电子分频器范文第1篇
【关键词】变频器;故障分析;故障诊断
1、引言
变频器与电动机构成的调速传动系统进入实用化阶段已经有近20年的历史。近年来，随着电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，作为交流电动机主要调速方式的变频调速技术取得了日新月异的进步。变频器以其优异的控制性能和显著的节能效果在多个领域得到广泛的应用。调速系统中的核心变频器是一个复杂的电子系统，易受到电磁环境的影响而发生损坏。因此它与其它设备一样，不可避免地会经常出现各种各样的故障。然而工业系统运行过程中，生产工艺的连续性不允许系统停机，否则将意味着巨大的经济损失。特别是在一些特殊的应用场合，如自动化系统、核能和危险的化学工厂中，更不允许变频器因故障停机。
2、频器故障分析及诊断方法
变频器的主电路基本结构主要由整流电路、中间直流电路、逆变电路组成。据统计，80%的控制系统失效主要是源于元器件的故障[1]，它是变频器最易发生故障的部位。变频器一部分故障是在运行中，频繁出现自动停机现象，伴随一定的故障代码，此时查找相关说明书，按说明书指示查找原因，主要是由于变频器的运行参数不合适，外部工况不满足变频器的使用要求，控制线接线错误促使变频器产生一种保护现象。严格的说这不是真正意义上的故障。
2.1 故障分析方法
当遇到变频器发生故障时，我们要头脑清楚分清故障的类型。通过实践经验我总结了四点原则：先断后送、先外后内、先主后控、先轻后重。
所谓先断后送，就是当变频器发生故障停机时，要先切断变频器电源，仔细观察变频器内主控电路板、控制信号板以及CPU板是否有原件损坏。通过仔细检查无误后送电测试。此时重点检查直流环节和逆变环节，检测直流母线电压不得低于410V。逆变环节重点检查IGBT模块的好坏。检测IGBT模块的办法：将万用表拨在R10KΩ挡，用黑表笔接IGBT的集电极(C)，红表笔接IGBT的发射极(E)，此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅极(G)和集电极(C)，这时IGBT被触发导通，万用表的指针摆向阻值较小的方向，并能站住指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极(G)和发射极(E)，这时IGBT被阻断，万用表的指针回零。此时即可判断IGBT是好的。
先外后内，主要指先检查变频器的外部控制回路。例如，电机输入电源、变频器输入电源和控制信号以及停机时的现场的工艺状况最后检查变频器的控制电路。先主后控，主要指先检查变频器的主回路再检查控制回路。先轻后重，主要指在调试时可以先带小负载，比如选一台小型电机放在变频器边上进行调试。当调试完成后再在工艺负载下运行。
2.2 故障诊断方法
变频器一旦出现异常，发生故障，保护功能动作，变频器停止输出，变频器故障节点动作，并在变频器显示板上显示故障代码。用户可根据故障代码提示进行自查;查找故障时的记录，如故障时设定的频率，故障时的输出电流，故障时输出电压，故障时的直流母线电压，故障时的模块温度等等。分析故障原因，找出解决方法。我们重点介绍以下此类故障发生的原因及处理方法[2]。
①过电流故障：此类故障要分清加速过程、减速过程还是电机正常运行中发生过过电流故障。这类故障按下类顺序检查，变频器输出回路电机是否有接地或相间短路、负载状况如何、电网电压、加减速时间是否合适、V/F曲线及转矩提升是否合适、是否旋转中电机直接启动、是否加减速过程中突然加载、PG是否出现码盘出现故障或码盘断线、变频器运行后输出接触器后合上、电流传感器或控制板故障、变频器选型是否过小。另外，在减速过成中是否存在发电能量回馈，此时要加装至东单元和制动电阻。通常变频器的过流保护值等于变频器额定电流的(1.8～1.9)倍。
②电压故障：此类故障分为加速过电压、减速过电压、恒速过电压、欠压故障。这类故障按照下列顺序检查，电源电压、直流母线电压、加减速过程中是否有外力拖动电机运行、是否启动旋转电机、欠压故障要检查整流桥和短接充电电阻的接触器、检测板是否故障、电源板是否故障。此类故障还要注意调节加减速时间以及制动单元。变频器在运行过程中，直流母线电压应该≥537V，根据厂家出厂设置不同失速过电压值等于760～800V，持续时间在1～2分钟，就停机发生过电压报警信号。直流母线欠电压故障时一般小于400～410V，接触器断开显示欠电压故障。
③缺相故障：此类故障分为电源缺相和输出缺相。此时应重点检查电源侧输入端子R、S、T以及变频器输出端子U、V、W是否连接良好，三相电源是否平衡。对于输入缺相故障，变频器通过硬件电路检测三相输入电压，当在空载和轻载的情况下出现输入缺相，直流母线电压能保证513V以上。不影响变频器正常工作。如果在重载情况下，出现输入侧缺相，就会使直流母线电压下降到400V，并引起充电电阻短路接触器掉闸，烧坏充电电阻，所以在重载情况下，20ms内应获得缺相保护动作。对于输出缺相通常由变频器软件设定，只有输出电流大于变频器的额定电流的20%时，才进行输出侧缺相检测，并且经过一定时间延长后(大约1分钟)，才报警缺相保护故障。
④逆变单元故障：这类故障重点检查电机相线间是否短接或对地短路、电机和变频器连线是否太长、环境温度是否太高、模板及散热板是否过热、主控板及电源板是否异常。当组合模块IPM出现过流，过温，控制，控制电压欠压任何一种故障，或检测到输出对地短路，三相输出不平衡时，就报警IPM故障。变频器功率是中等等级的，采用热敏电阻直接检测散热器的温度，散热温度一般设定为85℃。变频器整流桥温度保护一般设定为80℃。
⑤过载故障：这类故障分为变频器过载和电机过载。重点检查负载情况，增大变频器容量。变频器在运行过程中，输出电流大于变频器额定电流，在运行一段时间后会发生过载保护报警。变频器过载保护一般按反时限曲线设定，反时限即变频器的过载电流越大，则持续运行时间越短。该曲线在出厂时由机型参数唯一确定，用户不能更改。变频器在运行过程中，输出电流大于电机的额定电流，在一定时间内产生电机过载保护。电机过载保护参数[3]，它起到电机热继电器保护的作用。
⑥其它故障：外部设备故障、通信故障、接触器未吸合故障、电流检测电路故障。变频器工作正常时，用万用表检测控制板上Iu、Iv或Iw信号，电压值应在2.2～2.7V之间。这类故障一般可根据厂家说明书指示，进行逐一排查。针对矢量型变频器要自整定读取电机的一些参数。可能出现下列故障报警：电机额定参数输入不正确、电机的定子，转子进行自整定时，变频器和电机之间的接线不正确，导致电机输出缺相，使自整定超时、电机带负载进行自整定，或者电机的电感和空载电流值超值。
3、结论
本文重点介绍探讨了变频器的常见故障诊断和维修问题。能够为技术人员提供理论依据在较短时间内使故障变频器得到修复。
参考文献
[1]曾允文.器的故障诊断与处理[J].电气开关，1994，(3)：22-28
[2]李云飞.变频器故障诊断系统[J].微电子学与计算机，2004，(7)：181-184
[3]孙峰涛.变频器故障诊断技术研究与分析[J].电机与控制学报，2005，(9)：271-279
电子分频器范文第2篇
【摘 要】随着我国各大企业节能、减排、降耗的发展趋势，高、低压变频器明显的节能效果被越来越多的用户所接受。电力系统也越来越多的在风机、水泵上加装变频器，变频器的可靠运行与否，直接影响到发电厂机组的安全运行，变频器的运行环境又直接关系到变频器的运行可靠性，本文对变频器的房间温度的控制提出了一些自己的想法，供大家参考。
【关键词】高压变频器;房间;温度;方案
1、高、低压变频器介绍
八十年代初发展起来的变频调速技术，正是顺应了工业自动化的发展需求，开创了一个全新的智能电机时代，一改普通电动機只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下，即可以按照生产工艺要求调整转速输出，又能降低电机功耗达到系统高效运行的目的。八十年代末，该技术引入我国并得到推广，现已在电力、冶金、石油、钢铁、化工等多种行业的电机传动设备中得到实际应用。目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向，卓越的调速性能、显著的节电效果，不但改善现有设备的运行工况，还提高了系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点，随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。
2、高压变频器运行环境要求及设计方案
高、低压变频器为高发热元件，根据容量不同，发热量不同，变频器整流、逆变元件运行温度不能过高，产生的热量必须及时排走，变频器控制元件、控制板又要求变频器运行环境清洁，这就对变频器房间设计要求很高，既要温度控制在0—40度之间，又要保持清洁。变频器运行环境的好坏直接影响到变频器的可靠运行，变频器的安全运行与否又直接影响机组的可靠运行，所以变频器间温度的控制至关重要，下面介绍几种变频器房间设计方案供用户参考：
高压变频器分为电压型和电流行两种变频原理，常规布置电压型高压变频器隔离变与变频器同房间布置;电流型变频器，隔离变压器与变频器分房间布置，隔离变压器多为F级绝缘采用风机冷却方式即可满足要求。
