变频器双泵课设.docx

目录1变频器恒压供水系统简介 11.1恒压供水控制系统构成 11.2变频恒压供水系统理论分析 21.2.1变频恒压供水系统节能原理 21.2.2变频恒压控制理论模型 31.3变频器恒压供水产生的背景和意义 42变频恒压供水系统设计 52.1设计任务及要求 52.2系统主电路设计 52.3 系统工作过程 82.3.1、 减泵过程 82.3.2、 加泵过程 83器件的选型及介绍 93.1 可编程控制器(PLC) 93.1.2 PLC的工作原理 103.1.3 PLC及压力传感器的选择 103.2变频器简介 113.2.1变频器的基本结构与分类 113.2.2 变频器的控制方式 113.3变频器选型 123.3.1变频器的控制方式 123.3.2 变频器容量的选择 133.3.3变频器主电路外围设备选择 154 PLC 编程 174.1 PLC的I/O接线图 174.2 PLC 程序 185变频器参数的设置 215.1 参数复位 215.2 电机参数设置 21总结 22参考文献 231变频器恒压供水系统简介1.1恒压供水控制系统构成变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。

通 常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵连成一体，通过变频器 调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的因此，供水 系统变频的实质是异步电动机的变频调速异步电动机的变频调速是通过改变定 子供电频率来改变同步转速而实现调速的给定值图1.1恒压供水系统方框图水压由压力传感器的信号4-20mA送入变频器内部的PID模块，与用户设定的 压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号，以调 整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速由于变频器内部自带的PID调 节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定同时，为了保证水压 反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信 号进行换算，使系统的调试更为简单、方便西门子系列PLC编程采用STEP7软件，它是西门子PLC的视窗软件支持工具， 提供完整的编程环境，可进行离线编程和连接和调试，并能实现梯形图与语 句表的相互转换系统程序包括主程序和起动子程序，主程序包括参与调节程序 和电机切换程序；电机切换程序又包括加电机程序和减电机程序起动子程序实 际上是清零子程序在主程序中，设置两个变频器频率上下限到达滤波时间继电 器，用于稳定系统。

1.2变频恒压供水系统理论分析1.2.1变频恒压供水系统节能原理供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f(Q),如图1-1所示图1.2供水系统的基本特征由图可以看出，流量Q越大，扬程H越小由于在阀门开度和水泵转速都 不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映 的是扬程H与用水流量Q(u)间的关系而管阻特性是以水泵的转速不变为前提, 表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系H J (Qu )管阻特性反 映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化 规律由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大由于阀门开 度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力因此， 管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系H f (Qc )扬程特性曲线 和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图中A点在这一点，用户 的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程 特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行图1.2供水系统的基本特征。

变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成通 常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器 调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的因此，供水 系统变频的实质是异步电动机的变频调速异步电动机的变频调速是通过改变定 子供电频率来改变同步转速而实现调速的1.2.2变频恒压控制理论模型变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管 网的实际供水压力跟随设定的供水压力设定的供水压力可以是一个常数，也可 以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数所以，在某个特定时段内， 恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上 从图1.3中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压 力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出 频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量 和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率该频率 使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复， 直到实际供水压力和设定压力相等为止。

如果运行过程中实际供水压力高于设定 压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水 压力因此而减小同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等图1.3变频恒压控制原理图1.3变频器恒压供水产生的背景和意义泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需要大量消耗能量，提 高泵站效率；降低能耗，对国民经济有重大意义我过泵站的特点是数量大、范 围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动 能经济观点以及机电产品类型和质量上存在的一些问题等原因，至使在技术水 平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距 目前，大量的动能消耗在水泵、风机负载上，城乡居民用水设备所消耗的电量在 这类负载中占了相当大的比例因此，研究提水系统的能量模型，找出能够节能 的控制策略方法是目前较为重要的一件事以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、 组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统集变频 技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术与一体采用该系统 进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便的实现供水系统的集中管理 与监控；同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研 究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重 要的现实意义。

