變頻器恒壓供水系統(tǒng)(多泵)設計課程設計

1、目 錄1 變頻器恒壓供水系統(tǒng)簡介11.1變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析1變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理11.1.2 變頻恒壓控制理論模型21.2恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成31.3 變頻器恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義42 變頻恒壓供水系統(tǒng)設計52.1 設計任務及要求52.2 系統(tǒng)主電路設計52.3 系統(tǒng)工作過程63 器件的選型及介紹83.1 變頻器簡介83.1.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)與分類83.1.2 變頻器的控制方式83.2 變頻器選型93.2.1 變頻器的控制方式93.2.2 變頻器容量的選擇103.2.3 變頻器主電路外圍設備選擇123.3 可編程控制器(PLC)143.3.1 PLC的定義及特點143.3.2

2、PLC的工作原理153.3.3 PLC及壓力傳感器的選擇154 PLC編程及變頻器參數(shù)設置164.1 PLC的I/O接線圖164.2 PLC程序164.3 變頻器參數(shù)的設置204.3.1 參數(shù)復位204.3.2 電機參數(shù)設置20總結(jié)21參考文獻221 變頻器恒壓供水系統(tǒng)簡介1.1變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析1.1.1變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 供水系統(tǒng)的基本特性和工作點揚程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關系曲線f(Q)，如圖1-1所示。 圖1-1供水系統(tǒng)的基本特征 由圖可以看出，流量Q越大，揚程H越小。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量

3、的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚程特性所反映的是揚程H與用水流量Q(u)間的關系。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤幔砻鏖y門在某一開度下，揚程H與流量Q之間的關系H J (Qu )。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚程與供水流量Qc之間的關系H f (Qc )。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖中A點。在這一點，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qc處

4、于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。圖1-1供水系統(tǒng)的基本特征。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動機驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的。1.1.2 變頻恒壓控制理論模型 變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段

5、函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。所以，在某個特定時段內(nèi)，恒壓控制的目標就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上 從圖1-2中可以看出，在系統(tǒng)運行過程中，如果實際供水壓力低于設定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個差值經(jīng)過計算和轉(zhuǎn)換，計算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設定壓力的差值，將這個增量和變頻器當前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當前應該輸出的頻率。該頻率使水泵機組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復，直到實際供水壓力和設定壓力相等為止。如果運行過程中實際供水壓力高于設定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵的轉(zhuǎn)速減

6、小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供水壓力和設定壓力相等。 圖1-2變頻恒壓控制原理圖1.2恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動機驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機和水泵連成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的。變頻器水泵用戶管網(wǎng)壓力壓力變送器給定值+- 圖1-3恒壓供水系統(tǒng)方框圖水壓由壓力傳感器的信號4-20mA送入變頻器內(nèi)部的PID模塊，與用戶設定的壓力值進行

7、比較，并通過變頻器內(nèi)置PID運算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號，以調(diào)整水泵電機的電源頻率，從而實現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試更為簡單、方便。西門子系列PLC編程采用STEP7軟件，它是西門子PLC的視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)程序包括主程序和起動子程序，主程序包括參與調(diào)節(jié)程序和電機切換程序；電機切換程序又包括加電機程序和減電機程序。起動子程序?qū)?/p>

8、際上是清零子程序。在主程序中，設置兩個變頻器頻率上下限到達濾波時間繼電器，用于穩(wěn)定系統(tǒng)。1.3 變頻器恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義 泵站擔負著工農(nóng)業(yè)和生活用水的重要任務，運行中需要大量消耗能量，提高泵站效率；降低能耗，對國民經(jīng)濟有重大意義。我過泵站的特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多、發(fā)展速度快，在工程規(guī)模上也有一定水平，但由于設計中忽視動能經(jīng)濟觀點以及機電產(chǎn)品類型和質(zhì)量上存在的一些問題等原因，至使在技術(shù)水平、工程標準以及經(jīng)濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。目前，大量的動能消耗在水泵、風機負載上，城鄉(xiāng)居民用水設備所消耗的電量在這類負載中占了相當大的比例。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找

9、出能夠節(jié)能的控制策略方法是目前較為重要的一件事。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術(shù)與一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便的實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。2 變頻恒壓供水系統(tǒng)設計2.1 設計任務及要求本系統(tǒng)是以一個供水系統(tǒng)作為被控對象，PLC與變頻器協(xié)調(diào)控制電機的轉(zhuǎn)速與啟動和

