畢業(yè)設(shè)計---變頻器pid調(diào)節(jié)的恒溫系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)綜合實踐</b></p><p>　　題 目： 變頻器PID調(diào)節(jié)的恒溫系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　系 別： 電氣電子工程系 專 業(yè)：電氣自動化技術(shù) </p><p>　　班 級： 自動化0802 學 號： </p><

2、p>　　課 題 摘 要</p><p>　　本課題設(shè)計是根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)上和社會生活中需要恒溫控制的要求，設(shè)計了一套基于PID變頻調(diào)速恒溫系統(tǒng)。PID變頻恒溫系統(tǒng)由PID變頻器、風機組、加熱裝置、溫度傳感器、信號采集轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計是采用變頻器實現(xiàn)對三相鼓風機電機的轉(zhuǎn)速進行變頻調(diào)速，來改變對恒溫箱的鼓風大小，利用溫度傳感器檢測恒溫箱的當前溫度信號，

3、恒溫箱中溫度發(fā)生變化，采集的信號就會發(fā)生相應(yīng)的變化，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路把所采集的信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的PID輸入控制的電流信號，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變鼓風機電機的轉(zhuǎn)速來改變供氣量，最終保持系統(tǒng)的溫度恒定。該變頻恒溫系統(tǒng)的設(shè)計成果可運用于許多實際的恒溫控制系統(tǒng)中，并能夠取得穩(wěn)定可靠的運行效果和良好的節(jié)能效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速 恒溫供氣 PID控制 信號采集</p>

4、<p><b>　　目 次</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 恒溫控制的意義1</p><p>　　1.2 變頻恒溫系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀2</p&g

5、t;<p>　　1.2.2 變頻恒溫系統(tǒng)的研究與現(xiàn)狀2</p><p>　　2PID變頻恒溫系統(tǒng)的總體方案設(shè)計4</p><p>　　2.1 PID恒溫系統(tǒng)流程框圖4</p><p>　　2.2 PID恒溫控制系統(tǒng)接線圖6</p><p>　　3 電機調(diào)速模塊的分析7</p><p>　　

6、3.1 三相異步電動機的調(diào)速原理7</p><p>　　3.1.1三相異步電動機調(diào)速簡介7</p><p>　　3.1.2電動機的調(diào)速指標7</p><p>　　3.1.3 調(diào)速時的允許負載9</p><p>　　3.1.4變頻調(diào)速的主要性能9</p><p>　　3.2　離心風機調(diào)控方式的分析、選擇10&

7、lt;/p><p>　　3.3變頻器的分析和選擇12</p><p>　　3.3.1 變頻器驅(qū)動負載特性的分析12</p><p>　　3.3.2 變頻器容量的計算13</p><p>　　3.3.3變頻器選擇注意事項15</p><p>　　4 三菱變頻器FR-E700的簡要介紹17</p>&

8、lt;p>　　4.1 三菱變頻器FR-E740簡介17</p><p>　　4.2 三菱變頻器FR-E740常規(guī)介紹18</p><p>　　4.2.1 主電路接線端18</p><p>　　4.2.2 控制電路接線端及端子功能介紹19</p><p>　　4.2.3 操作面板及其功能介紹22</p><p

9、>　　5 溫度信號處理模塊的介紹24</p><p>　　5.1 溫度采集轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計24</p><p>　　5.2 電壓電流轉(zhuǎn)換電路25</p><p>　　5.3 溫度顯示電路26</p><p>　　5.3.1 數(shù)字電壓表電路原理26</p><p>　　5.3.2 ICL7107管腳排列

10、27</p><p>　　6 PID功能簡介及系統(tǒng)的設(shè)置與調(diào)試29</p><p>　　6.1 PID控制器的組成及作用29</p><p>　　6.2 PID基本構(gòu)成及功能概述29</p><p>　　6.3 本系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù)設(shè)置介紹32</p><p>　　6.4 系統(tǒng)的調(diào)試34</p>

11、<p><b>　　結(jié) 論36</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p>　　參 考 文 獻38</p><p>　　附錄A Pt1000分度表39</p><p><b>　　1 緒論</b></p><

12、;p>　　1.1 恒溫控制的意義</p><p>　　在工業(yè)上，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程和社會生活中經(jīng)常遇到的過程控制，人們需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進行監(jiān)測和控制。特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用，其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制具有單向性、時滯性、大慣性和

13、時變性的特征，同時要實現(xiàn)溫度控制的快速性和準確性，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　在日常生活中，人們也經(jīng)常碰到需要控制溫度的問題。例如，冬天做面包時，酵母菌發(fā)酵緩慢，甚至不能發(fā)酵，這時，人們常采用加熱的方法提高發(fā)酵溫度，但若經(jīng)驗不足，溫度提得過高，則容易把酵母菌殺死。又如，有的地區(qū)冬天很冷，需要室內(nèi)取暖，這這樣的溫度又不能過高，也不能太低，所以需要采用比較可靠的恒溫裝置。再如，有些家庭

14、喜歡養(yǎng)金魚，到了冬天，常擔心溫度太低而使魚凍死?？傊?，類似的問題在日常生活中常常碰到。所有這些，如果采用恒溫控制裝置，就可以得到解決。所以設(shè)計一個較可靠的恒溫控制電路，是具有非常重要的價值意義的。本課題設(shè)計的是一個簡單實用的恒溫控制器，它可以根據(jù)使用者的實際需要，將溫度設(shè)定在某一范圍，當溫度低于設(shè)定溫度時，電路會自動控制變頻器的頻率使電機轉(zhuǎn)速下降，風力降低，恒溫箱的溫度升高，當高于設(shè)定溫度時，電路會自動控制變頻器的頻率使電機轉(zhuǎn)速上升，風

15、力增大，恒溫箱的溫度降低。本電路經(jīng)濟、可靠，對于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中需要恒溫的地方，一般均能適用。</p><p>　　對于不同場所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同。因而，對溫度的測控方法要多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)也得到了迅

16、速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機對溫度進行測控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。雖然現(xiàn)有的溫度傳感元件大多為模擬器件（如熱電耦）體積大、應(yīng)用復雜、而且不容易實現(xiàn)數(shù)字化等缺點，阻礙了應(yīng)用領(lǐng)域的擴展。但是這些器件相對來說比較經(jīng)濟，在畢業(yè)設(shè)計中不必要花那么昂貴的電子產(chǎn)品，在此我們采用的是市場上最為常見的鉑電阻，通過測溫電路來實現(xiàn)了對溫度的實時測量與恒定控制。</p><p>　　實現(xiàn)恒溫控

