變頻器供水系統(tǒng)(單泵) (9999) 2

沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計圖3.3變頻器的I/O端點連接送PLC的變頻器故障信號我們選擇從Y3輸出，Y3的內(nèi)部功能設(shè)定選擇為報警功能，變頻器發(fā)生指定的故障時輸出信號。變頻器的輸出電源接接觸器，它給所有的工頻回路的接觸器都提供電源信號，但是具體的哪一臺接觸器接通由PLC控制。變頻器的輸出端子(U,V,W)按正確的相序連接至交流接觸器的輸入電源端子上。如果電機旋轉(zhuǎn)方向不對，則說明連接相序有錯，則改變U、V,W中的任意兩相的接線。變頻器和電動機(水泵)間配線很長時，由于線間分布電容產(chǎn)生較大的高頻電流，可能造成變頻器過電流跳閘.另外，漏電流增加，電流值指示精度變差。對于本系統(tǒng)中的變頻器，變頻器和電動機(水泵)之間的距離最好小于50米，如果配線很長時，則必須連接輸出側(cè)濾波器選件(OFL濾波器)。接線時還有一點需要注意的是，為了安全和減少噪聲，變頻器的接地端子G必須良好接地。為了防止電擊和火警事故，電氣設(shè)備的金屬外殼和框架均應(yīng)按照國家電氣規(guī)程要求接地。接地線要粗而短，變頻器系統(tǒng)應(yīng)連接專用接地極，及不要和別的系統(tǒng)串聯(lián)接地或共同接地（具體接法見圖3.3，在最后的程序中，因本人能力有限，故將報警裝置去除，在實際應(yīng)用中應(yīng)當加入）。采用變頻器驅(qū)動異步電動機調(diào)速。在異步電動機確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機實際運行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。當運行方式不同時，變頻器容量的計算方式和選擇方法不同，變頻器應(yīng)滿足的條件也不一樣。選擇變頻器容量時，變頻器的額定電流是一個關(guān)鍵量，變頻器的容量應(yīng)按運行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。該系統(tǒng)用一臺變頻器使多臺電機并聯(lián)運轉(zhuǎn)，對于一臺電機開始起動后，再追加投入其他電機起動的場合，此時變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電機將產(chǎn)生大的起動電流，因此，變頻器容量與同時起動時相比需要大些。3.3型號選擇3.3.1變頻器的型號選擇根據(jù)電機的選擇，選用110kw的變頻器來拖動100kw的電機，這樣可以大大的降低故障的發(fā)生率，延長設(shè)備的使用壽命西門子MM430是一款專門為風機和水泵設(shè)計的變頻器，具有豐富的軟件設(shè)置參數(shù)，可以擴展實現(xiàn)多種功能，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜工況下的需要。通過對MM430的PID參數(shù)設(shè)定，可以在不增加任何外在設(shè)備的條件下，實現(xiàn)供水壓力的恒定，提高供水質(zhì)量，同時減少能量損耗。以往的恒壓供水設(shè)備，往往采用帶有模入/模出的可編程控制器或PID調(diào)節(jié)器，PID算法編程難度大，設(shè)備成本高，調(diào)試困難。MM430系列變頻器內(nèi)置的PID功能，可以進行精確的PID控制，不僅節(jié)省了安裝調(diào)試時間，還有效的降低了設(shè)備成本，是進行此類控制的首選本系統(tǒng)中，采用MciorMaster430系列變頻器，型號為6SE6430-2UD41-3FB0，額定電流為205A，額定功率110kW。MicroMaster430系列變頻器是全新一代標準變頻器中的風機和泵類變轉(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)(BiCo)技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性，牢固的EMC(電磁兼容性)設(shè)計；控制軟件可以實現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。變頻器運行過程中，反饋回來的信號與主設(shè)定值進行比較，如果反饋值小于主設(shè)定值時，變頻器的頻率會自動提升，以提高目標壓力；如果反饋值大于主設(shè)定值時，變頻器的頻率會自動降低，以降低目標壓力。