方案一、变频器房间设计采用补充风方式，即变频器产生的热量通过风机、风道排到室外，在变频器房间墙壁上加装补充风口，安装风篦子，房间内安装相对小容量空调做调节用。
优点：变频器补充风直接取自室外，热风全部排到室外，变频器室不需配备大容量空调。除夏季外，靠补充风基本能满足变频器冷却要求，对空调要求不十分严格，满足变频器运行环境温度0-40度的需要;所需资金少，安装方便。
缺点：此方案对保持变频器室清洁不利，可以说很难保证，考虑到我国国情，环境脏，补充风篦子加厚则补充风量不足，变频器室产生负压，选薄篦子则尘土很容易进入变频器室，造成环境污染，随变频器本身也有篦子，但实践证明很难阻挡尘土的进入，如变频器控制板上积尘过厚，造成电路板短路，将大大降低变频器运行的可靠性。
应用：此方案适用于环境污染小的地区。
方案二、变频器房间采用密闭循环方式，变频器靠风扇将内部热量排到变频器房间内，整个房间温度再靠空调冷却降温。
优点：房间内清洁度大大提高。
缺点：空调的选择较困难，需安装多个大容量空调，耗电量加大，空调的安全运行与否直接关系到变频器能否可靠运行。
应用：适合于环境污染较严重的地区。
方案三、变频器房间采用密闭循环方式，变频器靠风扇将内部热量通过专用排风筒排到水冷却器处，热风经过冷却降温后再在回到室内，室内安装一空调用于室内除湿。
优点：一次投资少，运行可靠性高，维护量小。
缺点：1、需一较大的空间，用于安装水冷却器。
2、需专门的冷却水，最好是深井凉水，这样即加强冷却效果又减少对冷却器的腐蚀。
3、高压变频器运行情况
3.1 B5、6乙凝结泵高压变频器布置在一个房间，变频器冷却方式为闭式循环，变频器室配备4台10匹空调。
3.2 B7、8乙凝结泵高压变频器布置在一个房间，变频器冷却方式为闭式循环，变频器室配备4台10匹空调。
从运行经验看，闭式循环方式明显优于开式循环方式，变频器室内环境干净;而开式循环方式变频器内部非常脏，不利于变频器散热和电气元件的绝缘，大大降低了变频器的运行可靠性和使用寿命，故而改善变频器运行环境和有效的温度控制，是提高变频器安全、稳定运行的关键性制约条件。
（作者单位：大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂）
电子分频器范文第3篇
发展概况 【top】 最早造出第一台标准轨距电力机车的是苏格兰人R戴维森，时间是1842年，由40组蓄电池供电，但没有实用价值。1879年5月，德国人WVON西门子设计制造了一台能拉乘坐18人的三辆敞开式“客车”的电力机车，它由外部150V直流发电机通过第三轨供电，这是电力机车首次成功的试验。1881年,法国在巴黎展出了第一条由架空导线供电的电车线路，这就为提高电压，采用大功率牵引电动机创造条件。 1895年，美国在巴尔的摩俄亥俄间5. 6 km长的遂道区段修建了直流电气化铁路，在该区段上运行的干线电力机车自重97 t，采用675 V直流电，功率为1 070 kW。1903年德国的三相交流电力机车创造了每小时210km 的高速记录。
中国最早使用电力机车在1914年，是抚顺煤矿使用的1 500 V直流电力机车。1958年中国成功地生产出第一台电力机车，从采用引燃管整流器到硅整流器，机车性能不断改进和提高，到1976年制成韶山型(SS1型)131号时已基本定型。截止到1989年停止生产，SS1型电力机车总共制造出厂926台，成为中国电气铁路干线的首批主型机车。1966年SS2型机车制成。1978年研制成功的SS3型机车，不仅改善了牵引性能，还把机车的小时功率从4 200kW提高到4 800kW，载止到1997年底，共生产了987台，成为中国第二种主型电力机车。1985年又研制成功了SS4型8轴货运电力机车，它是国产电力机车中功率最大的一种(6 400kW)，已成为中国重载货运的主型机车。以后又陆续研制成功了SS
5、SS6和SS7 型电力机车。1994研制成功了时速为160 km的准高速四轴电力机车等。至此，中国干线电力机车已基本形成了
4、
6、8 轴和3 200、4 800和6 400kW功率系列。1999年5月26日，中国株洲电力机车厂生产出第一台时速超过200km的DDJ1001号“子弹头”电力机车，标志着中国铁路电力牵引已跻身于国际高速列车的行列。为追踪世界新型“交直交”电力机车新技术，从20世纪70年代末开始，中国铁路一直在进行中小功率变流机组的地面试验研究和大功率的交直交电力机车的研制，也已取得了阶段性成果。
类型 【top】 电力机车是从接触网上获取电能的，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流制不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为三类：
直直流电力机车 采用直流制供电时，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，一般为1 500V或3 000V，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资。
交直流电力机车 在交流制中，目前世界上大多数国家都采用工频(50Hz)交流制，或25Hz低频交流制。在这种供电制下，牵引变电所将三相交流电改变成25 kV工业频率单相交流串励电动机，把交流电变成直流电的任务在机车上完成。由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建设投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交直流电力机车。
交直交电力机车 采用直流串励电动机的最大优点是调速简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电机由于带有整流子，使制造和维修很复杂，体积也较大。而交流无整流子牵引电动机(即三相异步电动机)在制造、性能、功能、体积、重量、成本、及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。它之所以迟迟不能在电力机车上应用，主要原因是调速比较困难。改变端电压不能使这种电机在较大范围内改变速度，而只有改变电流的频率才能达到目的。因此，只有当电子技术和大功率晶闸管变流装置得到迅速发展的今天，才能生产出采用三相交流电机的先进电力机车。交直交电力机车从接触网上引入的仍然是单相交流电，它首先把单相交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成可以使频率变化的三相交流电供三相异步电动机使用。这种机车具有优良的牵引能力，很有发展前途。德国制造的“E120”型电力机车就是这种机车。
基本构造 【top】 交直流电力机车由机械和电气两大部分设备组成。机械部分包括车体、车钩缓冲装置、走行部和制动装置等。
车体内分成9 个室，中部是变压器室，室内装有牵引变压器、转换硅机组、调压开关和电池箱等设备。电抗器室，装有平波电抗器、离心式通风机组及劈相机;高压室，装有整流硅机组、主电路电器柜和辅助电路电器柜;机械室内装有空气压缩机组和通风机组，机械室的顶部各装一套制动电阻;机车的两端为司机室，室内的正、副司机操纵台及各种开关、仪表和指示灯等。车体侧墙上开有百叶窗，空气可以从这里进入车内对机件进行冷却。车体底架中梁的两端安装着车钩缓冲装置。车体顶部安装着两套受电弓。 走行部为2～3 台转向架，用来承受机车的上部重量，传递牵引力和制动力，缓冲来自线路的冲击。转向架由构架、旁承、轮对、轴箱、弹簧减振装置、电机悬挂装置、牵引装置、基础制动装置及撤砂装置等部分组成。每根车轴上都装有一台牵引电动机，产生的转矩通过齿轮的传递使车轮转动。
电力机车除了使用空气制动以外，还可以利用直流电机的可逆性原理，把列车的功能为电能，再把电能变为热能消耗掉(叫电阻制动)或把电能反馈到电网上去(叫再生制动)，以达到控制励磁电流大小，就能很方便地控制制动功率的大小。
电力机车上的全部电气设备，分别安装在它的主电路、辅助电路和控制电路之中，如图2所示。
图2 电力机车电气回路示意图
1-受电弓;2-主断路器;3-主变压器;4-转换硅机组;5-调压开关;6-硅机组;7-主回路柜;8-平波电抗器;9-牵引电动机;10-劈相机;11-通风机;12-牵引通风机;13-油泵;14-空气压缩机;15-制动电阻柜。
将产生机车牵引力和制动力的各种电气设备连接而成的电系经叫主电路(如图2中粗实线所示)，用来实现机车的功率传输。在主电路中的电气设备有受电弓、主断路器、牵引变压器、转换硅机组、调压开关、整流硅机组、平波电抗器、牵引电动机和制动电阻等。受电弓安装在车体顶部，每车两套，用来从接触网上取得电能，接触导线送来的25 kV工频单相交流电由此引入机车。主断路器是机车上的主要保护装置，当主电路发生短路、接地或其他电气设备发生故障时，它能自动切断机车电源。牵引变压器共有四个绕组：原边绕组接25kV高电压，经轮对、钢轨、回流线回到牵引变电所;三个副边绕组中，牵引装组用来向牵引电动机供电;励磁绕组用在电阻制动时给电动机提供励磁电流;辅助绕组用来给机车的辅助机组供电。转换硅机组和调压开关是保证机车平稳调压，达到机车的调速目的。牵引绕组输出的交流电通过整流硅机组整成直流电后供牵引电动机使用。由于牵引电动机本身的电感较小，不足以将整流后的电流滤平到所需要的范围，必须在电动机的电路里串接一个增大电感量的平波电抗器，以减小整流电流的脉动，改善电动机的工作条件。当机车需要进行电阻制动时，把牵引电动机从串励电动机改成他励发电机，把电枢绕组与制动电阻相连接，把电能变成热能逸散掉，达到消耗机车动能的目的。 为主电路中有关设备服务的所有辅助电器连接而成的电系统叫辅助电路(如图2 中虚线所示)。辅助电器主要有劈相机、辅助电动机等。劈相机的作用是把单相交流电变成三相交流电使用。
