變頻器課程設(shè)計(jì)水泵

1、河南機(jī)電高等專科學(xué)校課程設(shè)計(jì)報(bào)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(dòng)控制系_專業(yè)班級(jí)：電氣白動(dòng)化技術(shù) 081081姓 名：_學(xué) 號(hào)：_20102010 年 1212 月 2525 日設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)目的： 白動(dòng)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(shí)現(xiàn)恒壓供水。本設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)一種用變頻器實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)：1、三臺(tái)水泵電機(jī)功率分別為 2. 2KW、3KW、5. 5KW。2、采用 PLC控制，用水高峰時(shí)壓力穩(wěn)宋在 0. 3MPa3、系統(tǒng)具有休眠功能_4、_5、_6、_設(shè)計(jì)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

2、器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成.系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jìn) 行數(shù)據(jù)交換；通用性強(qiáng)，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(jì)上，只需確定P比的硬件配置和拍的外 部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場

3、調(diào)試方便。同時(shí)由于P比的抗十?dāng)_能力強(qiáng)、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(jī)組的容量大小無關(guān)。變頻器的特點(diǎn)及應(yīng)用變頻器應(yīng)用，可分為兩大類：一種是用于傳動(dòng)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(dòng)調(diào)速，其應(yīng)用目的就是通過對(duì)電機(jī)調(diào)速來達(dá)到 節(jié)約能源。控制對(duì)象就是在動(dòng)力設(shè)備上實(shí)現(xiàn)電一機(jī)轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)。這是由感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)的性能和特征決定，其次是由于所帶的負(fù)載對(duì)電機(jī)調(diào)速的負(fù)荷適應(yīng)性 所決定。由電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)公式我們知道， 電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，主要取決于電機(jī)定 子的旋轉(zhuǎn)磁場(n1=t*f/p )。對(duì)一個(gè)繞制好的電機(jī)，其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速完

4、全取決 供電頻率，t為時(shí)間常數(shù)，P為電機(jī)的極對(duì)數(shù)，n1正比電源頻率f,從電機(jī)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(jī)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(gè)轉(zhuǎn)差數(shù)(一般為n1的11.8%,)稱為轉(zhuǎn)差率S,由此可見電機(jī)的轉(zhuǎn)速也正比于電源的頻率。n2=t*f(1-s)/p從異步電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)機(jī)械特性曲線中，我們不難看出轉(zhuǎn)速的變化 對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩影響較小，對(duì)于傳動(dòng)機(jī)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(shí)輸出電壓也相應(yīng)降低， 轉(zhuǎn)矩正比輸出電壓。轉(zhuǎn)矩也會(huì)有些 減少。這種純電氣調(diào)速系統(tǒng)是人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性來獲得不同的轉(zhuǎn)速，直接與拖動(dòng)機(jī)械相

5、連接不需原機(jī)械設(shè)備做任何調(diào)整，這對(duì)于節(jié)能改造成本，保持 原有機(jī)械性能都大有好處。變頻傳動(dòng)調(diào)速的特點(diǎn)是：1、不用改動(dòng)原有設(shè)備包括電機(jī)本身；2、可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，滿足傳動(dòng)機(jī)械要求；3、變頻器軟啟、軟停功能，可以避免啟動(dòng)電流沖擊對(duì)電網(wǎng)的不良影響，減少電源容量的同時(shí)還可以減少機(jī)械慣動(dòng)量，減少機(jī)械損耗；4、不受電源頻率的影響，可以開環(huán)、閉環(huán)手動(dòng)/自動(dòng)控制；5、低速時(shí)，定轉(zhuǎn)矩輸出、低速過載能力較好；6、電機(jī)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(gè)部分：（1）供水控制器：它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控

6、制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù) 據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器 和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即水泵成行控制.（2）變頻器:它是對(duì)水泵進(jìn)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(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中 水泵被變頻器拖動(dòng)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(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻 器從該水泵電機(jī)中脫出，將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電 機(jī)。2）變頻