17、制的方法有很多，傳統(tǒng)的控制方法普片是利用PLC自適應(yīng)控制加熱絲實現(xiàn)恒溫控制，還有利用模擬PID調(diào)節(jié)的恒溫控制，另外還有基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)。由于利用PLC還要利用模擬PID調(diào)節(jié)的恒溫控制，其算法需要查表轉(zhuǎn)換，比較復雜，單片機的恒溫控制系統(tǒng)電路較為復雜，而且不是很穩(wěn)定。所以我們采用了變頻器PID自動計算控制，集合電子電路來實現(xiàn)恒溫控制。</p><p>　　1.2 變頻恒溫系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p>

18、;<p>　　1.2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀</p><p>　　變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)及電機控制理論的發(fā)展。1964年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制PWM技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中的是德國人。20世紀80年代初，日本學者提出了基于磁通軌跡的磁通軌跡控制方法。從20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的基于VVVF技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣

19、泛應(yīng)用。在我國，60%的發(fā)電量是通過電動機消耗掉的，因此如何利用電機調(diào)速技術(shù)進行電機運行方式的改造以節(jié)約電能，一直受到國家和業(yè)界人士的重視?，F(xiàn)在，我國約有200家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國際市場上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距。隨著改革開放和經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國采取要么直接從發(fā)達國家進口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi)外結(jié)合，即在自行設(shè)計制造的成套裝置中采用外國進口或合資企業(yè)的先進變

20、頻調(diào)速設(shè)備，然后自己開發(fā)應(yīng)用軟件的辦法，很好地為國內(nèi)重大工程項目提供了電氣傳動控制系統(tǒng)的解決辦法，適應(yīng)了社會的需要?？傊m然國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成績，但是總體上來說國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱，對國外公司的依賴還很</p><p>　　1.2.2 變頻恒溫系統(tǒng)的研究與現(xiàn)狀</p><p>　　變頻恒溫在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器

21、的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起動控制以及制動控制、壓頻比控制以及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒溫供氣系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供氣量大小需求不同時，保證溫度恒定，需在變頻器外部提供溫度控制器和溫度傳感器，對溫度進行閉環(huán)控制。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒溫供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓恒溫供氣功能的變頻器，

22、像日本Samco公司，就推出了將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制的基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的眾多功能，對社會上各式各樣的控制系統(tǒng)帶來了一個嶄新的科技。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻控制工程，其中恒溫和恒壓控制最為普片，大多采用國外的變頻器控制風機電機的轉(zhuǎn)速；也有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放

23、性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到</p><p>　　PID變頻恒溫系統(tǒng)的總體方案設(shè)計</p><p>　　2.1 PID恒溫系統(tǒng)流程框圖</p><p>　　PID控制變頻恒溫供氣系統(tǒng)主要有變頻器、溫度傳感器和現(xiàn)場的熱風機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制流程圖如圖2－1所示：</p><p>　　圖2－1 PID

24、變頻恒溫供氣系統(tǒng)控制流程圖</p><p>　　從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)三大部分，具體為：</p><p>　　(l) 執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是由三相異步電機鼓風機組成，他的作用是為系統(tǒng)鼓風提供熱氣，供氣的大小和溫度的高低跟電動機的轉(zhuǎn)速成正比變化來控制，而電動機的轉(zhuǎn)速由變頻調(diào)速器控制，可以進行變頻調(diào)速，用以根據(jù)用恒溫箱里溫度的變化而改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持系統(tǒng)的

25、溫度恒定。</p><p>　　信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測系統(tǒng)的溫度。把溫度變化的信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號進行反饋。當溫度升高時，把溫度升高的模擬信號采集過來進行A/D轉(zhuǎn)換，把對應(yīng)的電流信號輸入到PID控制器上，讓其改變電機的轉(zhuǎn)速，使其溫度下降到恒定值。溫度下降時效果一樣，只是信號反相而已。</p><p>　　(3) 控制機構(gòu)：恒溫控制系統(tǒng)一般安裝在控制系統(tǒng)柜中，包括控制器

26、PID變頻器和電子電控設(shè)備兩部分。PID變頻控制器是整個變頻恒溫供氣控制系統(tǒng)的核心。PID控制器對采集的信號數(shù)據(jù)進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器對執(zhí)行機構(gòu)進行控制；其跟蹤供氣控制器送來的控制信號改變運行頻率，完成轉(zhuǎn)速控制。</p><p>　　作為一個控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全監(jiān)控及報警是必不可少的重要組成部分。由于本課題設(shè)計的時間、人力和資金關(guān)系，所以沒有做專門的報警監(jiān)控電路，在電機維

27、護上做了熱繼電器做為電動機的過載過熱保護，電子線路部分溫度監(jiān)控顯示電路和電流監(jiān)測電流，用于隨時監(jiān)控系統(tǒng)的溫度變化和電流值。</p><p>　　恒溫供氣系統(tǒng)通過檢測系統(tǒng)的溫度變化，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA的電流信號，此檢測信號是實現(xiàn)恒恒溫供氣的關(guān)鍵參數(shù)。將此檢測信號與變頻器的設(shè)定值進行比較，將比較后的偏差值進行PID運算，再將運算后的數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻

28、率，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，進而控制鼓風機的供氣流量和溫度，最終使系統(tǒng)的溫度恒定，實現(xiàn)PID恒溫供氣控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖2－2所示。</p><p>　　圖2－2 變頻器恒溫控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　在此次設(shè)計中，由于在市場上購買能夠供熱氣的熱鼓風機價格昂貴，所以我們在系統(tǒng)的實物設(shè)計中對加熱這一塊做了改變，我們的思路是在恒溫箱中直接用熱電爐加熱，通過鼓風機鼓風的大小來排出箱子中的

29、熱氣，如果箱子中溫度高，變頻器頻率增大，是電機轉(zhuǎn)速增加鼓風量就加大，使熱氣排出量加大，溫度下降。如果箱子中溫度低，變頻器控制頻率為零或者很小，使鼓風機不用鼓風或者鼓小風，讓溫度迅速上升。這樣設(shè)計后的系統(tǒng)基本上是能實現(xiàn)恒溫控制的，但不能實現(xiàn)任意的溫度控制，因為熱電爐加熱的溫度是固定的，而鼓風排氣不成線性，所以不能實現(xiàn)任意溫度的控溫。</p><p>　　2.2 PID恒溫控制系統(tǒng)接線圖</p><