控制电路是将控制主电路和辅助电路中各种电器设备的开关、接触器、继电器和电空阀等，同电源、照明、信号等的控制装置连接而成的电系统。
三条线路在电器方面是相互隔离的，通过电磁、电空或机械传动等方式相互联系，配合动作，用低压电控制高压电，以保证操作安全和实现机车的运行。
工作原理 【top】 接触导线上的电流，经受电弓进入机车后经过主断路器再进入主变压器，交流电从主变压器的牵引绕组经过硅机组整流后，向六台分两组并联的牵引电动机集中供应直流电，使牵引动电动机产生转矩，将电能转变为机械能，经过齿轮的传递驱动机车动轮转动。
电力机车的牵引性能主要取决于牵引电动机。直流串励电动机的外特性很接近机车理想牵引特性，而且其转速与外加电压成正比，只要改变牵引电动机的端电压，就能对机车进行调速。
主要技术参数 【top】 中国国产和引进干线电力机车的机型和主要技术参数如下表1 和表2 所列。
>表1国产干线电力机车型号及主要技术参数
注：1.6Y1 中4号车1966年改为硅整流器，型号为6Y1 -004G;1967年生产的6Y1 -007的功率3 6725 kW，电机型号为ZQ650-1， 最高速度为100 km/h,电动机额定功率为612kW;
2. SS1 -008~130于1968~1975年由田心厂造，SS1 -131~826于1976~1988年由株洲厂造，传动比为88/19。
表2 引进干线电力机车型号及主要技术参数表
型号 6Y2 6G1
6GF
8K 1987引进年代 1961 1971
1972
~1988
6K 1987~198
8G
1988~1990 引进台数
制造厂
轴式
用途 功率(kW) 最高速度 (km/h)
整流器器形式
调整方式
电制动方式型号 牵额定功
引 率/电压电(kW/机 V) 悬挂方式 25(已2 报废) 法国
阿尔罗马斯通尼亚
公司
C0C0C0 C0 货 客、货 4 5 500 100 100 120 引燃硅整管 流桥
高压高压侧 侧有 32级级调调速 速
再生 电阻
TA06LJE149B2 08-2 750/850/750 770 抱轴电机瓦 空心轴
40
150
法国 欧洲阿尔50赫 斯通兹集公司
团 2
C0(B0C0
B0)
货 货 5 400
6 400 115 100
一段
两段全控 半控一段桥
半控桥
恒流准恒相控 速 调压 相控调压
电阻
(2台再生
再生)
TA04TA069 C1
49D 910/1 820
000/865
抱轴抱轴瓦
瓦
85
日本三菱电
机 和川崎重工
B0B0
B0
货 4 800
100 三段半控桥
恒压限流或准恒 速相控调压 电阻
MB-530-A
VR
800/925
抱轴瓦 100
苏联诺沃切尔 卡斯克
2(B0B0)
货 6 400
100
硅整流桥
低压侧 有级调压
电阻
HB-515
800/1 020
抱轴瓦 单边传动比 75/17 单边73/20
单边67/17
单边67/17
单边74/17
电子分频器范文第4篇
尊敬的各位领导：上午好!
欢迎各位亲临湖南格瑞普新能源有限公司视察指导工作。
我是小X，下面由我为各位领导讲解公司的有关情况：
一、企业概况及产能：(标题可省略不讲)
湖南格瑞普新能源有限公司的投资人深圳市格瑞普公司是国内镍氢和锂聚合物充电电池位居前列的龙头企业，是首批国家级高新技术企业，其具有独立知识产权的动力电池被列到国家一二五规划七大新兴产业中，新能源汽车类重点工程项目。
湖南格瑞普新能源项目投资3.2亿元人民币，占地218亩，建筑面积14万平方米，建成达产后可提供5000多个就业岗位。完成产业转移计划分两期进行：一期建立国内领先的并拥有自主知识产权的镍氢动力电池自动化生产线，，达到年产3亿支动力型镍氢电池的生产规模;二期建立年产1.5亿安时的锂聚合物动力电池生产能力，同时建成利用废旧镍氢电池回收稀土并生产储氢合金粉的生产能力。一期项目建设仅用了9个月的时间，在2011年12月31日正式竣工投产。今天我们向领导介绍的是镍氢电池研发主楼及生产车间。
二、主要产品及销售市场分布：
公司主要产品为镍氢、锂聚合物充电电池，具有环保、安全可靠、快速充电、高功率放电、使用寿命长等特点，被广泛地应用于便携式家用电器。如：电动工具、电动玩具、通讯产品、民用消费品、大型后备电源、车载驱动电源等领域、绝大部分产品直接或间接销往国际市场，产品出口率达80%以上。主要市场在美国和欧洲国家，已经成为德国博士，日本三菱、美国劲量、华为、中兴通讯、好易通等国际知名公司的主要电池供应商，产品已获得国内和国际二十几项认证。拥有国内几十项发明和实用新型专利，并在海外市场拥有自己的知名品牌。研发生产混合动力汽车镍氢电源及纯电动汽车锂离子电源是公司的长期战略目标。
三、生产工序及设备情况介绍：
第一车间：
各位领导，我们现在进入的是镍氢电池生产车间，镍氢电池是可充电电池，属于化学电源。正极材料是球形镍氢化亚镍，负极材料是储氢合金。负极中重要成分是中国富有的稀土金属。镍氢电池的生产共分三十几道工序，主要有正负极极片制作工序，电池装配工序及电解液注入工序，电池密封装配工序，温度及充放电化成工序，容量检测工序，电阻电压检测工序，电池成品制造工序等，所有工序采用恒温控制。
第二车间：
格瑞普镍氢电池生产完全采用国际电工组织颁布的检测程序及环境控制程序，并严格执行ISO9000认证及环境14000认证标准，实行无水、无尘、无污染排放的工艺管理，是名符其实的环保电池。其使用寿命可达500至1000次，大大减少一次性电池对环境造成的伤害。格瑞普可制造1000种各类便携式电源产品及大功率后备电源产品。
第三车间：
格瑞普全部的设备都是自主开发制造，适用于从小型电源到大型大功率镍氢电源的生产。并且每一道工序都具有专利保护。
第四库房：
这是材料及成品库房，因工艺要求，镍氢电池必须经过15天以上的静置，因此，这里有1000万支以上的产成品，并有2000种不同规格的电池成品组装材料。
电子分频器范文第5篇
随着社会的不断发展，工业自动化领域不断走入正规和壮大。对于人们日常生存等需求日益增加，实现工业自动化与智能化已经迫在眉睫。其中在城市供水系统中，可以通过可编程控制器(PLC)、变频器控制电机的转速以及PID控制来实现对城市恒压供水。
从上个世纪80年代至90年代中期，PLC领域得到了快速的发展，在这期间，PLC在处理模拟信号、数字信号以及人机交互等方面的发展，促使PLC技术大量应用于工业自动化控制领域。PLC具有通用性强、使用便捷简单、抗干扰能力强等优点，也使得PLC在工业控制中的地位，在可预见的未来，是无法替代的。
本文是依照西门子三菱 PLC为控制系统，来实现对恒压控制系统的手动及自动控制，通过三菱变频器来直接控制三相异步电动机的转速，从而实现恒压输出。变频器可以接收来自PLC的信号，主要分为手动和自动方式来调节水压。
本文主要针对恒压供水来设计，需要PID控制系统来调节水压，而一些变频器内置了PID功能，这也显示了变频器在工业领域的可实施性。通过压力设定值与压力变送器返回值进行比较，将偏差反馈给变频器内部的PID调节器，PID调节器经过运算处理，得出调节信号，从而实现闭环控制。
关键词：PLC、变频器、恒压、PID控制
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第一章 绪论
随着社会的迅速发展，工业也逐渐步入了4.0时代，机器人等一些智能化控制也逐渐进入了我们的生活。恒压供水一直以来是工业以及生活中维持生存的命脉。为了实现日常生活和工业生产的正常供水，我们必须寻找一种稳定的供水系统来解决昼夜用水量不同以及用户日益增加的问题。
PLC的快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了很大的提高和发展。PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PID控制是迄今为止最通用的控制方法之一。因为其可靠性高、算法简单、鲁棒性好，所以被广泛应用于过程控制中,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。PID控制的效果完全取决于其四个参数,即采样周期ts、比例系数 Kp、积分系数Ki、微分系数Kd。因而,PID参数的整定与优化一直是自动控制领域研究的重要课题。PID在工业过程控制中的应用已有近百年的历史，在此期间虽然有许多控制算法问世,但由于PID算法以它自身的特点，再加上人们在长期使用中积累了丰富经验，使之在工业控制中得到广泛应用。在PID算法中，针对P、I、D三个参数的整定和优化的问题成为关键问题。