3.3.2其他低壓電器的選擇1斷路器當變頻器需要檢修時，或者因某種原因而長時間不用時，將QF切斷，使變頻器與電源隔離。當變頻器輸入側(cè)發(fā)生短路等故障時，進行保護。選擇原則(1)變頻器在剛接電源的瞬間，對電容器的充電電流可達額定電流的2~3倍；(2)變頻器的進線電流是脈沖電流，其峰值?？赡艹^額定電流；(3)變頻器允許的過載能力為150%，1min。為了避免誤動作，斷路器的額定電流應(yīng)選：其中為變頻器的額定電流。故選擇斷路器額定電流選擇270A2接觸器(1)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，可自動切斷電源。(2)選擇原則：由于接觸器自身并無保護功能，不存在誤動作的問題，故選擇原則是主觸點的額定電流，應(yīng)該大于188.2A,可以選擇主觸點額定電流為200A的接觸器。3.4系統(tǒng)主電路設(shè)計供水系統(tǒng)主電路設(shè)計如圖3.4所示，采用了一臺變頻器同時連接兩臺電動機，所以必須確保開關(guān)KM1和KM2電氣互鎖，互鎖功能由軟件和硬件實現(xiàn)。在變頻水泵出現(xiàn)問題或緊急情況下，可以起用備用水泵。三臺電機分別為M1、M2、M3，它們分別帶動水泵1#、2#和備用泵。接觸器KM3、KM4、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM1、KM2分別控制M1、M2的變頻運行；FR1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QF1、QF2、QF3分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的空氣低壓斷路器；FU為主電路的熔斷器，用作短路保護。三相電源經(jīng)低壓熔斷器、自動空氣低壓斷路器接至變頻器的L1、L2、L3端，變頻器的輸出端U、V、W通過接觸器的觸點接至電機。當電機由變頻切至工頻運行時，應(yīng)先將變頻器停車，再將變頻器輸出端的接觸器斷開，避免變頻器輸出端接斷路，再接通工頻運行的接觸器。主電路中的低壓熔斷器除接通電源外，同時實現(xiàn)短路保護，每臺電動機的過載保護由相應(yīng)的熱繼電器FR實現(xiàn)。變頻和工頻兩個回路不允許同時接通，所以KM1和KM3、KM2和KM4相互之間必須設(shè)計可靠的互鎖。開關(guān)KM6控制變頻器的啟停，由PLC給出啟動或停止信號，變頻器啟停。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)化為電信號輸入給變頻器的模擬輸入端作為模擬輸入。初始運行時，必須觀察電動機的轉(zhuǎn)向，使之符合要求。如果轉(zhuǎn)向相反，則可以改變電源的相序來獲得正確的轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)啟動、運行和停止的操作不能直接斷開主電路(如直接使熔斷器或隔離開關(guān)斷開)，而必須通過變頻器實現(xiàn)軟啟動和軟停。圖3.4主電路圖3.5系統(tǒng)的控制電路設(shè)計根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU224，其開關(guān)量輸出為10點，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入CPU224為14點，輸入形式為+24V直流輸入。系統(tǒng)的控制線路如圖3.5所示。本變頻恒壓供水系統(tǒng)有8個輸入量，全部是數(shù)字量輸入。按鈕SB0用來啟動啟動工作循環(huán)，它作為開關(guān)量輸入I0.0；按鈕SB1用來停止工作循環(huán)，使PLC回到初始狀態(tài)，它作為開關(guān)量輸入I0.1；液位變送器把測得的水池水位轉(zhuǎn)換成標準電信號后送入一個可以設(shè)置上下限位來輸出開關(guān)量的數(shù)顯表，在數(shù)顯表中設(shè)定水池水位上下限對應(yīng)的電流，當水池液位低于或超出上下限時，數(shù)顯表輸出高電平1，送入I0.2；變頻器的故障輸出端與PLC的I0.7相連，作為變頻器故障報警信號；變頻器頻率達到上限信號與I0.3相連；變頻器頻率到達下限的信號與I0.4相連。本變頻恒壓供水系統(tǒng)有10個數(shù)字量輸出信號。