变频器恒压供水系统多泵课程设计报告书

1、成绩评定表学生班级学号专业自动化课程设计题目变频器恒压供水系统（多泵）评语组长签字：成绩日期20 年 月 日课程设计任务书学院信息科学与匸程学院自动化学生班级学号课程设计题目变频器恒压供水系统（多泵）实践教学要求与任务：技术参数及控制要求：（1）工艺参数：供水系统由3台水泵组成：母管压力H鼻0.8时，一台定速，一台变速，一台备用。 母管压力HW0.64时，一台定速或变速，一台备用。 母管压力HW0.52时，一台变速，二台备用。（2）水泵参数：型号：125H-13额定流量：793 m7h扬程：32.3 m 功率：80.3 KW额定转速:1450 r/min配用电机功率：100KW（3）电动机参数

2、：型号：JD-L-39-4功率：100KW额定频率：50Hz额定电压：380VAC：额定转速：1470 r/min额定电流:188.2 A（4）水泵电机的起动/停止.正转、调速控制。（5）变频器采用远方控制方式。（6）变频器的频率由420mA电流信号控制。（7）变频器的运行状态指示（如运行、停止.过流、低压等）。（8）变频器的报警处理。设计要求：（1）根据变频器恒压供水系统控制要求，选择变频器型号（2）选择其他电器设备型号。（3）变频器恒压供水系统的电气控制线路的设计（包括主回路和控制回路儿（4）电气图按A4大小设计。（5）电气图形符号和文字符号要符合国家最新标准。进度安排：（1）查阅资料一天

3、（2）设计四天（3）实验操作四天（4）撰写报告及答辩 一天指导教师：201年 月 日专业负责人：201 年 月 日学院教学副院长：201 年 月曰本次设汁采用“一台变频器控制多台水泵”的多泵控制系统。在这里利用PLC设计 一套变频调速恒压供水系统，该系统可根据管网瞬间压力变化自动调节某台水泵的转速 和多台水泵的投入及退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户 的流量需求，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。可实现恒压变量、双恒压变量 等控制方式，多种启停控制方式，该系统可以通过人意修改参数指令（如压力设定值、 控制顺序、控制电机数量、压力上下限、PID值、加减速时间等）；具有

4、完善的电气安 全保护措施，对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊断并报警。为保证小区的供水正常，利用PLC控制的变频调速恒压供水系统，按照用户的需求 按需调节水泵流量，根据夜间用水少可以只开一个小流量泵，并满足用户的流量需求， 使真个系统始终保持高效节能的最佳状态。关键词：恒压供水：变频器：可编程控制器1变频器恒压供水系统简介11变频恒压供水系统理论分析11.1.1变频恒压供水系统节能原理11.1.2变频恒压控制理论模型31.2恒压供水控制系统构成31.3变频器恒压供水产生的背景和意义52变频恒压供水系统设计62设计任务及要求62.2系统主电路设计62.3系统工作过程73器件的选型及介

5、绍93变频器简介93.1.1变频器的基本结构与分类93.1.2变频器的控制方式93.2 变频器选型103.2.1变频器的控制方式103.2.2变频器容量的选择113.2.3变频器主电路外围设备选择123.3 可编程控制器(PLC)143.3.1 PLC的定义及特点143.3.2 PLC的工作原理163.3.3 PLC及压力传感器的选择164PLC编程及变频器参数设置174.1 PLC的I/O接线图174.2 PLC 程序174.3变频器参数的设置214.3.1 参数复位214.3.2 电机参数设置214.4 控制系统接线实物图225监控系统的设计235组态软件简介235.2监控系统的设讣235

6、.2.1组态王的通信参数设置235.2.2新建工程与组态变量245.2.3组态画面255.2.4监控系统界面266总结27参考文献281变频器恒压供水系统简介1.1变频恒压供水系统理论分析1.1.1变频恒压供水系统节能原理供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不 变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f(Q),如图11 所示。图1-1供水系统的基本特征图1-2管网及水泵的运行特性曲线由图可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的 情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与 用水流量Q(u)间的

7、关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度 下，扬程H与流量Q之间的关系H J(Qu)o管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系 统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图可知，在同一阀门开度下， 扬程H越大，流量Q也越大。曲于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下， 供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关 系H f(Qc)o扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图中A 点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系 统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。图1-1