30、;p>　　如圖5-1是PID恒溫控制的接線圖，變頻器主電路部分，電源輸入端R/S/T接的是交流380V電壓，輸出端U/V/W接熱風機電機。控制電路正轉(zhuǎn)端子STF接正傳啟動開關(guān)，反轉(zhuǎn)端子STR沒有接開關(guān)，PID控制選擇用不常用的MRS端子，在MRS端子與SD之間接一個開關(guān)，用以控制PID的啟動與停止。端子10/2/5各端按下圖所示接一個電位器，用以設(shè)定目標值，端子4是4～20mA電流輸入端，實物接線參考下圖6-1即可。</p&

31、gt;<p>　　圖2-3 PID恒溫控制接線圖</p><p>　　3 電機調(diào)速模塊的分析 </p><p>　　3.1 三相異步電動機的調(diào)速原理</p><p>　　3.1.1三相異步電動機調(diào)速簡介</p><p>　　調(diào)速就是在一定的負載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要人為的改變電動機的轉(zhuǎn)速。這是生產(chǎn)機械經(jīng)常向電動機提出的要求。調(diào)速

32、性能的好壞往往影響到生產(chǎn)機械的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源的輸入頻率成正比的關(guān)系，電機的轉(zhuǎn)速公式為：</p><p>　　式中：f表示電源頻率，p表示電動機極對數(shù)，s表示轉(zhuǎn)差率。</p><p>　　從上式可知，三相異步電動機的調(diào)速方法有：</p><p>　　(l) 改變電源頻率</p><p>　　(

33、2) 改變電機極對數(shù)</p><p><b>　　(3) 改變轉(zhuǎn)差率</b></p><p>　　改變電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機，是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變速時轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉(zhuǎn)

34、差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，且成本高而影響它的推廣價值。下面重點分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點。</p><p>　　根據(jù)公式可知，當轉(zhuǎn)差率變化不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導致電機運行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電

35、源裝置，它們促進了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　3.1.2電動機的調(diào)速指標</p><p><b>　?。?）調(diào)速范圍</b></p><p>　　電動機在滿載（電流為額定值）情況下所能得到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用D表示，即</p><p><b>　?。?）調(diào)速方向</b&g

36、t;</p><p>　　調(diào)速方向指調(diào)速后的轉(zhuǎn)速比原來的額定轉(zhuǎn)速（基本轉(zhuǎn)速）高還是低。若比基本轉(zhuǎn)速高，稱為往上調(diào)，比基本轉(zhuǎn)速低，稱為往下調(diào) 。</p><p><b>　?。?）調(diào)速的平滑性</b></p><p>　　調(diào)速的平滑性由一定調(diào)速范圍內(nèi)能得到的轉(zhuǎn)速級數(shù)來說明。級數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。如果轉(zhuǎn)速只能跳躍式的調(diào)節(jié)，例如

37、只能從3000 r/min 一下調(diào)節(jié)到 1500 r/min ，再又調(diào)節(jié)到1000 r/min 等，兩者中間的轉(zhuǎn)速無法得到，這種調(diào)速稱為有級調(diào)速。如果在一定的調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速都可以得到則稱為無級調(diào)速。無級調(diào)速的平滑性當然比有級調(diào)速好。</p><p>　　平滑的程度可用相鄰兩轉(zhuǎn)速之比來衡量，稱為平滑系數(shù)（smooth factor），即 </p>

38、<p>　　σ越接近于1，平滑性越好。無級調(diào)速時σ=1，平滑性最好。</p><p><b>　?。?）調(diào)速的穩(wěn)定性</b></p><p>　　調(diào)速的穩(wěn)定性是用來說明電動機在新的轉(zhuǎn)速下運行時，負載變化而引起轉(zhuǎn)速變化的程度，通常用靜差率（static slip）來表示。其定義為：在某一機械特性上運行時電動機有理想空載到滿載時的轉(zhuǎn)速差與理想空載轉(zhuǎn)速之百分比，

39、即</p><p>　　δ越小，穩(wěn)定性越好。靜差率與機械特性的硬度有關(guān)。機械特性的硬度的定義為，</p><p>　　α越大，轉(zhuǎn)矩變化時，n變化的程度就越小，機械特性就越硬，靜差率δ就越小，穩(wěn)定性就越好。靜差率還與理想空載轉(zhuǎn)速n0的大小有關(guān)。例如兩條平行的機械特性硬度相同，中的n0-nf 相同，由于n0不同，它們的δ就不同，n0大的，δ小，n0小的，δ就大。</p><

40、p>　　生產(chǎn)機械在調(diào)速時，為保持一定的穩(wěn)定性會對靜差率提出一定的要求。靜差率還會對調(diào)速范圍起到制約的作用，因為如果調(diào)速時所得到的最低轉(zhuǎn)速下的δ太大，則該轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性太差，便難以滿足生產(chǎn)機械的要求。</p><p><b>　?。?）調(diào)速的經(jīng)濟性</b></p><p>　　這要由調(diào)速時的初期投資，調(diào)速厚的電能消耗以及各種運行費用的多少來說明。</p>

41、<p>　　3.1.3 調(diào)速時的允許負載</p><p>　　電動機在各種不同轉(zhuǎn)速下滿載運行時，如果允許輸出的功率相同，則這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速；如果允許輸出的轉(zhuǎn)矩相同，則這種調(diào)速方法稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。</p><p>　　不同的生產(chǎn)機械對此的要求往往不同。例如切削機床，要求精加工小切削量時，工件轉(zhuǎn)速高，粗加工大切削量時，工件轉(zhuǎn)速低。因此，它希望電動機能具有恒功率調(diào)速的性能

42、。另一類生產(chǎn)機械，例如起重機、卷揚機等則要求電動機在各種轉(zhuǎn)速下都能輸出同樣的轉(zhuǎn)矩，因此，它希望電動機具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的性能。</p><p>　　那么對于三相異步電動機來說，由于</p><p>　　所以三相異步電動機的調(diào)速方法可以分為兩大類：一類是通過改變同步轉(zhuǎn)速n0來改變轉(zhuǎn)速n，具體方法有變極調(diào)速（改變p）和變頻調(diào)速（改變f1）；另一類是通過改變轉(zhuǎn)差率s來實現(xiàn)調(diào)速，這就需要讓電動機從固有

