恒压供水系统课程设计

沈阳理工大学课程设计摘 要 自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。对城镇住宅电力驱动恒压供水的原理及几种实用化方案进行了深入的讨论，以变频器为主体的恒压供水系统对供水水泵实现全方位的宝护。该系统不但能最大限度地节约水资源，而且能够节约电能，延长供水水泵的使用寿命，并在紧急情况下（消防，减灾）能够做到重点供水。最后，对几种实用化供水方案进行了详细的讨论。关键词：变频器；恒压供水；变频调速；供水系统目 录1 变频调速恒压供水系统的现状和应用11.1变频调速恒压供水的应用11.2变频器恒压供水产生的背景和意义12 变频调速恒压供水系统22.1供水系统的基本特性22.2变频恒压供水系统的构成及工作原理22.2.1系统的构成22.2.2变频调速恒压供水系统原理32.2.3变频恒压控制理论模型43 变频恒压供水系统设计63.1设计任务及要求63.2系统主电路设计73.3控制系统组成方框图74 器件的选型及介绍144.1 变频器简介144.2 变频器选型144.2.1 变频器的控制方式144.2.2 变频器容量的选择154.2.3 变频器主电路外围设备选择174.3 可编程控制器(PLC)194.3.1 PLC的定义及特点194.3.2 PLC及压力传感器的选择205 系统的软件设计215.1 PLC程序设计215.1.1 初始化子程序设计215.1.2 PID控制中断子程序225.2 变频器参数的设置245.2.1 参数复位245.2.2电机参数设置24总 结26参考文献27III1 变频调速恒压供水系统的现状和应用1.1变频调速恒压供水的应用通常在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量小时开一台或两台。在采用变频调速进行恒压供水时，就用两种方式，其一是所有水泵配用一台变频器；其二是每台水泵配用一台变频器。后种方法根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单，但成本高。前种方法成本低，性能不比后种差，但控制程序较复杂，是未来的发展方向，比如NKL-A系列恒压供水控制系统就可实现一变频器控制任意数马达的功能。1.2变频器恒压供水产生的背景和意义 泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需要大量消耗能量，提高泵站效率；降低能耗，对国民经济有重大意义。我过泵站的特点是数量大、范围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动能经济观点以及机电产品类型和质量上存在的一些问题等原因，至使在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。目前，大量的动能消耗在水泵、风机负载上，城乡居民用水设备所消耗的电量在这类负载中占了相当大的比例。因此，研究提水系统的能量模型，找出能够节能的控制策略方法是目前较为重要的一件事。以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术与一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便的实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。2 变频调速恒压供水系统2.1供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图2.1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图2.1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。 扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图2.1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。 图2.1 供水系统的基本特性2.2变频恒压供水系统的构成及工作原理2.2.1系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的S7-200 plc作为控制器，变频器MM440是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。S7-200 plc选用内部控制模块CPU224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块CPU224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。 三相交流电与MM440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接异步电动机，异步电动机带动水泵转动。S7-200数字输出口输出控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交流电与异步电动机。S7-200的模拟输出口输出控制电压信号给MM440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给S7-200的模拟输入口。2.2.2变频调速恒压供水系统原理1.电动机的调速原理水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为： （）)(式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。从上式可知，三相异步电动机的调速方法有：(l) 改变电源频率(2) 改变电机极对数(3) 改变转差率改变电机极对数调速的调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有级调速，而且级差比较大，即变速时转速变化较大，转矩也变化大，因此只适用于特定转速的生产机器。改变转差率调速为了保证其较大的调速范围一般采用串级调速的方式，其最大优点是它可以回收转差功率，节能效果好，且调速性能也好，但由于线路过于复杂，增加了中间环节的电能损耗，且成本高而影响它的推广价值。下面重点分析改变电源频率调速的方法及特点。根据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速n基本上与电源频率f成正比。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电机运行性能恶化。随着电力电子技术的发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，它们促进了变频调速的广泛应用。2.变频恒压控制系统节能原理供水系统的扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线，如图2.1所示。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Qu间的关系H=f(Qu)。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下扬程H与流量Q之间的关系曲线，如图2.1所示。管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系H=f(Qc)。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图2.1中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。 