1.1 PLC变频调速恒压供水系统的意义
近年来，由于工业迅猛的发展和人们日常物质的需求不断提高，这使得高塔供水系统的水压不稳定，从而影响工业生产和人们日常生活需求。为了提高供水水压的稳定性和恒速输出，我们可以通过三相异步电动机的转速来控制水压以及水速，三相异步电动机可以通过变频器来调节频率来控制电机的转速，为了实现整个恒压供水控制系统的手动以及自动控制，我们可以通过PLC来控制整个系统。
PLC是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备。由于PLC体积小、功能强、速度快、可靠性高，又具有较大的灵活性和可扩展性，目前已被应用到机械制造、冶金、化工、交通、电子、纺织、印刷、建筑等诸多领域。
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、控制单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得
2 到了非常广泛的应用。
通过变频器、PLC以及继电器等元件组成的恒压控制系统具有较高的可靠性，对外界具有较高的抗干扰能力，PLC编程通俗易懂，易于控制，所需成本低等优良特点，使得PLC变频调速恒压供水系统在日常生活用水以及工业生产用水成为可能。
恒压供水系统在无人操作的情况下，可以完成对供水管道的恒压输出，保持供水的恒压输出也就是供水流量的稳定，根据力学原理，水泵的流量与电机的转速成正比。变频恒压供水系统的基本原理是依照系统中的压力传感器对系统供水管道中的压力进行实时检测，并通过过程控制的原理将压力信号和设定值进行比较，反馈给处理器，通过执行机构变频器，来完成对泵机转速的控制，使得在外界干扰的作用下，水压及水流量能稳定在某一范围内，这就是所谓的恒压控制系统。其意义可显而易见，保障恒压供水，可以使人们日常生活及工业生产更加方便和稳定。
1.2 国内外研究现状及发展
现在社会上，随着计算机的普及以及工业技术的不断完善，使得对供水的恒压控制已经成为可能。PLC技术的不断发展以及变频器的广泛应用，也使得恒压供水系统可靠性、实用性等性能得到体现。
从查阅的资料来看，国内供水系统发展比较缓慢，最开始是通过高塔供水系统来提供生活及工业生产供水，高塔供水系统最大缺点就是供水水压不稳定，随着社会的不断发展以及工业技术的不断进步，恒压供水系统是在变频器技术不断改善的基础上发展起来的，最先由于国外生产的变频器功能的局限性，在恒压供水控制系统中，变频器仅仅作为执行机构，就是单单接收控制器信号来控制电机的转速。为了满足供水时的恒压稳定输出，变频器也随之改进，人们在变频器内部囊括了PID控制，通过外部控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。
最初由于变频器技术的不成熟，国外的恒压供水系统在设计时都采用一台变频器控制一台电机的方式，很少使用一台变频器控制多台电机组的形式，这使得整个恒压供水控制系统成本高。随着变频技术的不断改善，以及PLC技术的巩固，使得变频恒压供水系统的稳定性、可靠性的性能显著提高。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、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。
变频供水系统目前正在向集成化、维护操作简单化方向发展,在国内外，专门
3 针对供水的变频器集成化越来越高，很多专用供水变频器集成了PLC 或PID，甚至将压力传感器也融入变频组件。同时维护操作也越来越简明显偏高，维护成本也高于国内产品。 目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC 或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)，的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。
1.3本课题主要研究内容
本设计是按照中小城市自来水厂为研究背景，应用变频技术、PLC技术、过程控制技术等，实现对供水系统的恒压控制。
本设计采用三菱PLC和变频器，通过PLC系统的控制和变频器的变频变压，并且利用变频器内置的PID控制器来完成恒压的闭环控制。本文主要研究内容及结构如下：
1)针对PLC及变频器技术基础展开全文，介绍PLC的发展过程及应用、PLC的基本组成、工作原理等;简单介绍了变频器，包括变频器的基本组成单元、变频器的分类及工作原理。还简单介绍了PID控制技术。
2)针对供水系统的恒压控制的设计。本次设计采用选用三菱FX2N～32MR系列的可编程控制器，变频器选用型号为三菱的FRA540，首先通过介绍了三菱FX2N～32MR的PID控制器引入主题，通过使用PLC的编程控制、变频器的主电路对电机的控制以及变频器内部PID功能模块对供水输出水压的反馈控制，我们仅需使用两者变实现对恒压供水系统的控制。本章还介绍了供水系统的组成、PLC编程软件等的内容。
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第二章 PLC和变频器技术基础
PLC是专门应用于工业控制的一种计算机，也就是人们所说的可编程控制器，在工业控制领域，它作为整个系统的控制中心，执行逻辑、顺序、计数、定时等功能，通过模拟量和数字量的输入输出信号，来控制工业生产的正常运行。
2.1 可编程控制技术
2.1.1 可编程控制器的发展过程及应用
PLC起源于美国，在1969年，美国数设备公司成功研制出第一台可编程控制器PDP-14，由于技术的局限，该产品功能比较简单，但这是首次采用程序化的手段应用于工业控制，因此被世界公认为第一台PLC。1971年，日本从美国引进了这项技术，很快也研制出本国的第一台PLC ，被命名为DSC-18。1973年西欧国家也相继研发出他们的产品。我国可编程控制器发展较晚，是从1974开始研制，1977年才应用于工业控制领域。从20世纪70年代开始，随着电子技术的迅猛发展，PLC采用通讯微处理器的技术逐渐发展成熟，使得PLC控制功能得到进一步的增强。20世纪80年代，随着集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC，使得PLC功能进一步加强，如工作速度快，抗干扰能力强、可靠性高、成本低、编程及故障检测更加灵活简单等。目前，PLC已进入成熟阶段，广泛应用于我们的日常生活领域和工业生产领域，如石油、化工、电力、建筑、汽车、环保、水力等各个行业。
2.1.2可编程控制器的组成和工作原理
可编程控制器组成包括CPU控制单元、I/O输入输出单元、内存单元、电源模块、底板或机架。
1.CPU控制单元
CPU控制单元是PLC的核心部分，CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现他们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。CPU按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，他们决定了PLC的工作速度，I/O输入输出信号点的数量及软件的容量等，因此是PLC控制规模的决定性因素。
2. I/O输入输出模块
5 PLC输入输出模块是PLC控制系统接收信号和发出信号的模块，也就是与电气回路的接口。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI)，开关量输出(DO)，模拟量输入(AI)，模拟量输出(AO)等模块。
常见的I/O信号的分类有：
开关量信号：输入输出信号按电压高低分类，有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式划分，有集体管隔离和继电器隔离两种。
模拟量信号：按信号类型分，有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数的限制。我们在设计过程中需要根据输入输出信号点的数量以及信号类型来选择PLC的类型。
3. 编程器
编程器的作用是用来供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视的。编程器一般分为简易型和智能型两类。简易型只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后才能送入。而智能型编程器(又称图形编程器)，不但可以连机编程，而且还可以脱机编程。操作方便且功能强大。
4. 电源
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源(220VAC或110VAC)，直流电源(常用的为24VDC)。 可编程控制器的工作原理: PLC的工作方式与一般的计算机是不同的，它对I/O状态和用户程序作周期性的循环扫描、解释并加以执行，这一周期称为基本扫描周期，由程序长短和CPU指令执行时间所确定，一般为数十毫秒。开关控制输出方式可为继电器、晶闸管或晶体管，连续量输出可为电流或电压。