43、特性上運行改為人為特性上運行，具體方法有變壓調(diào)速（改變U1），轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速（改變R2），等等。</p><p>　　3.1.4變頻調(diào)速的主要性能</p><p>　　（1）.調(diào)速方向即可往上調(diào)，也可往下調(diào)；</p><p>　?。?）.平滑性好，可實現(xiàn)無級調(diào)速；</p><p>　?。?）.調(diào)速的穩(wěn)定性好，機械特性的工作段基本平行，硬度

44、大，靜差率??；</p><p>　?。?）.調(diào)速范圍廣；</p><p>　　（5）.調(diào)速的經(jīng)濟性方面，初期投資達，需要專用的變頻裝置。但運行費用不大；</p><p>　?。?）.調(diào)速時的允許負載分析如下：</p><p>　　①f1<fN時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。</p><p>　　由于f1<fN是，U1/f1

45、=常數(shù)，Φm基本不變，因此各種轉(zhuǎn)速下的滿載轉(zhuǎn)矩T=CTΦmI2Ncosφ2基本不變。</p><p>　　②f1<fN時為恒功率調(diào)速。</p><p>　　由于f1>fN時，U1=常數(shù)，根據(jù)，Φm與f1（既是n）成反比，因此在各種轉(zhuǎn)速下的滿載轉(zhuǎn)矩T=CTΦmI2Ncosφ2基本上與轉(zhuǎn)速n成反比，兩者的乘積基本不變，允許的輸出功率基本不變。</p><p>

46、;　　3.2 離心風機調(diào)控方式的分析、選擇</p><p>　　離心風機是目前應(yīng)用最廣泛的風機，是風機節(jié)能的主要對象。從調(diào)查中了解到，目前風機運行中存在的主要問題是能源浪費嚴重。根據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計，風機與泵的用電量占全國用電總量的40％左右。造成風機能耗大的主要原因是由于運行中的風機大量采用檔板、閥門等調(diào)節(jié)方式。這種方式雖簡便易行，但在調(diào)節(jié)過程中將產(chǎn)生大量的能量損耗。因此，生產(chǎn)工程中若需經(jīng)常調(diào)節(jié)風量的鼓風機，應(yīng)

47、選擇合適的調(diào)節(jié)方式，以降低能耗。</p><p>　?。?）離心風機的工作原理及特性 ：單級高速離心風機的工作原理是，原動機通過軸驅(qū)動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，氣流由進口軸向進入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪后變成徑向流動被加速，然后進入擴壓腔，改變流動方向而減速，這種減速作用將高速旋轉(zhuǎn)的氣流中具有的動能轉(zhuǎn)化為壓能（勢能），使風機出口保持穩(wěn)定壓力。 </p><p>　　從理論上講，離心鼓風機的壓力-流量特性曲線是一

48、條直線，但由于風機內(nèi)部存在摩擦阻力等損失，實際的壓力與流量特性曲線隨流量的增大而平緩下降，對應(yīng)的離心風機的功率-流量曲線隨流量的增大而上升。當風機以恒速運行時，風機的工況點將沿壓力-流量特性曲線移動。風機運行時的工況點，不僅取決于本身的性能，而且取決于系統(tǒng)的特性，當管網(wǎng)阻力增大時，管路性能曲線將變陡。</p><p>　　風機調(diào)節(jié)的基本原理就是通過改變風機本身的性能曲線或外部管網(wǎng)特性曲線，以得到所需工況。 <

49、;/p><p>　?。?）變頻調(diào)控原理與特性 :隨著科技的不斷發(fā)展，交流電機調(diào)速技術(shù)被廣泛采用。通過新一代全控型電子元件，用變頻器改變交流電機的轉(zhuǎn)速方式來進行風機流量的控制，可以大幅度減少以往機械方式調(diào)控流量造成的能量損耗。 </p><p>　　圖3－1 變頻調(diào)節(jié)時風機的性能曲線</p><p>　　變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能原理：如圖3－1中曲線1和2表示調(diào)速時的壓力-流量曲線

50、，曲線3和4表示節(jié)流調(diào)節(jié)時管路阻力特性曲線，曲線5表示恒速時功率-流量曲線，設(shè)A點為風機最大工況點。當風量需從Q1減少到Q2時，如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)法，工況點由A到B，風壓增加到H2，由圖中可看出軸功率P2下降，但減少的不太多。如果采用變頻調(diào)節(jié)方式，風機工況點由A到C，可見在滿足同樣風量Q2 情況下，風壓H3將大幅度下降，功率P3隨著顯著減少。節(jié)省的功率損耗△P＝△HQ2與圖中面積BH2H3C成正比。 </p><p&g

51、t;　　由以上分析可知，變頻調(diào)節(jié)是一種高效的調(diào)節(jié)方式。鼓風機采用變頻調(diào)節(jié)，不會產(chǎn)生附加壓力損失，節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)風量范圍0％～100％，適合調(diào)節(jié)范圍寬，且經(jīng)常處于低負荷下運行的場合。但是，當風機轉(zhuǎn)速下降，風量減小時，風壓將發(fā)生很大變化，由風機比例定律： </p><p>　　Q1/Q2＝(n1/n2)，　H1/H2＝(n1/n2)2，　P1/P2＝(n1/n2)3 </p><p>　　

52、可知，當其轉(zhuǎn)速降低到原額定轉(zhuǎn)速的一半時，對應(yīng)工況點的流量、壓力、軸功率各下降到原來的1/2、1/4、1/8，這就是變頻調(diào)節(jié)方式可以大幅度節(jié)電的原因。 根據(jù)變頻調(diào)節(jié)這一特性，選擇變頻器控制鼓風機的的轉(zhuǎn)速是最佳的選擇。 </p><p>　　(3)　不同調(diào)控方式的比較 </p><p>　　圖3－2 不同調(diào)節(jié)方式下功率消耗比較</p><p>　　圖3－2給出了不同調(diào)控

53、方式時風量和軸功率的關(guān)系。其中可以看出變頻調(diào)節(jié)的離心鼓風機調(diào)節(jié)范圍很廣，在節(jié)能上有顯著效果，通過對變頻調(diào)節(jié)方式的原理與特點的分析，鼓風機調(diào)控方式的選擇，從節(jié)能方面和對風量、風壓要求前提下，從流量變化范圍、風機功率大小、調(diào)節(jié)裝置的技術(shù)復雜程度、可靠性及投資等方面綜合考慮，進行技術(shù)經(jīng)濟分析，作出合理的選擇。在此系統(tǒng)中我們還考慮到噪聲低，價格低的因數(shù)，所以購買了低噪聲離心鼓風機。 </p><p>　　3.3變頻器的分

