变频恒压供水控制系统设计

1、课程 设 计课题名称变频恒压供水控制系统设计学院借B）专 业班 级学生姓名 学 号指导教师（签字）设计概述变频器是一种新型技术，将变频调速技术用于供水控制系统中， 具有高效节能、水压恒定等优点。本课程设计为实现恒压供水功 能而按照设计任务书要求完成设计任务。最终实现控制系统的自动稳 定运行。根据设计要求本系统采用西门子PLC3O0空制系统对变频器进行 调速控制和系统输入输出信号的采集以及系统报警功能的实现。 本系 统内的电机调速由变频器来实现，通过PLC空制变频器和现场压力仪 表检测的反馈信号来实现对电机的自动恒压空制功能。二、设计任务例如一楼宇供水系统，正常供水20m3小时，最大供水量35m

2、3/ 小时，扬程45m采用变频调速技术组成一闭环调节系统，控制水泵 的运行，保证用户水压恒定。 当用水量增大或减小时， 水泵电动机速 度发生变化，改变流量，以保证水压恒定。 本恒压供水系统，要求以 I.OMpa的恒定压力对用户进行供水。水泵有2台，由一台变频器驱 动。PLC按照压力变送器（PIT）的信号，调节变频器的输出，使水 泵的转速变化，从而保证供水压力的恒定。 两台水泵互为备份，可任 意选择一台水泵处于变频模式或工频模式。空制系统原理如图 1 所 示：PLC图1恒压供水变频控制系统原理图三、系统设备选型1主要电气元件参数指标水泵：35KW三相异步电动机恒压设定点：I.OMpa压力变送器：

3、0-1.6Mpa,两线制，4-20mA电流输出变频器：VVVF变频器（1）水泵根据设计要求水泵正常供水20m3小时，最大供水量35m3小时， 扬程45m参考相关资料选择型号为IS50-32-125（扬程50m流量50 m3/小时）的水泵即可满足要求。（2）远传压力表由于远传压力表具有价格低、有数据读取表盘等优点，结合具体实际设计，故在此处选择其作为反馈信号。四、系统控制要求1、设两台水泵。一台工作，一台备用。正常工作时，始终有 一台水泵供水。当工作泵出现故障时，备用泵自投。2 、两台泵可以互换。3 、给定压力可调，压力控制点设在水泵处。4 、具有自动，手动工作方式，各种保护、报警装置。5、用P

4、LC为主要器件完成控制系统的设计。五、控制系统实现1、系统工作原理工作方式选择：分别闭合总电源开关 QF1，控制电路电源开关QF2 （此时控制电路电源指示灯 HL9亮），变频器电源开关QF3，将 自动档位开关SA2旋到自动档位，此时触点0001接通，进而使内部 辅助触电1001导通，选择工作方式为自动方式。水泵控制流程图如 图2所示:图2水泵控制流程图备用泵选择：如选择1号泵为备用泵，则将其备用选择开关SA1旋到1号泵备用档位，此时触电0000被接通，内部辅助触电1002导 通，选择 1号泵为备用泵。如选择 2号泵为备用泵，则将其备用选择 开关SA1旋到2号泵备用档位，此时常闭触电0000被接

5、通，内部辅 助触电 1003导通，选择 2 号泵为备用泵。自动状态启动：按下启动按钮SB1 PLC内部触电002被接通， 此时如果选择 1 号泵为备用泵则 0502触电被接通，2 号泵正常工作， 1 号泵为备用泵。此时如果选择 2 号泵为备用泵则 0500触电被接通， 1 号泵正常工作， 2 号泵为备用泵。自动状态停止：按下自动停止按钮SB2则PLC内部触点0003被 接通，此时可断开 0502和 0500输出继电器，可使整个系统停止运行。 同时，手动启动1号泵：分别闭合总电源开关QF1控制电路电源开关 QF2（此时控制电路电源指示灯HL9亮），变频器电源开关QF3，将 自动档位开关SA2旋到

6、手动档位，此时触电0001被接通，同时常闭 触电0001断开，即切除自动状态的功能。按下SB3启动1号泵工作， 触电 0004被接通，输出继电器 0501 动作，启动 1 号泵工频工作。手动停止1号泵：按下SB4,触电0005闭合，切断输出继电器 0501，1 号泵停止工作。同时常闭触电 0501 断开，2 号泵无法启动。手动启动2号泵：按下SB5启动2号泵工作，触电0006被接通， 输出继电器 0503动作，启动 1 号泵工频工作。手动停止2号泵：按下SBQ触电0007闭合，切断输出继电器 0503，2 号泵停止工作。同时常闭触电 0503断开，1 号泵无法启动。故障排除： 1 号泵热继电器

7、出现故障时 ，输入端子 FR1 动作，接通触点0009,使输出继电器0506接通，点亮HL8 2号泵热继电 器出现故障时，输入端子FR2动作，接通触点0010,使输出继电器 0505接通，点亮HL7当变频器出现故障时，输入端子BP动作，接 通触点0008,使输出继电器0507接通，点亮HL62、信号检测在系统控制过程中，需要检测的信号包括水压信号、报警信号:(1) 水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控 制的主要反馈信号。此信号是模拟信号，读入变频器时，需进行转换。(2) 报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变 频器是否有异常，该信号为开关量信号。3、PID自动调

