低些制动时间相对长些为宜。

(7)提升转矩。当转矩提升设置过高, 而负载很轻时,由于产生电机铁芯的磁通饱和,电流将增加,变频器可能会产生过电流保护,所以当负载减轻时,为提高电机效率,应减小该设置。而对于重负载,适当提高转矩提升设定值,可以对定子绕组和电机电缆产生的电压降损耗进行补偿。

(8)载波频率。载波频率越低或者设置得不好,电机就会发出难听的噪音。载波频率高低对变频器和电机的影响,如表1所示。

载波频率的高低,和应用场合有关。一般电动机功率越大,载波频率选得越小。

通过正确、合理对变频器传动系统的设计,使变频器传动系统能稳定地工作, 发挥所具有的性能,达到安全可靠地运行,提高生产效率和改善产品质量,提高设备自动化程度。

摘要：安全生产责任重于泰山,本文通过四方面阐述了在生产中设计变频器传动系统实现生产安全可靠运行,达到了提高生产效率和改善产品质量,提高设备自动化程度。

变频器监控系统设计 篇8

水泵是供水系统中重要的设备之一,一般是按供水系统设计时最大工况需求选择型号,而用水系统实际使用中有很多时间不一定能达到用水最大量,一般用阀门调节增大系统阻力来节流,造成电机用电损失。据统计水泵的能耗占供水系统总能耗的90%左右。在实际运行中,水泵的效率大多不足60%,存在较大的资源浪费,而采用变频器可使系统工作状态平缓稳定,改变转速来调节用水供应,节电率可达到20%~60%。

1 设计要求

现场有一个高3.5m、容量为100m3的蓄水池,一个进水口和一个出水口,进水口不停地向蓄水池中注水,水量时大时小,流量在70m3/h左右。要求在出水口装一个水泵排水,水泵扬程为95m,通过水泵向他处泵水,让蓄水池水位自动控制在2.5m±0.2m的范围。按照此要求进行工程设计。

2 系统结构

该水位的自动控制系统由AC电源、隔离开关、断路器、变频器、水泵、水位压力传感器、液位变送器等组成。系统结构见图1。

3 系统设备选择

3.1 水泵

根据现场情况,蓄水池进水口流量在70m3/h左右并要求保持一个恒水位,水泵的排水流量一定不能小于70m3/h,否则蓄水池肯定在某一时刻要向外溢水,因此所选的水泵流量要大于70m3/h。因为进水流量时大时小,根据经验水泵的流量比进水流量提高20%为宜,即84 m3/h,同时现场要求水泵扬程为95m。根据这些参数选择了最接近实际应用参数的水泵,型号为:IS100-65-315B,此水泵流量为90m3/h,扬程为103m,功率为55kW。

3.2 变频器

使用变频器不但是为了节能,更重要的是为了方便调节水泵电机的运行速度,使蓄水池的进水量与出水量始终保持动态平衡,从而实现蓄水池水位自动控制的目的。根据负载情况不同,变频器的功率要比所带电动机的功率高5%~15%。本设计中变频器比水泵功率提高15%,即63.25kW。实际应用中变频器75kW的级别与计算值比较接近,故选择380V/75kW内置PID控制的变频器,型号为施耐德ATV61HD75N4。

3.3 水位压力传感器与液位变送器

水位压力传感器对水位信息采样,将其探头置于被测蓄水池中,探头感应的压力信号送至液位变送器,经过运算转换成对应的4~20mA电流信号。然后将此电流信号送给变频器内置PID调节模块,与设定的水位信号进行对比,从而实时调节变频器的输出频率(即改变水泵转速)来进行水位的自动控制。根据工程要求选择水位量程0~5m、输出量程4~20mA的GB-2100N型投入式液位变送器。

4 系统线路

系统线路如图2所示。

5 变频器控制参数设置

5.1 内置PID参数计算

施耐德ATV61HD75N4变频器内置PID控制器结构如图3所示。

在变频器的PID应用中需要设置PID内部给定信号(及要达到的目标),工程要求的水位是2.5m±0.2m,所以要把2.5m水深转化成变频器可以识别的电流信号,控制执行机构(变频器和水泵)输出,控制对象在执行机构的控制下输出实际液位。所选液位变送器的水位量程是0~5m,PID内部给定的量程为0~100。

设X为所需的水位实际值,Y是实际水位对应的变频器的PID设定值,N为液位变送器的量程,M为内部PID的量程。已知:

5.2 变频器其它参数

施耐德ATV61-55kW变频器的操作面板参数设定见表1。

6 结语

本设计产品采用内置PID控制的变频器,结合液位变送器构成一个闭环系统,能够实现蓄水池的液位自动控制,具有结构简单、调试方便、节能等特点,应用于某工厂2年来一直运行正常。

参考文献

[1]李旭明.煤矿排水系统在线监测变频控制系统研究[D].河北:河北工程大学,2010

[2]王明军.利用变频器PID功能实现泵站液位控制[J].电气时代,2011,(6):50-51

[3]王廷才.变频器原理及应用(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2011

[4]李洁,陈宇.基于单变频器变频调速恒压供水系统[J].化工自动化及仪表,2011,(6):726-728

[5]丁芳,李艳芳,费玉龙.智能PID算法在液位控制系统中的应用[J].控制系统,2006,(6):103-105

基于变频器的恒压供水系统的设计 篇9

在一般情况下, 随着社会生产需求的不断增加, 从而也使得传统的变频调速系统在现实的社会生活中应用非常广泛, 而这种供水系统的主要组织机构部分有:水泵组、压力仪表、循环软启动变频柜、管路系统等。同时, 该系统内部中的变频调速器、低压电器, 以及PLC部分构成了变频柜。而具体的变频调速恒压供水系统的设计方案如图1所展示的内容。

从理论上来分析, 通常情况下, 利用变频器是为了给整个系统中的电机提供一定的可变频率的电源, 并使得电机利用该系统发出的电来促使电机能够实现无级调速, 最终实现管网中的水压可以达到连续而变化的状态。同时, 通过利用传感器来实现对管网水压的检测, 并且利用对压力单元原先设定好的数值来实现用户对系统中产生的水压值的需求和期望[1]。其中, 常规的控制有两种。一种控制方式是通过在可编程控制器中输入压力设定信号和压力反馈信号之后, 并且经过可编程控制器自身的PID控制程序的一系列计算, 最终实现把转速控制信号传递给变频器的过程。另外一种控制方式是在PID回路调节器中导入压力设定信号和压力反馈信号, 然后再由PID调节器在经过自身调节器的计算之后, 最终实现把给转速调节信号传递变频器的过程。在通常的系统运行过程中, 需要利用1~3台的水泵来实现对供水设备的控制, 而在这其中有1~2台的水泵是用来工作的, 另外的一台是用来以备不时之需的。此外, 在所有运行的水泵中, 有一台水泵会被用来作为变频泵。对于该水泵的具体的运行原理大致如下:在整个系统运行中, 当供水设备在正式进行开始工作之前, 需要首先启动变频泵的开关, 并且当系统中管网的水压达到原先设定的规定值的最大范围时, 此时需要将其数据值稳定在某个特定的范围内。同时, 由于水压值会随着水量的不断增加而逐渐地降低, 而这一信号会被接收随即被传入到系统的可编程控制器中或者是PID调节器中, 进而经过上述系统部件之后的信号会出现提示并转变为一个比用水量增加前大的信号, 最终出现变频器的输出频率不断上升, 并且使得水泵转动的速度变快, 进而出现水压值持续升高的现象。此外, 如果水泵中出现用水量增加的情况, 促使其输出的频率不断上升并到达最大值, 但管网的水压值却还是无法到达最初设定的数值时, 此刻就需要利用上述两种方式来实现对系统运行的控制、启动一台工频泵。与之相反的是, 如果出现用水量减少的情况, 变频器的输出频率值会达到最小, 此时可编程控制器或者是PID回路调节器会提示减少一台工频泵[2]。

在上图1所示的设计图中, M1~M3是电机, P1~P3是水泵, JC1~JC6是电机上的开关、暂停, 以及切换使用的交流接触器部位。同时, 通过根据变频器实际的运行情况来作分析, 其转速所需要用的控制信号主要是通过该系统中的可编程控制器而发出的, 因此, 需要在可编程控制器上设计出模拟量输入接口和模拟量输出接口的安装部位, 以此来改善这一问题。目前, 虽然我国信息技术得到了迅速地发展, 但是在我国的市场上, 存在的带有模拟量输入/输出接口的可编程控制器的数量还是比较少的, 所以其价格是非常昂贵的, 这在无形中会提高了购买供水设备的预算成本[3]。但是, 如果仅仅只是单纯地设计出一个开关来控制输入或输出的可编程控制器, 是不足以满足社会生产的需求的, 但是其总的经济成本也是同上者一致的。因此, 在对变频调速恒压供水控制设备进行前期的设计和规划时, 尤其是需要特别的注意对PID控制信号部分的设计, 以此来实现节电节水, 降低供水设备的目的。