54、析和選擇</p><p>　　3.3.1 變頻器驅(qū)動負載特性的分析</p><p>　　變頻器的正確選擇對于控制系統(tǒng)的正常運行是非常關(guān)鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅(qū)動的負載特性。人們在實踐中常將生產(chǎn)機械分為三種類型: 恒轉(zhuǎn)矩負載、恒功率負載和風機、水泵負載。</p><p><b>　　（1） 恒轉(zhuǎn)矩負載</b></p>

55、<p>　　負載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負載。變頻器拖動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負載時，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩(wěn)速運行，應(yīng)該考慮標準異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。</p><p><b>　　（2） 恒功率負載</b></p

56、><p>　　機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時，受機械強度的限制，TL 不可能無限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。負載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調(diào)速時，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于

57、恒功率調(diào)速。如果電動機的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時，即所謂“匹配”的情況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。</p><p>　　（3）風機、泵類負載</p><p>　　在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的2 次方減小。這種負載所需的功率與速度的3 次方成

58、正比。當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于高速時所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風機、泵類負載超工頻運行。</p><p>　　3.3.2 變頻器容量的計算</p><p>　　變頻器的容量一般用額定輸出電流（A）、額定容量（kVA）、適用電動機功率（KW）表示。其中，額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大

59、交流電流有效值。輸出容量指是額定輸出電流和額定輸出電壓乘積的三項視在輸出功率適用電動機功率是以2、4極的標準電動機為對象，表示在額定輸出電流內(nèi)可以驅(qū)動的電動機功率。應(yīng)注意：6極以上的電動機和變極電動機等特殊電動機的額定電流比標準電流大，不能根據(jù)適用電機功率選擇變頻器容量。因此，用標準2、4極電動機拖動的連續(xù)恒轉(zhuǎn)矩負載，變頻器的容量可根據(jù)適用電動機的功率選擇；對于用6極以上和變極電動機拖動的負載、變動負載、斷續(xù)負載和短路負載，變頻器的容量

60、應(yīng)按運行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。</p><p>　　跟據(jù)電動機電流選擇變頻器的容量：采用變頻器驅(qū)動三相異步電動機調(diào)速時，在異步電動機確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機實際運行中可能出現(xiàn)的最大電流來選擇。</p><p>　?。?）連續(xù)運行場合：</p><p>　　由于變頻器給電動機的是脈動電流，其脈動值比工頻供電時

61、的電流要大。因此需將變頻器的容量留有適當?shù)脑Ａ?。一半令變頻器的額定電流≥（1.05—1.1）倍的電動機額定電流（銘牌值）或電動機實際運行的最大電流。</p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　或 </b></p><p>　　試中，I1NV ：表示變頻器的額定輸出電流（A）；</p&g

62、t;<p>　　IN ：電動機的額定電流（A）；</p><p>　　Imax ：電動機的實際最大電流（A）。</p><p>　　如按電動機的實際運行中的最大電流來選定變頻器時，變頻器的容量可以適當減少。</p><p>　?。?）加減速時變頻器的選擇：</p><p>　　變頻器的最大輸出轉(zhuǎn)矩是由變頻器的最大輸出電流決定的。

63、一般情況下，對于短時間的加減速而言，變頻器允許達到額定輸出電流的130%~150%（依變頻器容量而定）。因此，在短時間加減速時輸出轉(zhuǎn)矩也可能增大。反之，如只需要較小的加減速轉(zhuǎn)矩時，也可以降低選擇變頻器的容量。由于電流的脈動原因，此時應(yīng)將變頻器的最大輸出電流降低10%以后在進行選擇。</p><p>　?。?）頻繁加減速運轉(zhuǎn)時變頻器容量的選定 ：</p><p>　　根據(jù)加速、恒速、減速等各

64、種運行狀態(tài)下的電流值，按下式確定， </p><p>　　式中：I1NV：變頻器額定輸出電流(A) </p><p>　　I1、I2、…IN：各運行狀態(tài)平均電流(A) </p><p>　　t1、t2、…tN：各運行狀態(tài)下的時間 (S)</p><p>　　K0：安全系數(shù)(運行頻繁時取1.2，其它條件下為1.1) </p>&l

65、t;p>　?。?）一臺變頻器傳動多臺電動機，且多臺電動機并聯(lián)運行，即成組傳動。 </p><p>　　用一臺變頻器使多臺電機并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，對于一小部分電機開始起動后，再追加投入其他電機起動的場合，此時變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電機將產(chǎn)生大的起動電流，因此，變頻器容量與同時起動時相比需要大些。 </p><p>　　3.3.3 變頻器選擇注意事項</p><

66、;p>　　用戶可以根據(jù)自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時因注意以下幾點注意事項：</p><p>　?。?）選擇變頻器時應(yīng)以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會使電動機的功率因數(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電動機供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動機的電流會增加10％而溫升會增加20％左右。所以在選擇電動

67、機和變頻器時，應(yīng)考慮到這種情況，適當留有余量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。</p><p>　?。?）變頻器若要長電纜運行時，此時應(yīng)該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一、兩檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。</p><p>

68、　?。?）使用變頻器控制高速電機時，由于高速電動機的電抗小，會產(chǎn)生較多的高次諧波。而這些高次諧波會使變頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動機的變頻器時，應(yīng)比普通電動機的變頻器稍大一些。</p><p>　?。?）使用變頻器驅(qū)動齒輪減速電動機時，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值

69、。</p><p>　　（5）變頻器驅(qū)動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機時，大多是利用已有的電動機。繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比，繞線電動機繞組的阻抗小。因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動機多用于飛輪力矩GD2較大的場合，在設(shè)定加減速時間時應(yīng)多注意。</p><p>　　（6）變頻器驅(qū)動同步電動機時，與工頻電源相比，會降低輸出容量10％～

70、20％，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動機額定電流與同步牽入電流的標幺值的乘積。</p><p>　?。?）對于壓縮機、振動機等轉(zhuǎn)矩波動大的負載和油壓泵等有峰值負載情況下，如果按照電動機的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護動作現(xiàn)象。因此，應(yīng)了解工頻運行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。</p><p>　　選擇變頻器時，一定要注意其防護等級是

