變頻器恒壓供水解讀課件

變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計南陽市高級技工學(xué)校系別：機電工程系

教研組：電氣教研組

姓名：趙毅

變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計1.設(shè)計研究的意義●水—生命之源?！窈銐汗┧侵赣脩舳嗽谌魏螘r候，不管用水量的大小，總能保持管網(wǎng)中水壓的基本恒定。變頻器恒壓供水利用傳感器、PLC、變頻器及水泵機組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)壓力保持恒定，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動化程度高、高效節(jié)能的優(yōu)點，在城市供水和工廠供水控制中得到廣泛應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟效益。1.設(shè)計研究的意義●水—生命之源。

2系統(tǒng)總體方案設(shè)計（1）變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成及控制策略：

◆變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成

◆變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制策略

（2）恒壓變頻供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計：◆系統(tǒng)整體硬件框圖◆變頻器的選用◆可編程控制器(PLC)的選用◆系統(tǒng)電路的設(shè)計（3）恒壓變頻供水控制軟件系統(tǒng)的設(shè)計：◆總體流程設(shè)計◆各個模塊梯形圖設(shè)計、功能程序、初始化程序2系統(tǒng)總體方案設(shè)計（1）變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成及控制策◆變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成供水系統(tǒng)組成部分簡單示意圖1）壓力傳感器-系統(tǒng)的控制輸入量，能否準(zhǔn)確采集該信號決定控制系統(tǒng)的精度及可靠性。2）控制器-是整個控制系統(tǒng)的核心，通過對外界輸入狀態(tài)進行檢測，輸出控制量；對外界輸入的數(shù)據(jù)進行運算處理后，輸出相應(yīng)的控制量。3）變頻器-作為核心控制器的后續(xù)控制單元，對終端設(shè)備進行控制，最終達到控制要求。例如多段調(diào)速、變頻器調(diào)速等。4）水泵-供水系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，通過變頻器控制電動機的轉(zhuǎn)速，最后達到控制水泵流量大小的?！糇冾l器恒壓供水系統(tǒng)的組成◆變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制策略恒壓供水系統(tǒng)的控制策略--變頻恒壓供水系統(tǒng)由PLC、傳感器、變頻器及水泵機組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PLC進行邏輯控制，由變頻器進行壓力調(diào)節(jié)。變頻器、可編程控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送人PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，得出的調(diào)解參數(shù)送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量。當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時，通過PLC控制器加泵和控制變頻與工頻切換，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓變量供水，使管網(wǎng)壓力保持恒定?！糇冾l器恒壓供水系統(tǒng)的控制策略恒壓供水系統(tǒng)的控制策略--變頻◆系統(tǒng)整體硬件框圖

系統(tǒng)的整體硬件框圖◆系統(tǒng)整體硬件框圖

系統(tǒng)的整體硬件框圖◆變頻器的選用

MM430型變頻器-是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機和泵類變轉(zhuǎn)矩負載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設(shè)計，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性。MM430型變頻器具有能源利用率高的特點，具有較多的輸入端子和輸出端子，且對操作面板進行了優(yōu)化，便于工作人員進行操作，其主要技術(shù)指標(biāo)如下:●具有內(nèi)置的PID控制器，可用于簡單的過程控制?！?個可編程的帶電位隔離的數(shù)字輸入端?！?個模擬輸入，也可作為第7/8個數(shù)字輸入端?！?個可編程的模擬輸出（0-20mA）?！?個可編程的繼電器輸出，在阻性負載下：DC30V/5A;感性負載下：AC250/2A?！窨膳cS7-200鏈接，也可集成到SIMATIC和SIMOTION的TIA系統(tǒng)中?！糇冾l器的選用