Q0.1~Q0.4分別輸出兩臺水泵電機的工頻/變頻運行信號；Q0.0輸出啟動變頻器信號；Q0.5輸出啟動備用泵信號；Q0.6輸出1#泵故障報警燈信號；Q0.7輸出2#泵故障報警燈信號；Q1.0輸出液位報警燈信號；Q1.1輸出變頻器故障報警燈信號。圖3.5系統(tǒng)的控制電路3.6變頻器參數(shù)設(shè)置由于SIEMENSMM430變頻器自帶了PID模塊，我們不需要進行PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計，只需進行必要的參數(shù)設(shè)置就可以了。首先將DIP2開關(guān)2撥到ON位置，設(shè)置模擬輸入2并選擇為4~20mA輸入。然后設(shè)置變頻器參數(shù)：P0756(0)對應(yīng)模擬量輸入1通道，P0756(1)對應(yīng)模擬量輸入2通道；P0756可能的設(shè)定值:=0,單極性電壓輸入(0至380V)；=1,帶監(jiān)控的單極性電壓輸入(0至380V)；=2,單極性電流輸入(0至20mA)；=3,帶監(jiān)控的單極性電流輸入(0至20mA)；=4雙極性電壓輸入(-380V至+380V)。選擇的是輸入類型為單極性電流輸入（0至20mA），由于壓力變送器傳送的是4~20mA電流信號，如果用此信號作為變頻器的頻率給定信號,將出現(xiàn)頻率給定誤差。變頻器的缺省設(shè)置為0~20mA對應(yīng)0~50Hz，為了使4~20mA對應(yīng)0~50Hz，設(shè)置參數(shù)如下P0757=4，P0758=0，P0759=20，P0760=100%。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50Hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是0Hz。其實，在實際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到0Hz。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網(wǎng)，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。這個頻率遠大于0Hz，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān)，一般在20Hz左右。所以選擇50Hz和20Hz作為水泵機組切換的上下限頻率。P0700=2，控制命令源為端子控制；P0701=1，數(shù)字輸入1，接通正轉(zhuǎn)/停車命令；P0731=53.B,設(shè)置數(shù)字輸出1為變頻器頻率已達上限輸出；P0732=53.A,設(shè)置數(shù)字輸出2為變頻器頻率已達下限輸出；P0733=52.3,設(shè)置數(shù)字輸出3為變頻器故障輸出；P2240=68%用戶壓力設(shè)定值的百分比，為鍵盤給定值，對于0~1MPa的量程4~20mA的信號，設(shè)定值為0.08Mpa對應(yīng)的電流應(yīng)為126.6×0.08+4=14.128A；P2257=15s,PID設(shè)定值的斜坡上升時間為15s；P2258=15s,PID設(shè)定值的斜坡下降時間為15s；P2265=1s,PID反饋值濾波時間為1s。詳細參數(shù)的設(shè)置如表3.6所示。表3.6MM430參數(shù)預(yù)置表參數(shù)參數(shù)說明參數(shù)參數(shù)說明P0003=3用戶訪問級別為專家級P0731=53.B數(shù)字輸出1為電機頻率已達上限輸出P0700=2選擇命令源，選擇為端子啟停P0732=53.A數(shù)字輸出2為電機頻率低于下限輸出P1000=1頻率設(shè)定選擇為鍵盤設(shè)定P0733=52.3數(shù)字輸出3為變頻器故障輸出P1080=20Hz限定電機的下限頻率P2200=1閉環(huán)控制選擇，PID功能P1082=50Hz限定電機的上限頻率P2231=1允許存儲P2240的設(shè)定值P0004=22參數(shù)濾過，選擇PID應(yīng)用宏P(guān)2240=68%鍵盤給定的PID設(shè)定值P0701=1數(shù)字輸入1的功能接通正轉(zhuǎn)/停車命令P2253=2250選擇P2240的值作為PID給定值P0756(1)=2模擬量輸入2作為反饋0-20mA信號P2264=755.1PID反饋信號源于模擬通道2P0757=4模擬設(shè)定值X1的值P2265=1sPID反饋值濾波時間為1sP0758=0模擬設(shè)定值Y1的值P2257=15sPID設(shè)定值的斜坡上升時間為15sP0759=20模擬設(shè)定值X2的值P2258=15sPID設(shè)定值的斜坡下降時間為15sP0760=100%模擬設(shè)定值Y2的值P2280=3PID的比例增益系數(shù)P2285=15sPID的積分時間P2274=0PID的微分時間3.7遠傳壓力表本系統(tǒng)采用YTT-150型差動遠傳壓力表，此表適用于測量對鋼及銅合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質(zhì)的壓力。