71、否與現(xiàn)場的情況相匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運行。變頻器是本系統(tǒng)控制核心硬件，也是執(zhí)行機構(gòu)，通過頻率的改變實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而改變供氣量。變頻器的選擇必須根據(jù)鼓風機電機的功率和電流進行選擇。根據(jù)控制功能不同，通用變頻器可分為三種類型：普通功能型U/f控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。鼓風機組系統(tǒng)屬風機、泵類負載，低速運行時的轉(zhuǎn)矩小，可選用價格相對便宜的U/f控制變頻器

72、。</p><p>　　由于購買一臺變頻器比較昂貴，學校又有兩種型號的變頻器可以借，其中有三菱變頻器和亞泰變頻器，都可以用與本系統(tǒng)。我們首選較為熟悉的三菱變頻器，他是我們上課所學的一門學科之一，所以怎么運用都叫熟知，不用花太多時間去學習它。它是用于三相交流電動機調(diào)速的系列產(chǎn)品，由微處理器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性和很強的功能。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有多種完善的變頻器和

73、電動機保護功能，有內(nèi)置的RS-485/232C接口和用于簡單過程控制的PI閉環(huán)控制器，可以根據(jù)用戶的特殊需要對I/O端子進行功能自定義?？焖匐娏飨拗茖崿F(xiàn)了無跳閘運行，磁通電流控制改善了動態(tài)響應(yīng)特性，低頻時也可以輸出大力矩。所以我們采用三菱變頻器FR-E740，其輸出功率為0.4~7.5KW，完全適用</p><p>　　4 三菱變頻器FR-E700的簡要介紹</p><p>　　4.1 三

74、菱變頻器FR-E740簡介</p><p>　　本課題采用的變頻器是FR-E700系列的變頻器，F(xiàn)R-E700系列變頻器是具有變頻調(diào)速器和經(jīng)濟型高性能的變頻器 ，其功率范圍：0.1～15KW ，本系統(tǒng)用的變頻器是FR-E740-1.5K-CHT，其外觀圖如下圖4-1所示，F(xiàn)R-E700系列具有如下特點：</p><p>　?。?） 先進磁通矢量控制，0.5Hz時200%轉(zhuǎn)矩輸出

75、</p><p>　?。?）擴充PID，柔性PWM </p><p>　?。?） 內(nèi)置Modbus-RTU協(xié)議 </p><p>　?。?）停止精度提高 </p><p>　?。?）加選件卡FR-A7NC，可以支持CC-Link通訊</p><p>　?。?）加選件卡FR-A7NL，可以支持LONWORKS通訊<

76、/p><p>　　（7）加選件卡FR-A7ND，可以支持Deveice Net通訊</p><p>　　（8）加選件卡FR-A7NP，可以支持Profibus-DP通訊</p><p>　　圖4-1 變頻器FR-E700實物圖</p><p>　　4.2 三菱變頻器FR-E740常規(guī)介紹</p><p>　　4.2.1 主

77、電路接線端</p><p>　　4.2.2 控制電路接線端及端子功能介紹</p><p>　　（1）控制電路接線端及其變頻器上對應(yīng)的端子排</p><p>　?。?）標準輸入信號控制電路端子的功能</p><p>　　（3）輸出信號和通訊部分的端子功能</p><p>　　部分的端子可以通過Pr.178～Pr.184、

78、Pr.190～Pr.192 （輸入輸出端子功能選擇）選擇端子功能。請正確設(shè)定Pr.267 和電壓／電流輸入切換開關(guān)，輸入與設(shè)定相符的模擬信號。若將電壓／電流輸入切換開關(guān)設(shè)為“I”（電流輸入規(guī)格）進行電壓輸入，若將開關(guān)設(shè)為“V”（電壓輸入規(guī)格）進行電流輸入，可能導致變頻器或外部設(shè)備的模擬電路發(fā)生故障。</p><p>　　4.2.3 操作面板及其功能介紹</p><p>　　（1）變頻器的面

79、板及功能介紹:變頻器所有參數(shù)設(shè)置都是在操作面板上進行,下圖就是操作面板的各部分的名稱及功能介紹。</p><p>　?。?）變頻器變更參數(shù)的設(shè)定值：以變更Pr.1上限頻率為例，看如下操作。具體的參數(shù)變更值請參考說明書。</p><p>　　5 溫度信號處理模塊的介紹</p><p>　　5.1 溫度采集轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計</p><p>　　由于

80、本設(shè)計課題是恒溫控制，涉及到溫度測試電路，為了與我們課程設(shè)計相結(jié)合，把我們所做的課程設(shè)計應(yīng)用到實際中來，所以我們采用了大一時課程設(shè)計的電路，鉑電阻測溫電路，并且從控制范圍、精度和測試范圍上考慮都可以達到要求，而且還有現(xiàn)成的電路板可以使用，所以從各方面考慮都是最佳的選擇。溫度信號采集電路模塊如圖下圖5－1所示。電路中鉑電阻用Rt(PT1000)，是作為溫度信號輸入的，也就是所說的溫度傳感器，其測溫范圍可以達到0～500℃，本電路的輸出電壓

81、范圍0.000V～5.000V，溫度與電壓變化的關(guān)系是10mV/℃，根據(jù)溫度的變化，輸出端Vo發(fā)生相應(yīng)的正比例變化。</p><p>　　圖5－1 溫度采集轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　圖5-1電路共由五部分組成，第一部分是由2V穩(wěn)壓管和可調(diào)電位器構(gòu)成的恒流源，為此電路提供1V的恒定輸入電壓，從LM324的U1A的反相輸入端輸入，經(jīng)過放大電路組成的跟隨器后，電壓變成-1V的電壓。</

82、p><p>　　第二部分是由鉑電阻Rt與電阻R1經(jīng)過運放LM324的U1B構(gòu)成的線性放大電路，本電路的關(guān)鍵電路就在這里。由于鉑電阻的阻值和溫度之間存在非線性關(guān)系(尤其在高溫段更為明顯) ，因此，對檢測數(shù)據(jù)進行非線性校正是高精度測溫不可缺少的環(huán)節(jié)。鉑電阻的非線性特征是一條不規(guī)則的非線性曲線。鉑電阻阻值與溫度之間的關(guān)系是： （1）在0～630.74℃范圍內(nèi)可用下式表示</p>&

