變頻器恒壓供水系統(tǒng)多泵

1、目錄1變頻器恒壓供水系統(tǒng)簡介11.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析11.1.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理11.1.2 變頻恒壓控制理論模型21.2 恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成31.3 變頻器恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義42變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)51.1.0 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求51.2.0 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)51.3.0 系統(tǒng)工作過程63器件的選型及介紹81 變頻器簡介81.3 變頻器的基本結(jié)構(gòu)與分類81.3 變頻器的控制方式81 變頻器選型91.4 變頻器的控制方式91.4 變頻器容量的選擇101.4 變頻器主電路外圍設(shè)備選擇121 可編程控制器（PLC）141.5 PLC的定義及特點(diǎn)141.5 PLC的工作原理15

2、1.5 PLC及壓力傳感器的選擇154PLC編程及變頻器參數(shù)設(shè)置16PLC的I/O接線圖16PLC程序17變頻器參數(shù)的設(shè)置21參數(shù)復(fù)位21電機(jī)參數(shù)設(shè)置21總結(jié)22參考文獻(xiàn)231變頻器恒壓供水系統(tǒng)簡介變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線f(Q),如圖1-1所示。圖1-1供水系統(tǒng)的基本特征由圖可以看出，流量Q越大，揚(yáng)程H越小。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程H與用水流量Q(u)間的關(guān)系。而管阻特

3、性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，揚(yáng)程H與流量Q之間的關(guān)系HJ(Qu)。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動(dòng)阻力的變化規(guī)律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚(yáng)程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚(yáng)程與供水流量Qc之間的關(guān)系Hf(Qc)0揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖中A點(diǎn)。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qc處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。圖1-1供水系統(tǒng)的基本特征。變頻恒壓供水

4、系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。變頻恒壓控制理論模型變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上從圖

5、1-2中可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果實(shí)際供水壓力低于設(shè)定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個(gè)差值經(jīng)過計(jì)算和轉(zhuǎn)換，計(jì)算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力的差值，將這個(gè)增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。該頻率使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實(shí)際供水壓力提高，在運(yùn)行過程中該過程將被重復(fù)，直到實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運(yùn)行過程中實(shí)際供水壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會(huì)降低，水泵的轉(zhuǎn)速減小，實(shí)際供水壓力因此而減實(shí)際壓力恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成變頻包壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電

6、動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵連成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。給定值+圖1-3恒壓供水系統(tǒng)方框圖壓力水壓由壓力傳感器的信號(hào)4-20mAX入變頻器內(nèi)部的PID模塊，與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)，以調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失信，可對(duì)該信號(hào)

7、設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試更為簡單、方便。西門子系列PLCS?采用STEP軟件，它是西門子PLC勺視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)程序包括主程序和起動(dòng)子程序，主程序包括參與調(diào)節(jié)程序和電機(jī)切換程序；電機(jī)切換程序又包括加電機(jī)程序和減電機(jī)程序。起動(dòng)子程序?qū)嶋H上是清零子程序。在主程序中，設(shè)置兩個(gè)變頻器頻率上下限到達(dá)濾波時(shí)間繼電器，用于穩(wěn)定系統(tǒng)。變頻器恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義泵站擔(dān)負(fù)著工農(nóng)業(yè)和生活用水的重要任務(wù)，運(yùn)行中需要大量消耗能量，提高泵站效率；降低能耗，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)有重大意義。我過泵站的特點(diǎn)是

8、數(shù)量大、范圍廣、類型多、發(fā)展速度快，在工程規(guī)模上也有一定水平，但由于設(shè)計(jì)中忽視動(dòng)能經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)以及機(jī)電產(chǎn)品類型和質(zhì)量上存在的一些問題等原因，至使在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。目前，大量的動(dòng)能消耗在水泵、風(fēng)機(jī)負(fù)載上，城鄉(xiāng)居民用水設(shè)備所消耗的電量在這類負(fù)載中占了相當(dāng)大的比例。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法是目前較為重要的一件事。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn)，變頻包壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)與一體。采用該系

