基于s7-200plc的厂用气管网压力控制系统设计(编辑修改稿)

基于s7-200plc的厂用气管网压力控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

改变输出脉冲的占空比来进行调制。 目前普遍应用的是占空比按正选弦规律安排的正弦波脉宽调制（SPWM）方式。 3. 按直流环节的储能方式分电流型 直流环节的储能元件是电感线圈L 电压型 直流环节的储能元件是电容器C UVWRST RSTUVW LF CF 电流型与电压型的储能方式 a. 电流型 b. 电压型 ﹡本设计使用三菱变频器。 【3】三菱变频器介绍1．三菱变频器特点三菱变频器是采用磁通矢量控制技术、PWM原理和智能功率模块（IPM）的高性能变频器，~315KW。 三菱FRA540变频器具有以下特点：1) 用磁通矢量控制技术。 在无速度传感器的开环控制下，调速范围为1：120；采用速度传感器的闭环控制下，调速范围为1：1000。 低速旋转时转矩均匀。 2) 用SoftPWM原理和智能功率模块(IPM)，使变频器输出波形更好，噪声更低，抗干扰性能更强。 3) 停电控制时减速停止功能，内置功能，变频/工频切换功能和顺序控制功能。 4) 符合国际标准的现场总线通讯功能。 5) 具有过电流、过载、过电压、欠电压、接地过电流、输出短路、失速防止等保护。 6) 风扇端子和控制端子的安装和维修简便。 7) 附设累计功率监视及累计运行时间监视功能，用户可分析节能效果。 本设计选择FRA54022KCH 额定电流 43A 适配电动机22KW2．变频器的工作模式三菱变频器的操作模式有“PU操作模式”、“外部操作模式”、“组合操作模式”和“内部通讯模式”。 模式的选用应根据生产过程的控制要求和生产作业的现场条件等因素来确定，达到既满足控制要求，又能够以人为本的目的。 本设计采用外部操作模式。 外部操作模式通常为出厂设定．这种模式通过外接的起动开关等产生外部信号，控制变频器的运行。 采用外部操作模式时，可通过设定“操作模式选择”=3或0来实现。 起动信号：端子信号 STF起动控制 变频器控制的电动机起动除了应遵循电动机输出转矩大于负载转矩这一原则外，还应使电动机输出转矩与负载转矩交点的频率小于变频器设定的最大起动频率。 电动机起动时，通常要考虑解决起动电流过大和机械冲击问题，因而要根据拖动系统及负载情况、控制要求和变频器控制模式，选择并设定恰当的起动频率和加速方式与时间。 （1）起动频率选择并设定起动频率的原则是；在起动电流不超过允许值和拖动系统满足其他控制要求的前提下，系统能够顺利的尽快起动。 起动频率是指电动机开始起动时的频率，常用来表示。 可以从0开始，而对于惯性较大或摩擦转矩较大的负载，需要加大起动转矩，也即应使起动频率加大至某一值，此时起动电流也较大。 通常变频器都可以预先设定起动频率，需要值得注意的是，起动频率预置好后，小于该起动频率的运行频率将不能工作。 ，设置范围为0~60HZ。 （2）加速方式和加速时间变频起动是通过控制定子电压和定子频率来获得所需的起动性能。 根据工程的需要，起动时常有以下几种情况需要考虑：起动电流最小，或起动损耗最小，或起动时间最短。 另外还要考虑避免过大的机械冲击，使起动过程缓和平滑等。 根据通用变频器的功能，有以下几种起动方式可选择：限流加速、限时加速、S形加速。 （3）PID控制大部分的通用变频器都自带有PID调节功能，有的变频器是需要附加选件才能具有该项功能的。 变频器如进行PID控制，需要对相关参数进行设定。 P参数为比例增益，对执行量的瞬间变化有很大的影响。 有些变频器是以比例范围给出该参数的：比例值增益=1/比例范围。 I参数为积分时间常数，该时间越小，到达给定值就越快，但也越容易引起振荡，积分作用一般使输出响应滞后。 D参数为微分时间常数，该时间越大，反馈的微小变化就越会引起较大的响应，微分作用一般使输出响应超前。 ，设定范围为1当偏差量信号输入（端子1）时为10（负作用）、11（正作用）；当检测值输入（端子4）时为20（负作用）、21（正作用）]，出厂设定为10；%~1000%，%，出厂设定为100%；，~3600S，出厂设定为1S；，设定范围为0~100%，%，出厂设定为9999；，设定范围为0~100%，%，出厂设定为0%；，~10S，出厂设定为9999。 