83、lt;p>　　RT=R0(1+A*T+B*T^2)</p><p>　　（2）在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)為</p><p>　　RT=R0[(1+A*T+B*T^2+C*(T-100℃)T^3)]</p><p>　　式中：R0和RT分別為在0℃和溫度T時鉑電阻的電阻值，A、B、C為溫度系數(shù)，有實驗確定， R0=100Ω,A=3.90802e-3℃^-1，B

84、=-5.80195e-7^-2,C=-4.27350e-12℃^-4。鉑電阻廣泛應(yīng)用于-200～850℃范圍內(nèi)的溫度測量，工業(yè)中通常在600℃以下。</p><p>　　由于鉑電阻的阻值和溫度之間存在非線性關(guān)系，所以需要非線性校正電路，運放U1C與R2、R3、R4、VR2共同構(gòu)成非線性校正電路，經(jīng)過校正后可以使放大電路的輸出電壓與溫度的變化呈線性。</p><p>　　當溫度為0℃，輸出電

85、壓不為0時，則需要設(shè)置調(diào)零電路，所以第四部分調(diào)零電路，調(diào)零電路的原理是，當溫度為零時，鉑電阻的阻值為零，即放大器的放大增益為-1V，所以，放大器的輸出電壓為+1V，只要調(diào)節(jié)VR2使VR2的阻值加R6的阻值為10K，此時加法器前面的電壓+1和-1相互抵消，所以輸出電壓為零。</p><p>　　第四部分是加法器，是對兩個信號進行求和比較，此電路中是將經(jīng)鉑電阻反向放大電路放大后的電壓，與放大前的標準電壓進行求和比較，

86、再把比較的差值線性放大，來反映溫度的變化，即U0的輸出電壓多少就是反應(yīng)溫度的變化大小。</p><p>　　電路的調(diào)節(jié)：本電路的調(diào)節(jié)，首先是調(diào)節(jié)電位器VR4使運放2腳的輸入電壓為+1V，然后用一個電橋進行其他電位器，把電橋調(diào)到1K，然后將兩端接到原本接鉑電阻的兩個端子上，然后調(diào)節(jié)VR1是輸出電壓為零為止，再調(diào)節(jié)電橋，讓其電阻為500℃時的電阻2.809K，調(diào)節(jié)VR2、VR3使輸出電壓為5V。調(diào)節(jié)好后方可裝上鉑電阻

87、溫度傳感器。</p><p>　　5.2 電壓電流轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　PID電路中需要4~20mA的電流輸入，溫度采集電路得到的電壓經(jīng)過電壓電流轉(zhuǎn)換電路把得到的0.2~1V的電壓轉(zhuǎn)換成4~20mA，這里采用有2個運算放大器構(gòu)成的電壓電流轉(zhuǎn)換，如下圖5－2所示，輸出電流極性與輸入電壓極性相同，其輸出電流由下式?jīng)Q定：</p><p>　　設(shè)計思路，根據(jù)常溫下溫

88、度為20℃左右，檢測出加熱箱的加熱溫度最高為近100℃，所有集合上節(jié)所說的鉑電阻測溫電路，可以設(shè)計成溫度在20~100℃變化，即電路的輸出電壓為0.2~1V，由上式可以算出輸入電壓0.2~1V時，輸出4~20mA的各電阻值，如下圖5－2所示也標出其阻值。</p><p>　　圖5－2 電壓電流轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　5.3 溫度顯示電路</p><p>　　5

89、.3.1 數(shù)字電壓表電路原理</p><p>　　溫度顯示電路采用的是數(shù)字電壓表電路原理，主要由芯片ICL7107和共陽極半導體數(shù)碼管LED組成。ICL7107 是雙積型的A/D 轉(zhuǎn)換器，還集成了A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬部分電路，如緩沖器、積分器、電壓比較器、正負電壓參考源和模擬開關(guān)，以及數(shù)字電路部分如振蕩源、計數(shù)器、鎖存器、譯碼器、驅(qū)動器和控制邏輯電路等，使用時只需外接少量的電阻、電容元件和顯示器件，就可以完成模擬

90、到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，從而滿足設(shè)計要求。顯示穩(wěn)定可讀和測量反應(yīng)速度快， ICL7107 的一個周期為用4000 個計數(shù)脈沖時間作為A/D 轉(zhuǎn)換的一個周期時間，每個周期分成自動穩(wěn)零（AZ）、信號積分（INT）和反積分（DE）3 個階段。內(nèi)部邏輯控制電路不斷地重復產(chǎn)生AZ、INT、DE 3 個階段的控制信號，適時地指揮計數(shù)器、鎖存器、譯碼器等協(xié)調(diào)工作，使輸出對應(yīng)于輸入信號的數(shù)值。而輸入模擬量的數(shù)值在其內(nèi)部數(shù)值上等于計數(shù)數(shù)值T，即：VIN 的數(shù)值=

91、T 的數(shù)值或Vin=Vref(T/1000) 式中：1000 為積分時間（1000 個脈沖周期）；T 為反積分時間（滿度時為2000）。ICL7107的數(shù)字電路顯示如圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 ICL7107的數(shù)字電路顯示如圖</p><p>　　5.3.2 ICL7107管腳排列</p><p>　　管腳1和26是ICL7107的正、負極。COM

92、為模擬信號的公共端，簡稱模擬地，使用時應(yīng)與IN－、UREF－端短接。TEST是測試端，該端經(jīng)內(nèi)部500Ω電阻接數(shù)字電路的公共端（GND），因二者呈等電位，故亦稱做數(shù)字地。該端有兩個功能：①作測試指示，將它接U＋時LCD顯示全部筆段1888、可檢查顯示器有無筆段殘缺現(xiàn)象；②作為數(shù)字地供外部驅(qū)動器使用，來構(gòu)成小數(shù)點及標志符的顯示電路。a1～g1、a2～g2、a3～g3、bc4分別為個位、十位、百位、千位的筆段驅(qū)動端，接至LCD的相應(yīng)筆段電極

93、。千位b、c段在LCD內(nèi)部連通。當計數(shù)值N＞1999時顯示器溢出，僅千位顯示“1”，其余位消隱，以此表示儀表超量程（過載溢出）。POL為負極性指示的驅(qū)動端。BP為LCD背面公共電極的驅(qū)動端，簡稱“背電極”。OSC1～OSC3為時鐘振蕩器引出端，外接阻容元件可構(gòu)成兩級反相式阻容振蕩器。UREF＋、UREF－分別為基準電壓的正、負端，利用片內(nèi)U＋－COM之間的＋2.8V基準電壓源進行分壓后，可提供所需UREF值，亦可選外基準。CREF＋、C