8、供水系统的基本特征。变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通 常山异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器 调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水 系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。在供水系统中，通常以流量为控制U的，常用的控制方法为阀门控制法和转速控制 法。阀门控制法是通过调节阀门开度来调节流量，水泵电机转速保持不变。其实质是通 过改变水路中的阻力大小来改变流量，因此，管阻将随阀门开度的改变而改变，但扬程 特性不变。由于实际用水中，需水

9、量是变化的，若阀门开度在一段时间保持不变，必然 要造成超压或欠压现象的出现。转速控制法是通过改变水泵电机的转速来调节流量，而 阀门开度保持不变，是通过改变水的动能改变流量。因此，扬程特性将随水泵转速的改 变而改变，但管阻特性不变。变频调速供水方式属于转速控制。其工作原理是根据用户 用水量的变化自动地调整水泵电机的转速，使管网压力始终保持恒定，当用水量增大时 电机加速，用水量减小时电机减速。由流体力学可知，水泵给管网供水时，水泵的输出功率P与管网的水压H及出水流 量Q的乘积成正比；水泵的转速n与出水流量Q成正比；管网的水压H与出水流量Q 的平方成正比。由上述关系有，水泵的输出功率P与转速11三次

10、方成正比，即：P = kHQ(2.2)n = k2Q(2.3)H = kyQ2(2.4)(2.5)式中k、kl、k2、k3为比例常数。当用阀门控制时，若供水量高峰水泵工作在E点，流量为Qi,扬程为Ho,当供水 量从Qi减小到Q时，必须关小阀门，这时阀门的摩擦阻力变大，阻力曲线从b3移到 bi,扬程特性曲线不变。而扬程则从Ho上升到Hi,运行工况点从E点移到F点，此时 水泵的输出功率正比于HixQ”当用调速控制时，若采用恒压(Ho),变速泵()供水， 管阻特性曲线为b2,扬程特性变为曲线吃，工作点从E点移到D点。此时水泵输出功 率正比于HoxQ2,由于Hi>Ho,所以当用阀门控制流量时，有

11、正比于(Hi-Ho)xQ2的功 率被浪费掉，并且随着阀门的不断关小，阀门的摩擦阻力不断变大，管阻特性曲线上 移，运行工况点也随之上移，于是Hi增大，而被浪费的功率要随之增加。所以调速控 制方式要比阀门控制方式供水功率要小得多，节能效果显著。1.1.2变频恒压控制理论模型变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制LI标，在控制上实现出口总管网的实 际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时 间分段函数，在每一个时段是一个常数。所以，在某个特定时段，恒压控制的目标就 是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上从图12中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压

12、力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过汁算和转换，汁算出变频器输出频率的增 加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前 的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增 大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和 设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变 频的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调 节的结果是实际供水压力和设定压力相等。图1-2变频恒压控制原理图1.2恒压供水控制系统构成变频恒压供水系统的供水部分主要山水泵、

13、电动机、管道和阀门等构成。通常山 异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵连成一体，通过变频器调节异步 电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实 质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。图1-3恒压供水系统方框图水压山压力传感器的信号4-20mA送入变频器部的PID模块，与用户设定的压力值 进行比较，并通过变频器置PID运算将结果转换为频率调节信号，以调整水泵电机的电 源频率，从而实现控制水泵转速。山于变频器部自带的PID调节器采用了优化算法，所 以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈

14、信号值的准确、不失值， 可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试更为简 单、方便。图1-4供水系统方案图西门子系列PLC编程采用STEP7软件，它是西门子PLC的视窗软件支持工具，提供 完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的相 互转换。系统程序包括主程序和起动子程序，主程序包括参与调节程序和电机切换程 序；电机切换程序乂包括加电机程序和减电机程序。起动子程序实际上是清零子程 序。在主程序中，设置两个变频器频率上下限到达滤波时间继电器，用于稳定系统。1.3变频器恒压供水产生的背景和意义泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需要大