PLC工作的全过程可用图 2-1 所示的运行框图来表示。
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图 2-1 可编程控制器运行框图
2.1.3可编程控制器的分类及特点
(一)小型PLC 小型PLC 的I/O 点数一般在128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O 以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术、运算数据处理和传送通讯联网以及各种应用指令。
(二)中型PLC 中型PLC 采用模块化结构，其I/O 点数一般在256～1024 点之间，I/O 的处
7 理方式除了采用一般PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式即在扫描用户程序的过程中直接读输入刷新输出，它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。
(三)大型PLC 一般I/O 点数在1024 点以上的称为大型PLC，大型PLC 的软硬件功能极强，具有极强的自诊断功能、通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块可以构成三级通讯网实现工厂生产管理自动化，大型PLC 还可以采用冗余或三CPU 构成表决式系统使机器的可靠性更高。
2.2 变频器技术
变频器的产生解决了启动电流过大而损耗电机和工作电网不稳等问题，一定程度上它增加了电机的使用寿命，也起到了一定节能的效果。变频器的产生主要是变频技术和微电子技术发展的产物。变频器是通过改变电机电源频率的方式来控制电机的速度。变频器最大特点是可以改变电源的频率，通过改变频率，来实现对交流异步电机的变频调速、软启动、过流保护、过载保护、节能等功能。
2.2.1变频器的组成
变频器通常有四部分组成：整流单元、高容量电容、逆变器、控制器。 整流单元：整流单元的主要是通过变流器或者可逆变流器，将工频交流电源转换为直流电源。
高容量电容：存储转换后的电能。
逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
2.2.2变频器工作原理
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。按照变换环节有无直流环节，变频器可分为交一交变频器和交一直一交变频器。
交一直一交变频器主电路可分三部分：
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+三相交流电源VT1VT2VT3ZAUVT4ABVT5VT6CZBZCO-整流电路逆变电路滤波电路
图2-2交一直一交变频器主电路
1. 整流电路：交一直部分整流电路通常由二极管或是可控硅构成的桥式电路组成。根据输入电源不同，可以分为单相和三相桥式整流电路。常用的小型变频器通常为单相220V输入，而较大功率变频器通常为380V三相输入。
2. 中间环节：滤波电路
滤波电路一般可分为电感滤波电路和电容滤波电路。由于流过电感的电流不能突变，电容两端的电压不能突变，所以用电感滤波就构成电流源型变频器，用电容滤波就构成了电压源型变频器。
3. 逆变电路：直一交部分
逆变电路部分是交一直一交变频器的核心之处，其中6个三极管按其导通顺序分别用VT1~VT6表示，与三极管反向并联的二极管起续流作用。
按每个三极管的导通角度又分为120°导通型和180°导通型两种类型。 逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，却是彼此相差120°的交流电压，即实现了从直流电到交流电的逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的切换频率，达到了变频的目的。
除此之外，逆变电路还有保护半导体元件的缓冲电路，三极管也可以用门极可关断晶闸管代替。
交一交变频器是指无直流中间环节，直接将电网固定频率的恒压恒频交流电源变换成变压变频交流电源的变频器，被人们称为直接变压变频器，也称为周波变频器。
交一交变频器的基本原理如下：
在有源逆变电路中，若才用两组反向并联的可控整流电路，适当控制各组可控硅的关断和导通，就可以在负载上得到电压极性和大小都改变的直流电压。若再适当控制正反两组可控硅的切换频率，在负载两端就能得到交变的输出电压，从而实现交一交直接变频。
9 2.3 PID控制
在工业电气控制方面，按照控制方式可分为开环控制和闭环控制两种，PID控制是比例积分微分控制的简称，也是闭环控制的一种经典的控制规律。
开环控制方式是指控制装置与被控对象之间，只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，按这种方式组成的系统称之为开环控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。开环控制系统可以按给定量控制方式组成，也可以按照扰动控制方式组成。
闭环控制也称为反馈控制，其控制方式是按照偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减少或者是消除这个偏差，使被控量与期望值接近相等。按闭环控制方式组成的闭环控制系统，具有抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力，有较高的控制控制精度。
闭环控制的基本框图如下：
给定值+-调节器D/A转换器被控量执行器过程A/D转换测量变送图2-3 闭环控制框图
上图是闭环控制的一个经典的闭环控制系统的框图。图中用“○”号代表比较元件，它将测量元件检测出的值与输入值进行比较，“”号代表两者的符号相反，也就是所谓的负反馈;“+”号表示被控量与输入量的符号相同，即正反馈。信号从输入端经过调节器、执行结构等到达输出端，称为前向通道;系统输出量经过测量元件的测量变送，反馈给输入值，此段通道称之为反馈通道。
通常，闭环控制系统的外作用有两种形式，一种是系统的输入量，另一种为外界的干扰因素，即扰动量。在正常的工业生产中，扰动是不可避免的，不同的生产环境，扰动的因素也有所不同，而且它可以在整个控制系统的任何元部件进行干扰作用。也正是因为干扰因素的作用，我们才引入了闭环控制系统。
闭环控制是过程控制的一种类型。过程控制是通过通过各种检测仪表、控制仪表、电子计算机等自动化技术元件，对整个工艺生产过程进行自动检测自动控制、自动监控。对于一个过程控制系统来说，是由被控过程及过程检测仪表两部分构成的，过程控制系统主要有调节器、检测元件、调节阀、变送器等构成。对于过程控制系统的设计经验而讲，主要有两方面，一是工业过程的工艺要求，其
10 次是过程特性，设计时可以根据实际生产需求来选用相应的过程控制仪表，进而创建系统，最后通过PID参数的设定，实现对工业生产过程的最佳控制。
在选择控制器时，我们可根据过程特性来选择，若无法准确的建模或者是过程的数学建模很复杂时，可根据何种控制规律适用于何种过程特性与工艺要求来选择，常用的控制规律有比例控制(P)、比例积分控制(PI)、比例微分控制(PD)、比例积分微分控制(PID)。
1. 比例控制规律(P)：
采用比例控制规律能较快地克服扰动的影响，使得系统稳定下来，但是存在余差。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。
2. 比例积分控制(PI)
在工程设计上，比例积分控制是应用最常见的一种控制方式，其最大的特点是能消除余差，它适用于控制滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差等范畴。如某些流量、液位等要求无余差的控制系统。
3.比例微分控制(PD)
比例微分控制的特点是具有超前作用，对于具有容量滞后的控制特性，可以使用微分控制规律来改善系统的动态性能指标。因此对于控制通道的时间常数或是容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳定性，减少动态偏差等可选择使用比例微分控制，但是对于纯滞后较大，测量信号有噪声或是周期性扰动的系统，则不宜采用微分控制。
4.比例积分微分控制(PID)
比例积分微分控制是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上应用积分的作用，来消除余差，再通过微分的作用，可以提高系统的稳定性。它适用于控制系统时间常数或是容量滞后较大、控制要求高的现场。如恒压、恒温的控制等。
PID控制器参数的设定是整个控制系统的核心内容，它决定了整个系统稳定性能，参数设定主要包括PID控制器的比例系数、微分时间和积分时间。PID控制参数设定方法主要分为两大类：一是工程设定方法，主要通过工程的积累经验，直接通过在控制系统的调试中进行，由于其通俗易懂、容易掌握，被工程调试广泛应用。二是通过数学理论设定，它主要是根据数学理论模型，按照一定的数学运算规律来确定控制器的各个参数变量，这种参数计算方法一般不能直接应用到工业调试中，还需要结合现场实际情况进行调整和修改。
