變頻器課程設(shè)計(水泵

1、河南機電高等專科學校課程設(shè)計報告書課程名稱： 交流調(diào)速系統(tǒng)與變頻器應(yīng)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(shù)081 姓 名： 學 號： 2010年12月 25日設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計目的：自動恒壓供水在日常生活中應(yīng)用較多，用變頻器可以比較容易的實現(xiàn)恒壓供水。本設(shè)計的目的在于設(shè)計一種用變頻器實現(xiàn)的高樓無塔恒壓系統(tǒng)。 技術(shù)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(shè)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(shè)計任務(wù)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(wǎng)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(jù)進行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，結(jié)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(jù)交換;通用性強，由于PLC產(chǎn)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(shè)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(diào)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(guān)。變頻器的特點及應(yīng)用變頻器應(yīng)用，可分為兩大類：一種是用于傳動調(diào)速，另一種是各種靜止電源（靜止電源暫且不講）。變頻傳動調(diào)速，其應(yīng)用目的就是通過對電機調(diào)速來達到節(jié)約能源。控制對象就是在動力設(shè)備上實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)換的電動機。這是由感應(yīng)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(diào)速的負荷適應(yīng)性所決定。由電機轉(zhuǎn)速的數(shù)學公式我們知道，電機的實際轉(zhuǎn)速，主要取決于電機定子的旋轉(zhuǎn)磁場（ n1=t*f/p） 。對一個繞制好的電機，其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)上我們看到定、轉(zhuǎn)子之間沒有任何電的連接，基于磁場感應(yīng)和機械慣性，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速總是不同步，差一個轉(zhuǎn)差數(shù)（一般為n1的1%1.8%,）稱為轉(zhuǎn)差率S，由此可見電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的變化對電機的轉(zhuǎn)矩影響較小，對于傳動機械功率要求完全可以滿足。變頻調(diào)速控制是在降低輸出頻率的同時輸出電壓也相應(yīng)降低，轉(zhuǎn)矩正比輸出電壓。轉(zhuǎn)矩也會有些減少。這種純電氣調(diào)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(zhuǎn)速，直接與拖動機械相連接不需原機械設(shè)備做任何調(diào)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(diào)速的特點是： 1 、不用改動原有設(shè)備包括電機本身； 2、可實現(xiàn)無級調(diào)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(wǎng)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(zhuǎn)矩輸出、低速過載能力較好；6、電機的功率因數(shù)隨轉(zhuǎn)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(shè)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(jù)信息進行分析、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)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu)(即水泵成行控制. (2)變頻器:它是對水泵進行轉(zhuǎn)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(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)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(diào)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(diào)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(shè)備它是由一組接觸器、保護繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)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(jié)構(gòu)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(jù)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(diào)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(chǎn)生的供水壓力，執(zhí)行機構(gòu)是變頻器，通過控制系統(tǒng)將控制結(jié)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(jù)不同的情況有所不同，但多數(shù)采用頻率、頻率結(jié)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(zhuǎn)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(jù)供水量的變化自動調(diào)節(jié)1#泵的運行轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計、I/O地址分配；1、硬件電路設(shè)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(zhuǎn)換2VD204變頻器工作下限值M2.2工頻與變頻的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換12、 軟件設(shè)計；1、壓力

11、恒定控制程序設(shè)計 在變頻恒壓供水系統(tǒng)壓力控制程序的設(shè)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(jù)正常后，與壓力設(shè)定值進行判斷，如果與設(shè)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(shè)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(diào)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(jù)壓力反饋調(diào)整詳電機頻率，當頻率調(diào)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(jīng)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(guān)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(diào)試；1、變頻器設(shè)置將變頻器復位到出廠設(shè)置：P0010=30，P0970=1允許讀寫所有參數(shù)：P009=3電機設(shè)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