變頻器課程設計(水泵

1、河南機電高等?？茖W校課程設計報告書課程名稱： 交流調速系統(tǒng)與變頻器應用 課題名稱： 系部名稱： 自動控制系 專業(yè)班級： 電氣自動化技術081 姓 名： 學 號： 2010年12月 25日設 計 任 務 書設計目的：自動恒壓供水在日常生活中應用較多，用變頻器可以比較容易的實現(xiàn)恒壓供水。本設計的目的在于設計一種用變頻器實現(xiàn)的高樓無塔恒壓系統(tǒng)。 技術指標：1、三臺水泵電機功率分別為2.2KW、3KW、5.5KW。2、采用PLC控制，用水高峰時壓力穩(wěn)定在0.3MPa3、系統(tǒng)具有休眠功能4、5、6、設計思路、方案選擇： 從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單

2、元、水泵機組以及低壓電器組成.系統(tǒng)主要的設計任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據進行傳輸。根據系統(tǒng)的設計任務要求，結合系統(tǒng)的使用場所，本文選用通用變頻器+PLC控制這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據交換;通用性強，由于PLC產品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設計上，只需確定P比 的硬件配置和拍 的外部接線，當控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調試方便。同時由于P比 的抗干

3、擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關。變頻器的特點及應用變頻器應用，可分為兩大類：一種是用于傳動調速，另一種是各種靜止電源（靜止電源暫且不講）。變頻傳動調速，其應用目的就是通過對電機調速來達到節(jié)約能源。控制對象就是在動力設備上實現(xiàn)電機轉換的電動機。這是由感應式異步電動機的性能和特征決定，其次是由于所帶的負載對電機調速的負荷適應性所決定。由電機轉速的數(shù)學公式我們知道，電機的實際轉速，主要取決于電機定子的旋轉磁場（ n1=t*f/p） 。對一個繞制好的電機，其旋轉磁場轉速完全取決供電頻率，t 為時間常數(shù)，P為電機的

4、極對數(shù)，n1正比電源頻率f，從電機的結構上我們看到定、轉子之間沒有任何電的連接，基于磁場感應和機械慣性，轉子的轉速和定子旋轉磁場的轉速總是不同步，差一個轉差數(shù)（一般為n1的1%1.8%,）稱為轉差率S，由此可見電機的轉速也正比于電源的頻率。n2=t*f(1-s)/p從異步電動機變頻時機械特性曲線中，我們不難看出轉速的變化對電機的轉矩影響較小，對于傳動機械功率要求完全可以滿足。變頻調速控制是在降低輸出頻率的同時輸出電壓也相應降低，轉矩正比輸出電壓。轉矩也會有些減少。這種純電氣調速系統(tǒng)是人為地改變電動機的機械特性來獲得不同的轉速，直接與拖動機械相連接不需原機械設備做任何調整，這對于節(jié)能改造成本，保

5、持原有機械性能都大有好處。變頻傳動調速的特點是： 1 、不用改動原有設備包括電機本身； 2、可實現(xiàn)無級調速，滿足傳動機械要求； 3、變頻器軟啟、軟停功能，可以避免啟動電流沖擊對電網的不良影響，減少電源容量的同時還可以減少機械慣動量，減少機械損耗； 4、不受電源頻率的影響，可以開環(huán)、閉環(huán)手動/自動控制；5、低速時，定轉矩輸出、低速過載能力較好；6、電機的功率因數(shù)隨轉速增高功率增大而提高。使用效果較好。供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(P比 系統(tǒng))、變頻器和電控設備三個部分: (1)供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進行采

6、集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執(zhí)行機構(即水泵成行控制. (2)變頻器:它是對水泵進行轉速控制的單元.變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。根據水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有如下兩種工作方式: 1)變頻循環(huán)式:變頻器拖動某一臺水泵作為調速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機。 2)變頻固定式:變頻器拖動某一臺水泵作為調速泵，當這臺水

7、泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇。1、 變頻器的電控設備它是由一組接觸器、保護繼電器、轉換開關等電氣元件組成.用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換及就地/集中等工作恒壓供水結構框圖如下： 2、 在變頻恒壓供水中，整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)要根據檢測到的輸入信號的狀態(tài)，按照系統(tǒng)的控制流程，通過變頻調速器和執(zhí)行元件對水泵組進行控制實現(xiàn)恒壓供水的目的。這個控制過程是一個閉環(huán)過程，它的反饋信號是由壓力傳感器產生的供水壓力，執(zhí)行機構是變頻器，通過控制系統(tǒng)將控制結果傳輸?shù)?/p>