2 新型变频调速恒压供水系统的设计

为了充分地改善PID调节器和可编程器的不足, 并且扩展其特色功能, 越来越多的公司开始开发更多的新型的变频器, 从而促使了越来越多带有应用软件的新型变频器在人们的日常生活中广泛的出现。该文主要以华为的TD2 100供水专用变频器为例, 并作出相关介绍。

2.1 ABB ACS510供水专用变频器主要功能

ABB ACS510供水专用变频器是集合供水控制和供水管理于一体的系统, 并且其自身的PID调节器可以简单、便捷地构成供水的闭环系统, 其主要的功能有如下几个方面。

(1) 多种供水种类和方式的选择, 能够保证4台泵可以实现变频循环和自由切换的功能。此外, 由于该系统存在着循环泵方式和固定泵方式两种切换方式, 以及另外的先启先停和先启后停, 并且所有的生产过程都是可以从这几种方式间进行合理地搭配选择。

(2) 选择固定的时段进行压力设置。该系统划分了6段定时压力给定设置, 并且通过利用生活供水的压力和流量变化, 最终实现用户的满足需求。

(3) 固定的进行轮流和交换。该系统的主要特色是可以利用其定时轮换的功能来实现有效地控制和管理备用泵在长期不用的情况下而生锈的现象, 从而来降低设备的经济成本, 实现设备的综合利用。

(4) 实现对排污泵的控制。该功能主要是由于变频器自身带有的雾水检测液位的传感器, 因此, 一旦出现泵房内部的污水到达所设定的最高警戒水位时, 该系统便会自动开启实现排污、控制的功能。

(5) 故障自动电话拨号功能。该功能可以在系统或者变频器出现故障时, 通过自身的通信接口来实现与外部设备的信号连接, 以此来拨动原先设定的电话号码, 从而来通知相关的维修人员进行处理。

2.2 基于ABB ACS510供水专用变频器的恒压供水系统设计

通过在ABB ACS510供水专用变频器的恒压供水系统中增加PID运算, 可以有效地减少可编程控制器的内部存储量, 而且可以有效地控制PID的有关数据参数在线上调试和运行的难度。此外, 该系统的设计有效地降低了购买设备时的经济成本和生产成本, 同时又有力地提高了企业生产的社会效率。因此, 利用优化PID调节器算法的方式, 可以确保水压调节能够平稳和水压反馈值的准确。

3 结语

通常情况下, 变频调速恒压供水设备是自带的可编程控制器有输入或者输出两种形式, 此外还包括PID调节器, 但是在实际的应用过程中, 对于PID算法进行编程还是比较困难的, 而且该设备的购买成本较高, 调试的难度也大。但是, 随着我国现代化社会的改革进程不断深入, 促使了我国的信息技术得到了充分地发展, 从而也对变频器的功能进行了更大程度地开发, 并且通过该技术的进步来实现对变频调速恒压供水设备设计的完善和创新, 从而为人们的生活带来更多的方便。另外一方面, 由于变频调速恒压供水设备自身的投资额度较小, 且系统运行机制安全、可靠, 而设备的体积小, 使得其占地面积也小。同时, 该设备具有节电节水、自动化程度高、操作便捷等方面的优势。因此, 在日常的生活中, 变频调速恒压供水设备更多地被应用于住宅小区及其高层建筑生活消防供水系统中, 并且充分地发挥着重要的作用。

参考文献

[1]张学辉, 程显吉, 韩培成.基于PLC及变频器的恒压供水实训系统开发[J].科技信息, 2011 (9) :99-100.

[2]熊建国.基于PLC的变频调速恒压供水系统设计与实现[D].电子科技大学, 2013.

