交流电动机变频调速毕业论文

论文题目：PLC和变频技术在恒压供水系统中的应用 PLC和变频技术在恒压供水系统中的应用WwWWW 摘要： 本文是针对节能和提高供水质量问题而提出的恒压供水系统设计和应用的研究．文中分析了旧系统存在的问题，介绍了水位自动检测技术及保护措施，阐述了采用变频技术、PLC技术及自动控制技术相结合来实现的恒压供水控制的系统总体设计方案和软件设计。通过实践证明．该系统具有较强的功能．对供水质量、节约能源和运行可靠性具有较好的改善。关键词：变频技术；PLC技术；恒压供水；自启动1 引言随着各住宅小区的宿舍楼等一座座高楼拔地而起，相应的生活用水量也大幅度增加。人们对提高供水质量的要求越来越高，另外人们的节能意识及对运行的可靠性的要求越来越强。采用变频器及PLC技术实现的无塔恒压供水系统，不仅能提高供水质量，而且在节约能源和运行可靠性具有较好的改善。其中，采用变频调速的主要目的是通过调速来恒定用水管道的压力以达到节能的目的，恒压供水则是为了满足用户对流量的要求。应用PLC技术是为了实现系统的软启动，减少手动操作或抚慰操作，同时替代部分继电器减少机械触点的故障，增强可靠性。下面笔者根据这方面的工作经验谈谈在恒压供水系统设计和实践过程中的一些思路和做法。2 变频器的工作原理在恒压供水控制系统中，关键技术主要是变频技术。目前效率最高、性能最好的系统是变压变频调速控制系统。2．1变频器的基本构成变频器的基本构成如图1所示，由主回路（包括整流器、滤波器、逆变器）和控制电路组成。 整流器的作用是把三相交流整流成直流。滤波器是用来缓冲直流环节和负载之间的无功能量。逆变器最常见的结构形式是利用六个半导体器件开关组成的三相桥式逆变电路，有规律地控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。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等。2．2变频器基本原理 变频器的基本原理是利用逆变器中的开关元件，由控制电路按一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一系列等幅而不等宽的矩形脉冲波形，来近似等效于正弦电压波。图2所示出正弦波的正半周，并将其分为n等分（n=12）。每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等幅矩形所代替。这样，由n个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的正半周等效。正弦波的负半周也可以用相同的方法来等效。可采用正弦波与三角波相交的方案来确定各分段矩形脉冲的宽度。当逆变器输出端需要升高电压时，只要增大正弦波相对三角波的幅值，这时逆变器的输出的矩形脉冲幅值不变而宽度相应增大，达到了调压的要求。当逆变器的输出端需要变频时，只要改变正弦波的频率就可以了。3 控制系统总体设计过去的供水控制系统投资多，采用的模式为多台小功率水泵供水。在运行实践中暴露出主控电路设计不合理和逻辑控制设计不合理的现象。新系统总体设计方案如图3所示。在该供水系统的控制电路中除采用了变频器（VVVF），还采用一些先进控制装置如数字调节器（PID）、可编程控制器（PLC）等，这些装置都是以电脑芯片为内核完成各自不同的控制功能。为简化控制电路，根据负荷需要，使用一台18．5KW大容量水泵供水。为提高使用的安全系数，选用一台日本富士22．5KW变频器进行水泵调速，该变频器内置PID调节功能，但不具备参数监视功能。为能有效监视调节工况，特选数字显示调节器进行监视和控制，以备实现串级PID控制。鉴于外部I／O可控点数不多，可编程控制器PLC选用20点即可满足控制要求。4 水位检测电路设计4．1水位检测开关考虑到水位检测装置要求故障率少，运行可靠，为简化检测环节，设计中采用结构简单的浮子式水位检测开关，但为防止信号串扰，另外增加了一个隔离转换装置。该装置内选用了干簧继电器用以提高开关接点的可靠性和使用寿命。4．2水位检测逻辑控制水位检测逻辑控制功能如前所述完全由可编程控制器PLc编程实现，减少了硬件配置，提高了运行的可靠性和应用的灵活性。PLC的I／O地址分配见图4（a）所示，简化梯形图如图4（b）所示。其逻辑电路主要完成如下功能，见图4（b）所示。（1）水位信号保持功能水位开关检测分别由PLC的常开接点实现。由于水位由于簧管的常开接点来检测，只有在水面越过该点时闭合，低于该点即断开，因此信号需由PLC保持。（2）水位信号显示、报警、保护功能水位正常时01002动作，使输出绿灯亮。水位低时01003动作，使输出红灯亮，且通过其常闭接点停供水泵。水位高时20000、01000同时启动，使输出黄灯亮（闪光l5秒转平光）且无条件停蓄水泵。 5 操作保护功能设计除了常规保护功能外还增加了人性化操作功能。考虑到泵短时间内的频繁启动对泵运行不利，故设置1分钟内只允许连续启动两次，第三次需延时3分钟后进行，以利泵的散热，延长设备使用寿命，减少功耗。编程时可采用定时器和计数器配合来实现。这项功能在启停调试设备过程中得到检验。6 系统自启动功能设计（1）自启动概述为了方便运行维护人员，有两种情况可以考虑自启动：①系统断电一段时间后恢复供电的自启动，系统在正常运行工况下突然停电时，如果其它检测无异常则来电后可实现自启动，这一点在夜间更为重要，可给维护人员带来方便，此项功能得到了维护人员的认可。