9、統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便的實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時(shí)系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求本系統(tǒng)是以一個(gè)供水系統(tǒng)作為被控對(duì)象，PLC與變頻器協(xié)調(diào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與啟動(dòng)和停止。系統(tǒng)控制要求：(1)工藝參數(shù)：供水系統(tǒng)由3臺(tái)水泵組成：母管壓力H>0.8時(shí)，一臺(tái)定速，一臺(tái)變速，一臺(tái)備用。母管壓力FK0.64時(shí)，一臺(tái)定速或變速，二臺(tái)備用。母管壓力FK0.52時(shí)，一臺(tái)變速，二臺(tái)備用。(2)電動(dòng)機(jī)參數(shù)：型號(hào)：JD-L-39-4功

10、率：75KW額定頻率：50Hz額定電壓：380VAC;額定轉(zhuǎn)速：1470r/min額定電流：126.6A(3)水泵電機(jī)的起動(dòng)/停止、正轉(zhuǎn)、調(diào)速控制。(4)變頻器采用遠(yuǎn)方控制方式。(5)通過母管壓力變送器測(cè)得實(shí)際壓力大小，同時(shí)和壓力給定組成閉環(huán)控制。(6)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)指示(如運(yùn)行、停止、過流、低壓等)。(7)變頻器的報(bào)警處理。2.2系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖2.1系統(tǒng)主電路圖由恒壓供水主電路圖可見，接觸器1KM2、2KM2、和3KM2用于變頻器輸出，分別接到水泵M1、M2和M3,而接觸器1KM3、2KM3和3KM3將工頻電源接到3臺(tái)水泵。變頻器可以對(duì)任何一臺(tái)水泵啟動(dòng)和恒壓供水控制?？諝忾_關(guān)（QL）是當(dāng)

11、電動(dòng)機(jī)過載時(shí)自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)中斷開熱繼電器（FR）是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中用作電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。2.3系統(tǒng)工作過程1、減泵過程當(dāng)用水量減少、水壓上升、變頻器輸出頻率低于下限值時(shí)，但管網(wǎng)壓力仍偏高時(shí)，則各泵將依次退出運(yùn)行，依次退出運(yùn)行的方式有兩種。先開先停方式。PLC接收到下限頻率到達(dá)信號(hào)，延時(shí)一定時(shí)間后，接觸器1KM2失電復(fù)位，水泵M1脫離工頻電源停止運(yùn)行。變頻器輸出頻率仍然低于下限值，重復(fù)上述過程，水泵M2脫離工頻電源停止運(yùn)行，變頻器驅(qū)動(dòng)水泵M3恒壓供水，水壓穩(wěn)定在設(shè)定值上。這種方式稱為循環(huán)方式，通常用于各臺(tái)水泵的容量都相等的供水系統(tǒng)中。具優(yōu)點(diǎn)是可以自動(dòng)的使各泵運(yùn)行

12、的時(shí)間比較均衡；缺點(diǎn)是工頻運(yùn)行狀態(tài)直接停機(jī)時(shí)，可能由于停機(jī)太快而使管網(wǎng)壓力發(fā)生較大波動(dòng)。(2)先開后停方式。首先使正在變頻運(yùn)行的M3減速停機(jī)，然后使變頻器的輸出頻率升至50Hz,將M2切換為變頻工作，依此類推這種方式通常用于各臺(tái)水泵的容量不相等的供水系統(tǒng)中，具優(yōu)點(diǎn)是水泵的停機(jī)比較緩慢，管網(wǎng)壓力比較穩(wěn)定；缺點(diǎn)是不能自動(dòng)地循環(huán)變換。2、加泵過程首先由M1在變頻控制的情況下工作。當(dāng)用水量增大、水壓下降，變頻器輸出頻率上升到50Hz時(shí)水壓仍然不足，經(jīng)過短暫的延時(shí)，將M1切換為工頻工作，同時(shí)變頻器的輸出頻率迅速降低為0,然后使M2投入變頻運(yùn)行。當(dāng)M2也達(dá)到額定頻率而水壓仍不足時(shí)，重復(fù)開始運(yùn)行時(shí)的過程，水

