變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計

1、課程 設(shè) 計課題名稱變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院（部）專業(yè)班級學(xué)生姓名 學(xué)號指導(dǎo)教師（簽字）1、 設(shè)計概述變頻器是一種新型技術(shù)，將變頻調(diào)速技術(shù)用于供水控制系統(tǒng)中，具有高效節(jié)能、水壓恒定等優(yōu)點。本課程設(shè)計為實現(xiàn)恒壓供水功能而按照設(shè)計任務(wù)書要求完成設(shè)計任務(wù)。最終實現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動穩(wěn)定運行。根據(jù)設(shè)計要求本系統(tǒng)采用西門子PLC300空制系統(tǒng)對變頻器進行 調(diào)速控制和系統(tǒng)輸入輸出信號的采集以及系統(tǒng)報警功能的實現(xiàn)。本系統(tǒng)內(nèi)的電機調(diào)速由變頻器來實現(xiàn)，通過PLC空制變頻器和現(xiàn)場壓力儀 表檢測的反饋信號來實現(xiàn)對電機的自動恒壓控制功能。2、 設(shè)計任務(wù)例如一樓宇供水系統(tǒng)，正常供水20m3/J、時，最大供水量35m3/

2、 小時，揚程45m采用變頻調(diào)速技術(shù)組成一閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制水泵 的運行， 保證用戶水壓恒定。當(dāng)用水量增大或減小時，水泵電動機速度發(fā)生變化，改變流量，以保證水壓恒定。本恒壓供水系統(tǒng)，要求以1.0Mpa的恒定壓力對用戶進行供水。水泵有2臺，由一臺變頻器驅(qū) 動。PLC按照壓力變送器（PIT）的信號，調(diào)節(jié)變頻器的輸出，使水 泵的轉(zhuǎn)速變化，從而保證供水壓力的恒定。兩臺水泵互為備份，可任意選擇一臺水泵處于變頻模式或工頻模式?？刂葡到y(tǒng)原理如圖1 所示：PLC圖1恒壓供水變頻控制系統(tǒng)原理圖三、系統(tǒng)設(shè)備選型1主要電氣元件參數(shù)指標(biāo)水泵：35KVV三相異步電動機恒壓設(shè)定點：1.0Mpa壓力變送器：0-1.6Mpa,

3、兩線制，4-20mA電流輸出變頻器：VVV底頻器(1)水泵根據(jù)設(shè)計要求水泵正常供水20m3/J、時，最大供水量35m3/J、時， 揚程45m參考相關(guān)資料選擇型號為IS50-32-125(揚程50m流量50 m3/小時)的水泵即可滿足要求。(2)遠傳壓力表由于遠傳壓力表具有價格低、有數(shù)據(jù)讀取表盤等優(yōu)點，結(jié)合具體實際設(shè)計，故在此處選擇其作為反饋信號。四、 系統(tǒng)控制要求1、設(shè)兩臺水泵。一臺工作，一臺備用。正常工作時，始終有一臺水泵供水。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時，備用泵自投。2 、兩臺泵可以互換。3 、給定壓力可調(diào)，壓力控制點設(shè)在水泵處。4 、具有自動，手動工作方式，各種保護、報警裝置。5、用PL3J主要器

4、件完成控制系統(tǒng)的設(shè)計。五、控制系統(tǒng)實現(xiàn)1、系統(tǒng)工作原理工作方式選擇：分別閉合總電源開關(guān)QF1,控制電路電源開關(guān)QF2 （此時控制電路電源指示燈 HL9亮），變頻器電源開關(guān)QF3 ,將 自動檔位開關(guān)SA2旋到自動檔位，此時觸點0001接通，進而使內(nèi)部 輔助觸電1001導(dǎo)通，選擇工作方式為自動方式。水泵控制流程圖如 圖2所示：圖2水泵控制流程圖備用泵選擇：如選擇1號泵為備用泵，則將其備用選擇開關(guān)SA1旋到1號泵備用檔位，此時觸電0000被接通，內(nèi)部輔助觸電1002導(dǎo)通， 選擇 1 號泵為備用泵。如選擇 2 號泵為備用泵，則將其備用選擇開關(guān)SA1旋到2號泵備用檔位，此時常閉觸電0000被接通，內(nèi)部輔

