課題五-變頻器恒壓供水控制系統(tǒng)設計

1、課題五 變頻器恒壓供水控制系統(tǒng)設計 一、項目描述 傳統(tǒng)的生活及生產(chǎn)供水的方法是通過建造水塔維持水壓。但是，建造水塔需 要花費財力，水塔還會造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來實現(xiàn) 恒壓供水呢？當然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題，通常的 辦法是:用水量大時， 增加水泵數(shù)量或提高水泵的轉動速度以保持管網(wǎng)中的水壓 不變，用水量小時又需做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。交流變 頻器的誕生和 PLC 的運用為水泵轉速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。 恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略 采用電動機調(diào)速裝置與可編程控制器 (PLC)構成控制系統(tǒng)， 進行優(yōu)化控制泵組 的調(diào)速運行，并自動調(diào)

2、整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng) 流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管 的出水壓力，系統(tǒng)設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差 值輸入 CPU 運算處理后，發(fā)出控制指令，控制運行變量泵電動機的轉速，從而 達到給水總管壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。恒壓供水就是利用變頻器的 PID 或 PI 功能實現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。 即將壓力控制點測的壓力信號 (420 ) 直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設定的壓力值進行比較，并通過變 頻器內(nèi)置 PID 運算將結果轉換為頻率調(diào)節(jié)信號調(diào)整水泵電機的電源頻率，從而 實現(xiàn)控制水泵轉速。 供水系統(tǒng)選用

3、原則水泵揚程應大于實際供水高度， 水泵流量總和應大于實際 最大供水量。 二、項目要求 1.水泵功率： 7.5kw. 2.恒定壓力： 3.5mpa 三、現(xiàn)恒壓供水的方案設計 供水系統(tǒng)采用一臺三菱( FX2N系列) PLC控制一臺三菱 (FR-E500)變頻器， 并通過接觸器切換實現(xiàn)一臺變頻器控制三臺水泵的運轉， 為保證系統(tǒng)的可靠性， 本系統(tǒng)采用轉換開關來實現(xiàn)工頻 /變頻之間的轉換，在變頻操作方式下，交流接 觸器之間采用互鎖控制方式，同理，在工頻操作方式下，交流接觸器之間也采 用互鎖控制方式。 變頻器采用一電位器設定壓力（也可采用面板內(nèi)部設定壓力），采用一個 壓力傳感器（反饋為 420mA）檢測管

4、網(wǎng)中壓力，壓力傳感器將信號送入變頻 器 PID 回路， PID 回路處理之后，送出一個水量增加或減少信號，控制馬達轉 速。如在一定延時時間內(nèi)，壓力還是不足或過大，則通過變頻器作工頻/變頻切 換起動另一臺水泵，使實際管網(wǎng)壓力與設定壓力相一致。另外，隨著用水量的 減少，變頻器自動減少輸出頻率，達到了節(jié)能的目的。 四、控制系統(tǒng)硬件選擇及組成圖： 電器件選擇： 由于電機功率為 7.5KW，供水負載為泵類，選用 7.5KW E500 系列變頻器； PLC 選用 FX2N48MR ；接觸器選用 CJX2-2510，線圈電壓 AC220V；熱繼電器 選用 JRS1系列 ,整定電流 20A；熔斷器選用 RT0

5、-200A/500V ；開關選用梅蘭日 蘭 NSD160K，額定電流 160A；電位器選用 1K 2W 。 變頻器及外部接線圖 L1 L2 L3 1#泵 圖 1 變頻器及外部接線圖 PLC 外部接線圖 SE 手動/ 自動切換 系統(tǒng)啟動 1#泵熱過載 2#泵熱過載 3#泵熱過載 COM X0 X1 X2 X3 X4 FU 頻率上限 X5 Y0 Y1 Y2 Y3 FUP 壓力上限 X6 FU2 頻率下限 X7 FDN 壓力下限 手動1#泵工頻 手動2#泵工頻 手動3#泵工頻 手動1#泵變頻 手動2#泵變頻 手動3#泵變頻 急停 相序保護 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X1

6、7 KM0 KM1 KM1 KM3 KM5 KM0 KM2 KM3 KM3 KM1 KM5 KM2 KM4 Y5 KM5 KM5 KM1 KM3 KM2 KM6 Y6 CO AC220VFU Y10 Y11 Y12 Y14 KA0 液面下限 X20 Y15 停止 X21 COM 1#泵工頻 1#泵變頻 2#泵工頻 2#泵變頻 3#泵工頻 3#泵變頻 急停 AC220V電源 M1故障報警 M2故障報警 M3故障報警 變頻啟動 相序保護報警 DC24V電源 X22 DC24V 圖 2 PLC 外部接線圖 五、PLC 控制程序及說明 1、PLC 控制程序說明 當管道內(nèi)實際壓力低于設定壓力時，啟動系統(tǒng)