13、泵M2脫離變頻器驅(qū)動(dòng)，由工頻供電全速運(yùn)行，變頻器驅(qū)動(dòng)水泵M3變頻運(yùn)行，使水壓包定在設(shè)定值上。3器件的選型及介紹變頻器簡介變頻器的基本結(jié)構(gòu)與分類1、變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。變頻器包括控制電路、整流電路、中間直流電路及逆變電路組成。其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。2、變頻器的分類變頻器的分類方法有多種，按照主

14、電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。變頻器的控制方式在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。V/f控制V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器

15、結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。(2)轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。(3)矢量控制矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位，以達(dá)到

16、對(duì)電動(dòng)機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各種PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。(4)直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測(cè)定子電阻來達(dá)到觀測(cè)定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。

17、即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。(5)最優(yōu)控制最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對(duì)某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。變頻器選型變頻器的控制方式控制方式是決定變頻器使用性能的關(guān)鍵所在。目前市場(chǎng)上低壓通用變頻器品牌很多,包括歐、美、日及國產(chǎn)的共約5O多種。選用變頻器時(shí)不要認(rèn)為檔次越高越好，其實(shí)只要按負(fù)載的特性，滿足使用要求就可，以便做到量才使用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。下表中參數(shù)供選用時(shí)參考。表3.1控制方式的比較控制方

18、式U/f=C控制電壓空間矢量控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制反饋裝置/、帶PG帶PG或PID調(diào)節(jié)器不要/、帶PG帶PG或編速比I<1:401:601:1001:1001:10001:100起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（在3Hz）150%150%150%150%零轉(zhuǎn)速時(shí)為150%零轉(zhuǎn)速時(shí)為>150%200%靜態(tài)速度精度/%適用場(chǎng)合土（0.20.3）土（0.20.3）±0.2±0.2±0.02±0.2一般風(fēng)機(jī)、泵類等較高精度調(diào)速，控制一般工業(yè)上的調(diào)速或控制所有調(diào)速或控制伺服拖動(dòng)、高精傳動(dòng)、轉(zhuǎn)矩控制負(fù)荷起動(dòng)、起重負(fù)載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，恒轉(zhuǎn)矩波動(dòng)人負(fù)載故選擇U/f=C控制因此，合理

19、的容量將保證最這里給出了三種基本的容量變頻器容量的選擇變頻器的容量直接關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性,優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇在實(shí)際操作中存在很多誤區(qū),選擇方法，它們之間互為補(bǔ)充。1、從電流的角度：大多數(shù)變頻器容量可從三個(gè)角度表述：額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量。其中后兩項(xiàng)，變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是,確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備的工藝情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如潛水電

20、泵、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的額定電流要大于普通籠形異步電動(dòng)機(jī)額定電流，冶金工業(yè)常用的輾道用電動(dòng)機(jī)不僅額定電流大很多，同時(shí)它允許短時(shí)處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輾道傳動(dòng)大多是多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。應(yīng)保證在無故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。2、從效率的角度：系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動(dòng)機(jī)效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時(shí)，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：(1)變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。(2)在變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí)，則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。(3)當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬

21、頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級(jí)的變頻器，以利用變頻器長期、安全地運(yùn)行。(4)經(jīng)測(cè)試，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有富余，可以考慮選用功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過電流保護(hù)動(dòng)作。(5)當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。3、從計(jì)算功率的角度：對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿足以下3個(gè)計(jì)算公式：滿足負(fù)載輸出：Pcn>Pm/4(3.1)(2)滿足電動(dòng)機(jī)容量：Pcn>V3KUeIecos(|)-3X10(3.2)(3)滿足電動(dòng)機(jī)電流：Icn(3.3)式中Pcn為變頻器容量(單位kW),PM-負(fù)載