因為在儀表內(nèi)部設(shè)置一滑線電阻式發(fā)送器，故可把被測值以電量值傳至遠離測量點的二次儀表上，以實現(xiàn)集中檢測和遠距離控制。此外，YTT-150型差動遠傳壓力表既可對所測壓力作現(xiàn)場指示又能轉(zhuǎn)換為0-10mA?DC或4-20mA?DC,標準電流信號輸出。3.7.1主要技術(shù)指標a.精確度等級：1.5b.發(fā)送器起始電阻值：3～20Ωc.發(fā)送器滿度電阻值：340～400Ωd.發(fā)送器接線端①②外加電壓不大于6Ve.滑線電阻式發(fā)送器接線圖f.使用環(huán)境條件：-40～60℃，相對濕度不大于85%，且震動和被測（控）介質(zhì)的急劇脈g.溫度影響：使用溫度偏離20±5℃時，其溫度附加誤差不大于0.4%/10℃。h.重量：1.2kg3.7.2結(jié)構(gòu)原理本儀表由一個彈簧管壓力表和一個滑線電阻式發(fā)送器等所組成。儀表機械部份的作用原理與一般彈簧管壓力表相同。由于電阻發(fā)送器系設(shè)置在齒輪傳動機構(gòu)上，因此當齒輪傳動機構(gòu)中的扇形齒輪軸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時，電阻發(fā)送器的轉(zhuǎn)臂（電刷）也相應(yīng)地得以偏轉(zhuǎn)，由于電刷在電阻器上滑行，使得被測壓力值的變化變換為電阻值的變化，而傳至二次儀表上，指示出一相應(yīng)的讀數(shù)值。同時，一次儀表也指示相應(yīng)的壓力值。4軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)流程圖要通過PLC控制器實現(xiàn)水泵的切換與系統(tǒng)的故障檢測，本系統(tǒng)設(shè)計為：系統(tǒng)啟動后，泵1首先進入變頻運行，當出現(xiàn)壓力上限時，變頻泵切換為工頻，啟動另一臺泵變頻運行，當出現(xiàn)壓力下限時，工頻泵切除，僅又變頻泵工作，系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖。圖4.1變頻恒壓供水系統(tǒng)梯形圖設(shè)計流程圖4.2操作說明書SB1為啟動按鈕SB2為停機按鈕HL1（綠燈）為泵1變頻運行HL2（紅燈）為泵1工頻運行HL3（紅燈）為泵2工頻運行HL4（綠燈）為泵2變頻運行HL5為水泵機組過載報警指示燈HL6為VVVF故障報警指示燈HR1為系統(tǒng)故障報警警鈴水泵機組啟動后，泵1首先進入運行狀態(tài)當上述故障出現(xiàn)其一，系統(tǒng)立即停止，并報警5結(jié)術(shù)語近年來國內(nèi)高層建筑不斷興建，它的特點是高度高、層數(shù)多、體量大。面積可達幾萬平方米到幾十萬平方米。這些建筑都是一個個龐然大物，高高的聳立在地面上，這是它的外觀，而隨之帶來的內(nèi)部的建筑設(shè)備也是大量的。為了提高設(shè)備利用率，合理地使用能源，加強對建筑設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視等，自然地就提出了自動化控制系統(tǒng)。在短短的幾年內(nèi)，調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。自動化恒壓供水系統(tǒng)的飛躍發(fā)展給我國的小區(qū)供水帶來了很大的便利。它充分利用了變頻軟啟動和PLC技術(shù)的相結(jié)合實現(xiàn)一拖多泵的供水系統(tǒng)。PLC編程在工業(yè)領(lǐng)域更適用，它通過梯形圖編程、它更容易被人們理解。PID調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于PID運算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。自從