PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

1、交流調(diào)速課程設(shè)計課題名稱 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院(部) 興華學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 61130802 學(xué)生姓名 王平 學(xué) 號 6113080236 6 月 27 日至 7 月 1 日共 1 周指導(dǎo)教師(簽字) 11年 5 月 30 日一、 設(shè)計內(nèi)容（論文闡述的問題） 變頻調(diào)速是一種新興的技術(shù)，將變頻調(diào)速技術(shù)用于供水控制系統(tǒng)中,具有高效節(jié)能、水壓恒定等優(yōu)點。本課程設(shè)計是電氣工程及其自動化專業(yè)交流調(diào)速課程的實踐性環(huán)節(jié)，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生初步掌握交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計方法及理論知識的應(yīng)用能力。本課程設(shè)計的基本任務(wù)是提高學(xué)生在調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計方面的實踐技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識，

2、分析和解決實際問題的能力。通過控制系統(tǒng)的設(shè)計，初步掌握交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計的方法。二、 設(shè)計原始資料（實驗、研究方案） 一樓宇供水系統(tǒng)，正常供水量為20m3/小時，最大供水量35m3/小時，揚程45米。采用變頻調(diào)速技術(shù)組成一閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制水泵的運行，保證用戶水壓恒定。當用水量增大或減小時，水泵電動機速度發(fā)生變化，改變流量，以保證水壓恒定。 設(shè)計要求：1設(shè)二臺水泵。一臺工作，一臺備用。正常工作時，始終由一臺水泵供水。當工作泵出現(xiàn)故障時，備用泵自投。2. 二臺泵可以互換。3給定壓力可調(diào)。壓力控制點設(shè)在水泵出口處。4具有自動、手動工作方式，各種保護、報警裝置。5.用PLC為主要器件完成控制系

3、統(tǒng)的設(shè)計。三、設(shè)計完成后提交的文件和圖表1、 電氣原理圖。2、 自動調(diào)節(jié)原理框圖。3、 課程設(shè)計說明書，包括：方案的確定水泵的容量系統(tǒng)的工作原理4、 操作使用說明書。2、圖紙部分： 電氣控制原理圖 四、畢業(yè)設(shè)計（論文）進程安排序號 設(shè)計（論文）各階段名稱 日期1 確定設(shè)計方案 2 完成控制系統(tǒng)設(shè)計 8-29 3 完成設(shè)計說明書 -7.1五、主要參考資料 1）交流調(diào)速系統(tǒng) 周紹英 、儲方杰 機工 2）建筑電氣控制技術(shù) 王儉 建工 3）過程控制 金以慧 清華 4）富士變頻器使用手冊 5）電氣圖用圖形符號（國標） 6）給水排水工程儀表與控制 崔福義 建工7）水暖空調(diào)電氣控制技術(shù) 孫光偉 建工8）交流

4、電機變頻調(diào)速及其應(yīng)用張承慧 機工 9）有關(guān)雜志、報刊、資料一概述隨著社會的飛速發(fā)展和城市建設(shè)規(guī)模的擴大，人口的增多以及人們生活水平的提高，對城市供水的質(zhì)量、數(shù)量、穩(wěn)定性等問題提出了越來越高的要求，我國中小城市供水的自動化配置相對落后，機組的控制主要依靠值班人員的手操作，控制過程煩瑣，而且手動控制無法對供水管網(wǎng)的壓力和水位變化及時做出恰當?shù)姆磻?yīng)。為了保證供水，機組常保持在超壓的狀態(tài)下運行，設(shè)計了一套基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)。恒壓供水技術(shù)以其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電動機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，恒壓供水對水泵、電

5、機也起到了很好的保護作用和有效地節(jié)約了電能的消耗。結(jié)合使用可編程控制器，可實現(xiàn)循環(huán)變頻，具有短路保護、過流保護功能，工作穩(wěn)定可靠，延長了設(shè)備的使用壽命。二方案確定變頻恒壓自動控制供水系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機組、壓力傳感器等組成。系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動二臺水泵運行，起動，調(diào)速。 在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機的轉(zhuǎn)速n,從而改變水泵的性能曲線來實現(xiàn)的。分析水泵的能耗比較圖，可以看出利用變頻器實現(xiàn)調(diào)速恒壓供水，當轉(zhuǎn)速降低時，流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與傳統(tǒng)供水方式閥門節(jié)流控制相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)