变频器监控系统设计 篇10

关键词：可编程控制器,变频器,电梯,电气控制

0引言

近年来,PLC-变频器交流调速电梯获得了广泛的应用。为了适应电梯的迅速发展及自动化专业教学实践的需要,我们开发了一套PLC—变频器控制的仿真电梯系统。

PLC具有编程简单、控制灵活、功能完善、扩充方便、抗干扰能力强等优点,而变频器不但可以提供良好的调速性能而且能节约大量电能,所以目前电梯多采用PLC—变频器控制。变频器只完成调速功能,而逻辑控制部分是由PLC来完成。PLC用于处理各种信号的逻辑关系,并且向变频器发出起停等信号,同时变频器将其工作状态信号送给PLC,形成双向联络关系。

该仿真电梯由机械和电气两大系统组成。

1仿真电梯机械系统

考虑到实际电梯的真实运行环境和功能,同时兼顾实验教学的直观性,采用模拟5层电梯装置。井道高3m,每层高0.5m,设计了透明模拟井道和轿厢,能非常直观地观察到井道中轿厢、对重装置和门系统的真实运行情况,同时能观察到机械安全保护系统、轿厢减速和平层装置的位置及工作过程。

2仿真电梯电气控制系统

2.1 主回路

采用变频器控制笼型异步电动机完成仿真电梯的上行、下行、停层减速和平层过程中对曳引电机的变频控制。

电梯一次完整的运行过程,就是曳引电动机从启动、匀速运行到减速停车的过程。当正转(或反转)及快速信号有效时,电动机开始从0Hz到50Hz启动,启动时间在3s左右,然后维持50Hz的速度一直运行,完成启动及运行段的工作;当停层减速信号到来时,PLC撤销快速信号,同时输出慢速信号,慢速爬行输出频率为6Hz,从50Hz到6Hz的减速过程在3s之内完成,当达到6Hz的速度后,在此速度爬行;当平层信号到来时,PLC撤掉正转(或反转)信号及慢速爬行信号,电动机从6Hz减速到0Hz,同时通过PLC控制抱闸及自动开门,完成完整的一个运行过程。电梯运行曲线见图1。

2.2 控制回路

控制回路采用PLC控制,PLC配置灵活,除主机单元外,还可以扩展I/O模块、A/D模块、D/A模块和其它特殊功能模块。本系统需I/O 64点(输入32点、输出32点)。PLC指令功能丰富,可用编程器编程,编程语言可采用梯形图或指令表。

PLC采集和处理电梯的内外呼唤信号、变频器状态信号、井道信号、开/关门信号等,通过逻辑运算,形成变频器运行必须的控制信号(如正转和反转信号、快速和慢速信号、停止信号等)以及楼层显示信号、方向信号、门机构驱动信号等,实现对电梯的有序控制,电梯控制系统结构方框图见图2。

3仿真电梯的电气装备

本系统电气装备主要由曳引电动机、电气控制柜、选层平层装置、门系统、操作台及安全保护装置等部分组成。

3.1 曳引电动机

采用笼型异步电动机,安装在仿真井道的顶端,实现对电梯上行、下行、停层减速和平层过程的控制。

3.2 电气控制柜

电气控制柜由可编程控制器、接触器、相序保护器、控制变压器、电压表、电流表、直流电源、指示灯等组成。为了适应自动化专业实践教学的需要,充分提高学生设计、安装、调试电气控制系统的能力,采用实际控制柜和元器件,同时设置了10台电气控制柜,可供10组学生同时完成设计、安装和调试仿真电梯的实训过程。10个电气控制柜安装完毕后,可通过其接线端子分别与仿真电梯模型上的接线端子及操作台连接,完成对电气控制系统的调试过程。

3.3 选层平层装置

选层平层装置由轿厢内和厅门外选层按钮、停层感应器、平层感应器组成。轿厢内和厅门外选层按钮分别设在操作台轿厢操纵区和厅召唤区;停层感应器安装在每一层的厅门上方,由8个接近开关构成;平层感应器安装在轿厢顶部,由3个接近开关构成,由上至下分别为上平层感应器、门区感应器、下平层感应器。当轿厢内或厅门外选层按钮发出呼唤信号传送给PLC后,PLC根据轿厢当前的位置与内/外呼唤信号的关系,通过逻辑运算确定电梯运行方向和停层位置,由停层感应器发出停层减速信号,由平层感应器发出平层信号,并传送给PLC,通过PLC输出减速信号和平层信号给变频器控制曳引电动机,完成停层减速和平层全过程。