5、助觸電1003導(dǎo)通，選擇2號泵為備用泵。自動狀態(tài)啟動：按下啟動按鈕SB1 PLC內(nèi)部觸電002被接通，此時如果選擇1 號泵為備用泵則0502觸電被接通，2號泵正常工作，1 號泵為備用泵。此時如果選擇2 號泵為備用泵則0500觸電被接通，1 號泵正常工作，2 號泵為備用泵。自動狀態(tài)停止：按下自動停止按鈕SB2則PLC內(nèi)部觸點0003被 接通， 此時可斷開0502和 0500輸出繼電器，可使整個系統(tǒng)停止運行。同時，手動啟動1號泵：分別閉合總電源開關(guān)QF1控制電路電源開關(guān) QF2（此時控制電路電源指示燈HL9亮），變頻器電源開關(guān)QF3,將 自動檔位開關(guān)SA2旋到手動檔位，此時觸電0001被接通，同時

6、常閉 觸電0001斷開，即切除自動狀態(tài)的功能。按下SB3啟動1號泵工作, 觸電 0004被接通，輸出繼電器0501 動作，啟動1 號泵工頻工作。手動停止1號泵：按下SB4,觸電0005閉合，切斷輸出繼電器 0501， 1 號泵停止工作。同時常閉觸電0501 斷開， 2 號泵無法啟動。手動啟動2號泵：按下SB5啟動2號泵工作，觸電0006被接通，輸出繼電器0503動作，啟動1 號泵工頻工作。手動停止2號泵：按下SB6,觸電0007閉合，切斷輸出繼電器 0503， 2 號泵停止工作。同時常閉觸電0503斷開， 1 號泵無法啟動。故障排除：1 號泵熱繼電器出現(xiàn)故障時，輸入端子FR1 動作，接通觸點0

7、009,使輸出繼電器0506接通，點亮HL8 2號泵熱繼電 器出現(xiàn)故障時，輸入端子FR2動作，接通觸點0010,使輸出繼電器 0505接通，點亮HL%當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，輸入端子BP動作，接 通觸點0008,使輸出繼電器0507接通，點亮HL62、信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括水壓信號、報警信號：(1)水壓信號：它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控 制的主要反饋信號。此信號是模擬信號，讀入變頻器時，需進行轉(zhuǎn)換。(2)報警信號：它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變 頻器是否有異常，該信號為開關(guān)量信號。3、PID自動調(diào)節(jié)原理框圖如圖3所示PID調(diào)節(jié)器變頻器1壓力檢測反饋

8、圖3 PID自動調(diào)節(jié)原理框圖為了使輸出壓力恒定，過壓力檢測儀表做為檢測元件實現(xiàn)壓力檢 測，根據(jù)檢測儀表的反饋信號由PLCt理弁調(diào)節(jié)變頻器輸出從而控制 電機，使輸出壓力恒定在1.0Mpa的恒定值下。4、PID控制器參數(shù)選擇根據(jù)設(shè)計要求結(jié)合PID的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，可得其數(shù)據(jù)：采樣周期T=3秒，比例系數(shù)KP=140積分時間Ti=24秒。因為供水系統(tǒng)沒有較大的 慣性環(huán)節(jié)所以不需要設(shè)置微分參數(shù)。5、變頻器參數(shù)設(shè)定代碼設(shè)定值頻率設(shè)定命令001操作方法011最局頻率0250HZ基本頻率0350HZ電子過熱或繼電器081頻率限制上限1150HZ下限1228HZ6、部分器件選擇7、PLC外部接線圖的設(shè)計PLC艮據(jù)表1

9、的I/O分配關(guān)系和C20P的端子排列位置進行相應(yīng)的接線，PLC系統(tǒng)外部接線圖在中，圖中各接觸器采用 220V電源，信號指示及報警指示燈與接觸器共用 220V電源。（PLC#部接線圖的設(shè)計如附圖1所示）I/O分配表表1輸入輸出1、2號泵備用旋鈕SA100001號泵變頻啟動接觸器KM105001號水泵變頻運行才同燈HL1手動或自動旋鈕SA200011號泵工頻啟動接觸器KM205011號水泵工頻運行才旨示燈HL2自動啟動SB100022號泵變頻啟動接觸器KM305022號水泵變頻運行指示燈HL3停車SB200032號泵工頻啟動接觸器KM405032號水泵工頻運行才旨示燈HL4手動1號泵啟動SB300

10、04變頻器啟停繼電器KA0504變頻器正常運行指7K燈HL51號泵停車SB40005變頻器報警指示燈HL605072號泵啟動SB500062號泵故障報警指示燈HL705052號泵停車SB600071號泵故障報警指示燈HL80506變頻器報警30A0008控制電路通電指示燈HL91號泵熱保護觸電FR100092號泵熱保護觸電FR200108、梯形圖指令指令數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)LD0000KEEP0502LDTR1AND NOT1000LDTR0AND0006OUT1002AND1001AND NOT0501LD NOT0000AND1003LDTR1AND NOT1000OR0505AND050