8、节原理框图如图3所示为了使输出压力恒定，过压力检测仪表做为检测元件实现压力检 测，根据检测仪表的反馈信号由PLC处理并调节变频器输出从而控制 电机，使输出压力恒定在1.0Mpa的恒定值下。4、PID控制器参数选择根据设计要求结合PID的经验数据，可得其数据：采样周期T=3秒，比例系数KP=140积分时间Ti=24秒。因为供水系统没有较大的惯性环节所以不需要设置微分参数。5、变频器参数设定代码设定值频率设定命令001操作方法011最高频率0250HZ基本频率0350HZ电子过热或继电器081频率限制上限1150HZ下限1228HZ6、部分器件选择7、PLC外部接线图的设计PLC根据表1的I/O分

9、配关系和C20P的端子排列位置进行相应的接 线，PLC系统外部接线图在中，图中各接触器采用220V电源，信号指示及报警指示灯与接触器共用 220V电源。（PLC外部接线图的设计如附图1所示）I/O分配表表1输入输出1、2号泵备用旋钮SA100001号泵变频启动接触器KM105001号水泵变频运行指示灯HL1手动或自动旋钮SA200011号泵工频启动接触器KM205011号水泵工频运行指示灯HL2自动启动SB100022号泵变频启动接触器KM305022号水泵变频运行指示灯HL3停车SB200032号泵工频启动接触器KM405032号水泵工频运行指示灯HL4手动1号泵启动SB30004变频器启停

10、继电器KA0504变频器正常运行指示灯HL51号泵停车SB40005变频器报警指示灯HL605072号泵启动SB500062号泵故障报警指示灯HL705052号泵停车SB600071号泵故障报警指示灯HL80506变频器报警30A0008控制电路通电指示灯HL91号泵热保护触电FR100092号泵热保护触电FR20010&梯形图指令指令数据指令数据指令数据LD0000KEEP0502LDTR1AND NOT1000LDTR0AND0006OUT1002AND1001AND NOT0501LD NOT0000AND1003LDTR1AND NOT1000OR0505AND0506OUT1

11、003LDTR0OR0007LD0001AND0506KEEP0503OUT1000OR0003LD0008LD NOT0001OR0506OUT0507OUT1001KEEP0500LD0009LD0002LD1000OUT0505OUTTR0OUTTR1LD0010AND1001AND0004OUT0506AND1002AND NOT0503LD0500OR0506LDTR1OR0502LDTR0AND0505LD0505AND0507OR0005OR0506OR0003KEEP0501OR0507OR0505KEEP05049、PLC编程梯形图10、主电路的设计主电路线路如附1所示，图中

12、的M1、M2、为带动水泵的电动机，由于电动机的功率较小，所以三台电动机都采用直接启动方式， 各台 电动机分别使用两个接触器控制， KM1 和 KM3 分别控制电动机 M1 和 M2 的变频运行。 KM2 和 KM4 分别控制点动机的工频运行。各电 动机分别由FR1、FR2提供过载保护。（主电路的设计如附图1所示）六、操作使用说明书自动启动：分别闭合总电源开关 QF1,控制电路电源开关QF2（此 时控制电路电源指示灯HL9亮），变频器电源开关QF3，将自动档位 开关SA2旋到自动档位，如选择1号泵为备用泵，则将其备用选择开 关SA1旋到1号泵备用档位。如选择2号泵为备用泵，则将其备用选 择开关

13、SA1 旋到 2 号泵备用档位。自动启动：按下启动按钮 SB1，则系统可自动工作。自动停止：按下自动停止按钮SB2则可使整个系统停止运行，变 频器自动关闭。如长时间不用最好切断电源 QF1、QF2、QF3。手动启动 1 号泵：分别闭合总电源开关 QF1， 1 号泵电源开关 QF4， 控制电路电源开关QF2（此时控制电路电源指示灯 HL9亮），将自动 档位开关SA2旋到手动档位。按下 SB3启动1号泵工作，按下SB5 启动2号 泵工 作。详细D=W=G图=纸C=AD请JIA：三两1爸爸五四零六323188S406j :叫型男1今岁亠7月13日（公同巨筆座属虎、 请Jlp:三两1爸爸五四零六皆&#

14、163; L <9耳O £J锣怜夺爭揶子树与穿心莲的空间仝套盗料低价梧亓紀手动停车：按下SB4停止1号泵工作，断开电源开关 QF4按下SB6停止2号泵工作，断开电源开关QF5b故障排除:根据指示灯可判断其故障具体位置。当HL8点亮时，说明一号泵热继电器出现故障 。当HL7点亮时，说明二号泵热继电器出现故障。当HL6点亮时，说明变频器出现故障。七、设计体会详细D=W=G图=纸C=AD请JIA：三两1爸爸五四零六男19亠7月13日（公网巨蟹座雇虎、请皿三两1爸爸五四零六匕 <9O © V R j誓®揶子捣与穿心莲的空间交流电机变频调速及其应用我们电气工程及

15、其自动化专业学生必修的一门课程，也是比较重要的专业基础课之一， 更是我们将来工 作的基础，因此我们没有理由不把它学好。平时在课堂上不乏有些厌倦老师一个人在那里讲个不停， 直到这 次课程的设计才感觉到交流电机变频调速及其应用这门课程的趣味 性。然而更让我受益匪浅的是通过对各部分电路的设计， 不仅让我复 习了以前学过的旧的知识，更让我对某部分电路有了更深一步的理 解，因为没有透彻的理解是设计不出来的。 对于总的电路图的拼接也 是对我平时学习的分散的知识和章节的一个综合考验， 对知识的统一 性和连贯性的一个升华。现在我只是简单的设计出了自己的电路， 至于设计的怎么样， 我 想只能是将就，因为还没有投入使用，还没有调试，更没有运行。所 以我想其中应该是问题百出， 有些可能是自己的粗心大意， 有些则可 能是自己对电力的常规性设计还缺乏种种经验， 总之，还请老师能够