变频器课程设计-一种用变频器实现的高楼无塔恒压系统(水泵).doc

河南机电高等专科学校课程设计报告书课程名称： 交流调速系统与变频器应用 课题名称： 系部名称： 自动控制系 专业班级： 电气自动化技术081 姓 名： 学 号： 2010年12月 25日设 计 任 务 书设计目的：自动恒压供水在日常生活中应用较多，用变频器可以比较容易的实现恒压供水。本设计的目的在于设计一种用变频器实现的高楼无塔恒压系统。 技术指标：1、三台水泵电机功率分别为2.2kw、3kw、5.5kw。2、采用plc控制，用水高峰时压力稳定在0.3mpa3、系统具有休眠功能4、5、6、设计思路、方案选择： 从变频恒压供水的原理分析可知，该系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成.系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，本文选用通用变频器+plc控制这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换;通用性强，由于plc产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上，只需确定p比 的硬件配置和拍 的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过pc机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于p比 的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。变频器的特点及应用变频器应用，可分为两大类：一种是用于传动调速，另一种是各种静止电源（静止电源暂且不讲）。变频传动调速，其应用目的就是通过对电机调速来达到节约能源。控制对象就是在动力设备上实现电机转换的电动机。这是由感应式异步电动机的性能和特征决定，其次是由于所带的负载对电机调速的负荷适应性所决定。由电机转速的数学公式我们知道，电机的实际转速，主要取决于电机定子的旋转磁场（ n1=t*f/p） 。对一个绕制好的电机，其旋转磁场转速完全取决供电频率，t 为时间常数，p为电机的极对数，n1正比电源频率f，从电机的结构上我们看到定、转子之间没有任何电的连接，基于磁场感应和机械惯性，转子的转速和定子旋转磁场的转速总是不同步，差一个转差数（一般为n1的1%1.8%,）称为转差率s，由此可见电机的转速也正比于电源的频率。n2=t*f(1-s)/p从异步电动机变频时机械特性曲线中，我们不难看出转速的变化对电机的转矩影响较小，对于传动机械功率要求完全可以满足。变频调速控制是在降低输出频率的同时输出电压也相应降低，转矩正比输出电压。转矩也会有些减少。这种纯电气调速系统是人为地改变电动机的机械特性来获得不同的转速，直接与拖动机械相连接不需原机械设备做任何调整，这对于节能改造成本，保持原有机械性能都大有好处。变频传动调速的特点是： 1 、不用改动原有设备包括电机本身； 2、可实现无级调速，满足传动机械要求； 3、变频器软启、软停功能，可以避免启动电流冲击对电网的不良影响，减少电源容量的同时还可以减少机械惯动量，减少机械损耗； 4、不受电源频率的影响，可以开环、闭环手动/自动控制；5、低速时，定转矩输出、低速过载能力较好；6、电机的功率因数随转速增高功率增大而提高。使用效果较好。供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(p比 系统)、变频器和电控设备三个部分: (1)供水控制器:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的压力、液位、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵成行控制. (2)变频器:它是对水泵进行转速控制的单元.变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。根据水泵机组中水泵被变频器拖动的情况不同，变频器有如下两种工作方式: 1)变频循环式:变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统先将变频器从该水泵电机中脱出，将该泵切换为工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机。 2)变频固定式:变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统直接启动另一台恒速水泵，变频器不做切换，变频器固定拖动的水泵在系统运行前可以选择。1、 变频器的电控设备它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成.用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换及就地/集中等工作恒压供水结构框图如下： 2、 在变频恒压供水中，整个变频恒压供水控制系统要根据检测到的输入信号的状态，按照系统的控制流程，通过变频调速器和执行元件对水泵组进行控制实现恒压供水的目的。这个控制过程是一个闭环过程，它的反馈信号是由压力传感器产生的供水压力，执行机构是变频器，通过控制系统将控制结果传输到变频器中，改造变频器的输出频率，从而使供水压力发生改变，完成整个控制过程。其中需要完成的控制流程下图如所示。 对于一台变频器带两台或两台以上电机的系统，电机的控制通常按上节方案2所述流程进行. 在实际运用中，通常对水压的闭环控制都采用pid控制，电机增减的控制根据不同的情况有所不同，但多数采用频率、频率结合压力的方法来实现。pd 的算法和实现将在节进行详细阐述，电机的增减控制算法在将在加以分析3 运行特性：以3台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器、软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量q1/3qmax时(qmax为3台水泵全部工频运行时的最大流量)，可编程控制器cpu根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量q在13qmaxq23qmax之间时，1#泵已不能满足用户所需的用水量，这时可编程控制器发出指令将1#泵转为工频运行，并软启动2#泵，使2#泵进入变频运行工况，2#泵的运行转速由用户用水量决定，以保证供水系统最不利点所需的供水压力。当外需供水量q为23qmaxqqmax时，可编程控制器发出指令再将2#泵置于工频运行状态，同时软启动3#泵进入变频运行工况，此时3#泵的运行转速由用户的用水量确定，以保证供水系统最不利点的供水压力恒定。硬件电路设计、i/o地址分配；1、硬件电路设计变频恒压供水系统的控制方案为1台变频器控制3台水泵的案控制图如下： 2、i/o地址分配：地址注释地址注释vd104压力给定值m2.1工频与变频的转换2vd204变频器工作下限值m2.2工频与变频的转换3vb300变频器工作上限值q0.1变频泵1启动脉冲vb301变频泵工作总台数q0.2工频泵1启动脉冲m1.1变频泵倒泵脉冲q0.3变频泵2启动脉冲m1.2工频泵倒泵脉冲q0.4工频泵2启动脉冲m1.3复位当前工频泵q0.5变频泵3启动脉冲m1.4复位当前变频泵q0.6工频泵3启动脉冲m1.5工频泵启动脉冲t37增泵定时器m1.6变频泵启动脉冲t38减泵定时器m2.0工频与变频的转换12、 软件设计；1、压力恒定控制程序设计 在变频恒压供水系统压力控制程序的设计流程如下图，检测压力的大小，信号传送到plc，系统首选对数值进行分析，确认数据正常后，与压力设定值进行判断，如果与设定值相同，则直接进入下一采样周期，如果不同，则进行pid控制，通过plc控制变频器改变频率参数，从而实现恒压供水。2、电机增减控制程序设计该系统具有手动和自动两种运行方式，手动方式只在系统出现故障和调试时使用。选择自动运行时，p优对外接信号进行检测，如果满足要求，则75kw (1#电机)电机和变频器连通，作变频运行，并根据压力反馈调整详电机频率，当频率调整到50hz，供水仍不足，则该台变频泵切换为工频，如果压力继续不够，则将1#泵切换到工频，经延时50s，再启动3kw(2#电机)，2#电机在变频方式下运行，使出水压力达到要求。如果两台电机都在工频下运行，还不能满足压力要求，3#号工作.如果实际压力过大，逐渐降低本台水泵电机频率，如果频率降低到shz仍不足以使压力满足要求，则关闭1#泵电机，使2#机泵切在变频下运行。这样每台水泵都在工频和变频之间切换，做到先开先停，后开后停。在判断电机增减条件时，其主程序流程图如下：电机增减主程序流程图四、程序调试；1、变频器设置将变频器复位到出厂设置：p0010=30，p0970=1允许读写所有参数：p009=3电机设定值： 电机1p081=50，p082=1000，p083=0.35，p084=230，p085=2.2电机2p081=50，p082=1500，p083=0.35，p084=230，p085=3电机3p081=50，p082=2000