22、要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率(單位kW),Ue為電動(dòng)機(jī)額定電壓(單位V),Ie為電動(dòng)機(jī)額定電流(單位A),“為電動(dòng)機(jī)效率(通常約為0.85),cos小為電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)(通常約為0.75),k是電流波形補(bǔ)償系數(shù)(由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加，通常K約為1.051.1)。將本系統(tǒng)參數(shù)帶入求得所取變頻器容量最低為88KW故取100KW,額定電流139.26A,故取150A。根據(jù)計(jì)算所得的所需參數(shù)可以選取西門子MicroMaster430(風(fēng)機(jī)水泵專業(yè))變頻器，具體的可以選擇MM430-110歐號(hào)的變頻器，他配接電機(jī)的容量是110kw,額定電流為205A滿足

23、使用需求，可以選擇。變頻器主電路外圍設(shè)備選擇1、斷路器當(dāng)變頻器需要檢修時(shí)，或者因某種原因而長時(shí)間不用時(shí)，將QF切斷，使變頻器與電源隔離。當(dāng)變頻器輸入側(cè)發(fā)生短路等故障時(shí)，進(jìn)行保護(hù)。選擇原則(1)變頻器在剛接電源的瞬間，對(duì)電容器的充電電流可達(dá)額定電流的(2-3)倍；(2)變頻器的進(jìn)線電流是脈沖電流，其峰值?？赡艹^額定電流；變頻器允許的過載能力為150%,1min。為了避免誤動(dòng)作，斷路器的額定電流Iqn應(yīng)選：IQN一(1.31.4)In(3.4)其中IN為變頻器的額定電流。故選擇斷路器額定電流選擇210A根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以選擇斷路器DW15400斷路器額定電壓為380V,額定電流為300滿足要求可以

24、選擇。2、接觸器主要作用：可通過按鈕開關(guān)方便地控制變頻器的通電與斷電；變頻器發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)切斷電源。(2)選擇原則：由于接觸器自身并無保護(hù)功能，不存在誤動(dòng)作的問題，故選擇原則是主觸點(diǎn)的額定電流Ikn>In,應(yīng)該大于126.6A,可以選擇主觸點(diǎn)額定電流為130A的接觸器。根據(jù)上述數(shù)據(jù)施奈德的LC1D150,滿足參數(shù)要求，可以選擇3、主電路的線徑電源和變頻器之間的導(dǎo)線一般說來，和同容量普通電動(dòng)機(jī)的電線選擇方法相同?？紤]到其輸入側(cè)的功率因數(shù)往往較低，應(yīng)本著宜大不宜小的原則來決定線徑。(2)變頻器和電機(jī)之間的導(dǎo)線因?yàn)轭l率下降時(shí)，電壓也要下降，在電流相等的情況下，線路電壓降A(chǔ)U在輸出電壓中的比

25、例將上升，而電動(dòng)機(jī)得到電壓的比例則下降。這有可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載并發(fā)熱。所以，在決定變頻器和電動(dòng)機(jī)之間導(dǎo)線的線徑時(shí)，最關(guān)鍵的因素便是線路電壓降A(chǔ)U的影響。一般要求：.：U<(23)%UN(3.5)U的計(jì)算公式是：31MNR0l=U(V)(3.6)1000式中：UN額定相電壓，V；Imn電動(dòng)機(jī)額定電流，A；R。一一單位長度(每米)導(dǎo)線的電阻，mQ/m；導(dǎo)線的長度，m。由上兩式可直接求出R。的取值范圍。根據(jù)Ro值確定導(dǎo)線面積。由公式(3.5)得：AUE(7.611.4)V由公式(3.6)得：0.69mQ/m<Ro<1.04mQ/m根據(jù)表3.1判斷所需的導(dǎo)線截面積，為了滿足控制

26、系統(tǒng)的要求，應(yīng)該選擇截面積為16mm2的導(dǎo)線。表3.2常用電動(dòng)機(jī)引出線的單位長度電阻值。標(biāo)稱截M/mm1.01.52.54.06.010.016.025.035.0R0/(mQ/m)17.811.96.924.402.921.731.100.690.494、制動(dòng)電阻準(zhǔn)確計(jì)算制動(dòng)電阻值十分麻煩，在實(shí)際工作中基本不用。許多變頻器的使用說明書上給了一些計(jì)算方法，也有的直接提供了供用戶選用的制動(dòng)電阻的規(guī)格。但按說明書上選擇電阻時(shí)須注意下面問題，變頻器生產(chǎn)廠家為了減少制動(dòng)電阻檔次，常常對(duì)若干種不同容量的電動(dòng)機(jī)提供相同阻值和容量的制動(dòng)電阻。選用時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體情況進(jìn)行調(diào)整。對(duì)同一擋中電動(dòng)機(jī)容量