6、能。系統(tǒng)正常運行時，用戶用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對用戶的用水水壓進行數(shù)據(jù)采樣，傳輸至PLC，與用戶設(shè)定的壓力值進行比較，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號和水泵啟動臺數(shù)信號分別送至變頻器和可編程控制器；變頻器調(diào)節(jié)水泵電機的電源頻率，進而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速；PLC控制水泵的運轉(zhuǎn)。通過對水泵的啟動和停止及其中變頻泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，將用戶管網(wǎng)中的水壓恒定于用戶預(yù)先設(shè)計的壓力值，達到“變量恒壓供水”的目的。當用水量 該系統(tǒng)能夠?qū)┧到y(tǒng)進行自動控制，有效的降低能耗，保持系統(tǒng)維持在最佳運行狀態(tài)，提高生產(chǎn)管理水平。如果其中一臺泵出現(xiàn)故障則另一臺泵自動投入用行。其原理框圖如下：三設(shè)備選型（1）水泵的選擇IS系列常用水

7、泵規(guī)格、型號、參數(shù)一覽表 水泵型號流 量m3h揚 程m水泵型號流 量m3h揚 程mIs50-32-12512.520Is50-32-125100125Is50-32-12512.532Is50-32-12595114Is50-32-12512.550Is50-32-12590103Is50-32-12512.580Is50-32-12520050Is50-32-1252520Is50-32-12518744Is50-32-1252532Is50-32-12517338Is50-32-1252550Is50-32-12520080Is50-32-1252580Is50-32-125 18770I

8、s50-32-12525125Is50-32-125200125Is50-32-1255050Is50-32-12518170由于本設(shè)計要求水泵正常供水量為m3/h，最大供水量為35 m3/h，揚程為45m。所以選擇IS5032125較為合適。（2）PLC選型2.1控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配根據(jù)本設(shè)計控制要求,統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的名稱，代碼及地址編號如下表所示。名稱代碼地址編碼輸入信號輸入信號手動和自動SA100001.2號備用按鈕SA20001自動啟動SB10002自動停車SB200031號手動啟動SB300041號手動停機SB400052號手動啟動SB500062號手動停機SB

9、60007變頻器故障VVVF00081號水泵熱保護FR100092號水泵熱保護FR20010 輸出信號1#泵變頻運行接觸器及指示燈KM1,HL105001#泵工頻運行接觸器及指示燈KM2,HL205052#泵變頻運行接觸器及指示燈KM3,HL305022#泵工頻運行接觸器及指示燈KM4,HL40503變頻器啟停接觸器及指示燈KA,HL505041#泵故障指示燈HL605052#泵故障指示燈HL70506變頻器故障HL80507根據(jù)輸入輸出點可知系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入11個，開關(guān)量輸出點8個,所以選用歐姆龍C20P（12點輸入8繼電器出）1臺，即可滿足用戶供水控制要求2.2PLC梯形圖如附表（圖二）

10、所示：2.3PLC梯形圖指令如下表所示：指令數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)LD0000KEEP0502AND0006OUT1000LDTR0AND NOT0501LD NOT0000AND1001LDTR1OUT1001AND1003AND0506LD0001OR0507OR0007AND NOT1000LDTR0KEEP0503OUT1002AND0505LD0500LD NOT0001OR0003OR0502AND NOT1000OR0506LD0505OUT1003KEEP0500OR0506LD0002LD1000OR0507OUTTR0OUTTR1KEEP0504AND1001AND0004L

11、D0008AND1002AND NOT0503OUT0505OR0506LD TR1LD0009LDTR0AND0507OUT0507AND0505OR0005LD0010OR0003KEEP0501OUT0506OR0507LDTR12.4壓力傳感器選擇在供水系統(tǒng)中，壓力傳感器既可以采用壓力變送器，也可以采用遠傳壓力表。在本設(shè)計中采用遠傳壓力表，壓力表相應(yīng)接線端子接到變頻器。2.41遠處壓力表優(yōu)點由于壓力遠傳表是一款把壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出為4-20mA的標準信號，信號傳送距離可以達到1-3公里的壓力表。其優(yōu)點是：傳送精度高，壽命高，采用2根線傳送數(shù)據(jù)，接線簡單。這些優(yōu)點是傳統(tǒng)壓力表永遠