、表示无效。 （4）自动再起动控制和瞬间停电再起动控制当由工频切换到变频器运行或者瞬时掉电再恢复供电时，电动机可以保持自由运行状态（滑动）一小段时间，然后变频器再起动。 当设定自动再起动时，报警信号中的UVT和IPT 在瞬时 掉电发生时将不动作。 需要进行瞬时停电再起动或者工频电源与变频器逆变输出交流电切换时，应将端子CSSD短接，“9999”以外的瞬时掉电再起动自由运行时间。 ，，出厂设定为9999，表示由工频切换到变频器运行或者瞬时掉电再恢复供电时，电动机不再自动起动，电动机进入掉电停机模式（～）。 ，设定范围为0～60S，出厂设定为1S。 ， 再起动第一缓冲电压。 为了瞬时失电后进行自动再起动，应短接CSSD端。 【4】变频器的设计1．参数设定（1）因为在变频器通电前，需要先对变频器的有关功能进行预置，故控制电源“R1S1”应至接触器KM1的前面。 （2）用KM1控制变频运行，K3控制工频运行．2．功能设置（1）预置操作模式 由于变频器的切换功能只能在外部运行下失效，因此，必须首先对运行模式进行预置，“2”，使变频器进入“外部运行模式”。 （2）对切换功能进行预置“”。 （3）调整部分输入端的功能（多功能端子）1）“7”，使JOG端子变为OH端子，用于接受外部热继电器的控制信号。 2）“6”，使CS端子用于自动再起动控制。 （4）调整部分输出端的功能（多功能端子）1）“17”。 2）“18”。 3）“19”。 3．各输入信号对输出的影响见下表4．变频器的正常工作过程1）按下SB1，KM1吸合，变频器接通电源和电动机。 2）将开关SB2闭和，变频器即开始起动，进入运行状态。 5．变频器发生故障后的工作过程1）当变频器发生故障时，“报警输出”端A和C之间接通，继电器KA0吸合（为了保护变频器内部的端点，KA0线圈两端并联了一个RC吸收电路）。 切换至2＃电机运行，同时，由指示灯进行报警。 2）继电器KM1断开，K3闭合，接触器KMK3相应地执行切换动作。 3）工作人员应立即按下切除报警按钮SB3，停止报警，然后对变频器进行检查。 参数设定与功能选择参数号名称设定值说明137起动等待时间设定值应比信号输入到变频器时到KM1实际接通的时间稍微长点（~）185JOG端子变为ON端子7接受外部热继电器的控制信号186CS端子功能选择6自动再起动控制192IPF端子功能选择17瞬时停电193OL端子功能选择18过负荷194FU端子功能选择19频率检测输入端子的选择参数号信号使用端子功能开关状态STFSTF变频运行指令（对工频运行无效）ON：电动机正转OFF：电动机停止186CS用于功能端子定义变频运行和工频运行的切换ON：变频运行OFF：工频电源运行RESRES运行状态初始化ON：初始化OFF：正常运行输出端子的选择参数号信号出厂设定功能设定范围192IPF2瞬时掉电/低电压0~199，9999193OL3过负荷报警0~199，9999194FU4频率检测0~199，9999195A、B、C 99报警输出0~199，9999【5】变频器接线图 软起动部分【1】三相异步电动机的起动方法三相笼型异步电动机有直接起动与减压起动两种起动方法.直接起动，也叫全压起动。 起动时通过一些直接起动设备，将全部电源电压(即全压)直接加到异步电动机的定子绕组，使电动机在额定电压下进行起动。 一般情况下，直接起动时起动电流为额定电流的47倍，起动转矩为额定转矩的12倍。 根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机起动电流甚至可达812倍。 直接起动的起动线路是最简单的。 然而这种起动方法有许多不足。 对于需要频繁起动的电动机，过大的起动电流将造成电动机的发热，影响电动机的寿命。 同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路，进而烧毁电动机。 另外过大的起动电流，会使线路压降增大，造成电网电压的显著下降，从而影响同一电网的其他设备的正常工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。 这是因为及均与电网电压的平方成正比，电网电压的显著下降，可使及均下降到低于一般规定。 ,而电源总容量较大，能符合下式要求的话，电动机也可允许直接起动。 （）如果不能满足式()的要求，则必须采用减压起动的方法，通过减压，把起动电流限制到允许的数值.传统异步电动机启动方式的共同特点是电路简单，但起动转矩固定不可调，起动过程存在较大的冲击电流，使被拖动负载受到较大的机械冲击。 且易受电网电压波动的影响。 因此采用软起动器可以避免以上问题。 【2】软起动器的工作原理及功能1．软起动器的工作原理，通过改变晶闸管的触发角来改变电动机定子两端电压，进而改变电机的转速和定子电流等物理量。 晶闸管的控制方式有两种:一是相位控制，即通过控制晶闸管的导通角来调压。 二是周波控制，即把晶闸管作为静止接触器，交替的接通与切断几个周波的电源电压，用改变接通时间与切断时间之比来控制输出电压的有效值，从而达到调压的目的。 晶闸管三相交流调压电路。 由干所示的电路中没有中线，因此在工作时若要负载电流流通，至少要有两相构成通路。 其中一相是正向晶闸管导通，另一相则是反向晶闸管导通。 为了保证在电路起始工作时有两个晶闸管同时导通，以及在感性负载反向晶问管导通。 为了保证在电路起始工作时有两个晶闸管同时导通，以及在感性负载与控制角较小时仍能保证不同相的两个晶闸管同时导通，本系统采用了能够产生大于的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路。 和整流电路一样，交流调压电路的工作情况和负载性质有很大关系。 因此下面就分别予以讨论。 单相交流调压电路是三相交流调压电路的基础，这里就用单相交流调压电路为例进行讨论电阻负载.（1）电阻负载图 3. 2为 电阻负载的单相交流调压电路图。 图中的晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。 在交流电源的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的控制角进行控制角可以调节输出电压。 正负半周起始时间(=0)均为电压过零时刻。 在稳态情况下，应使正负半周的相等。 从而可以得出，负载电压波形是电源电压波形的一部分，而且负载电流和负载电压波形相同。 原因在于负载为纯电阻性负载，电流与电压同相位。 电阻负载原理图图 中 在控制角为时，负载电压有效值、负载电流有效值、晶闸管电流有效值和电路的功率因数分别为: 　（）()　　　　（）　　　　　　　　　（）由上述各式可以看出，“的移相范围为时，相当于晶闸管一直导通，输出电压为最大值。 随着的增大，逐渐降低，直到时，．此外时，功率因数，随着的增大，输入电流滞后于电压并且发生畸变，也逐渐降低。 (2)　阻感负载。 ，稳态时负载电流应该是正弦波，其相位滞后于电源电压的角度为。 用晶闸管进行控制时，很显然只能进行滞后控制，使负载电流更加滞后，而无法使其超前。 为了方便，把的时刻仍定在电源电压过零时刻。 当在时刻开通晶闸管VTl，负载电流应该满足如下微分方程式和初始条件: 　（）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （）解方程可以求得：　　　　 （）；为晶闸管导通角 （）VT2导通时，上述表达式完全相同，只是的极性相反，并且相位相差.上述电路在控制角为时，负载电压有效值、负载电流有效值、晶闸管电流分别为:（）　　　　（）　　　　　　　　　　　　　 （）　　　　　　　　　　（）由上所各式可以推导出，阻感负载时触发角的移相范围为。 由于异步电动机是感性负载，由上述分析可以得知，当交流调压电路带感性负载时，只有当触发角大于负载的功率因数角时，才能起到调压的作用。 当时，电流导通的时间将始终保持在。 其情况与一样，相控不起任何调压作用，甚至在晶闸管触发脉冲不够宽的情况下，出现只有一个方向上的晶闸管工作，负载上出现直流分量，在使用相控晶闸管电路时采用宽脉冲触发，移相范围限制在.，主电路的每相由反并联的两个晶闸管构成。 要实现异步电动机的平稳起动，需要控制电机的输入电压。 该电路的调压实质是对电源电压进行斩波。 电机获得的电压是非正弦的，但是每相电压的正负半周是对称的。 是晶闸管的触发角，是负载的功率因数角(也叫晶闸管的续流角)，是晶闸管的导通角。 触发角﹑功率因数角以及导通角。