MM430型變頻器-是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的PLC簡介和選用西門子的SIMATICS7系列的PLC是S5系列的更新?lián)Q代產(chǎn)品。S7系列PLC包括S7-200，S7-300，S7-400三大類。其中S7-200是整體式結(jié)構(gòu)的、具有很高的性能/價格比的小型可編程控制器，根據(jù)控制規(guī)模的大?。摧斎?輸出點數(shù)的多少），可以選擇相應(yīng)CPU的主機。它的模塊化設(shè)計為適應(yīng)具體的應(yīng)用提供了極大的靈活性，便于擴展功能，有效地提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。S7-200的主要特點有：●快速的中央處理運算能力；●極豐富的編程指令集；●響應(yīng)快速的數(shù)字量和模擬量輸入/輸出通道；●操作便捷，易于掌握；●強大的通訊功能和豐富的擴展模塊。PLC簡介和選用西門子的SIMATICS7系列的PLC系統(tǒng)CPU的選擇根據(jù)城市供水電氣控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，由于城市供水電氣控制系統(tǒng)的輸入/輸出端口較多，而其控制過程相對復(fù)雜，因此采用CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機。CPU226具有24個輸入點和16個輸出點，共40個I/O點。2個模擬量電位器，最多可以擴展35個I/O點。8K字節(jié)用戶程序和5K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲區(qū)。有6路高速計數(shù)器（30Khz）,2路高速脈沖輸出，2個RS-485通信、編程口，具有與CPU224相同的功能，但同前者CPU相比，它增加了通信口的數(shù)量，從而通信能力大大加強。同CPU221、CPU222相比，它的存儲容量和擴展能力有了很大的提高，存儲容量擴大了一倍，可以有7個擴展模塊有很強的模擬量處理能力。CPU226主要用于點數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。在該控制系統(tǒng)中，還需要采集模擬量的功能要求，因此需要再擴展一個模擬量輸入/輸出擴展模塊。西門子公司專門為S7-200系列PLC配置了模擬量輸入/輸出模塊EM235（EM235：4模擬輸入點，1模擬輸出點，2W，12位）該模塊具有較高的分辨率和較強的輸出驅(qū)動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。系統(tǒng)CPU的選擇根據(jù)城市供水電氣控制系統(tǒng)的◆系統(tǒng)電路的設(shè)計-主電路的設(shè)計

該系統(tǒng)包括3臺水泵電動機Ml、M2、M3，其中Ml的功率為45kW，M2為22kW，M3為22kW。該系統(tǒng)為一臺變頻器依次控制每臺水泵實現(xiàn)恒壓控制。系統(tǒng)具有變頻和工頻兩種運行狀態(tài)，當(dāng)變頻泵達到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設(shè)定的判斷時間內(nèi)還不能滿足恒壓值時，系統(tǒng)自動將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指示下一臺泵為變頻泵。主電路如4-2所示。其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制Ml、M2、M3變頻運行，KMl、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M3工頻運行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3和QS4分別為變頻器和三臺泵電機主電路的隔離開關(guān)；FU為主電路的熔斷器；變頻器是風(fēng)機水泵負載專用變頻器MM430，主回路圖4-2所示。系統(tǒng)主電路圖◆系統(tǒng)電路的設(shè)計-主電路的設(shè)計

該系統(tǒng)包括3臺水系統(tǒng)電路的設(shè)計-控制電路的設(shè)計圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)，打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SB1~SB8控制三臺泵的起/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。其中HLl、HL3和HL5分別指示Ml～M3的工頻運行，HL2、HL4、HL6分別指示Ml～M3的變頻運行。HL7、HL8分別水位的上下限指示燈，KA為報警電鈴。KA1為生活消防轉(zhuǎn)換接觸器。圖中的HL9為自動運行狀態(tài)電源指示燈。HL10為報警指示燈。KA2為變頻器復(fù)位接觸器繼電控制電路圖系統(tǒng)電路的設(shè)計-控制電路的設(shè)計圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)◆總體流程設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程可分為手動控制功能和自動控制功能。在手動控制模式下，每個設(shè)備可單獨運行，以測試設(shè)備的性能，模式選擇簡單流程圖如下圖所示。模式選擇簡單流程圖◆總體流程設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程可分為手動手動操作模式工作流程圖