15、量消耗能量，提高泵站 效率；降低能耗，对国民经济有重大意义。我过泵站的特点是数量大、围广、类型 多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动能经济观点以及 机电产品类型和质量上存在的一些问题等原因，至使在技术水平、工程标准以及经济 效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。前，大量的动能消耗在水 泵、风机负载上，城乡居民用水设备所消耗的电量在这类负载中占了相当大的比例。 因此，研究提水系统的能量模型，找出能够节能的控制策略方法是H前较为重要的一 件事。以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵 活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，变频

16、恒压供水系统集变频技术、电气 技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术与一体。采用该系统进行供水可以提 高供水系统的稳定性和可靠性，方便的实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具 有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高 企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。2变频恒压供水系统设计2.1设计任务及要求本系统是以一个供水系统作为被控对象，PLC与变频器协调控制电机的转速与启 动和停止。系统控制要求：(1) 工艺参数：供水系统由3台水泵组成：母管压力H>0.8时，一台定速，一台变速，一台备用。母管压力H<0.64时，一台定速或

17、变速，二台备用。母管压力H<0.52时，一台变速，二台备用。(2) 电动机参数：型号：JD-L-39-4功率：75KW额定频率：50Hz额定电压：380VAC；额定转速：1470 r/miii额定电流：126.6A(3) 水泵电机的起动/停止、正转、调速控制。(4) 变频器采用远方控制方式。(5) 通过母管压力变送器测得实际压力大小，同时和压力给定组成闭环控制。(6) 变频器的运行状态指示(如运行、停止、过流、低压等)。(7) 变频器的报警处理。2.2系统主电路设计图2-1系统主电路图山恒压供水主电路图可见，接触器1KM2、2KM2和3KM2用于变频器输出，分 别接到水泵Ml、M2和M3

18、,而接触器1KM3、2KM3和3KM3将工频电源接到3台水 泵。变频器可以对任何一台水泵启动和恒压供水控制。空气开关（QL）是当电动机过载时自动将电动机从电网中断开热继电器（FR）是利用电流的热效应原理工作的保护电路，它在电路中用作电动机的过 载保护。2.3系统工作过程1、减泵过程当用水量减少、水压上升、变频器输出频率低于下限值时，但管网压力仍偏高时, 则各泵将依次退出运行，依次退出运行的方式有两种。先开先停方式。PLC接收到下限频率到达信号，延时一定时间后，接触器1KM2失电 复位，水泵Ml脱离工频电源停止运行。变频器输出频率仍然低于下限值，重复上述过 程，水泵M2脱离工频电源停止运行，变频

19、器驱动水泵M3恒压供水，水压稳定在设定 值上。这种方式称为循环方式，通常用于各台水泵的容量都相等的供水系统中。其优点 是可以自动的使各泵运行的时间比较均衡；缺点是工频运行状态直接停机时，可能山于 停机太快而使管网压力发生较大波动。(2) 先开后停方式。首先使正在变频运行的M3减速停机，然后使变频器的输出频率升至 50Hz,将M2切换为变频工作，依此类推这种方式通常用于各台水泵的容量不相等的供 水系统中，其优点是水泵的停机比较缓慢，管网压力比较稳定；缺点是不能自动地循环 变换。2、加泵过程首先由Ml在变频控制的惜况下工作。当用水量增大、水压下降，变频器输出频率上升到50Hz时水压仍然不足，经过短

20、 暂的延时，将Ml切换为匸频工作，同时变频器的输出频率迅速降低为0,然后使M2投 入变频运行。当M2也达到额定频率而水压仍不足时，重复开始运行时的过程，水泵M2 脱离变频器驱动，山丄频供电全速运行，变频器驱动水泵M3变频运行，使水压恒定在 设定值上。3器件的选型及介绍3.1变频器简介3.1.1变频器的基本结构与分类1、变频器的基本结构变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变 速运行的设备。变频器包括控制电路、整流电路、中间直流电路及逆变电路组成。其 中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对 整流电路的输出进行平滑滤波，逆

21、变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制 变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩讣算的CPU以及一 些相应的电路。2、变频器的分类变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和 电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和 高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控 制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变 频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。3.1.2变频器的控制方式在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量

22、控 制、直接转矩控制等。V/f控制V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同 时，乂要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控 制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到 较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。(2) 转差频率控制转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照 知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的 输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要 安装速度传感器，有时

