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變頻器恒壓供水方案設(shè)計(jì)
1.設(shè)計(jì)研究的意義●水—生命之源?!窈銐汗┧侵赣脩舳嗽谌魏螘r(shí)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(jī)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(dòng)化程度高、高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),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(jì)效益。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)(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(jì):◆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(jì)(3)恒壓變頻供水控制軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì):◆總體流程設(shè)計(jì)◆各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)、功能程序、初始化程序返回主頁(yè)◆變頻器恒壓供水系統(tǒng)的組成供水系統(tǒng)組成部分簡(jiǎn)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(hào)決定控制系統(tǒng)的精度及可靠性。2)控制器-是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,通過(guò)對(duì)外界輸入狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),輸出控制量;對(duì)外界輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)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(duì)終端設(shè)備進(jìn)行控制,最終達(dá)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(jī)構(gòu),通過(guò)變頻器控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,最后達(dá)到控制水泵流量大小的。返回主頁(yè)◆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(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PLC進(jìn)行邏輯控制,由變頻器進(jìn)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(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器,把出口壓力信號(hào)變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送人PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)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(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí),通過(guò)PLC控制器加泵和控制變頻與工頻切換,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變量供水,使管網(wǎng)壓力保持恒定。返回主頁(yè)◆系統(tǒng)整體硬件框圖
系統(tǒng)的整體硬件框圖返回主頁(yè)◆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(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設(shè)計(jì),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(diǎn),具有較多的輸入端子和輸出端子,且對(duì)操作面板進(jìn)行了優(yōu)化,便于工作人員進(jìn)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(jiǎn)單的過(guò)程控制?!?個(gè)可編程的帶電位隔離的數(shù)字輸入端?!?個(gè)模擬輸入,也可作為第7/8個(gè)數(shù)字輸入端。●2個(gè)可編程的模擬輸出(0-20mA)?!?個(gè)可編程的繼電器輸出,在阻性負(fù)載下:DC30V/5A;感性負(fù)載下:AC250/2A。●可與S7-200鏈接,也可集成到SIMATIC和SIMOTION的TIA系統(tǒng)中。返回主頁(yè)P(yáng)LC簡(jiǎn)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(jià)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(diǎn)數(shù)的多少),可以選擇相應(yīng)CPU的主機(jī)。它的模塊化設(shè)計(jì)為適應(yīng)具體的應(yīng)用提供了極大的靈活性,便于擴(kuò)展功能,有效地提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。S7-200的主要特點(diǎn)有:●快速的中央處理運(yùn)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(qiáng)大的通訊功能和豐富的擴(kuò)展模塊。返回主頁(yè)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(jì)性、可靠性等方面來(lái)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(guò)程相對(duì)復(fù)雜,因此采用CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。CPU226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn),共40個(gè)I/O點(diǎn)。2個(gè)模擬量電位器,最多可以擴(kuò)展35個(gè)I/O點(diǎn)。8K字節(jié)用戶程序和5K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。有6路高速計(jì)數(shù)器(30Khz),2路高速脈沖輸出,2個(gè)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(qiáng)。同CPU221、CPU222相比,它的存儲(chǔ)容量和擴(kuò)展能力有了很大的提高,存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍,可以有7個(gè)擴(kuò)展模塊有很強(qiáng)的模擬量處理能力。CPU226主要用于點(diǎn)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(kuò)展一個(gè)模擬量輸入/輸出擴(kuò)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(diǎn),1模擬輸出點(diǎn),2W,12位)該模塊具有較高的分辨率和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力,可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。返回主頁(yè)◆系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)-主電路的設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)包括3臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)Ml、M2、M3,其中Ml的功率為45kW,M2為22kW,M3為22kW。該系統(tǒng)為一臺(tái)變頻器依次控制每臺(tái)水泵實(shí)現(xiàn)恒壓控制。系統(tǒng)具有變頻和工頻兩種運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)變頻泵達(dá)到水泵額定轉(zhuǎn)速后,如水壓在所設(shè)定的判斷時(shí)間內(nèi)還不能滿足恒壓值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài),并指示下一臺(tái)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(yùn)行,KMl、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M3工頻運(yùn)行,F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器;QS1、QS2、QS3和QS4分別為變頻器和三臺(tái)泵電機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān);FU為主電路的熔斷器;變頻器是風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器MM430,主回路圖4-2所示。系統(tǒng)主電路圖返回主頁(yè)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)-控制電路的設(shè)計(jì)圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài),打在2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí),可用按鈕SB1~SB8控制三臺(tái)泵的起/停和電磁閥YV2的通/斷;自動(dòng)運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。其中HLl、HL3和HL5分別指示Ml~M3的工頻運(yùn)行,HL2、HL4、HL6分別指示Ml~M3的變頻運(yùn)行。HL7、HL8分別水位的上下限指示燈,KA為報(bào)警電鈴。KA1為生活消防轉(zhuǎn)換接觸器。圖中的HL9為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。HL10為報(bào)警指示燈。KA2為變頻器復(fù)位接觸器繼電控制電路圖返回主頁(yè)◆總體流程設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,控制過(guò)程可分為手動(dòng)控制功能和自動(dòng)控制功能。在手動(dòng)控制模式下,每個(gè)設(shè)備可單獨(dú)運(yùn)行,以測(cè)試設(shè)備的性能,模式選擇簡(jiǎn)單流程圖如下圖所示。模式選擇簡(jiǎn)單流程圖返回主頁(yè)手動(dòng)操作模式工作流程圖
在手動(dòng)模式下,可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行,手動(dòng)操作模式工作流程圖如下圖所示。在此模式下,可以通過(guò)按鈕對(duì)三個(gè)水泵進(jìn)行控制,而且可以通過(guò)按鈕的增大或減小變頻器的頻率來(lái)改變其速度,以檢測(cè)調(diào)速性能。手動(dòng)模式返回主頁(yè)自動(dòng)模式●系統(tǒng)上電后,按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕,檢測(cè)
水池水位。●水位滿足要求,變頻啟動(dòng)1#水泵,同時(shí)
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