12、無法取勝的。3.變頻愛參數(shù)設(shè)置名稱代碼設(shè)置值頻率設(shè)定命令001操作方法011最高頻率0250HZ基本頻率0350HZ電子過熱或繼電器081頻率上限1150HZ頻率下限1235HZ四PID參數(shù)設(shè)置PID控制器參數(shù)選擇的方法很多，例如試湊法、臨界比例度法、擴充臨界比例度法等。但是，對于PID控制而言，參數(shù)的選擇始終是一件非常煩雜的工作，需要經(jīng)過不斷的調(diào)整才能得到較為滿意的控制效果。依據(jù)經(jīng)驗，一般PID參數(shù)確定的步驟如下：A：確定比例系數(shù)Kp確定比例系數(shù)Kp時，首先去掉PID的積分項和微分項，可以令Ti=0、Td=0，使之成為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許輸出最大值的6070，比例系數(shù)Kp由0開始逐

13、漸增大，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例系數(shù)Kp逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的比例系數(shù)Kp，設(shè)定PID的比例系數(shù)Kp為當前值的6070。B：確定積分時間常數(shù)Ti比例系數(shù)Kp確定之后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)Ti，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，然后再反過來，逐漸增大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當前值的150180。C：確定微分時間常數(shù)Td微分時間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可，此時PID調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換為PI調(diào)節(jié)。如果需要設(shè)定，則與確定Kp的方法相同，取不振蕩時其值的30。D:系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)對PID參數(shù)進行微調(diào)，直到滿足性能要求。由以

14、上方法可得PID的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為：采樣周期T=3秒，比例系數(shù)KP=140,積分時間Ti=24秒。因為供水系統(tǒng)沒有較大的慣性環(huán)節(jié)所以不需要設(shè)置微分參數(shù)。五操作使用說明（1）自動：將自動檔位開關(guān)SA1旋到自動檔位，如選擇1號泵為備用泵，則將其備用選擇開關(guān)SA2旋到1號泵備用檔位。如選擇2號泵為備用泵，則將其備用選擇開關(guān)SA2旋到2號泵備用檔位。再按下自動啟動按鈕SB1，則系統(tǒng)可自動工作。按下自動停止按鈕SB2則可使整個系統(tǒng)停止運行，變頻器自動關(guān)閉。（2）手動：將檔位開關(guān)SA1旋到手動檔位。按下SB3啟動1號泵工作，按下SB5啟動2號泵工作。按下SB4停止1號泵工作。按下SB6停止2號泵工作。（3）故障

15、：當一號泵故障時FR1自動閉合，此時HL5燈亮，HR發(fā)出響聲。當二號泵故障時FR2自動閉合，此時HL6燈亮，HR發(fā)出響聲。當變頻器故障時30A自動閉合，此時HL8燈亮，HR發(fā)出響聲。六系統(tǒng)工作原理 把旋轉(zhuǎn)按鈕打到自動狀態(tài)接通0000，系統(tǒng)進入自動工作狀態(tài)，再按備用旋轉(zhuǎn)按鈕選擇備用，選擇一號備用，再按0002，二號泵進入自動運行狀態(tài)，接通0502.指示燈hl3亮。如果二號泵故障接通0010,0506.使得0502斷開，二號泵停止。同樣，二號備用泵也一樣。如果變頻器故障，0008斷開，0507接通。此時，0502 ，0501，都斷開。如果0003接通則0502斷開。系統(tǒng)自動運行停止。 同理，手動使

16、0000常閉接通。再按0004，則0501接通，按下0005，則0501斷開。按0006則0503接通。按0007則0503斷開。七.電氣控制系統(tǒng)原理圖電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖及PLC外圍接線。如下附表(圖一)所示.（1）主電路圖如圖1所示為電控系統(tǒng)主電路。2臺電機分別為M1、M2。接觸器KM1、KM2、KM3、KM4，分別控制M1、M2；其中接觸器KM2、KM4，分別控制M1、M2，的變頻運行；FR1、FR2分別為2臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QF、QF1、QF2、QF3分別為2臺泵電機主電路的隔離開關(guān)；FU1、FU2為主電路的熔斷器。八設(shè)計體會 一周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習的知識，在設(shè)計過程中，學(xué)會了合作，尤其是在同學(xué)的幫助下很快的學(xué)會了CAD，課程設(shè)計是我們