94、REF－是外接基準電容端。IN＋、IN－為模擬電壓的正、負輸入端。CAZ端</p><p>　　圖5－4 芯片ICL7107實物圖</p><p>　　6 PID功能簡介及系統(tǒng)的設(shè)置與調(diào)試</p><p>　　6.1 PID控制器的組成及作用</p><p>　　當今的自動控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比

95、較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。這個理論和應(yīng)用自動控制的關(guān)鍵是，做出正確的測量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器，PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成，其中：</p>

96、;<p>　　比例（P）調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。</p><p>　　積分（I）調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù)Ti，Ti越

97、小，積分作用就越強。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。</p><p>　　微分（D）調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。

98、微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。</p><p>　　使用中只需設(shè)定三個參數(shù)（Kp，Ki和Kd）即可，在很多情況下，并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元，但比例控制單元是必不可少的。 </p><p&g

99、t;　　6.2 PID基本構(gòu)成及功能概述</p><p>　　（1）PID控制基本構(gòu)成如圖6-1所示。</p><p>　　圖6-1 PID控制基本構(gòu)成</p><p>　　(2) PID動作概要</p><p>　?、貾I動作：由于PI動作由比例動作（P）和積分動作（I）組合而成，因此可以得到符合偏差大小及時間變化的操作量。測量值階跌變化時

100、的動作示例如圖6-2所示。</p><p>　　圖6-2 測量值階跌變化時的動作示例圖</p><p>　?、赑D動作：由于PD動作是由比例動作（P）和微分動作（D）組合而成，因此會以與偏差的速度相符的操作量進行動作，以改善過渡特性。測量值按比例變化時的動作示例如下圖6-3所示。</p><p>　　圖6-3 測量值按比例變化時的動作示例</p>&l

101、t;p>　?、跴ID動作：由于PID動作是由PI動作和PD動作組合而成，即就是P和I及D動作的合成動作，因而可以實現(xiàn)集各項動作之長的控制。PID動作合成示意圖如圖6-4所示。</p><p>　　圖6-4 PID動作合成示意圖 </p><p>　?、茇撟饔茫寒斊頧＝ （目標值－測量值）為正時，增加操作量（輸出頻率），如果偏差為負，則減小操作量?？照{(diào)里制暖時的反饋信號與目標信號負作

102、用原理如圖6-5所示。</p><p>　　圖6-5 空調(diào)制暖時的反饋信號與目標信號負作用原理</p><p>　?、菡饔茫寒斊頧＝ （目標值－測量值）為負時，增加操作量（輸出頻率），如果偏差為正，則減小操作量?？照{(diào)里制冷時的反饋信號與目標信號正作用原理如圖5-6（a）所示，偏差與操作量（輸出頻率）之間的關(guān)系如圖6-6（b）所示。</p><p>　　圖6-6（

103、a）空調(diào)制冷時的反饋信號與目標信號正作用原理</p><p>　　圖6-6（b）偏差與操作量之間的關(guān)系</p><p>　　6.3 本系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù)設(shè)置介紹</p><p>　　在PID控制中，參數(shù)設(shè)置是最重要的一步，如果參數(shù)設(shè)置不對，PID控制是控制不起來的，這些參數(shù)有常規(guī)的參數(shù)和PID專用的功能參數(shù)，兩部分參數(shù)需綜合設(shè)置才能實現(xiàn)此PID的功能。常規(guī)參數(shù)一般有電機

104、的正常運行保護參數(shù)以及變頻器控制端子的功能分配，如上限頻率，它的設(shè)置主要是為了限制電動機速度，使電動機在正常運行速度下運行。PID專用參數(shù)是為PID功能控制進行設(shè)置的參數(shù)，只有設(shè)置好參數(shù)，PID運算功能才能實現(xiàn)，才能進行PID閉環(huán)控制。表6-1列出了本次設(shè)計的相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，以及設(shè)置此參數(shù)的理由，這是此次實習所總結(jié)出來的，與理論是否完全符合沒有深思。除此以外的其他參數(shù)都直接選用變頻器的默認值。</p><p>　

105、　表6-1 PID恒溫控制的參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　6.4 系統(tǒng)的調(diào)試</b></p><p>　　本次設(shè)計的實物圖如圖6-7所示，首先合上右上角左邊的小型斷路器，給變頻器通380V交流電源，然后按上節(jié)所說的參數(shù)進行設(shè)計，設(shè)置好參數(shù)后，在合上右上角右邊的小型斷路器，給控制電路提供電源。按下啟動按鈕，同時給線路板和熱電爐上點，當線路板顯示溫度上升到50℃左

106、右時，按下變頻器面板上的RUN按鈕，然后再調(diào)節(jié)電位器，設(shè)置好目標頻率，再把開關(guān)合上，以啟動PID自動控制系統(tǒng)，PID啟動完成。</p><p>　　啟動完成后，進入自動監(jiān)視控制，只需要目測顯示部分，能夠在某個溫度上下波動就實現(xiàn)了恒溫控制，然后在調(diào)節(jié)一下電位器，使目標值改變，再重新達到另一個恒定溫度，這樣重復幾次后，調(diào)試就算完成了。</p><p>　　停止過程沒有特別要求，但最好是首先斷開

107、PID啟動開關(guān)，然后按下停止按鈕，斷開電子線路和熱電爐的電源，待箱內(nèi)溫度下降到常溫后，再按下變頻器的停止按鈕PU/EXT，最后斷開兩個小型斷路器，拔掉電源插頭。</p><p>　　圖6-7 PID恒溫控制系統(tǒng)實物圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　經(jīng)過兩個月的畢業(yè)設(shè)計，基本上完成了PID恒溫控制的課題，本課題

108、完全實現(xiàn)了溫度顯示和恒溫控制，經(jīng)過檢驗，控制顯示的溫度，與實際的溫度差在5度范圍內(nèi)變化不定，雖說誤差比較大，但能夠控制到這個水平已經(jīng)是不錯了。這次設(shè)計的不足之處在于不能實現(xiàn)任意溫度的控溫，由于當初我們的設(shè)計思路是鼓風機鼓熱風，同時熱風的溫度會隨風量的增加而加大，但在購買材料時，發(fā)現(xiàn)熱風機太過昂貴，老師要我們這個課題購買材料不能超過400元。了解了一下，就是買一個三相異步電動控制的熱風機就要超過400元，而且是他自己改裝的成的。后來沒有辦