23、还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭 环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好 的响应特性。(3) 矢量控制矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动 机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机 转矩的忖的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，乂可以形成 各种PWM波，达到各种不同的控制的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开 关损耗。LI前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控 制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。(4) 直接转矩控制

24、直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数 学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的LI的， 因此省去了矢量控制等复杂的变换汁算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量 控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具 有负荷平衡功能。(5) 最优控制最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论 对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功 的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波 形。3.2变频器选型3.2.1变频器的控

25、制方式控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。U前市场上低压通用变频器品牌很 多，包括欧、美、日及国产的共约50多种。选用变频器时不要认为档次越高越好，其 实只要按负载的特性，满足使用要求就可，以便做到量才使用、经济实惠。下表中参 数供选用时参考。表31控制方式的比较控制方式U/f=C控制电压空间矢量控制矢量控制直接转矩控制反馈装置不带PG带PG或PID调节器不要不带PG带PG或编码器速比I <1:401:601:100 1:100 1:10001:100起动转矩（在150%150%150%150%零转速时为零转速时150%为 >150%200%3Hz）土土（0203）（0.203

26、）±0.2+0.2+0.02±0.2伺服拖动、 高精传动、 转矩控制负荷起动、起重负 载转矩控制系统， 恒转矩波动大负载适用一般风机、较高精度调一般：业上的 所有调速 场合泵类等 速，控制调速或控制 或控制故选择U/fC控制322变频器容量的选择变频器的容量直接关系到变频调速系统的运行可靠性，因此，合理的容量将保证 最优的投资。变频器的容量选择在实际操作中存在很多误区，这里给出了三种基本的 容量选择方法，它们之间互为补充。1、从电流的角度：大多数变频器容量可从三个角度表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量。 其中后两项，变频器生产厂家山本国或本公司生产的标准电动机给出，或

27、随变频器输 出电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。选择变频器时，只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关 键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。需要着重指出 的是，确定变频器容量前应仔细了解设备的工艺惜况及电动机参数，例如潜水电泵、 绕线转子电动机的额定电流要大于普通笼形异步电动机额定电流，冶金工业常用的馄 道用电动机不仅额定电流大很多，同时它允许短时处于堵转工作状态，且馄道传动大 多是多电动机传动。应保证在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电 流。2、从效率的角度：系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积，只有两者都处在较高的效率下工

28、作时，则系统效率才较高。从效率角度出发，在选用变频器功率时，要注意以下儿 点:（1）变频器功率值与电动机功率值相当时最合适，以利变频器在高的效率值下运转。（2）在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，则变频器的功率要尽可能接近 电动机的功率，但应略大于电动机的功率。（3）当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大一级 的变频器，以利用变频器长期、安全地运行。（4）经测试，电动机实际功率确实有富余，可以考虑选用功率小于电动机功率的变频 器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。（5）当变频器与电动机功率不相同时，则必须相应调整节能程序的设置，以利达到较 高的节

29、能效果。3、从计算功率的角度：对于连续运转的变频器必须同时满足以下3个汁算公式：满足负载输出：Pcn>Pm /（3.1）（2）满足电动机容量：Pcn>3KUeIe cos（p xlO-3（3.2）（3）满足电动机电流：IcnNKIe（3.3）式中Pen为变频器容量（单位kW） , PM-负载要求的电动机轴输出功率（单位 kW） , Ue为电动机额定电压（单位V） , Ie为电动机额定电流（单位A）,为电动 机效率（通常约为0. 85） , coscp为电动机功率因数（通常约为0. 75） , k是电流波 形补偿系数（山于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分， 其

30、电流应有所增加，通常K约为1. 051. 1）。将本系统参数带入求得所取变频器 容量最低为88KW故取100KW,额定电流139.26A，故取150Ao根据计算所得的所需参数可以选取西门子MicroMaster430 （风机水泵专业）变频 器，具体的可以选择MM430-110K型号的变频器，他配接电机的容量是HOkw,额定 电流为205A满足使用需求，可以选择。3.2.3变频器主电路外围设备选择1、断路器当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将QF切断，使变频器与电源 隔离。当变频器输入侧发生短路等故障时，进行保护。选择原则：(1) 变频器在刚接电源的瞬间，对电容器的充电电流可达额