②低水位使泵跳闸后水位恢复时的自启动管网用水负荷过大或蓄水水压过低流量减少造成的低水位，会引起供水泵跳闸。在水位恢复正常后可实现自启动。（2）自启功能的实现 如图5所示。图中，“自启动条件”有两个：一是计数器C103接点，二是“水位正常”信号接点。由于计数器C103具有停电记忆特性，所以只要水位恢复正常时01002闭合就可自启动。其过程是：微分继电器20006（13）产生的微分信号由20009继电器保持，再经时间继电器"1"020延时后使其输出的常开接点"1"020（见图4b）接通启动回路，则水泵重新运转。 （3）自启动的预置自启动功能可根据用户需要事先预置，否则，该功能会被屏蔽。设计方案如下：①预置和解除均借用运行状态下的启动按钮。预置时按动启动按钮三下使计数器C103启动，则其常开接点C103闭合。解除自启功能：按住启动按钮1秒，使计数器C103复位或按停止按钮使泵停运的同时也解除了自启动设置。②预置的显示借用水位正常灯（闪光3秒），解除借用高水位报警灯（闪光3秒）。7 结束语上述无塔供水控制系统经投入使用，各项设计功能运行正常，供水质量有了很大提高，单位大功率设备用电量也明显减少。期间，还经历了系统实际异常情况自动处理的考验，如“储水罐满水后的蓄水泵自动跳闸”、“电力网停电来电后的供水泵自启动”、“电源缺相报警”等，这些功能都得到了很好的验证。参考文献[1]张燕宾主编．变频调速应用实践．机械工业出版社，2001．[2]北京四通工控技术有限公司编．FRENIC5000G11S／P11S说明手册．2001．[3]北京鹭岛公司编．OMRON可编程控制器使用手册．2000．[4]高勤主编．电器与PLC控制技术．高等教育出版社，2001． 借鉴一下吧，以前搞了很多，找不到了~不好意思

浅谈机电一体化中的接口技术 摘要：接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越 重要。文章以机电一体化控制系统（微电子系统）为例，将接口分为人机接口与机电接口两大类进行探讨。 关键词：机电一体化；接口技术；人机接口；机电接口 机电一体化系统可分为机械和微电子系统两大部分，各部分 连接须具备一定条件，这个联系条件通常称为接口。各分系统又 由各要素（子系统）组成。本文以机电一体化控制系统（微电子 系统）为例，将接口分为人机与机电接口两大类。 一、机电接口：由于机械系统与微电子系统在性质上有很大 差别，两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因 此机电接口起着非常重要的作用：（1）行电平转换和功率放大。一 般微机的I/O芯片都是TTL电平，而控制设备则不一定，因此必 须进行电平转换；另外，在大负载时还需要进行功率放大；（2）抗 干扰隔离。为防止干扰信号的串入，可以使用光电耦合器、脉冲 变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离；（3） 进行A/D或D/A转换。当被控对象的检测和控制信号为模拟量 时，必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路， 以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。1、模拟 信号输入接口：在机电一体化系统中，反映被控对象运行状态信 号是传感器或变送器的输出信号，通常这些输出信号是模拟电压 或电流信号（如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电 阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等）计算机要对被控对 象进行控制，必须获得反映系统运行的状态信号，而计算机只能 接受数字信号，要达到获取信息的目的，就应将模拟电信号转换 为数字信号的接口——模拟信号输入接口。2、模拟信号输出接 口：在机电一体化系统中，控制生产过程执行器的信号通常是模 拟电压或电流信号，如交流电动机变频调速、直流电动机调速器、 滑差电动机调速器等。而计算机只能输出数字信号，并通过运算 产生控制信号，达到控制生产过程的目的，应有将数字信号转换 成模拟电信号的接口——模拟信号输出接口。任务是把计算机输 出的数字信号转换为模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行 器，达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数 字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。3、 开关信号通道接口：机电一体化系统的控制系统中，需要经常处 理一类最基本的输入/输出信号，即数字量（开关量）信号包括： 开关的闭合与断开；指示灯的亮与灭；继电器或接触器的吸合与 释放；电动机的启动与停止；阀门的打开与关闭等。这些信号的 共同特征是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。