10、停止。系統(tǒng)控制要求:(1) 工藝參數(shù): 供水系統(tǒng)由3臺水泵組成：母管壓力H0.8時，一臺定速，一臺變速，一臺備用。母管壓力H0.64時，一臺定速或變速，二臺備用。母管壓力H0.52時，一臺變速，二臺備用。(2) 電動機參數(shù)：型號：JD-L-39-4 功率：75KW 額定頻率：50Hz 額定電壓：380VAC； 額定轉(zhuǎn)速：1470 r/min 額定電流：126.6 A(3) 水泵電機的起動/停止、正轉(zhuǎn)、調(diào)速控制。(4) 變頻器采用遠方控制方式。(5) 通過母管壓力變送器測得實際壓力大小，同時和壓力給定組成閉環(huán)控制。(6) 變頻器的運行狀態(tài)指示（如運行、停止、過流、低壓等）。(7) 變頻器的報警處

11、理。2.2 系統(tǒng)主電路設計圖2.1 系統(tǒng)主電路圖由恒壓供水主電路圖可見，接觸器1KM2、2KM2、和3KM2用于變頻器輸出，分別接到水泵M1、M2和M3，而接觸器1KM3、2KM3和3KM3將工頻電源接到3臺水泵。變頻器可以對任何一臺水泵啟動和恒壓供水控制。空氣開關（QL）是當電動機過載時自動將電動機從電網(wǎng)中斷開熱繼電器（FR）是利用電流的熱效應原理工作的保護電路，它在電路中用作電動機的過載保護。2.3 系統(tǒng)工作過程1、減泵過程當用水量減少、水壓上升、變頻器輸出頻率低于下限值時，但管網(wǎng)壓力仍偏高時，則各泵將依次退出運行，依次退出運行的方式有兩種。(1)先開先停方式。PLC接收到下限頻率到達信號

12、，延時一定時間后，接觸器1KM2失電復位，水泵M1脫離工頻電源停止運行。變頻器輸出頻率仍然低于下限值，重復上述過程，水泵M2脫離工頻電源停止運行，變頻器驅(qū)動水泵M3恒壓供水，水壓穩(wěn)定在設定值上。這種方式稱為循環(huán)方式，通常用于各臺水泵的容量都相等的供水系統(tǒng)中。其優(yōu)點是可以自動的使各泵運行的時間比較均衡；缺點是工頻運行狀態(tài)直接停機時，可能由于停機太快而使管網(wǎng)壓力發(fā)生較大波動。(2)先開后停方式。首先使正在變頻運行的M3減速停機，然后使變頻器的輸出頻率升至50Hz，將M2切換為變頻工作，依此類推這種方式通常用于各臺水泵的容量不相等的供水系統(tǒng)中，其優(yōu)點是水泵的停機比較緩慢，管網(wǎng)壓力比較穩(wěn)定；缺點是不能

13、自動地循環(huán)變換。2、加泵過程首先由M1在變頻控制的情況下工作。當用水量增大、水壓下降，變頻器輸出頻率上升到50Hz時水壓仍然不足，經(jīng)過短暫的延時，將M1切換為工頻工作，同時變頻器的輸出頻率迅速降低為0，然后使M2投入變頻運行。當M2也達到額定頻率而水壓仍不足時，重復開始運行時的過程，水泵M2脫離變頻器驅(qū)動，由工頻供電全速運行，變頻器驅(qū)動水泵M3變頻運行，使水壓恒定在設定值上。3 器件的選型及介紹3.1 變頻器簡介3.1.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)與分類1、變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備。變頻器包括控制電路、整流電路、中間直

14、流電路及逆變電路組成。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應的電路。 2、變頻器的分類 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單

15、相變頻器和三相變頻器等。 3.1.2 變頻器的控制方式在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 (1) V/f控制 V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉(zhuǎn)矩補償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。 (2) 轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉(zhuǎn)速對應的電源頻率，并

16、根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數(shù)最少的PWM波以減少開關損耗。目前在變頻

17、器中實際應用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。 (4) 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對于多拖動具有負荷平衡功能。 (5) 最優(yōu)控制 最優(yōu)控制在實際中的應用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進行個別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應用中，就成功的采

18、用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。 3.2 變頻器選型3.2.1 變頻器的控制方式控制方式是決定變頻器使用性能的關鍵所在。目前市場上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國產(chǎn)的共約5O多種。選用變頻器時不要認為檔次越高越好，其實只要按負載的特性，滿足使用要求就可，以便做到量才使用、經(jīng)濟實惠。下表中參數(shù)供選用時參考。表3.1控制方式的比較控制方式U/f=C控制電壓空間矢量控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制反饋裝置不帶PG帶PG或PID調(diào)節(jié)器不要不帶PG帶PG或編碼器速比I<1:401:601:1001:1001:10001:100起動轉(zhuǎn)矩（在3Hz）150%1

