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1、变频器在恒压供水系统中的应用设计,南阳市高级技工学校,系 别：机电工程系 教 研 组：电气教研组 姓 名：赵 毅,1 . 设计研究的意义,水生命之源。恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小，总能保持管网中水压的基本恒定。变频器恒压供水利用传感器、P L C 、变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使管网压力保持恒定，代替了传统的水塔供水控制方案，具有自动化程度高、高效节能的优点，在城市供水和工厂供水控制中得到广泛应用，取得了明显的经济效益。,2 系统总体方案设计,（1）变频器恒压供水系统的组成及控制策略：,变频器恒压供水系统的组成 变频器恒压供水系统的控制策略,（2）恒压变频供水控制系统硬
2、件的设计：,系统整体硬件框图变频器的选用可编程控制器(PLC)的选用系统电路的设计,（3）恒压变频供水控制软件系统的设计：,总体流程设计各个模块梯形图设计、功能程序、初始化程序,变频器恒压供水系统的组成,供水系统组成部分简单示意图,1）压力传感器-系统的控制输入量，能否准确采集该信号决定控制系统的精度及可靠性。2）控制器-是整个控制系统的核心，通过对外界输入状态进行检测，输出控制量；对外界输入的数据进行运算处理后，输出相应的控制量。3）变频器-作为核心控制器的后续控制单元，对终端设备进行控制，最终达到控制要求。例如多段调速、变频器调速等。4）水泵-供水系统的执行机构，通过变频器控制电动机的转速
3、，最后达到控制水泵流量大小的。,变频器恒压供水系统的控制策略,恒压供水系统的控制策略-变频恒压供水系统由PLC、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统。该系统由P L C 进行逻辑控制，由变频器进行压力调节。变频器、可编程控制器作为系统控制的核心部件。通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送人PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出的调解参数送给变频器， 由变频器控制水泵的转速，从而调节系统供水量。当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵和控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压变量供水，使管网压力保持恒定。,系统整体硬件框图,系统的整体
4、硬件框图,变频器的选用,MM430型变频器-是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家。功率范围7.5kW至250kW。它按照专用要求设计，并使用内部功能互联技术，具有高度可靠性和灵活性。MM430型变频器具有能源利用率高的特点，具有较多的输入端子和输出端子，且对操作面板进行了优化，便于工作人员进行操作，其主要技术指标如下:具有内置的PID控制器，可用于简单的过程控制。6个可编程的带电位隔离的数字输入端。2个模拟输入，也可作为第7/8个数字输入端。2个可编程的模拟输出（0-20mA）。3个可编程的继电器输出，在阻性负载下：DC30V/5A;感性负载下：AC250/2A。可与S7-200链
5、接，也可集成到SIMATIC和SIMOTION的TIA系统中。,PLC简介和选用,西门子的SIMATIC S7系列的PLC是S5系列的更新换代产品。S7系列PLC包括S7-200，S7-300， S7-400三大类。其中S7-200是整体式结构的、具有很高的性能/价格比的小型可编程控制器，根据控制规模的大小（即输入/输出点数的多少），可以选择相应CPU的主机。它的模块化设计为适应具体的应用提供了极大的灵活性，便于扩展功能，有效地提高了系统的经济性。S7-200的主要特点有：快速的中央处理运算能力；极丰富的编程指令集；响应快速的数字量和模拟量输入/输出通道；操作便捷，易于掌握；强大的通讯功能和丰
6、富的扩展模块。,系统CPU的选择,根据城市供水电气控制系统的功能要求，从经济性、可靠性等方面来考虑，由于城市供水电气控制系统的输入/输出端口较多，而其控制过程相对复杂，因此采用CPU226作为该控制系统的主机。 CPU226具有24个输入点和16个输出点，共40个I/O点。2个模拟量电位器，最多可以扩展35个I/O点。8K字节用户程序和5K字节数据存储区。有6路高速计数器（30Khz）,2路高速脉冲输出，2个RS-485通信、编程口，具有与CPU224相同的功能，但同前者CPU相比，它增加了通信口的数量，从而通信能力大大加强。同CPU221、CPU222相比，它的存储容量和扩展能力有了很大的提
7、高，存储容量扩大了一倍，可以有7个扩展模块有很强的模拟量处理能力。CPU226主要用于点数较多，要求较高的小型或中型控制系统。 在该控制系统中，还需要采集模拟量的功能要求，因此需要再扩展一个模拟量输入/输出扩展模块。西门子公司专门为S7-200系列PLC配置了模拟量输入/输出模块EM235（EM235：4模拟输入点，1模拟输出点，2W，12位）该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力，可满足控制系统的功能要求。,系统电路的设计-主电路的设计,该系统包括3台水泵电动机M l、M 2、M 3， 其中Ml的功率为45kW，M2为22kW，M3为22kW。该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现恒压控
8、制。系统具有变频和工频两种运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变频泵。主电路如4-2 所示。其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3变频运行，KMl、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M 3工频运行，FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3和QS4分别为变频器和三台泵电机主电路的隔离开关；FU为主电路的熔断器；变频器是风机水泵负载专用变频器MM430，主回路图4-2所示。,系统主电路图,系统电路的设计-控制电路的设计,图中SA为手动
9、/自动转换开关，SA打在1的位置为手动控制状态，打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1SB8控制三台泵的起/停和电磁阀YV2的通/断；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。其中HLl、HL3和HL5分别指示MlM 3的工频运行，HL2、HL4、HL6分别指示M lM 3的变频运行。HL7、HL8分别水位的上下限指示灯，KA为报警电铃。KA1为生活消防转换接触器。图中的HL9为自动运行状态电源指示灯。HL10为报警指示灯。KA2为变频器复位接触器,继电控制电路图,总体流程设计,根据系统的控制要求，控制过程可分为手动控制功能和自动控制功能。在手动控制模式下，每个设备可单独运行，以
10、测试设备的性能，模式选择简单流程图如下图所示。,模式选择简单流程图,手动操作模式工作流程图,在手动模式下，可单独调试每个设备的运行，手动操作模式工作流程图如下图所示。在此模式下，可以通过按钮对三个水泵进行控制，而且可以通过按钮的增大或减小变频器的频率来改变其速度，以检测调速性能。,手动模式,自动模式,系统上电后，按下自动启动按钮，检测 水池水位。水位满足要求，变频启动1#水泵，同时 检测管内压力。管内压力大于设定值，水泵变频调节； 小于设定 值，启动2#水泵。管内压力大于设定值，维持现在状态不 变； 小于设定值，2#水泵工频运行，3# 变频启动管内压力大于设定值，维持现在状态不 变； 小于设定值，3#水泵工频运行。管内压力大于设定值，依次较少投入运 行泵的数量。,谢谢各位老师评审,