现场调试一般使用工程整定的方法来调节参数，主要有临界比例法、衰减法和反应曲线三种方法。临界比例法是最常见的一种设定方法。其整定步骤如下：
1) 预设定一个足够短的采样周期来让控制系统工作。
2)仅加入比例控制参数进行调节，直到控制系统对输入的阶跃响应出现临界
11 震荡现象，记下纯比例控制的放大系数和临界状态下的震荡周期
3)在一定的控制力度下，使用公式计算得到相应的PID控制器的参数。
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第三章 恒压控制电路的设计
本次设计是为了实现对供水系统的恒压控制，通过使用PLC和变频器可以完成对恒压供水系统的设计。通过查阅资料和现场实践，本文选用三菱FX2N～32MR系列的可编程控制器，变频器选用型号为三菱的FRA540，FR-A540变频器内置PID控制模块。压力传感器选择没什么特殊的要求，我们在此选用一般的压力表Y-100和XMT-1270数显仪实现压力的显示、检测及传送信号的功能。采用两台泵机来提供动力，使得系统稳定保障大大提高。
3.1三菱FR-A540变频器的PID功能
三菱变频器在工业应用非常广泛，在设计供/排水系统时选用三菱变频器后常会用到PID控制功能。目前所有的三菱变频器均有PID控制功能。FR-A540变频器采用矢量控制方式，使得驱动性能更加好，由于使用了智能功率模块和调制原理，使得变频器的噪声降低、抗干扰性能更高、变频器的输出波形更加稳定。同时FR-A540内部置入PID控制单元、顺序制动、变频、工频顺序切换、停电减速制动等功能，使得FR-A540变频器得到广泛的应用。
三菱变频器内部PID控制单元，通过对水压的给定值和压力检测装置的输入信号进行对比，将偏差直接传送给内部PID控制单元，按照预先设定的调节规律进行计算，得出调节信号，再直接控制变频器的输出电压和频率，实现对泵机的转速控制，进而保持整个供水系统管道的恒压控制。
控制框图如下：
给定值+-反馈值偏差变频器驱动回路电机MPID运算测量变送图3-1 PID控制框图
3.2 恒压供水系统的设计思路
根据水厂的日常生产来看，工作人员通过操作系统控制面板上的按钮以及指示灯的提示来完成对恒压供水系统的实现。为了保障整个操作系统的稳定的前提下，必须尽可能的考虑到系统操作简便易懂，安全系数高等因素。
13 本文通过手动和自动两种运行形式来实现对变频恒压供水系统的控制。手动运行方式是通过操作面板上的按钮来控制相应的设备，比如各个泵机的运行、停止等。在水厂正常运行期间，很少使用手动运行方式来控制供水的恒压输出，然而手动方式仍是必不可少的，手动运行方式的作用主要有：
1)方便调试。在整个系统正处于测试阶段，还未进入生产时，可以通过手动的运行方式来试验是否整个系统的各个环节已具备自动运行的条件。
2)有利于日后的维护、维修及保养。若出现某一电机不能正常运行或者警示灯闪烁等现象时，我们可以在手动运行的方式下进行检测、维修相应的故障设备，日后也可以对相应的设备进行保养等。
系统的自动运行方式主要是通过对输出水管的压力和设备运行状态的动态检测，从而保证管道的正常供水。通过自动启动的一键启动运行，整个系统便处于自动状态，之后整个系统无需人为的进行操作控制。启动系统时，变频器软启动其中的一台水泵，水泵开始工作，供水管道的压力逐渐上升，同时，系统中的压力检测装置将检测的水压转换成电流或是电压的形式将电信号传给变频器中的PID控制器，再经过与设定的压力参数进行比较，得到的偏差再传送给该变频器的主电路，再由变频器来改变输出频率，从而实现供水管道的恒压控制。
3.3 恒压供水系统组成设计
现今，恒压供水系统主要由变频控制系统、PLC控制系统以及PID过程控制系统三部分组成。如图3-2所示，该图为中小型恒压供水系统的整体组成。主要组成单元有电气控制柜(主要包括PLC及变频器等电控器件)、泵机、压力传感器、蓄水池、通水管道等。
电气控制柜变频器主电路PLCPID控制器反馈信号蓄水池用户用水水泵电机通水管道压力传感器图3-2 恒压供水系统组成图
电气控制柜：电气控制柜在工业现场应用非常广泛，它一定程度上保证了一些电气元件的工作环境的稳定。本设计电气控制柜主要安装PLC、变频器、接触器、继电器等元器件。电气控制柜是本设计的电气控制中心。
压力传感器：通水管道的压力作用于压力传感器上，压力传感器将检测的压
14 力值以一定的转换方式，转变为电信号，将电信号传送给控制器，起到测量、变送的功能。本设计选用压电式压力传感器，其工作原理是基于某些晶体材料的压电效应。压电效应指，某些离子型晶体电介质沿着某一个方向受力而发生机械形变(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。当外力撤消后，又重新回到不带电状态。
泵机：泵机是整个系统的执行机构，它是供水的基础，水压可以通过泵机的转速来控制，结合变频器和PLC可以实现恒压输出的目的。
蓄水池：该设备是水厂的储水装置，是供水的保障。
通水管道：通水管道是输送用水的动脉，它是用户用水与供水厂的媒介。
3.4 恒压供水系统主电路设计
根据实际应用，恒压供水系统一般采用一台变频器控制多台泵机并联运行的控制方式，本次设计采用一台变频器对两台水泵的控制，主电路如图3-3所示。
KM1A泵机三菱变频器FR-540三相电源KM3B泵机~KM2KM4
图3-3 恒压供水系统主电路
在手动状态下，通过继电器和接触器的关断作用，可以分别对A、B泵进行变频控制和工频控制。注意的是在PLC编程设计时，手动状态下应该保证仅有一种工作状态运行，这种情况下，可以在软件上进行互锁的方式实现，或者在硬件上实现，比如通过使用接触器的常闭触点来进行关联。当自动运行的条件满足时，自动启动按钮按下，通过外部感应器件的检测变送、变频器、PLC控制器的控制执行，从而实现恒压供水正常的自动运行。
KM
1、KM2及KM
3、KM4的关断可以控制A和B泵在工频和变频之间的切换，通过PLC编程设计可以实现;接触器之间需要互锁，防止接触器同时吸合，
15 发生故障。在自动运行的情况下，通过PLC的信号给出，首先给A泵通电信号，即KM1吸合，使得变频器仅作用A泵运行，变频器逐步控制A泵电机的输入频率，直至达到设定的信号值，若输入频率达到工频时仍然没有达到设定的信号值，即一台泵机无法满足流量及压力的需求，此时要将A泵机切换到工频的控制方式，同时以变频的启动方式启动B泵机，通过B泵机的变频调速，直至达到预期值。
当用户用水量的减少时，此时若不改变泵机的工作频率，水压会升高，所以当水压升高时，需要相应的减少泵机的工作频率，通过PLC及变频器的作用，首先将B泵机运行速度逐渐降低，直至使得管道压力达到预定值，若仍无法达到预定值时，可以将B泵机电源切断，同时将A泵机进入工频运行模式，最后通过回复A泵机的变频模式来控制泵机运行，从而控制水压稳定输出。
在正常生产时，由于会出现一台泵机总是处于工作状态，然而另一台泵机处于待机状态。本设计可以通过PLC中的时间定时器来控制两台泵机在 上述情况下的运行切换。
3.5变频器设计
变频器端子接线图如下：变频器的L
1、L
2、L3端接三相电的供电端，U、V、W端为变频器的输出端，输出端的电压和频率会发生相应的改变，这主要取决于对变频器的人为设置。其次还有接入PLC的输入端和输出端的端子，主要有频率上限信号点、频率下限信号点、故障信号点、正转信号点、停止运行信号点。针对变频器中的内置PID控制模块，通过设定电位器设定，并将压力传感器检测的压力值传送给变频器
4、5号端子，两者相互比较，有内部PID控制模块处理，最终使变频器输出相应的频率和电压，与此同时变频器也会给PLC相应的信号，促使PLC做出相应的处理，PLC经过处理在将处理后的信号传送给继电器、变频器、接触器等执行机构。
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变频器三相电源L1L2UV输出电源PLC输入X4X4X5COMPLC输出Y11Y12COMFR-A540-3.7CHL3W10254FUSUACSESTFMRSSD反馈信号压力传感器24VDC
图3-4 变频器接线图
变频器参数设定主要是在现场中根据实际情况，来进行调试确定，但参数的设定是具有一定规律的，从供水系统的特性以及泵机为平方律负载等方面来比较，变频器的参数设置主要有一下几点需要注意：
1)下限频率的设置。一般来说，转速过低，由于泵机的实际工作性质，泵机容易产生“空转”现象;再者，对于电机而言，在低频的情况下运行时间过长时，电机会发热厉害，对电机的寿命有一定的影响，所以下限频率不能太低。
2)最高频率设置。由于泵机属于平方律负载，若泵机的实际转速超过额定转速时，转矩将以平方的形式增加，使得泵机的寿命缩短，且很容易烧坏电机，因此变频器的最大输出频率不能超过泵机的额定工作频率，最高可以为泵机额定频率。
3)上限频率设置。在恒压供水系统设计中，理论上将设置的上限频率与额定工作频率相等时，即在工频下运行最好，但实际情况下，由于变频器内部往往具有转差补偿的功能，所以应该将上限频率设置的略低于额定频率。