8、變頻器中，改造變頻器的輸出頻率，從而使供水壓力發(fā)生改變，完成整個控制過程。其中需要完成的控制流程下圖如所示。 對于一臺變頻器帶兩臺或兩臺以上電機的系統(tǒng)，電機的控制通常按上節(jié)方案2所述流程進行. 在實際運用中，通常對水壓的閉環(huán)控制都采用PID控制，電機增減的控制根據不同的情況有所不同，但多數(shù)采用頻率、頻率結合壓力的方法來實現(xiàn)。PD 的算法和實現(xiàn)將在節(jié)進行詳細闡述，電機的增減控制算法在將在加以分析3 運行特性：以3臺水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動運行方式下，可編程控制器控制變頻器、軟啟動1#泵，此時1#泵進入變頻運行狀態(tài)，其轉速逐漸升高，當供水量Q1/3Qmax時(Qmax為3臺水泵全部工頻運

9、行時的最大流量)，可編程控制器CPU根據供水量的變化自動調節(jié)1#泵的運行轉速，以保證所需的供水壓力。當用水量Q在13QmaxQ23Qmax之間時，1#泵已不能滿足用戶所需的用水量，這時可編程控制器發(fā)出指令將1#泵轉為工頻運行，并軟啟動2#泵，使2#泵進入變頻運行工況，2#泵的運行轉速由用戶用水量決定，以保證供水系統(tǒng)最不利點所需的供水壓力。當外需供水量Q為23QmaxQQmax時，可編程控制器發(fā)出指令再將2#泵置于工頻運行狀態(tài)，同時軟啟動3#泵進入變頻運行工況，此時3#泵的運行轉速由用戶的用水量確定，以保證供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力恒定。硬件電路設計、I/O地址分配；1、硬件電路設計變頻恒壓供水

10、系統(tǒng)的控制方案為1臺變頻器控制3臺水泵的案控制圖如下： 2、I/O地址分配：地址注釋地址注釋VD104壓力給定值M2.1工頻與變頻的轉換2VD204變頻器工作下限值M2.2工頻與變頻的轉換3VB300變頻器工作上限值Q0.1變頻泵1啟動脈沖VB301變頻泵工作總臺數(shù)Q0.2工頻泵1啟動脈沖M1.1變頻泵倒泵脈沖Q0.3變頻泵2啟動脈沖M1.2工頻泵倒泵脈沖Q0.4工頻泵2啟動脈沖M1.3復位當前工頻泵Q0.5變頻泵3啟動脈沖M1.4復位當前變頻泵Q0.6工頻泵3啟動脈沖M1.5工頻泵啟動脈沖T37增泵定時器M1.6變頻泵啟動脈沖T38減泵定時器M2.0工頻與變頻的轉換12、 軟件設計；1、壓力

11、恒定控制程序設計 在變頻恒壓供水系統(tǒng)壓力控制程序的設計流程如下圖，檢測壓力的大小，信號傳送到PLC，系統(tǒng)首選對數(shù)值進行分析，確認數(shù)據正常后，與壓力設定值進行判斷，如果與設定值相同，則直接進入下一采樣周期，如果不同，則進行PID控制，通過PLC控制變頻器改變頻率參數(shù)，從而實現(xiàn)恒壓供水。2、電機增減控制程序設計該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式，手動方式只在系統(tǒng)出現(xiàn)故障和調試時使用。選擇自動運行時，P優(yōu)對外接信號進行檢測，如果滿足要求，則75kw (1#電機)電機和變頻器連通，作變頻運行，并根據壓力反饋調整詳電機頻率，當頻率調整到50Hz，供水仍不足，則該臺變頻泵切換為工頻，如果壓力繼續(xù)不夠，則將1

12、#泵切換到工頻，經延時50s，再啟動3kw(2#電機)，2#電機在變頻方式下運行，使出水壓力達到要求。如果兩臺電機都在工頻下運行，還不能滿足壓力要求，3#號工作.如果實際壓力過大，逐漸降低本臺水泵電機頻率，如果頻率降低到SHz仍不足以使壓力滿足要求，則關閉1#泵電機，使2#機泵切在變頻下運行。這樣每臺水泵都在工頻和變頻之間切換，做到先開先停，后開后停。在判斷電機增減條件時，其主程序流程圖如下：電機增減主程序流程圖四、程序調試；1、變頻器設置將變頻器復位到出廠設置：P0010=30，P0970=1允許讀寫所有參數(shù)：P009=3電機設定值： 電機1P081=50，P082=1000，P083=0.35，P084=230，P085=2.2電機2P081=50，P082=1500，P083=0.35，P084=230，P085=3電機3P081=50，P082=2000