3.4 门系统

门系统由直流他励电动机、开门和关门限位开关组成,安装在轿厢顶部。当电梯慢速平层时,层楼井道内铁板接近装于轿厢顶上的门区感应器,发出平层结束信号,通过PLC控制门电机向开门方向旋转,当门开足时,开门限位开关动作发出信号,通过PLC控制门电机制动立即停止运转,完成自动开门过程。当电梯停靠开门后,PLC控制延时约4s～6s后启动门电机向关门方向运转,直至门关闭,关门限位开关动作,经PLC控制门电机制动立即停止运转,完成自动关门过程。

3.5 操作台

操作台由指示灯、钥匙开关、按钮等组成。操作台分2个区,即厅门外召唤区和轿厢内操纵区。厅门外召唤区由层召唤按钮、层召唤指示灯、上行和下行指示灯等组成。轿厢内操纵区由层召唤指示灯、层指令按钮、层指令指示灯、上行和下行按钮、急停按钮、检修用关门和开门按钮及检修用上行和下行按钮等组成。

3.6 安全保护装置

在井道的上、下两端分别设置了上、下限位开关作为终端保护,防止电梯冲顶或沉底事故。

4结束语

变频器监控系统设计 篇11

关键词：242-1报泵系统电气装调（音频器控制）一体化教学工作页

经过大量的前期调研和充分的准备，历时一个多月的艰苦努力，开发编写完成了电力电子设备电气装调课程中242-1气泵系统电气装调（变频器控制）教学任务的一体化教学工作页。该工作页经过教学实践的不断修改完善，已经成为该课程教学过程的重要指导性文件，并在培养学生相关专业技能和知识的过程中发挥重要的作用。笔者就该工作页开发的过程和得到的一些收获和体会做了详细的介绍。

职业技术学院开展一体化教学改革已有10余个年头，目前大部分的课程已经全部按照一体化教学方式进行了改革。笔者承担了“242-1气泵系统电气装调（变频器控制）”教学任务一体化教学工作页的开发和编写。该教学任务主要实现对本专业学生在交流变频调速领域的相关技能和知识的学习与训练。一体化教学工作页对于培养学生的自主学习能力，掌握本专业和本门课程的专业技能和知识具有非常重要的作用。在编写工作页的同时，笔者对如何编写一个质量更高，对教学过程指导性更强的工作页也有一些体会，相信这些体会对后期的教学和其他一体化工作页的开发都会产生积极的影响。

一、课程背景

电力电子设备电气装调课程是笔者所在学院机电系电气自动化设备安装与维修专业高级工阶段的核心专业课程。它在电气自动化设备安装与维修专业高级工人才培养方案核心一体化课程设置中的位置见表1。

从表1中可以看到，它是4门核心一体化专业课程中课时安排较多的课程，其重要性不言而喻，对培养学生在交直流调速领域的专业技能和知识具有重要的地位。

该课程需要学生掌握的专业技能和知识的要求来源于两个方面，一是国家相关职业标准，二是相关企业岗位的具体需求。该职业国家职业标准中的相关职业技能和知识涉及交流变频调速的内容如下。

第一，变频器认识和维护。要求能识别交流变频器的操作面板、电源输入端、电源输出端及控制端、交流变频器的组成和应用基础知识；能按照交流变频器使用手册对照出错代码，确认故障类型。

第二，交流传动系统读图与分析。要求能读懂交流传动系统原理图，分析系统组成及各部分的作用自动控制基本知识；能分析交流传动系统中各控制单元的工作原理及整个系统的工作原理。

第三，交流传动系统装调。要求能对交流调速系统进行安装、接线、调试、运行、测量，交流调速装置应用知识。能对应用交流变频器的调速系统进行安装、接线、调试、运行、测量，掌握交流变频器应用知识。

第四，交流传动系统维修。要求能分析并排除交流调速装置外为主电路的故障。交流调速系统常见故障及解决方法，能分析并排除变频器外围主电路的故障，变频器调速系统常见故障及解决方法。

笔者学院机电系“电气自动化设备安装与维修”专业分别与北京长征天民高科技有限公司和京东方科技集团股份有限公司（BOE）共同组建了“长征天民”和“京东方”订单班。北京长征天民高科技有限公司和京东方科技集团股份有限公司（BOE）属北京市高新技术制造企业。这两家单位均对维修电工岗位有大量的用工需求，且对用工人员提出了非常明确的技能和知识的要求，主要包括负责公司高低压电力系统的维护、负责高低压电气设备的检测、维修工作，并能够独立完成公司各类电气设备维修、保养、检修等工作。其中高低压电气设备就包括大量的交直流传动设备，尤其是涉及交流传动和变频器类设备，几乎存在于整个生产流程的全过程。