4) PID控制器参数的设置。设置PID参数时，需要保证整个恒压控制系统稳定的条件下，来减小静态误差和提高动态响应。在调试过程中，通过对供水系统压力传感器的实际测量值的观察及分析，通过调节各参数，进而维持系统的稳定性。
17 3.6 恒压供水系统中PLC电气设计 3.6.1三菱FX2N系列PLC的概述
三菱FX2N系列PLC是高性能、高运行速度、小型化的控制装置，它也是FX系列中最高档的超小控制装置。FX系列的PLC具有无可匹及的运行速度，高级的定位控制及功能逻辑选件等优点。FX2N系列的可编程控制器的基本组成如下：
1)基本单元包括CPU、存储器、输入输出口及电源。
CPU: CPU的功能作用有接收并存储用户程序和数据;诊断电源、编程的语法错误及PLC的工作状态;接收输入输出信号，送入数据寄存器并保存;运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作;将用户程序的执行结果送至输出端。FX2N系列有各种不同性能档次的CPU模块可供使用，各种CPU有各种不同的性能。
存储器：包括系统程序存储器、系统数据存储器和用户存储器。系统存储器其功能是存放系统工作程序;存放模块化应用功能子程序;存放命令解释程序;存放功能子程序的调用管理程序;存放存储系统参数。用户存储器作用是存放用户工作程序和存放工作数据。
输入输出口：包括输入单元和输出单元，输入输出单元均为带光电隔离电路。输入单元有多种辅助电源类型，有AC电源DC24V输入、DC电源DC24V输入、DC电源DC12V输入、开关量信号、模拟量信号等类型。输出单元输出方式有晶体管、晶闸管和继电器三种方式，其中晶体管输出方式为驱动直流负载，晶闸管为驱动非频繁动作的交/直流负载，继电器为驱动频繁动作的交/直流负载。
通讯及编程接口：采用RS-485或RS-422串行总线。功能有连接专用编程器(FX-20P、FX-10P);连接个人PC机，实现编程及在线监控;连接工控机，实现编程及在线监控;连接网络设备，实现远程通讯;连接打印机等计算机外设装置。
I/O扩展接口：采用并行通讯的方式。主要分为扩展I/O模块、扩展位置控制模块、扩展通讯模块、扩展模拟量控制模块。
3.6.2 PLC电气电路设计
针对电气PLC的电路设计，本文主要包括电气主控柜的设计、PLC控制器的外部端子接线设计、PLC编程设计。 1.电气控制柜设计
按照工业生产的需求以及安全生产的要求，需要对控制柜进行相应的操作和保护等设计。电气控制柜内装载了安装板，用来安装电气元件，在安装元器件时应该注意元器件的分布，尽可能将大功率大电流用电器与控制器及信号线远离，
18 在允许的条件下可以使用屏蔽措施屏蔽，工业现场非常复杂，外界干扰很难杜绝，也很难解决。通过控制柜元器件的合理布置、线路的合理分布及接地的合理应用，可以使得设计人员在现场调试更加容易快捷。下面本节先介绍一下控制柜面板，如下图3-5所示：
红灯黄灯绿灯蜂鸣器故障报警三相电源控制电源指示指示指示24V电源指示系统运行指示A泵运行指示B泵运行指示手自动控制旋钮启/停 旋钮A泵运行按钮B泵运行按钮备用按钮系统启动报警消音备用备用故障复位急停按钮图3-5 恒压控制系统电气控制柜面板
指示灯：加入故障报警指示、三相电源指示、控制电源指示、24V直流电源指示、系统运行指示、A泵运行指示、B泵运行指示。
柱形灯：有红灯、黄灯、绿灯指示，还有蜂鸣器四部分组成，通过PLC输出端子给定信号。红灯主要起到变频器故障、断电停机、延时保护等指示。黄灯主要起到A、B泵机的运行状态，黄灯闪烁一般为泵机开始运行。绿灯指示可有可无，本次设计使用绿灯来指示系统无故障可进行正常工作的指示。
控制按钮：包括带自锁的急停按钮、系统启动旋钮、手自动控制旋钮、启停旋钮、A泵机运行按钮、B泵机运行按钮、报警消音按钮、故障复位按钮。急停按钮是在出现紧急情况下，按下该按钮，此按钮由220V控制电源直接控制，一旦该按钮按下，则从硬件上直接将控制回路断电，从而将整个系统停止运行。系统启动旋钮采用钥匙旋钮，来实现对系统的开启，选用钥匙旋钮可以防止非操作人员或维修人员的误操作。手自动旋钮采用两位自锁旋钮，分为手动档和自动档，来实现系统的手自动运行。启停按钮，配合A、B泵机运行按钮来控制A、B泵的启
19 动和停止。报警消音按钮选用白色的平头按钮，用来消除蜂鸣器的噪声。故障复位选用普通的非自锁旋钮，用来在故障信号解决的情况下，恢复系统的正常运行。
电压表、电流表：用来显示主回路的电压和电流。 2.PLC外部接线设计
本设计采用FX2N～32MR的三菱PLC控制器，I/O信号点为16个数字输入量和16个数字输出量。PLC的I/O端子分配及接线设计如下：
电源FX2N-32MRCOMXOX1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16YOY1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15X1-X16为输入信号Y1-15为输出信号
图3-5 PLC的IO接线图
3.PLC编程设计
本设计采用三菱FX2N系列的PLC,需要使用相应的编程软件来对系统进行设计编程。本文采用GX Developer编程软件对三菱FX2N系列PLC进行编程。下面简单介绍编程过程。
1)首先打开编程软件GX Developer，显示如下主画面
20
2)打开工程选项，新建新工程，会弹出如下画面，选择使用的PLC系列及类型，并选择程序编写的类型，创建工程名为PLC与变频器的恒压供水系统，新工程创建完成。
3)创建完工程，点击创建新工程窗口的确定按钮，会弹出如下框图，在如下框图完成对可编程控制器的程序编程和PLC参数的修改。
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主程序在工程项目内MAIN里编写。编写程序时应该注意程序的互锁，例如电机的正反转问题;注重保护程序的编写，大约为整个程序的30%左右，保护程序决定了日常的正常生产。在编程中应多使用中间继电器，可以使得程序简短，通俗易懂，编写程序应在保证安全的基础上尽量简捷。
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结束语
本文通过使用三菱PLC及变频器，应用过程控制中经典的PID控制，对供水厂实现恒压供水控制。通过采用PLC的可编程控制、变频器的变频变压输出以及PID闭环控制，得到了一个精度比较高、反应比较迅速的恒压供水控制系统。该系统主要特点如下：
1)运行方式为手动模式和自动模式。
采用手自动模式来控制系统，既实现了恒压供水的自动控制，在维护维修等非正常工作的情况下，又能通过手动操作完成相应的控制。手自动模式的切换使得整个恒压供水系统操作更加灵活方便。
2)采用一台变频器控制两台泵机来实现恒压输出。
使用两台泵机调节水压，在一定程度上存在冗余的现象，但这使得供水系统更加可靠，而且对用水量的承载能力翻倍。在用水量少的情况下，通过两台泵机的轮流切换运行，可以使得整个恒压供水控制系统更加安全可靠。采用一台变频器来控制两台泵机，使得系统的设计成本降低，符合工业设计要求。 3)采用PID控制技术
PID控制是过程控制中的经典控制规律，通过对各个参数的设定，可以较精确的对供水压力进行控制。
当然，本设计内容还有很多不足之处。比如说，恒压供水系统管道破裂检测、蓄水池水位检测、通水管道阀门的控制、消防供水等都没有进行相应的设计。另外本文利用闭环控制系统中的简单PID算法来实现对恒压供水系统的设计，随着工业技术的发展，工业领域不断涌现出新型的PID控制算法，例如模糊控制算法、自适应控制算法、智能控制算法，这些先进的控制算法已经从一些高端的工业控制领域逐渐发展起来了，先进控制技术的引入可以使得恒压供水系统更加可靠稳定。除此之外，随着集成电路的发展，PLC与变频器可以集成一体，将恒压供水系统的控制机构与执行机构融为一体，只需外加一个压力检测装置，即可方便地控制供水系统的恒压输出。
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致谢
在毕业设计即将顺利完成之际，回顾整个学习过程，首先我要特别感谢我的指导老师。我的指导老师教学工作繁忙，但在我们毕业设计的各个阶段，包括从开题、外出实习到查阅资料、方案修改都给予了我们无微不至的关心和帮助。他时刻地督促我们，激励我们，使我们不断的学习成长。我的指导老师严谨的治学精神、精益求精的工作作风以及忘我的奉献精神，深深地感染和激励着我们。
毕业设计是对大学所学知识的检阅与升华。在设计过程中，遇到了很多问题，需要不断分析问题和解决问题，使我查漏补缺的同时学到了很多课本无法涉及到的知识，体会到了工程设计的复杂与艰辛，和每次突破后都会感到的兴奋。问题的解决以至毕业设计的完美结束，有我个人的努力，还有来自老师和同学们耐心的指导和帮助。在此感谢给予我帮助的同学，感谢他们仔细的为我寻找设计中的缺陷，感谢他们耐心的为我解答难题。
大学生活在师长、亲友的支持下即将划上一个句号，而对于人生而言只是一个逗号。学习仍要继续，学习之路漫长而崎岖。而我们积累的大量知识应该使我们更加沉稳和自信，相信自己可以像解决现在的问题一样解决未来的问题。在此希望即将步入社会熔炉的我们都能够百炼成钢!