7、固定式：變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng) 另一臺(tái)恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選 擇。一、 變頻器的電控設(shè)備它是由一組接觸器、 保護(hù)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(duì)水泵的切換、 手/自動(dòng)切換及就地/集中 等工作恒壓供水結(jié)構(gòu)框圖如下：2、 在變頻包壓供水中，整個(gè)變頻包壓供水控制系統(tǒng)要根據(jù)檢測到的輸入 信號(hào)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(duì)水泵組進(jìn)行控 制實(shí)現(xiàn)包壓供水的目的。這個(gè)控制過程是一個(gè)閉環(huán)過程，它的反饋信號(hào)是由壓力 傳感

8、器產(chǎn)生的供水壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變頻器，通過控制系統(tǒng)將控制結(jié)果傳輸?shù)阶?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(gè)控制過程。其中需要完成的控制流程下圖如所示。對(duì)丁一臺(tái)變頻器帶兩臺(tái)或兩臺(tái)以上電機(jī)的系統(tǒng)，電機(jī)的控制通常按上節(jié)方案2所述流程進(jìn)行.在實(shí)際運(yùn)用中，通常對(duì)水壓的閉環(huán)控制都采用PID控制，電機(jī)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(shí)現(xiàn)。PD的算法和實(shí)現(xiàn)將在節(jié)進(jìn)行詳細(xì)闡述，電機(jī)的增減控制算法在將在加以分析3運(yùn)行特性：以3臺(tái)水泵的包壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行方式下，可編程控制器控 制變頻器、 軟啟動(dòng)1#泵， 此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)， 其轉(zhuǎn)

9、速逐漸升高， 當(dāng)供水 量Q1/3QmsW（Qma朋3臺(tái)水泵全部工頻運(yùn)行時(shí)的最大流量），可編程控制器CPU根據(jù)供水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)1#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。當(dāng)用水量QE1/3QmaxQ23Qma乏問時(shí)，1#泵已不能滿足用戶所需的用水量， 這時(shí)可編 程控制器發(fā)出指令將1#泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，并軟啟動(dòng)2#泵，使2#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行工 況，2#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速由用戶用水量決定，以保證供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)所需的供水壓 力。當(dāng)外需供水量Cfe2/3QmaxQQnWx可編程控制器發(fā)出指令再將2#泵置丁 工頻運(yùn)行狀態(tài)， 同時(shí)軟啟動(dòng)3#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行工況，此時(shí)3#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速由用戶 的用水量確定，以保證供水系統(tǒng)

10、最不利點(diǎn)的供水壓力包定。硬件電路設(shè)計(jì)、I/O地址分配;1、硬件電路設(shè)計(jì)變頻包壓供水系統(tǒng)的控制方案為1臺(tái)變頻器控制3臺(tái)水泵的案控制圖如下:工頻2、I/。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(dòng)脈沖VB301變頻泵工作總臺(tái)數(shù)Q0.2工頻泵1啟動(dòng)脈沖M1.1變頻杲倒泵脈沖Q0.3變頻泵2啟動(dòng)脈沖M1.2工頻杲倒泵脈沖Q0.4工頻泵2啟動(dòng)脈沖M1.3復(fù)位當(dāng)前工頻泵Q0.5變頻泵3啟動(dòng)脈沖M1.4復(fù)位當(dāng)前變頻泵Q0.6工頻泵3啟動(dòng)脈沖M1.5工頻泵啟動(dòng)脈沖T37增泵定時(shí)器M1

11、.6變頻杲啟動(dòng)脈沖T38減泵定時(shí)器M2.0工頻與變頻的轉(zhuǎn)換1二、軟件設(shè)計(jì)；1、壓力包定控制程序設(shè)計(jì)在變頻包壓供水系統(tǒng)壓力控制程序的設(shè)計(jì)流程如下圖，檢測壓力的大小，信PLCINV變頻號(hào)傳送到PLG系統(tǒng)首選對(duì)數(shù)值進(jìn)行分析，確認(rèn)數(shù)據(jù)正常后，與壓力設(shè)定值進(jìn)行 判斷，如果與設(shè)定值相同，則直接進(jìn)入下一采樣周期，如果不同，則進(jìn)行PID控 制，通過PLC控制變頻器改變頻率參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)包壓供水。2、電機(jī)增減控制程序設(shè)計(jì)該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式，手動(dòng)方式只在系統(tǒng)出現(xiàn)故障和調(diào)試時(shí) 使用。選擇自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，P優(yōu)對(duì)外接信號(hào)進(jìn)行檢測，如果滿足要求，則75kw （1#電機(jī)）電機(jī)和變頻器連通，作變頻運(yùn)行，并根據(jù)壓力反

