1、河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課程名稱(chēng)： 交流調(diào)速系統(tǒng)與變頻器應(yīng)用 課題名稱(chēng)： 系部名稱(chēng)： 自動(dòng)控制系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電氣自動(dòng)化技術(shù)081 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 2010年12月 25日設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)目的：自動(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)的高樓無(wú)塔恒壓系統(tǒng)。 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)定在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、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單

2、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(chǎng)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(guò)pc機(jī)來(lái)改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。同時(shí)由于p比 的抗干

3、擾能力強(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(lèi)不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)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(lèi)：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(guò)對(duì)電機(jī)調(diào)速來(lái)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(chǎng)（ n1=t*f/p） 。對(duì)一個(gè)繞制好的電機(jī)，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速完全取決供電頻率，t 為時(shí)間常數(shù)，p為電機(jī)的

4、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(méi)有任何電的連接，基于磁場(chǎng)感應(yīng)和機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速總是不同步，差一個(gè)轉(zhuǎn)差數(shù)（一般為n1的1%1.8%,）稱(chēng)為轉(zhuǎn)差率s，由此可見(jiàn)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(lái)獲得不同的轉(zhuǎn)速，直接與拖動(dòng)機(jī)械相連接不需原機(jī)械設(shè)備做任何調(diào)整，這對(duì)于節(jié)能改造成本，保

5、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(wú)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(kāi)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(guò)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

6、集，對(duì)來(lái)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(guò)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(lái)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

7、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。1、 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(kāi)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、 在變頻恒壓供水中，整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)要根據(jù)檢測(cè)到的輸入信號(hào)的狀態(tài)，按照系統(tǒng)的控制流程，通過(guò)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)恒壓供水的目的。這個(gè)控制過(guò)程是一個(gè)閉環(huán)過(guò)程，它的反饋信號(hào)是由壓力傳感器產(chǎn)生的供水壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變頻器，通過(guò)控制系統(tǒng)將控制結(jié)果傳輸?shù)?/p>

8、變頻器中，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(guò)程。其中需要完成的控制流程下圖如所示。 對(duì)于一臺(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(lái)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)水泵的恒壓供水系統(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)速逐漸升高，當(dāng)供水量q1/3qmax時(shí)(qmax為3臺(tái)水泵全部工頻運(yùn)

9、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q在13qmaxq23qmax之間時(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q為23qmaxqqmax時(shí)，可編程控制器發(fā)出指令再將2#泵置于工頻運(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)最不利點(diǎn)的供水壓力恒定。硬件電路設(shè)計(jì)、i/o地址分配；1、硬件電路設(shè)計(jì)變頻恒壓供水

10、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： 2、i/o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變頻泵倒泵脈沖q0.3變頻泵2啟動(dòng)脈沖m1.2工頻泵倒泵脈沖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m1.6變頻泵啟動(dòng)脈沖t38減泵定時(shí)器m2.0工頻與變頻的轉(zhuǎn)換12、 軟件設(shè)計(jì)；1、壓力

11、恒定控制程序設(shè)計(jì) 在變頻恒壓供水系統(tǒng)壓力控制程序的設(shè)計(jì)流程如下圖，檢測(cè)壓力的大小，信號(hào)傳送到plc，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(guò)plc控制變頻器改變頻率參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。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(cè)，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

12、#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#號(hào)工作.如果實(shí)際壓力過(guò)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，則關(guān)閉1#泵電機(jī)，使2#機(jī)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(kāi)先停，后開(kāi)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)置將變頻器復(fù)位到出廠設(shè)置：p0010=30，p0970=1允許讀寫(xiě)所有參數(shù)：p009=3電機(jī)設(shè)定值： 電機(jī)1p081=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