31、定电流的(23)倍；(2) 变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常可能超过额定电流；(3) 变频器允许的过载能力为150%, Imino为了避免误动作，断路器的额定电流/少应选：仏心1.3 1.4).(3.4)其中仏,为变频器的额定电流。故选择断路器额定电流选择210A根据上述数据可以选择断路器DW1500断路器额定电压为380V,额定电流为 300满足要求可以选择。2、接触器(1) 主要作用：可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；变频器发生故障时，可 自动切断电源。(2) 选择原则：山于接触器自身并无保护功能，不存在误动作的问题，故选择原则是主触点的额定 电流U，应该大于126.6A,可

32、以选择主触点额定电流为130A的接触器。根据上述数据施奈德的LC1-D150,满足参数要求，可以选择3、主电路的线径(1) 电源和变频器之间的导线一般说来，和同容量普通电动机的电线选择方法相同。考虑到其输入侧的功率因数往往较低，应本着宜大不宜小的原则来决定线径。(2) 变频器和电机之间的导线因为频率下降时，电压也要下降，在电流相等的情况下，线路电压降在输出电压中 的比例将上升，而电动机得到电压的比例则下降。这有可能导致电动机带不动负载并发 热。所以，在决定变频器和电动机之间导线的线径时，最关键的因素便是线路电压降“ 的影响。一般要求：U S (2 3)%(3.5)u的计算公式是:(3-6)式中

33、：UN额定相电压，V ；IMN电动机额定电流，A :R（）单位长度（每米）导线的电阻，mQ/m ；/ 导线的长度m ,由上两式可直接求出他的取值围。根据Ro值确定导 线面积。由公式（3.5）得：5（7.611.4） V由公式（3.6）得：0.69 mH/m < 7?0 < 1.04 mQ/m根据表3-2判断所需的导线截面积，为了满足控制系统的要求，应该选择截面积为 16 min2的导线。表3-2常用电动机引岀线的单位长度电阻值。标称截 而/mnr21.01.52.54.06.010.016.025.035.0/(mQ/rn)17.811.96.924.402.921.731.100

34、.690.494、制动电阻准确汁算制动电阻值十分麻烦，在实际工作中基本不用。许多变频器的使用说明书 上给了一些计算方法，也有的直接提供了供用户选用的制动电阻的规格。但按说明书上 选择电阻时须注意下面问题，变频器生产厂家为了减少制动电阻档次，常常对若干种不 同容量的电动机提供相同阻值和容量的制动电阻。选用时，应注意根据生产机械的具体 悄况进行调整。对同一挡中电动机容量较小者，制动转矩与额定转矩的比值偏大。为了 减小能量的消耗，应根据制动过程的缓急程度以及飞轮力矩的大小，考虑能否选择阻值 较大的制动电阻。对同一挡中电动机容量较大者，制动转矩与额定转矩的比值偏小。在 一些飞轮力矩较大，乂要求快速制动

35、的场合，或者如起重机械那样，需要释放位能的场 合，上述制动电阻有可能满足不了要求，幕考虑选择阻值较小的一挡制动电阻。3.3可编程控制器(PLC)3.3.1 PLC的定义及特点在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会(NEMA)经过4年的调查，于1980年 把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器(Progiaminable Controller )，英文缩写 为PC,并作如下定义：“可编程序控制器是一种数字式电子装置。它使用可编程序的存 储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各 种机械或生产过程进行控制。PLC的特点如下：1、高可靠性(1) 所有的I/O接

36、口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC部电路之间电气 上隔离。(2) 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.(3) 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。(5) 对采用的器件进行严格的筛选。(6) 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效描 施，以防止故障扩大。(7) 大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统，使可靠性更 进一步提高。2、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电 流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的DO模块与工业

37、现场的器件或设备，如： 按钮 行程开关 接近开关 传感器及变送器电磁线圈控制阀直接连接。另外为了提高 操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通 讯联网的接口模块，等等。3、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用 模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU,电源，I/O等均采用模块化设计，由机架 及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4、编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需 要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

38、5、安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的 各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指 示装置，便于用户了解运行惜况和查找故障。山于采用模块化结构，因此一旦某模块 发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。3.3.2 PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从笫一 条指令开始执行程序，直到遇到结束符后乂返回第一条，如此周而复始不断循环。 PLC的扫描过程分为部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出儿个阶 段。全过程扫描一次所需的时间称为