在机电一体化 控制系统中，对应二进制数码的每一位都可以代表生产过程中的 一个状态，此状态作为控制依据。（1）输入通道接口。开关信号 输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信 号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一 种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入 通道（DI）。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或 数字信号“1”和“0”，但是其电平一般与计算机的数字电平不相 同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声 隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和 地址译码电路等组成。（2）输出通道接口。开关信号输出通道的 作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行 器（如继电器或报警指示器）。它实质是逻辑数字的输出通道，又 称为数字输出通道（DO）。DO通道接口设计主要考虑的是内部与 外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口 主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。 二、人机接口：人机接口是操作者与机电系统（主要是控制 微机）之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分 为输入与输出接口两大类。机电系统通过输出接口向操作者显示 系统的各种状态、运行参数及结果等信息；另一方面，操作者通 过输入接口向机电系统输入各种控制命令，干预系统的运行状态， 以实现所要求的功能。1、输入接口。（1）拨盘输入接口。拨盘是 机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的 参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式 具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十 进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。BCD码拨盘可直接与控 制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。（2）键 盘输入接口。键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。 常用的键盘有：1）编码键盘，自动提供被按键的编码（如ASCII 码或二进制码）；2）非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断 （“0”或“1”电位），而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序 来实现。前者使用方便，但结构复杂，成本高；后者电路简单，便 于设计。2、输出接口。在机电一体化系统中，发光二极管显示器 （LED）是典型的输出设备，由于LED显示器结构简单、体积小、 可靠性高、寿命长、价格便宜，因此使用广泛。常用的LED显示 器有7段发光二极管和点阵式LED显示器。7段LED显示器原理 很简单，是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮 而显示不同字形的。点阵式LED显示器一般用来显示复杂符号、 字母及表格等，在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。 结语：接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系 统中信息和能量的传递和转换更加顺畅，使系统各部分有机地结 合在一起，形成完整的系统。接口技术是在机电一体化技术的基 础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重 要；同时接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展。从某种 意义上讲，机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各 部分后所进行的接口设计。接口的好与坏直接影响到机电一体化 系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技 术是机电一体化系统的关键环节。 参考文献： [1]杨德麟等.例尺数字测图的理论方法与应用.大学出版社.2001 [2]李青岳.工程测量学.测绘出版社.2000 [3]张光东.数字化地形测量的实践.第一届全国交通工程测量学术讨论 会论文集.西安地图出版社

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