根据以上的调研和分析，确定“242-1气泵系统电气装调（变频器控制）”教学任务主要是实现对本专业学生在交流变频调速领域的相关技能和知识的学习与训练提高。

二、工作页教学任务载体的选择设计

在现代制造企业中，无论是连续的自动化生产线还是单台设备的控制，交流传动控制无处不在，尤其是变频器的应用，达到了空前的水平。在变频器的应用中，一般均配合PLC实现就地控制与远程控制的切换。由于应用的普遍性，变频器及其附属设备会经常出现各种故障。因此，要求维修技术人员必须具备相关系统和设备的应用、维护、保养及故障的处理能力。同时，应具备电气原理图样识图，对变频器和PLC等设备进行安装、电气参数配置、控制程序编程调试等方面的技能。

根据以上的分析，并结合学院实训室实训设备的具体情况，本门课程的载体设计利用变频器控制给其他设备提供气体动力源的242-1气泵系统。本任务的开展就依托该真实的工作项目，即完成交流变频器控制242-1气泵系统装调这样一个工作。

该项目的具体内容是采用台达多功能、可弹性扩充、迷你型VFD-E系列的VFD220E43A/43C交流电动机驱动器实现对242-1气泵系统的控制。控制方式采用变频器外部模拟量和分段开关量两种控制方式，配合SIMENS$7-200系列的$7-224XP CN型控制器，实现对242-1气泵系统的变频控制。以上所需试验设备目前在实训室中都有若干套，完全满足开展“242-1气泵系统电气装调（变频器控制）”教学任务的需要。项目载体的连接示意图如下图所示。

三、工作页教学目标设计

教学任务载体设计完成后，就可以确定本教学任务的具体教学目标了。依据课程背景的调研情况和教学任务载体的特点，确定本教学任务的学习目标为学生应具备以变频器为核心的交流传动系统装调能力。具体的要求为相关人员接受任务后，需要讨论分析安装图样要求，理解交流传动系统电气控制线路的设计方法，共同制订安装方案，制定交流传动系统电气控制线路的设计方法、交流变频器的调速系统进行安装、接线、调试、运行、测量方法和交流变频器与其他自动化控制设备的联系方法和调试方法。方法制定完成后，准备安装工具及材料，独立安装，并参与后续的调试工作。学习完本课程后，能胜任电力电子设备的电气的安装调试工作，具体学习目标总结如下：通过阅读、分析任务单，确认任务性质，类别等，根据任务要求，明确工作内容；通过勘查现场，制定任务的装调方案；掌握通用变频器的结构、功能和原理；掌握通用变频器的操作及工作原理；掌握变频器交流调速系统电气控制线路的一般设计方法；能够具备以变频器为核心的交流传动系统装调能力；掌握交流变频器与其他自动化控制设备的联系方法和调试方法；根据装调方案进行安装和调试；学习《电气设备安装标准规范》，电业安全工作规程等，能按照安装图的要求进行定位安装；学习《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》（GB50150-2006），配合验收，交付使用的过程和方法；培养环保节能意识，理解并严格执行5s管理制度；培养安全第一的思想以及时刻注重自身和周围环境安全状况的习惯。

教学任务完成后的最终学习成果为形成一套采用台达VFD-E系列的VFD220E43A/43C交流电动机驱动器，采用变频器外部模拟量和分段开关量两种控制方式，配合SIMENS S7-200系列的S7-224XP CN型控制器，实现对242-1气泵系统的变频控制。

四、工作页一体化教学过程的设计

根据装调类一体化教学过程的特点和装调类教学任务的基本要求，本任务的教学过程及环节安排见如表2。装调类一体化教学过程设计源于真实的工程项目设计开发方法，从前期调研准备到系统架构设计与设备选型，再到安装调试，详细掌握系统架构的原理，设备组态、配置与编程等，再次是整体调试，功能验证。由于我们是课程的教学，还需要一个由点到面的过程，进行知识和技能的拓展，从而实现一个完整的教学过程。

下面就各个一体化工作页教学阶段的详细教学过程分别阐述。

1.接受任务

本教学活动主要目的是为了做好教学任务开展的前期准备，包括实训的环境，设备，参数等内容。通过该活动，我们要求学生学习以下内容：了解本教学任务的核心内容，做到心中有数；了解实训场所的基本情况，包括环境参数、主要设备、材料等情况，为实训的顺利进行打下基础；了解实训的常规要求，明了参与实训的人员如何做到按照企业的要求做好实训各项工作；了解交流变频器控制242-1气泵系统的主要硬件设备和要实现的主要控制功能；了解气泵的主要功能、硬件组成及控制要求。