39、扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行部处理 和通信操作服务等容。在PLC处于运行状态时，从部处理、通信操作、程序输入、程 序执行、程序输出，一直循环扫描工作。3.3.3 PLC及压力传感器的选择水泵Ml、M2、M3可变频运行，也可工频运行，需要6个输出点，根据系统设计 要求需要五个输入点，则选择西门子的S7-200系列PLC =压力传感器采用CY-YZ-1001型绝对传感器。该传感器采用硅压阻效应原理实现压 力测量的力-电转换。传感器山敬感芯体和信号调理电路组成，当压力作用于传感器时， 敏感芯体硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作 放大处理，同时进行温度补偿、

40、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标的要求。 传感器的量程为02.5MPa,工作温度为5°C60°C,输出电压为05V,作为本系统 的反馈信号供给PLCo4 PLC编程及变频器参数设置4.1 PLC的I/O接线图K1220VACILQO.OQ0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5丄NLIS7-2OO PLCIM10.01010.210310.4ML+SB4SB1SB2/ SB3SD图4-1 PLC的I/O接线图输出端接中间继电器控制电机的匸频与变频工作状态的转换，输入点10.0控制系 统电机的停止工作，10.1控制系统电机工作及变频器工作的开始。10.2点用于在一号泵

41、有故障时手动启用三号泵代替一号泵的工作。10.4为当变频器输出频率达到上限值时手 动闭合，使电动机切换为工频工作。4.2 PLC程序10.0KM1启动变频器匸作10.0PLC接收压力变送器反馈的值，与设定值进行以系列计算之后输出一个值控制变频 器的输出频率，同时根据输出ACO的值判断电动机工作的台数与状态。其中压力变送 器反馈值为05,部数据为032767,对应进行转换之后通过下面的程序进行判断， 以控制电动机的运行。AGO*0ACOI <4*27524QUO()M0.1()I0.21 r 1ACObl*28573ACOT讣+29359I ； IM0.2I0.4Q0.1I II / I(

42、 Q0.0 )M0.2判断反馈值为H>0.8,则使一号水泵定速工作，同时使二号水泵变速工作。判断反馈值为0.52<H<0.64,则一号变频器定速或变速，旳变频器输出频率达到上限值时则手动输入有效水泵变为定速运行，否则变速运行。HI0.2I M0.1ACO+29359ACO+32767Q0.3判断反馈值为H<0.52时，则一号水泵变速运行。I0.2QO.Or-(尺)1QO.1T R)1Q0.21Q0.3T R)1Q0.4T R )1Q0.5M只)1停止按钮按下，所有水泵停止供水AC04-0AC0+27624HI0.2AC0I仆+29359AC0I讣+28573Q0.5&l

43、t;)Q0.4<)Q0.4p()M0.1M )M0.3()HI0.2AC0+32767AC0b'F+29359Q0.5()号水泵的此段程序的功能为在一号水泵有故障时，通过手动切换使三号水泵代替 工作。达到稳定供水。4.3变频器参数的设置4.3.1参数复位1、POOO3 = 3（选择级别为专家级）2、设定 P0010=303、设定P0970=l （设定P0970= 1后变频器将自动进入参数恢复程序，大约要1020 秒钟后才能将所有参数恢复为出厂缺省值，恢复的过程中变频器显示busy（忙）字样并 闪烁。）4、显示 P0970则复位操作完成432电机参数设置P0010=l （快速调试）

44、P0100=0（功率单位为KW： f的缺省值为50Hz）P0304=380（电动机的额定电压）PO3O5= 126.6（电动机的额定电）P0307=75 （电动机的额定功率）P0310=50（电动机的额定频率）P0311 = 1470 （电动机的额定转速）P0700=2（变频器命令源选择为模入端子/数字输入）P 1000=2（模拟设定值）P 1080=5（电动机最小频率）P1082=50（电动机最大频率）P1120=10 （电动机从静止停车加速到最大电动机频率所需时间）P1121 = 10 （电动机从最大频率减速到静止停车所需的时间）P3900=l（结束快速调试）控制系统接线实物图4.4控制系