19、50%150%150%零轉(zhuǎn)速時為150%零轉(zhuǎn)速時為>150%200%靜態(tài)速度精度/%±（0.20.3）±（0.20.3）±0.2±0.2±0.02±0.2適用場合一般風機、泵類等較高精度調(diào)速，控制一般工業(yè)上的調(diào)速或控制所有調(diào)速或控制伺服拖動、高精傳動、轉(zhuǎn)矩控制負荷起動、起重負載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，恒轉(zhuǎn)矩波動大負載故選擇U/f=C控制3.2.2 變頻器容量的選擇變頻器的容量直接關系到變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行可靠性，因此，合理的容量將保證最優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇在實際操作中存在很多誤區(qū)，這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補充。1

20、、從電流的角度：大多數(shù)變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。其中后兩項，變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導體變頻裝置負載能力的關鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應仔細了解設備的工藝情況及電動機參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動機的額定電流要大于普通籠形異步電動機額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道用電動機不僅額定電流大很多，同時它允許短時處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動大多是多電動機傳動。應保證在無故障

21、狀態(tài)下負載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。 2、從效率的角度：系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動機效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時，要注意以下幾點：（1）變頻器功率值與電動機功率值相當時最合適，以利變頻器在高的效率值下運轉(zhuǎn)。（2）在變頻器的功率分級與電動機功率分級不相同時，則變頻器的功率要盡可能接近電動機的功率，但應略大于電動機的功率。（3）當電動機屬頻繁起動、制動工作或處于重載起動且較頻繁工作時，可選取大一級的變頻器，以利用變頻器長期、安全地運行。（4）經(jīng)測試，電動機實際功率確實有富余，可以考慮選用功率小于電動機功率的變頻器，但

22、要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護動作。（5）當變頻器與電動機功率不相同時，則必須相應調(diào)整節(jié)能程序的設置，以利達到較高的節(jié)能效果。3、從計算功率的角度：對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器必須同時滿足以下3個計算公式：(1)滿足負載輸出：PcnPm (3.1)(2)滿足電動機容量：Pcn3KUeIe cos ×10-3(3.2)(3)滿足電動機電流：IcnKIe(3.3)式中Pcn為變頻器容量（單位kW），PM-負載要求的電動機軸輸出功率（單位kW），Ue為電動機額定電壓（單位V），Ie為電動機額定電流（單位A），為電動機效率（通常約為085），cos為電動機功率因數(shù)（通常約為075），k是電流

23、波形補償系數(shù)（由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應有所增加，通常K約為10511）。將本系統(tǒng)參數(shù)帶入求得所取變頻器容量最低為88KW故取100KW，額定電流139.26A，故取150A。 根據(jù)計算所得的所需參數(shù)可以選取西門子MicroMaster430（風機水泵專業(yè)）變頻器，具體的可以選擇MM430-110K型號的變頻器，他配接電機的容量是110kw，額定電流為205A滿足使用需求，可以選擇。3.2.3 變頻器主電路外圍設備選擇1、斷路器當變頻器需要檢修時，或者因某種原因而長時間不用時，將QF切斷，使變頻器與電源隔離。當變頻器輸入側(cè)發(fā)生短路等故障時，進行保護。

24、選擇原則(1)變頻器在剛接電源的瞬間，對電容器的充電電流可達額定電流的（2-3）倍；(2)變頻器的進線電流是脈沖電流，其峰值?？赡艹^額定電流；(3)變頻器允許的過載能力為150%，1min。為了避免誤動作，斷路器的額定電流應選： (3.4)其中為變頻器的額定電流。故選擇斷路器額定電流選擇210A根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以選擇斷路器DW15400斷路器額定電壓為380V，額定電流為300滿足要求可以選擇。2、接觸器(1)主要作用：可通過按鈕開關方便地控制變頻器的通電與斷電；變頻器發(fā)生故障時，可自動切斷電源。(2)選擇原則：由于接觸器自身并無保護功能，不存在誤動作的問題，故選擇原則是主觸點的額定電流，應該

25、大于126.6A,可以選擇主觸點額定電流為130A的接觸器。根據(jù)上述數(shù)據(jù)施奈德的LC1D150，滿足參數(shù)要求，可以選擇3、主電路的線徑(1)電源和變頻器之間的導線一般說來，和同容量普通電動機的電線選擇方法相同?？紤]到其輸入側(cè)的功率因數(shù)往往較低，應本著宜大不宜小的原則來決定線徑。(2)變頻器和電機之間的導線因為頻率下降時，電壓也要下降，在電流相等的情況下，線路電壓降在輸出電壓中的比例將上升，而電動機得到電壓的比例則下降。這有可能導致電動機帶不動負載并發(fā)熱。所以，在決定變頻器和電動機之間導線的線徑時，最關鍵的因素便是線路電壓降的影響。一般要求： (3.5)的計算公式是： (3.6)式中：額定相電壓