27、較小者，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏大。為了減小能量的消耗，應(yīng)根據(jù)制動(dòng)過程的緩急程度以及飛輪力矩的大小，考慮能否選擇阻值較大的制動(dòng)電阻。對(duì)同一擋中電動(dòng)機(jī)容量較大者，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏小。在一些飛輪力矩較大，又要求快速制動(dòng)的場(chǎng)合，或者如起重機(jī)械那樣，需要釋放位能的場(chǎng)合，上述制動(dòng)電阻有可能滿足不了要求，靠考慮選擇阻值較小的一擋制動(dòng)電阻。3.3可編程控制器(PLC)PLC的定義及特點(diǎn)在PLC的發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)經(jīng)過4年的調(diào)查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器(ProgrammableController),英文縮寫為PC,并作如下定義：可編程序控制

28、器是一種數(shù)字式電子裝置。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能，用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。PLC的特點(diǎn)如下：1、高可靠性所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。(2)各輸入端均采用R-C濾波器，具濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms.各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。(6)良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性

29、更進(jìn)一步提高。2、豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕行程開關(guān)接近開關(guān)傳感器及變送器電磁線圈控制閥直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3、采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU,電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程

30、簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5、安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而

31、復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。PLC及壓力傳感器的選擇水泵M1、M2、M3可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需要6個(gè)輸出點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求需要五個(gè)輸入點(diǎn)，則選擇西門子的S7-200系列PLC。壓力傳感器采用CY-YZ-1001型絕對(duì)傳感器。該傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力-電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，

32、敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。傳感器的量程為02.5MPa,工作溫度為5c60C,輸出電壓為05V,作為本系統(tǒng)的反饋信號(hào)供給PLCo4PLC編程及變頻器參數(shù)設(shè)置4.1PLC的I/O接線圖220VAC1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5NL1S7-200PLC1MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4ML+SB2圖4.1PLC的I/0接線圖輸出端接中間繼電器控制電機(jī)的工頻與變頻工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，輸入點(diǎn)I0.0控制系統(tǒng)電機(jī)的停止工作，I0.1控制系統(tǒng)電機(jī)工作及

33、變頻器工作的開始。I0.2點(diǎn)用于在一號(hào)泵有故障時(shí)手動(dòng)啟用三號(hào)泵代替一號(hào)泵的工作。I0.4為當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到上限值時(shí)手動(dòng)閉合，使電動(dòng)機(jī)切換為工頻工作。4.2PLC程序啟動(dòng)變頻器工作10010.3PLC接收壓力變送器反饋的值，與設(shè)定值進(jìn)行以系列計(jì)算之后輸出一個(gè)值控制變頻器的輸出頻率，同時(shí)根據(jù)輸出AC0的值判斷電動(dòng)機(jī)工作的臺(tái)數(shù)與狀態(tài)。其中壓力變送器反饋值為05,內(nèi)部數(shù)據(jù)為032767,對(duì)應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后通過下面的程序進(jìn)行判斷，以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。AGO>1+0ACO1日II一(+27524Q0.0)M0.1)判斷反饋值為H>0.8,則使一號(hào)水泵定速工作，同時(shí)使二號(hào)水泵變速工作。AC0AC0h10.2*28573+29359判斷反饋值為0.52&FK0.64,則一號(hào)變頻器定速或變速，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到上限值時(shí)則手動(dòng)輸入有效水泵變?yōu)槎ㄋ龠\(yùn)行，否則變速運(yùn)行。判斷反饋值為HK0.52時(shí)，則一號(hào)水泵變速運(yùn)行停止按鈕按下，所有水泵停止供水AC