45、统接线实物图图42控制系统接线实物图(c)5监控系统的设计5.1组态软件简介组态软件一般有图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件和控制功 能组件组成。图形界面系统用于生成现场过程图形画面；实时数据库系统用于实时存储 现场控制点的参数；第三方程序接口组件用于组态软件与其他应用程序交换数据；控制 功能组件用于生成监控所需的控制策略。本设计中选择亚控公司的“组态王”软件制作监 控系统。5.2监控系统的设计5.2.1组态王的通信参数设置本设计中用S7-200的PPI编程电缆实现计算机与CPU模块的通信。由于使用串行 通信接口 1，故双击工程浏览器的设备文件夹中的“COM1”图标，在出现的对话

46、框中设 置波特率为19200bit/s,如图5.1所示。图5-1串行通信接口参数设置选中“COM1”后，双击右侧工作区出现的“新建.”图标，在出现的对话框的“PLC”文 件夹中选择西门子的S7-200系列，通信协议为PPI （见图5-2）,设置好单击“下一步”直至“完成匕这样在右侧会出现刚生成的“新IO设备”图标，通信设置结束。设备配置禺导一一生产厂家、设备名称*運讯方式设备配置向导将辅助您完成设备的安装高级童找I由台达 四门子S- S5杀列 日S7-200系列I -HFIC® 讯卡)L-自由口-M0BBUS二 Pr o£ibus-DPFl- S7-200系列(TCP)52

47、2新建工程与组态变量您所选的设备生产厂家：西门子 设备名称：S7-200系列 通信描述：F玖:上一步©下一步|消图5-2通信协议的设置图53定义变量对话框双击“组态王6.52”启动工程管理器，新建一个丄程，名为“恒压供水系统匕双击新 建工程打开工程浏览器，点击工程浏览器中的“数据词典”图标，右面工作区会出现系统 定义好的存变量。双击最下面的“新建”图标，弹出“定义变量”对话框（见图5-3）,开 始定义输入输出变量。用同样的方法组态所有变量（见图5-4） o523组态画面（1）建立新画面单击工程浏览器左侧的“画面”图标，双击工作区“新建.”图标，弹出“新画面”对话 框，输入名称点击确定

48、进入组态王的开发系统。张工程浏览器一-恒压洪水系统整筈工程叩 配置S查看V工具 帮助HI f ! 1 i I B ® 1 i * 11 JB-LJ文电 鬭画面S 命令语言幻配方0非线性表白乡数据库留结构变星£数据词典監报警组B %设备Je C0M1JO COM2 谧DDE|fe板卡 卷OFC服务器 迪网络站点E-脅系统配置 粵设置开发系兮 弍设置运行系兮 i 畠报警配置0历史数据记券 曇网络配置c用户配置L打印配置 HSQL访问管理器O表格模板i旨记录体 白 口 Web闘发布画面 旨发布实时信庭 旨发布历史信庭 0发布数据库毎变量名|变量类型|功 连接设备|寄存器弱$亳秒内

49、存实型16弱$网络状态内存整型17弱供水模式信号I/O离散21弱水池水位上下限信号I/O离散22弱变频器报警信号I/O离散23试灯按钮I/O离散24綜一号泵工频运行接涎器及指示灯I/O离散25弱一号泵变频运行接涎器及指示灯I/O离散26弱二号泵工频运行接涎器及指示灯I/O离散27弱二号泵变频运行按触器及指示灯I/Q离散28弱三号泵工频运行接触器及指示灯I/O离散29弱三号泵变频运行接涎器及指示灯I/O离散30綜水池水位上下限报警指示灯I/O离散31鞭变频器故陞报警指示灯I/O离散32弱白天模式运行指示灯I/O离散33弱报警电铃I/O离散34弱变频器频率复位控制I/O离散35驗故陣结束脉冲信号I/O离散36録増泵时水泵变频启动脉冲I/O离散37弱減泵时水泵变频启动脉冲1I/O离散38弱倒泵变频启动脉冲I/O离散39檢复位当前变频泵运行脉冲I/O® 散40弱当前泵工频运行启动脉冲I/O离散41弱新泵变频启动脉冲I/O离散42弱