12、饋調(diào)整詳電機(jī)頻率，當(dāng)頻 率調(diào)整到50Hz,供水仍不足，則該臺(tái)變頻泵切換為工頻，如果壓力繼續(xù)不夠，則將1#泵切換到工頻，經(jīng)延時(shí)50s,再啟動(dòng)3kw（2#電機(jī)），2#電機(jī)在變頻方式下 運(yùn)行，使出水壓力達(dá)到要求。如果兩臺(tái)電機(jī)都在工頻下運(yùn)行， 還不能滿足壓力要 求，3#工作.如果實(shí)際壓力過大，逐漸降低本臺(tái)水泵電機(jī)頻率，如果頻率降低 到SHz仍不足以使壓力滿足要求，貝U關(guān)閉1#泵電機(jī)，使2#泵切在變頻下運(yùn)行。 這樣每臺(tái)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(jī)增減條件時(shí)，其主程序流程圖如下：電機(jī)增減主程序流程圖四、程序調(diào)試;1、變頻器設(shè)置1將變頻器復(fù)位到出廠設(shè)置：P0010=30,

13、P0970=12允許讀寫所有參數(shù)：P009=33電機(jī)設(shè)定值：電機(jī)1 P081=50, P082=1000, P083=0.35, P084=230, P085=2.2電機(jī)2P081=50, P082=1500, P083=0.35, P084=230, P085=3電機(jī)3P081=50, P082=2000, P083=0.35, P084=230, P085=5.54設(shè)置本地/遠(yuǎn)程控制方式：P901=15設(shè)置RS-485申行接口的波特率：P092=66輸入從站地址：電機(jī)1 P091=1，電機(jī)2 P091=2,電機(jī)3 P091=37增速時(shí)間：P002=508斜坡減速時(shí)間：P003=202、PL

14、C程序調(diào)試1使用跳轉(zhuǎn)指令依次調(diào)試2使用監(jiān)控變量表監(jiān)視輸出3使用仿真軟件模擬輸出五、心得體會(huì)附錄 1、參考文獻(xiàn)附錄 2、程序清單33：-50-50AZirmirirg g”s sC:=ex:C:=ex:T37T37珥系it.1it.1C30ECSC30ECSKetwrk xXerrrtXerrrtTitleTitlec：=*x：ACOl-lW.Oirirletwrk 33X3Xg:3ZSJ3J5XXetvoxk 6Xetvork ： ;X33X3：CsexCsex：szsrzffsszsrzffs38RS538RS5二玄巧矣月蘭 W 塾)：:=ntmmmmV3M0V3M0XLXL I I:：=e

15、tC:sext更好二二專矣 n?:習(xí)?里AHAH”；：:=ext-* ：-二號(hào)妥g?：甘圭gbolgbolAddressAddressC:czentC:czent歡Ml. 6ZilZilJC.O二必交船蛭Zi3Zi3M2.2二編交熊典KetTork 12Srah-olSrah-olAddressAddressCcoaentCcoaent3x13x115300皿工作與Ml. 4Ml. 3戲責(zé)二繇0 0 2 2 6 6M2.#M2.# 1 1M2.MM2.M 1 1111.111.AddressCcczent變契工作與)NetworkNetwork 1212SyasclSyasclAddressA

16、ddressCementCement成Ml.GMl.G奈的交氛 M 動(dòng)BC2BC20 0 3 3爻氛或華BGHBGHV3300V3300爻氛卷二作號(hào)FEBFEBMl.Ml. 4 4復(fù)血當(dāng)主交次案GC2GC200.400.4工三瞼司 2 2NetvorkNetvork 1616MLML 6 6VB300VB300Ml.Ml. 4 4NetworkNetwork 1414:yx:cl:yx:cl交購扒xnx蠣復(fù)血竺壬交務(wù)系QO-5QO-5()M1QO55M1QOM1QO55M1QOKetvorkKetvork 1717SyabclSyabclAddressAddressCccsentCccsentEC1EC1