最后，向本届毕业答辩委员会组织致以崇高的敬意!向担任本次本专业毕业设计评审和答辩的所有老师们表示我最衷心的感谢和美好的祝福!
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参考文献
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电子分频器范文第6篇
摘 要：电力工程作为我国基础建设中的一项重要建设项目，电力系统自动化的技术是其重要组成部分，其技术水平的高低直接影响着电力系统自动化的水平。为此，本文主要对电力工程电气自动化技术的概况、电气自动化的应用及发展进行了简要的分析。
关键词：电气自动化；概况；技术一、电力系统自动化技术的概况
电力系统主要组成部分包括：发电、输电、变电、配电及用电等。一般情况下电力系统的一次设备包括发电机、变压器、开关与输电线路等设备，通过对一次设备进行在线测控、保护等方式，可以起到稳定、保护一次设备的作用。电力系统二次设备是指测控装置、保护装置、通信设备、电网调度控制中心的计算机系统等，其包括电力系统自动化的主要技术内容。
计算机技术作为电力系统自动化的重要技术，目前主要在电力系统电网的智能化中应用，也就是通过计算机技术内的传感技术、传输技术及控制技术等对电网运行智能化的实现提供技术支持。计算机技术在智能化电网内最常用到的技术包括：通信、测量、能源接入及传感等技术，这些技术在整个智能化电网中发挥着至关重要的作用。
二、电力工程电气自动化技术的应用分析
1、电气工程中电网调度的自动化
由电网调度中心的服务器、大屏幕显示器、工作站以及相应的计算机网络等共同组成的称之为电网调度的自动化系统。而实现自动化的表现方式是通过电力系统上专用的局域网将其处于在调度范围内的夏季电网调度中心、发电厂以及测量的控制设备等变电站终端实现有效连接。由此我们可以知道，将电气自动化技术应用在电气工程中有着很重要的作用，主要就是能过实现实时评估电力系统的运行状态，并根据所积累的数据来对电力负荷进行预测，故而在此基础上将发电控制和经济调度实现自动化，但是这样的一个要求只有在省级以上的电网才给予要求。电力系统在运行的过程中要实现实时的进行数据上的采集和处理，并根据数据进行监控，且在数据支持的情况下对电网的运行状态和安全进行掌握，使其能够很好的适应现代电力市场的运营需求。
2、电气工程中发电厂分散测控系统
电气工程中发电厂分散测控系统在实际的应用过程中一般采用的是分层分布的结构，其组成是由以太网、远行人员工作站、过程控制单元以及高速数据通讯网等等方面。而这里说的远程控制单元就是由只能做输入和输出的模件与可冗余配置上的主控模件一起共同组合而成，且主控模件又是通过冗余智能上的输入与输出和总线上的输入与输出来进行通讯的。其中过程控制单元是可以直接用于生产运行过程中的，并且直接接受热电偶、热电阻、开关量和现场变送器等等设备上的信号，还可以再运算完成以后在对设备的运行状态和参数来进行实时的打印、显示和信号的输出，以此来直接驱动其执行机构，最终实现电气自动化在电气工程中的生产运行过程的联锁保护、控制和检测等方面的功能。
3、电气工程中变电站的自动化
电气工程中的变电站应用的是自动化技术，其主要的目的在于取代人工操作、人工监视和电话通讯，并根据相应的情况来加强对变电站的监控能力，并且还可以实现在变电站上运行的水平和效率都有所提高。这也就是说，变电站中应用自动化技术就是為了全方位的，多层次的来监视变电站各种电气设备的运行状况，完成有效地控制。该自动化的特点有：以全微机化的设备来代替以前使用的电磁装置，并实现计算机屏幕化操作上的监视，在数据传输过程中实现自动化运行的管理和统计记录，是利用计算机电缆来代替电力信号的电缆来实现的。这也就是说电气工程中变电站自动化是电力现代生产中一项不可获取的部分，也是因为可以很好的满足变电站中的各项操作任务而成为了电网调度自动化中的一个不可分割的重要部分。
三、电力工程电气自动化的发展趋势
1、全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管
IGBT和MGT这一类复合型电力电子器件可以称为第三代器件。在器件的复合化的同时，模块即把变换器的双臂、半桥乃至全桥组合在一起大规模生产的器件也已进入实用。在 模块化和复合化思路的基础卜，其发展便是功率集成电路 PIC（Powerl， lntegratcd Cirrrrcute）， 在PIC，不仅主回路的器件，而且驱动电路、过压过流保护、电流检测甚至温度自动控制等作用都集成到一起，形成一个整体，这可以算作第四代电力电子器件。
2、变换器电路从低频向高频方向发展
随着电力电子器件的更新，由它组成的变换器电路也必然要换代。应用普通晶闸管时，直流传功的变换器主要是相控整流，而交流变频船动则是交一直一交变频器。当电力电子器件进入第二代后，更多是采用PWM变换器了。采用PWM方式后，提高了功率因数，减少 了高次谐波对电冈的影响，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。
1986年美国威斯康星大学Divan教授提出谐振式直流环逆变器。传统的逆变器是挂在稳定的直流母线上，电力电子器件是在高电压下进行转换的‘硬开关’，其开关损耗较大，限制了开关在频率上的提高。而谐夺式直流环逆变器是把逆变器挂在高频振荡过零的谐振路上，使电力电子器件在零电压或零电流下转换，即工作在所谓的‘软开关’状态下，从而使开关损耗降低到零。这样，可以使逆器尺寸减少，降低成本，还可能在较高功率上使逆变器集成化。因此，谐振式直流逆变器电路极有发展前途。
3、通用变频器开始大量投入实用
一般把系列化、批量化、占市场量最大的中小功率如400KVA以下的变频器称为通用变频器。从产品来看，第一代是普通功能型U/F 控制型，多采用16位CPU，第二代为高功能型U/F型，采用32位DSP或双16位CPU进行控制，采用了磁通补偿器、转差补偿器和电流限制拄制器.具有挖土机和“无跳闸”能力，也称为“无跳闸变频器”。这类变频器！目前占市场份额最大。第三代为高动态性能矢量控制型。它采用全数字控制，可通过软件实现参数自动设定，实现变结构控制和自适应控制，可选择U/F频率开环控制、无速度传感器矢量控制和有速度传感器矢量控制，实现了闭环控制的自优化。从技术发展看，虽然电力半导体器件有GTO、GTI、IGBT，但以后两种为主，尤以IGBT为发展趋势：变频器的可靠性、可维修性、可操作性即所谓的RAs（ Reliabiliry，Availability，Serviceability）功能也由于采用单片机控制动技术而得以提高。
四、结束语
综上所述，电气工程是一项在技术性、专业性上都是要求很高的设施工程。我们应积极关注并吸收国内外先进的技术优势，并综合当前电气工程中的实际运用情况，开拓新理论、新技术的运用思路，为我国的电气自动化技术的运用和发展做出应有的贡献。
参考文献
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