在手動模式下，可單獨調(diào)試每個設(shè)備的運行，手動操作模式工作流程圖如下圖所示。在此模式下，可以通過按鈕對三個水泵進行控制，而且可以通過按鈕的增大或減小變頻器的頻率來改變其速度，以檢測調(diào)速性能。手動模式手動操作模式工作流程圖在手動模式下，可單獨自動模式●系統(tǒng)上電后，按下自動啟動按鈕，檢測

水池水位?！袼粷M足要求，變頻啟動1#水泵，同時

檢測管內(nèi)壓力?！窆軆?nèi)壓力大于設(shè)定值，水泵變頻調(diào)節(jié)；

小于設(shè)定值，啟動2#水泵?！窆軆?nèi)壓力大于設(shè)定值，維持現(xiàn)在狀態(tài)不

變；小于設(shè)定值，2#水泵工頻運行，3#

變頻啟動●管內(nèi)壓力大于設(shè)定值，維持現(xiàn)在狀態(tài)不

變；小于設(shè)定值，3#水泵工頻運行?！窆軆?nèi)壓力大于設(shè)定值，依次較少投入運

行泵的數(shù)量。自動模式●系統(tǒng)上電后，按下自動啟動按鈕，檢測謝謝各位老師評審謝謝各位老師評審變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計南陽市高級技工學(xué)校系別：機電工程系

教研組：電氣教研組

姓名：趙毅

變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計1.設(shè)計研究的意義●水—生命之源?！窈銐汗┧侵赣脩舳嗽谌魏螘r候，不管用水量的大小，總能保持管網(wǎng)中水壓的基本恒定。變頻器恒壓供水利用傳感器、PLC、變頻器及水泵機組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)壓力保持恒定，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動化程度高、高效節(jié)能的優(yōu)點，在城市供水和工廠供水控制中得到廣泛應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟效益。1.設(shè)計研究的意義●水—生命之源。

2系統(tǒng)總體方案設(shè)計（1）變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成及控制策略：

◆變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成

◆變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制策略

（2）恒壓變頻供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計：◆系統(tǒng)整體硬件框圖◆變頻器的選用◆可編程控制器(PLC)的選用◆系統(tǒng)電路的設(shè)計（3）恒壓變頻供水控制軟件系統(tǒng)的設(shè)計：◆總體流程設(shè)計◆各個模塊梯形圖設(shè)計、功能程序、初始化程序2系統(tǒng)總體方案設(shè)計（1）變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成及控制策◆變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成供水系統(tǒng)組成部分簡單示意圖1）壓力傳感器-系統(tǒng)的控制輸入量，能否準(zhǔn)確采集該信號決定控制系統(tǒng)的精度及可靠性。2）控制器-是整個控制系統(tǒng)的核心，通過對外界輸入狀態(tài)進行檢測，輸出控制量；對外界輸入的數(shù)據(jù)進行運算處理后，輸出相應(yīng)的控制量。3）變頻器-作為核心控制器的后續(xù)控制單元，對終端設(shè)備進行控制，最終達到控制要求。例如多段調(diào)速、變頻器調(diào)速等。4）水泵-供水系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，通過變頻器控制電動機的轉(zhuǎn)速，最后達到控制水泵流量大小的?！糇冾l器恒壓供水系統(tǒng)的組成◆變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制策略恒壓供水系統(tǒng)的控制策略--變頻恒壓供水系統(tǒng)由PLC、傳感器、變頻器及水泵機組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PLC進行邏輯控制，由變頻器進行壓力調(diào)節(jié)。變頻器、可編程控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送人PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，得出的調(diào)解參數(shù)送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量。當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時，通過PLC控制器加泵和控制變頻與工頻切換，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓變量供水，使管網(wǎng)壓力保持恒定?！糇冾l器恒壓供水系統(tǒng)的控制策略恒壓供水系統(tǒng)的控制策略--變頻◆系統(tǒng)整體硬件框圖