2变频恒压供水系统设计2.1设计任务及要求本系统是以一个供水系统作为被控对象,PLC与变频器协调控制电机的转速 与启动和停止系统控制要求：(1) 工艺参数：供水系统由3台水泵组成：母管压力H>0.8时，一台定速，一台变速，一台备用 母管压力H<0.64时，一台定速或变速，二台备用母管压力H<0.52时，一台变速，二台备用2) 电动机参数：型号：JD-L-39-4功率：75KW额定频率：50Hz额定电压：380VAC；额定转速：1470 r/min 额定电流：126.6 A(3) 水泵电机的起动/停止、正转、调速控制4) 变频器采用远方控制方式5) 通过母管压力变送器测得实际压力大小，同时和压力给定组成闭环控制6) 变频器的运行状态指示(如运行、停止、过流、低压等)7) 变频器的报警处理2.2系统主电路设计供水系统主电路设计如图3.4所示，采用了一台变频器同时连接两台电动机， 所以必须确保开关KM1和KM2电气互锁，互锁功能由软件和硬件实现在变频水 泵出现问题或紧急情况下，可以起用备用水泵三台电机分别为Ml、M2、M3,它们分别带动水泵1#、2#和备用泵接触器KM3、 KM4、KM5分别控制Ml、M2、M3的工频运行；接触器KM1、KM2分别控制Ml、M2的变 频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QF1、QF2、 QF3分别为变频器和三台水泵电机主电路的空气低压断路器；FU为主电路的熔断 器，用作短路保护。

三相电源经低压熔断器、自动空气低压断路器接至变频器的L、L、L端，1 2 3变频器的输出端U、V、W通过接触器的触点接至电机当电机由变频切至工频运 行时，应先将变频器停车，再将变频器输出端的接触器断开，避免变频器输出端 接断路，再接通工频运行的接触器主电路中的低压熔断器除接通电源外，同时 实现短路保护，每台电动机的过载保护由相应的热继电器FR实现变频和工频 两个回路不允许同时接通，所以KM1和KM3、KM2和KM4相互之间必须设计可靠 的互锁开关KM6控制变频器的启停，由PLC给出启动或停止信号，变频器启停压力变送器将测得的管网压力转化为电信号输入给变频器的模拟输入端作 为模拟输入初始运行时，必须观察电动机的转向，使之符合要求如果转向相反，则可 以改变电源的相序来获得正确的转向系统启动、运行和停止的操作不能直接断 开主电路（如直接使熔断器或隔离开关断开），而必须通过变频器实现软启动和软 停FULLL2L3”Q州 送器QF1—KM6<^KM3匚2 5 91011 匸血VVVFKM5QF201922252124 UVWFRFR3KM1KM2接接接接接魯PLCLELCPLCPLC ——1MI032M I04 1(7 —MM主电路图图2.12.3系统工作过程2.3.1、 减泵过程当用水量减少、水压上升、变频器输出频率低于下限值时，但管网压力仍偏 高时，则各泵将依次退出运行，依次退出运行的方式有两种。

1) 先开先停方式PLC接收到下限频率到达信号，延时一定时间后,接触器1KM2 失电复位，水泵M1脱离工频电源停止运行变频器输出频率仍然低于下限值， 重复上述过程，水泵M2脱离工频电源停止运行，变频器驱动水泵M3恒压供水， 水压稳定在设定值上这种方式称为循环方式，通常用于各台水泵的容量都相等 的供水系统中其优点是可以自动的使各泵运行的时间比较均衡；缺点是工频运 行状态直接停机时，可能由于停机太快而使管网压力发生较大波动2) 先开后停方式首先使正在变频运行的M3减速停机，然后使变频器的输出频 率升至50Hz，将M2切换为变频工作，依此类推这种方式通常用于各台水泵的 容量不相等的供水系统中，其优点是水泵的停机比较缓慢，管网压力比较稳定； 缺点是不能自动地循环变换2.3.2、 加泵过程首先由M1在变频控制的情况下工作当用水量增大、水压下降，变频器输出频率上升到50Hz时水压仍然不足， 经过短暂的延时，将M1切换为工频工作，同时变频器的输出频率迅速降低为0, 然后使M2投入变频运行当M2也达到额定频率而水压仍不足时，重复开始运 行时的过程，水泵M2脱离变频器驱动，由工频供电全速运行，变频器驱动水泵 M3变频运行，使水压恒定在设定值上。

3器件的选型及介绍3.1可编程控制器(PLC)3.1.1 PLC的定义及特点在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会(NEMA)经过4年的调查，于 1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器(Programmable Controller)，英文缩写为PC,并作如下定义：可编程序控制器是一种数字式电 子装置它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计 数、计时和算。