2.制订联调方案

本教学活动主要目的是确定装调的方案。通过制订装调方案，使学生了解控制系统主要设备的选型，控制系统控制方式的确定的依据和原理，设备安装的主要原则，主要步骤和方法，以及系统整体安装调试的注意事项。通过该活动，我们要求学生学习以下内容：242-1气泵系统电气装调控制系统装调工作流程；变频器、PLC、空气开关，稳压电源等器件的装调技术要求；242-1气泵系统电气装调控制系统装调的安全措施；242-1气泵系统电气装调控制系统调试、通电试车的安全措施。

3.现场联调

本活动过程是整个教学活动的核心，主要的技能和知识训练基本都在这个阶段来实现。教学过程始终要遵循技能训练为主，同时融入知识学习。本阶段教学要突出系统控制设备的功能原理学习，包括变频器、PLC等主要设备的操作、配置、编程等方法，控制系统体系架构的构成及原理等都应该在本阶段教学中完成。通过该活动，我们将学习以下内容：变频器、PLC、稳压电源、空气开关、继电器等器件装调的步骤、要点和原因；VFD220E43A变频器连接方式和方法；$7-200 CPU224 XP CN模块装接和DI/DO和AI/AO接口原理机接线方法；242-1气泵系统电气控制系统电路连接方式和方法；基本编程方法及程序识读；242-1气泵系统电气控制系统测试；242-1气泵系统电气控制系统功能调试的步骤、要点。

4.验收交付

本教学活动的教学要求学生经过前几个过程的学习和实操训练，能够真正从整体上建立一个完整的控制系统的概念。从整体功能试验这个角度，再次进行反思和总结，从实践上要知道控制系统构成的详细内容。最重要的是理解控制系统选型，设计、编程、调试都是为了满足控制对象的需要，实现242-1气泵的控制。通过该活动，我们要在规定时间内完成本站外观、功能、备品备件数量等方面的验收，并正确填写验收单。

5.总结与拓展

本教学活动作为重要的一个教学部分，要充分体现一体化课程技能与知识由点到面的过程。适当进行总结与回顾，进行技能和知识的必要延伸与拓展，从而让学生掌握本门课程所涉及技能和知识的全部内容。通过该活动，我们要在规定时间内对本任务学习内容进行回顾、分析并对关键技术进行强化，对同类任务进行拓展练习。

五、22作页开发过程需要考虑的若干问题

在开发编写电力电子设备电气装调课程“242-1气泵系统电气装调（变频器控制）”教学任务一体化教学工作页的过程中，笔者在一体化工作页任务及载体选择和使用等几个方面有一些心得和体会，总结如下。

第一，工作页工作任务的来源是相关的职业标准和企业岗位的技能需求，必须依此来设计工作页的教学任务，否则就失去了一体化教学的真正意义。

第二，教学任务设计完成后，需要精心策划并选取工作页任务的载体。一体化工作页任务载体的选择要遵循以下几个要点：任务载体首先必须满足相关的职业标准中有关的职业技能培训和知识的学习的需要；任务载体必须是具体的，能够有的放矢地设计相关的技能培训和知识的学习过程；任务载体必须是难易适度的，最好与课程受众的知识水平相当；任务载体必须是实训体系中非常容易找到的，且配置的台套数必须满足实际教学开展的需要。

第三，设计工作页要通盘考虑，设计工作页的同时应该同步设计教学过程。包括各部分任务学时的分配，教学内容的编排，实操训练与理论知识的交替进行方法都应该在设计阶段考虑周全。

第四，一体化工作页教学过程开发设计需要同时考虑的几个问题：教学过程开发要始终遵循教会学生进行自主性的学习，掌握学习的方法和目标，更多地设计指导性的自主学习过程；教学过程开发要考虑高效地指导课程教学的开展，教学过程进度设计要符合教学过程的特点，结合学生实际情况，要体现一定的伸缩度；教学过程开发始终要与实现教学任务为中心目标，每个教学环节都要体现技能培训和知识传授的有机统一，做到实践教学与理论知识学习的有机统一。