11、6OUT1003LDTR0OR0007LD0001AND0506KEEP0503OUT1000OR0003LD0008LD NOT0001OR0506OUT0507OUT1001KEEP0500LD0009LD0002LD1000OUT0505OUTTR0OUTTR1LD0010AND1001AND0004OUT0506AND1002AND NOT0503LD0500OR0506LDTR1OR0502LDTR0AND0505LD0505AND0507OR0005OR0506OR0003KEEP0501OR0507OR0505KEEP05049、PLC編程梯形圖10、主電路的設(shè)計主電路線路如附1

12、所示，圖中的M1、M2、為帶動水泵的電動機，由于電動機的功率較小，所以三臺電動機都采用直接啟動方式， 各臺電動機分別使用兩個接觸器控制，KM1 和 KM3 分別控制電動機M1和 M2 的變頻運行。KM2 和 KM4 分別控制點動機的工頻運行。各電動機分別由FR1、 FR2、 提供過載保護。（主電路的設(shè)計如附圖1 所示）六、操作使用說明書自動啟動：分別閉合總電源開關(guān) QF1,控制電路電源開關(guān)QF2（此 時控制電路電源指示燈HL9亮），變頻器電源開關(guān)QF3，將自動檔位 開關(guān)SA2旋到自動檔位，如選擇1號泵為備用泵，則將其備用選擇開 關(guān)SA1旋到1號泵備用檔位。如選擇2號泵為備用泵，則將其備用選 擇

13、開關(guān)SA1旋到2號泵備用檔位。自動啟動：按下啟動按鈕 SB1,則系統(tǒng)可自動工作。自動停止：按下自動停止按鈕SB2則可使整個系統(tǒng)停止運行，變頻器自動關(guān)閉。如長時間不用最好切斷電源QF1、 QF2、 QF3。手動啟動1 號泵： 分別閉合總電源開關(guān)QF1， 1 號泵電源開關(guān)QF4，控制電路電源開關(guān)QF2（此時控制電路電源指示燈 HL9亮），將自動 檔位開關(guān)SA2旋到手動檔位。按下 SB3啟動1號泵工作，按下SB5 啟 動2號 泵 工 作 。詳細D=W=G圖=紙C=AD請JIA：三兩1爸爸五四零六3231885406），男19歲一 7月13日公歷）巨蟹座屬虎兩說三兩1爸爸五I由（9 C雄, ：，郎子的

14、與穿心蓮的空間全套密輯低價拾元拊手動停車：按下SB4停止1號泵工作，斷開電源開關(guān) QF4按下SB6停止2號泵工作，斷開電源開關(guān)QFS故障排除:根據(jù)指示燈可判斷其故障具體位置。當(dāng) HL8點亮?xí)r， 說明一號泵熱繼電器出現(xiàn)故障 。當(dāng)HL7點亮?xí)r，說明二號泵熱繼電 器出現(xiàn)故障。當(dāng)HL6點亮?xí)r，說明變頻器出現(xiàn)故障 。七、設(shè) 計 體 會詳細D=W=G圖=紙C=AD請JIA三兩1爸爸五四零六323188S406j 泊男19歲一 7月13日（公歷）巨黃座層虎請成三兩1爸爸五I叱 66。色R -E_3交流電機變頻調(diào)速及其應(yīng)用我們電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生必修的一門課程，也是比較重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一， 更是我們將來工作的基礎(chǔ)，因此我們沒有理由不把它學(xué)好。平時在課堂上不乏有些厭倦老師一個人在那里講個不停，直到這次課程的設(shè)計才感覺到交流電機變頻調(diào)速及其應(yīng)用這門課程的趣味性。 然而更讓我受益匪淺的是通過對各部分電路的設(shè)計，不僅讓我復(fù)習(xí)了以前學(xué)過的舊的知識，更讓我對某部分電路有了更深一步的理解， 因為沒有透徹的理解是設(shè)計不出來的。對于總的電路圖的拼接也是對我平時學(xué)習(xí)的分散的知識和章節(jié)的一個綜合考驗，對知識的統(tǒng)一性和連貫性的一個升華?，F(xiàn)在我只是簡單的設(shè)計出了自己的電路，至于設(shè)計的怎么樣，我想只能是將就，因為還沒有投入使用，還沒有調(diào)試，更沒有運行。所以我想其中應(yīng)該是問題百出，有些可能是自己的粗