變頻器恒壓供水解讀課件

1、變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)南陽(yáng)市高級(jí)技工學(xué)校 系 別：機(jī)電工程系 教 研 組：電氣教研組 姓 名：趙 毅 1 . 設(shè)計(jì)研究的意義水生命之源。恒壓供水是指用戶端在任何時(shí)候，不管用水量的大小，總能保持管網(wǎng)中水壓的基本恒定。變頻器恒壓供水利用傳感器、P L C 、變頻器及水泵機(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)壓力保持恒定，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動(dòng)化程度高、高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，在城市供水和工廠供水控制中得到廣泛應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)（1）變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成及控制策略： 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制策略 （2）恒壓變頻供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)

2、計(jì)：系統(tǒng)整體硬件框圖變頻器的選用可編程控制器(PLC)的選用系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)（3）恒壓變頻供水控制軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：總體流程設(shè)計(jì)各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)、功能程序、初始化程序變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成 供水系統(tǒng)組成部分簡(jiǎn)單示意圖1）壓力傳感器-系統(tǒng)的控制輸入量，能否準(zhǔn)確采集該信號(hào)決定控制系統(tǒng)的精度及可靠性。2）控制器-是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)對(duì)外界輸入狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，輸出控制量；對(duì)外界輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出相應(yīng)的控制量。3）變頻器-作為核心控制器的后續(xù)控制單元，對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行控制，最終達(dá)到控制要求。例如多段調(diào)速、變頻器調(diào)速等。4）水泵-供水系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)變頻器控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后達(dá)到控制水

3、泵流量大小的。變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制策略恒壓供水系統(tǒng)的控制策略-變頻恒壓供水系統(tǒng)由PLC、傳感器、變頻器及水泵機(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由P L C 進(jìn)行邏輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。變頻器、可編程控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送人PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出的調(diào)解參數(shù)送給變頻器， 由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量。當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過(guò)PLC控制器加泵和控制變頻與工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變量供水，使管網(wǎng)壓力保持恒定。系統(tǒng)整體硬件框圖系統(tǒng)的整體硬件框圖變頻器的選用MM

4、430型變頻器-是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設(shè)計(jì)，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性。MM430型變頻器具有能源利用率高的特點(diǎn)，具有較多的輸入端子和輸出端子，且對(duì)操作面板進(jìn)行了優(yōu)化，便于工作人員進(jìn)行操作，其主要技術(shù)指標(biāo)如下:具有內(nèi)置的PID控制器，可用于簡(jiǎn)單的過(guò)程控制。6個(gè)可編程的帶電位隔離的數(shù)字輸入端。2個(gè)模擬輸入，也可作為第7/8個(gè)數(shù)字輸入端。2個(gè)可編程的模擬輸出（0-20mA）。3個(gè)可編程的繼電器輸出，在阻性負(fù)載下：DC30V/5A;感性負(fù)載下：AC250/2A。可與S7-200鏈接，也可集成到SIMATIC

5、和SIMOTION的TIA系統(tǒng)中。PLC簡(jiǎn)介和選用 西門子的SIMATIC S7系列的PLC是S5系列的更新?lián)Q代產(chǎn)品。S7系列PLC包括S7-200，S7-300， S7-400三大類。其中S7-200是整體式結(jié)構(gòu)的、具有很高的性能/價(jià)格比的小型可編程控制器，根據(jù)控制規(guī)模的大?。摧斎?輸出點(diǎn)數(shù)的多少），可以選擇相應(yīng)CPU的主機(jī)。它的模塊化設(shè)計(jì)為適應(yīng)具體的應(yīng)用提供了極大的靈活性，便于擴(kuò)展功能，有效地提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。S7-200的主要特點(diǎn)有：快速的中央處理運(yùn)算能力；極豐富的編程指令集；響應(yīng)快速的數(shù)字量和模擬量輸入/輸出通道；操作便捷，易于掌握；強(qiáng)大的通訊功能和豐富的擴(kuò)展模塊。系統(tǒng)CPU的選擇

6、 根據(jù)城市供水電氣控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來(lái)考慮，由于城市供水電氣控制系統(tǒng)的輸入/輸出端口較多，而其控制過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，因此采用CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。 CPU226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，共40個(gè)I/O點(diǎn)。2個(gè)模擬量電位器，最多可以擴(kuò)展35個(gè)I/O點(diǎn)。8K字節(jié)用戶程序和5K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。有6路高速計(jì)數(shù)器（30Khz）,2路高速脈沖輸出，2個(gè)RS-485通信、編程口，具有與CPU224相同的功能，但同前者CPU相比，它增加了通信口的數(shù)量，從而通信能力大大加強(qiáng)。同CPU221、CPU222相比，它的存儲(chǔ)容量和擴(kuò)展能力有了很大的提高，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍，可以有7

7、個(gè)擴(kuò)展模塊有很強(qiáng)的模擬量處理能力。CPU226主要用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 在該控制系統(tǒng)中，還需要采集模擬量的功能要求，因此需要再擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊。西門子公司專門為S7-200系列PLC配置了模擬量輸入/輸出模塊EM235（EM235：4模擬輸入點(diǎn)，1模擬輸出點(diǎn)，2W，12位）該模塊具有較高的分辨率和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)-主電路的設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)包括3臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)M l、M 2、M 3， 其中Ml的功率為45kW，M2為22kW，M3為22kW。該系統(tǒng)為一臺(tái)變頻器依次控制每臺(tái)水泵實(shí)現(xiàn)恒壓控制。系統(tǒng)具有變頻和工頻兩種運(yùn)行狀態(tài)

8、，當(dāng)變頻泵達(dá)到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設(shè)定的判斷時(shí)間內(nèi)還不能滿足恒壓值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指示下一臺(tái)泵為變頻泵。主電路如4-2 所示。其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制Ml、M2、M3變頻運(yùn)行，KMl、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M 3工頻運(yùn)行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3和QS4分別為變頻器和三臺(tái)泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU為主電路的熔斷器；變頻器是風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器MM430，主回路圖4-2所示。系統(tǒng)主電路圖系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)-控制電路的設(shè)計(jì) 圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)

9、控制狀態(tài)，打在2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1SB8控制三臺(tái)泵的起/停和電磁閥YV2的通/斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。其中HLl、HL3和HL5分別指示MlM 3的工頻運(yùn)行，HL2、HL4、HL6分別指示M lM 3的變頻運(yùn)行。HL7、HL8分別水位的上下限指示燈，KA為報(bào)警電鈴。KA1為生活消防轉(zhuǎn)換接觸器。圖中的HL9為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。HL10為報(bào)警指示燈。KA2為變頻器復(fù)位接觸器繼電控制電路圖總體流程設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過(guò)程可分為手動(dòng)控制功能和自動(dòng)控制功能。在手動(dòng)控制模式下，每個(gè)設(shè)備可單獨(dú)運(yùn)行，以測(cè)試設(shè)備的性能，模式選擇簡(jiǎn)單流程圖如下圖所示。模式選擇簡(jiǎn)單流程圖手動(dòng)操作模式工作流程圖 在手動(dòng)模式下，可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，手動(dòng)操作模式工作流程圖如下圖所示。在此模式下，可以通過(guò)按鈕對(duì)三個(gè)水泵進(jìn)行控制，而且可以通過(guò)按鈕的增大或減小變頻器的頻率來(lái)改變其速度，以檢測(cè)調(diào)速性能。手動(dòng)模式自動(dòng)模式系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，檢測(cè) 水池水位。水位滿足要求，變頻啟動(dòng)1#水泵，同時(shí)