7、， 1#泵變頻運行，當 1# 泵變頻器頻率超出 49HZ 時， 1#泵退出變頻器運行，切換到工頻；如果實 際壓力仍然低于設定壓力時，啟動 2#泵變頻運行，當 2# 泵變頻器頻率超 出 49HZ 時， 2#泵退出變頻器運行，切換到工頻；如果實際壓力仍然低于 設定壓力時，啟動 3#泵變頻運行，當 3# 泵變頻器頻率超出 49HZ 時，3# 泵退出變頻器運行，切換到工頻，三臺泵全部工頻運行，達到供水量的最 大值；如果這時管道內(nèi)實際壓力高于設定壓力， 3# 泵由工頻切換到變頻器 運行，若實際壓力仍然高于設定壓力， 3# 泵頻率繼續(xù)降低，當?shù)陀?30HZ 時，3# 泵退出運行；若實際壓力仍然高于設定壓力

8、， 2#泵、1#泵依次由工 頻切換到變頻器運行，并在頻率低于 30HZ 時，依次退出運行。 2、I/O 分配表 輸入 輸出 符號 名稱 符號 名稱 X0 手/ 自動轉換 Y0 1#泵工頻接觸器 X1 啟動 Y1 1#泵變頻接觸器 X2 1#泵熱保護 Y2 2#泵工頻接觸器 X3 2#泵熱保護 Y3 2#泵變頻接觸器 X4 3#泵熱保護 Y4 3#泵工頻接觸器 X5 上限頻率 Y5 3#泵變頻接觸器 X6 壓力上限 Y6 急停接觸器 X7 頻率下限 Y10 M1故障 X10 壓力下限 Y11 M2故障 X11 1#泵工頻 Y12 M3故障 X12 2#泵工頻 Y14 啟動繼電器 X13 3#泵工

9、頻 Y15 相序保護報警 X14 1#泵變頻 X15 2#泵變頻 X16 3#泵變頻 X17 急停開關 X20 相序保護 X21 液位下限 X22 停止按鈕 3、PLC 程序 SET SO M100 I卜 STL SO S20 YOOO MIO SET S23 Y015 H12 S20 X010 I卜 xooo SET STL S30 S20 K100 (T10 MIO YOOO (Y001 X005 T F SET S21 M10 I卜 X007 I P STL S30 5 6 22 27 30 31 37 42 45 46 49 52 55 58 61 64 67 68 83 88 91

10、92 111 X011YOO1 I I X012Y003 I I X013Y005 I I XO14YOOO I I X015Y002 I I X016YOO4 I I X022 YOOO) Y002) YOO4) YOO1) Y003) Y005) SO) STLS21 K1OO Til K20 T20 Y003 YOOO SETS22 Hll X007 STLS22 K1OO T12) K20 (T21) JillY002T20 1 卜 MIOYOO1 TilX005 YOOO) Y002) Y005) (SETS23 1OY001 tM2 MilY003 H12YOO4T21 1卜 T1

11、2X005 T I1 I Ml 2 119 120 137 140 141 146 151 158 165 172 175 178 STLS23J ZRST T10T21 H10Y001 TF廿Y000) nilY003 Y002) M12Y005 jF舛丫004) X006 T IS22) RET X000 |PLSM100 PLFM1O1 Cll C12 -RST Cl 2 -RST CIO -RST Cll 六、 變頻器主要設定參數(shù) 參數(shù)號 參數(shù)名稱 設定值 設定功能 Pr.1 上限頻率 60 上限頻率設定值 Pr.2 下限頻率 0 下限頻率設定值 Pr.7 加速時間 2S 加速時間設定值 Pr.8 減速時間 2S 減速時間設定值 Pr.38 5V（ 10V）輸入時頻率 50HZ Pr.42 輸出頻率檢測 49 頻率超 49HZ 時有輸出信號 Pr.50 第二輸出頻率檢測 30 Pr.73 輸入電壓 0 0-5V Pr.79 操作模式 2 外部操作模式 Pr.128 PID 動作選擇 20 PID 為反作用 Pr.129 PID 比例常數(shù)