第五，建议开发工作页过程与课程教学过程设计最好由同组教师共同开发，如无法共同开发，最好开发工作页的教师能够结合自己对工作页的理解给予使用者明确的指导，如给出明确的教学实施建议等，以免由于对工作页理解上的差异影响工作页的教学效果。

第六，建议教学过程始终要遵循以工作页为主线的方针，在完成项目过程中掌握技能，学习知识。不要出现将工作页只是作为作业本来使用，而课程的授课主线与工作页完全无关的情况。

变频器监控系统设计 篇12

1、设备选型

根据煤矿生产能力、上下井人数、最大提升物件重量结合最新《煤矿安全规程》要求及工程设计资料可以对矿井提升机系统主体物件进行选择, 由于篇幅有限, 这里只介绍PLC和变频器的选择。

1.1 PLC的选取

PLC的选取有以下原则: (1) 跟据用户的编程习惯、控制系统要求可以选择三菱、西门子、欧姆龙等系列PLC; (2) 根据被控制对象的特性即输出形式等要求可以选择R、S、T型; (3) 根据控制过程所需要的I/O点数的要求可以选择16、32、48、64、80、128个输入输出点数的PLC; (4) 根据PLC内部有无扩展模块可以选择E、M等系列;

这里根据上述因素选择三菱F X 2 N-4 8 M R型P L C。

1.2 变频器的选取

变频器的选取是系统中最为麻烦的, 变频器的选择如下:

1.2.1 变频器容量的选择

(1) 连续工作下容量选择。

由于矿井提升机机械需要连续运行, 必须在连续运行下进行容量选定:

变频器供给异步电动机的电流是脉动电流, 其脉动电流值比工频供电时的电流要大。因此, 必须将变频器的容量留有适当的余量。此时所选变频器必须同时满足以下3个条件:

(2) 大惯性电机下的容量选择。

由于矿井提升电动机属于大功率电动机, 具有很大的惯性, 启动过程必定有较大的过载。这样的情况下, 一般来说也应按如下式子选取变频器:

1.2.2 其它选择因素

考虑到变频器容量及参数是针对一定的海拔高度和环境温度而标出的, 一般指海拔1000m以下, 温度在40℃或25℃以下, 这些条件所选变频器都满足, 而且在电动机有瞬停再启动要求时, 所选变频器也具备此项功能, 满足瞬间来电再启动功能, 不会引起过电压、过电流动作, 造成故障停机。根据上述要求选择微能高压6kv变频器。

2、控制方案

根据具体的提升要求和提升运动学的简单计算可x�GB以��确定提升所需要的控制速度大小、加减速时间、标频器的接线等, 提升机运行速度曲线图和变频器与系统的接线图如下:

根据提升机运行曲线图和控制要求、变频器与系统的接线图等内容可以制定系统的控制流程, 系统控制流程图如下所示:

3、提升系统部分保护

由于矿井提升系统中提升电动机是整个系统的核心部分, 本文主要介绍一下提升电动机的部分保护。

3.1 提升电动机的相间短路保护

3.1.1 电流速断保护

目前广泛采用电流速断保护作为防止电动机相间故障的主要保护。考虑到大多数电动机都是运行于小电流接地系统, 因此, 保护可按两相式接线构成。高压电动机的电流速断保护, 有两种接接线:两相电流差接线和不完全星形接线, 这里采用不完全星形接线。

3.1.2 纵联差动保护

本系统采用BCH-2型差动继电器构成的纵联差动保护, 利用继电器中加强型速饱和变流器的助磁特性来躲过起动电流中非周期分量。

3.2 提升电动机的单相接地保护

保护是由一个接于LJ系列零序电流互感器上的继电器构成。本设计电动机电流继电器采用DD-11型。

3.3 提升电动机的过负荷保护

本设计采用GL系列继电器组成的过负载保护, GL-14型电流继电器具有两副独立的触点, 可以分别作用于信号和跳闸, 而且动作时限长, 利用继电器的瞬动元件作为电动机的相间短路保护, 继电器的反时限部分作为电动机的过负载保护, 动作于信号。

4、结语

矿井提升系统是煤矿的重要系统, 担负着煤矿的生产提升和人员安全的重要任务, 现代煤矿对提升系统要求逐渐提高, 本文按照煤矿实际提升要求并结合《煤矿安全规程》等技术资料对矿井提升系统进行了简单设计, 希望能对矿井提升系统的发展起到一定的作用。

参考文献

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