26、，V ； 電動機額定電流，A ； 單位長度（每米）導線的電阻，m/m ； 導線的長度，m 。由上兩式可直接求出的取值范圍。根據(jù)Ro值確定導線面積。由公式（3.5）得：11.4）V由公式（3.6）得：0.69 m/m 1.04 m/m 根據(jù)表3.1判斷所需的導線截面積，為了滿足控制系統(tǒng)的要求，應該選擇截面積為16的導線。表3.2 常用電動機引出線的單位長度電阻值。標稱截面/mm21.01.52.54.06.010.016.025.035.0/(m/m)17.811.96.924.402.921.731.100.690.494、制動電阻準確計算制動電阻值十分麻煩，在實際工作中基本不用。許多變頻器的

27、使用說明書上給了一些計算方法，也有的直接提供了供用戶選用的制動電阻的規(guī)格。但按說明書上選擇電阻時須注意下面問題，變頻器生產(chǎn)廠家為了減少制動電阻檔次，常常對若干種不同容量的電動機提供相同阻值和容量的制動電阻。選用時，應注意根據(jù)生產(chǎn)機械的具體情況進行調(diào)整。對同一擋中電動機容量較小者，制動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏大。為了減小能量的消耗，應根據(jù)制動過程的緩急程度以及飛輪力矩的大小，考慮能否選擇阻值較大的制動電阻。對同一擋中電動機容量較大者，制動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏小。在一些飛輪力矩較大，又要求快速制動的場合，或者如起重機械那樣，需要釋放位能的場合，上述制動電阻有可能滿足不了要求，靠考慮選擇阻值較小的一

28、擋制動電阻。3.3 可編程控制器(PLC)3.3.1 PLC的定義及特點 在PLC的發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）經(jīng)過4年的調(diào)查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），英文縮寫為PC，并作如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術(shù)運算功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。PLC的特點如下：1、高可靠性(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。(2)各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時

29、間常數(shù)一般為1020ms.(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。(4)采用性能優(yōu)良的開關電源。(5)對采用的器件進行嚴格的篩選。(6)良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。2、豐富的I/O接口模塊 PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如： 交流或直流； 開關量或模擬量； 電壓或電流； 脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如： 按鈕 行程開關 接近開關 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥直接連接。另外為了提高操作性

30、能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3、采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程簡單易學 PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5、安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PL

31、C相應的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。3.3.2 PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務等內(nèi)容。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序

32、輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。3.3.3 PLC及壓力傳感器的選擇 水泵M1、M2、M3可變頻運行，也可工頻運行，需要6個輸出點，根據(jù)系統(tǒng)設計要求需要五個輸入點，則選擇西門子的S7-200系列PLC。 壓力傳感器采用CY-YZ-1001型絕對傳感器。該傳感器采用硅壓阻效應原理實現(xiàn)壓力測量的力-電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標的要求。傳感器的量程為02.5MPa，工作溫度為560，輸出電壓為05V，作為本

33、系統(tǒng)的反饋信號供給PLC。4 PLC編程及變頻器參數(shù)設置4.1 PLC的I/O接線圖K1K2K3K4K5K6220VACSB1SB2SB3SB4SD1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0. 3Q0.4Q0.5NL1S7-200 PLC1MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4ML+圖4.1 PLC的I/0接線圖 輸出端接中間繼電器控制電機的工頻與變頻工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，輸入點I0.0控制系統(tǒng)電機的停止工作，I0.1控制系統(tǒng)電機工作及變頻器工作的開始。I0.2點用于在一號泵有故障時手動啟用三號泵代替一號泵的工作。I0.4為當變頻器輸出頻率達到上限值時手動閉合，使電動機切換為工頻工作。4.2 PLC程序啟動變頻器工作PLC接收壓力變送器反饋的值，與設定值進行以系列計算之后輸出一個值控制變頻器的輸出頻率，同時根據(jù)輸出AC0的值判斷電動機工作的臺數(shù)與狀態(tài)。其中壓力變送器反饋值為05，內(nèi)部數(shù)據(jù)為032767，對應進行轉(zhuǎn)換之后通過下面的程序進行判斷，以控制電動機的運行。判斷反饋值為H0.8，則使一號水泵定速工作，同時使二號水泵變速工作。判斷反饋值為0.52H0.64，則一號變頻器定速或變速，當變頻器輸出頻率達到上限值時則手動輸入有效水泵