系統(tǒng)的整體硬件框圖◆系統(tǒng)整體硬件框圖

系統(tǒng)的整體硬件框圖◆變頻器的選用

MM430型變頻器-是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機和泵類變轉(zhuǎn)矩負載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設(shè)計，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性。MM430型變頻器具有能源利用率高的特點，具有較多的輸入端子和輸出端子，且對操作面板進行了優(yōu)化，便于工作人員進行操作，其主要技術(shù)指標(biāo)如下:●具有內(nèi)置的PID控制器，可用于簡單的過程控制?！?個可編程的帶電位隔離的數(shù)字輸入端?！?個模擬輸入，也可作為第7/8個數(shù)字輸入端?！?個可編程的模擬輸出（0-20mA）?！?個可編程的繼電器輸出，在阻性負載下：DC30V/5A;感性負載下：AC250/2A?！窨膳cS7-200鏈接，也可集成到SIMATIC和SIMOTION的TIA系統(tǒng)中?！糇冾l器的選用

MM430型變頻器-是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的PLC簡介和選用西門子的SIMATICS7系列的PLC是S5系列的更新?lián)Q代產(chǎn)品。S7系列PLC包括S7-200，S7-300，S7-400三大類。其中S7-200是整體式結(jié)構(gòu)的、具有很高的性能/價格比的小型可編程控制器，根據(jù)控制規(guī)模的大?。摧斎?輸出點數(shù)的多少），可以選擇相應(yīng)CPU的主機。它的模塊化設(shè)計為適應(yīng)具體的應(yīng)用提供了極大的靈活性，便于擴展功能，有效地提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。S7-200的主要特點有：●快速的中央處理運算能力；●極豐富的編程指令集；●響應(yīng)快速的數(shù)字量和模擬量輸入/輸出通道；●操作便捷，易于掌握；●強大的通訊功能和豐富的擴展模塊。PLC簡介和選用西門子的SIMATICS7系列的PLC系統(tǒng)CPU的選擇根據(jù)城市供水電氣控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，由于城市供水電氣控制系統(tǒng)的輸入/輸出端口較多，而其控制過程相對復(fù)雜，因此采用CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機。CPU226具有24個輸入點和16個輸出點，共40個I/O點。2個模擬量電位器，最多可以擴展35個I/O點。8K字節(jié)用戶程序和5K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲區(qū)。有6路高速計數(shù)器（30Khz）,2路高速脈沖輸出，2個RS-485通信、編程口，具有與CPU224相同的功能，但同前者CPU相比，它增加了通信口的數(shù)量，從而通信能力大大加強。同CPU221、CPU222相比，它的存儲容量和擴展能力有了很大的提高，存儲容量擴大了一倍，可以有7個擴展模塊有很強的模擬量處理能力。CPU226主要用于點數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。在該控制系統(tǒng)中，還需要采集模擬量的功能要求，因此需要再擴展一個模擬量輸入/輸出擴展模塊。西門子公司專門為S7-200系列PLC配置了模擬量輸入/輸出模塊EM235（EM235：4模擬輸入點，1模擬輸出點，2W，12位）該模塊具有較高的分辨率和較強的輸出驅(qū)動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。系統(tǒng)CPU的選擇根據(jù)城市供水電氣控制系統(tǒng)的◆系統(tǒng)電路的設(shè)計-主電路的設(shè)計

該系統(tǒng)包括3臺水泵電動機Ml、M2、M3，其中Ml的功率為45kW，M2為22kW，M3為22kW。該系統(tǒng)為一臺變頻器依次控制每臺水泵實現(xiàn)恒壓控制。系統(tǒng)具有變頻和工頻兩種運行狀態(tài)，當(dāng)變頻泵達到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設(shè)定的判斷時間內(nèi)還不能滿足恒壓值時，系統(tǒng)自動將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指示下一臺泵為變頻泵。主電路如4-2所示。其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制Ml、M2、M3變頻運行，KMl、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M3工頻運行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3和QS4分別為變頻器和三臺泵電機主電路的隔離開關(guān)；FU為主電路的熔斷器；變頻器是風(fēng)機水泵負載專用變頻器MM430，主回路圖4-2所示。系統(tǒng)主電路圖◆系統(tǒng)電路的設(shè)計-主電路的設(shè)計

該系統(tǒng)包括3臺水系統(tǒng)電路的設(shè)計-控制電路的設(shè)計圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)，打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SB1~SB8控制三臺泵的起/停和電磁閥YV2的