变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的2.2.3变频恒压控制理论模型 变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上从图2.2中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力。因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。 从图2-2中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。 图2.2变频恒压控制原理图 3 变频恒压供水系统设计3.1设计任务及要求本系统是以一个供水系统作为被控对象，PLC与变频器协调控制电机的转速与启动和停止。控制要求：（1）工艺参数: 水泵流量：295 m3/h 水泵出口压力： 0.08Mpa （2）水泵参数：型号：125H-13额定流量：793 m3/h扬程：32.3 m功率：80.3 KW额定转速：1450 r/min配用电机功率：100KW（3）电动机参数：型号：JD-L-39-4 功率：100KW 额定频率：50Hz 额定电压：380VAC； 额定转速：1470 r/min 额定电流：188.2 A（4）水泵电机的起动/停止、正转、调速控制。（5）变频器采用远方控制方式。（6）变频器的频率由420mA电流信号控制。（7）变频器的运行状态指示（如运行、停止、过流、低压等）。（8）变频器的报警处理。3.2系统主电路设计图3.1 系统主电路图主电路。如图所示，接触器KM1用于将电源接至变频器的输入端，KM2用于将变频器的输出端接至电动机，KM3用于将工频电源直接接至电动机，热继电器KR用于工频运行时的过载保护3.3控制系统组成方框图恒压供水系统的基本构成是：变频器+水泵+水管网压力检测部件+PID调节器(目前大多数变频器已将PID调节器集成到其内部)，如图3.2所示：该图为简单的单泵控制系统。图3.2 恒压供水系统示意图PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，该系统的控制流程图如图3.1所示：图3.2变频恒压供水系统控制流程图从图中可看出，系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具体为：(1)执行机构：执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，其中由一台变频泵和两台工频泵构成，变频泵是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定；工频泵只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量很大（变频泵达到工频运行状态都无法满足用水要求时）的情况下投入工作。(2) 信号检测机构：在系统控制过程中，需要检测的信号包括管网水压信号、水池水位信号和报警信号。管网水压信号反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行A/D转换。另外为加强系统的可靠性，还需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测，检测结果可以送给PLC，作为数字量输入；水池水位信号反映水泵的进水水源是否充足。信号有效时，控制系统要对系统实施保护控制，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。此信号来自安装于水池中的液位传感器；报警信号反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常，该信号为开关量信号。(3) 控制机构：供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。供水控制器是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的压力、液位、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵机组)进行控制；变频器是对水泵进行转速控制的单元，其跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断造成故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。 变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上10。图3.3控制电路当钮子开关S 为合上位置时为自动启动, 否则为手动启动。当水位为低水位H1时，表的压力为设定的最低压力值，指针指向SP1，下电接点SP1闭合；当水位为高水位H2时，表的压力为设定的最高压力值，指针指向SP2，下电接点SP2闭合。自动启动时：合上QF ，当水位为低水位H1时，到达表的压力设定的最低压力值，线圈KA1得电，同时KA1常开触头都闭合，线圈KM1得电，同时KM1主触头闭合并且KM1常开触头闭合自锁，KM1的常闭触头断开，指示灯HL1亮，此时，电动机开始工作为水泵加压。 若当电动机工作5分钟后水压到达设置值，指针指向SP2，上限电接点SP2闭合，线圈KA2得电，同时KA2常开触头闭合自锁，KA2常闭触头断开，同时线圈KA1失电，KA1常开触头断开，同时线圈KA2失电，KA2常开触头断开，KA2常闭触头闭合，此时，时间继电器KT1不得电，KT1常开延时触头仍断开，第二台电动机不投入工作。若当电动机工作5分钟后水压未到达设置值，未指针指向SP2，指针仍指向SP1，线圈KA1仍电，KA1常开触头仍闭合，线圈KM1仍得电，指示灯HL1仍亮，同时依然KM1主触头闭合并且KM1常开触头闭合自锁，KM1的常闭触头断开，时间继电器 6KT1通电延时动作，KT1常开触头闭合，线圈KM2得电，同时KM2主触头闭合，KM2常开触头闭合自锁，KM2常闭触头断开，指示灯HL2亮，第二台电动机也投入工作此时，两台电动机均开始工作。若当电动机工作20分钟后水压到达设置值，指针指向SP2，上限电接点SP2闭合，线圈KA2得电，同时KA2常开触头闭合自锁，KA2常闭触头断开，同时线圈KA1失电，KA1常开触头断开，同时线圈KA2失电，KA2常开触头断开，KA2常闭触头闭合，同时线圈KM2失电，同时KM2主触头断开，KM2常开触头断开，KM2常闭触头闭合，指示灯HL2灭，此时，切除第二台电动机；若当电动机工作20分钟后水压未到达设置值，未指针指向SP2，指针仍指向SP1，线圈KA1仍电，KA1常开触头仍闭合，线圈KM1仍得电，指示灯HL1仍亮，同时依然KM1主触头闭合并且KM1常开触头闭合自锁，KM1的常闭触头断开，时间继电器KT2通电延时动作，KT2常开延时触头闭合，线圈KA3得电，KA3常开触头闭合自锁，KA3常闭触头断开，KT2常闭延时触头断开，同时线圈KM1失电，同时KM1主触头断开，KM1常开触头断开，KM1常闭触头闭合，此时，切除第一台电动机，指示灯HL1灭，同时线圈KM2失电，同时KM2主触头断开，KM2常开触头断开，KM2常闭触头闭合，指示灯HL2灭，此时，切除第二台电动机，两台电动机均停止工作，指示灯HL3灭。手动启动时：合上QF ，按下SB2启动按钮，线圈KA1得电，同时KA1常开触头都闭合，线圈KM1得电，同时KM1主触头闭合并且KM1常开触头闭合自锁，KM1的常闭触头断开，指示灯HL1亮，此时，电动机开始工作为水泵加压。若当电动机工作5分钟后水压到达设置值，指针指向SP2，上限电接点SP2闭合，线圈KA2得电，同时KA2常开触头闭合自锁，KA2常闭触头断开，同时线圈KA1失电，KA1常开触头断开，同时线圈KA2失电，KA2常开触头断开，KA2常闭触头闭合，此时，时间继电器KT1不得电，KT1常开延时触头仍断开，第二台电动机不投入工作。若当电动机工作5分钟后水压未到达设置值，未指针指向SP2，指针仍指向SP1，线圈KA1仍电，KA1常开触头仍闭合，线圈KM1仍得电，指示灯HL1仍亮，同时依然KM1主触头闭合并且KM1常开触头闭合自锁，KM1的常闭触头断开，时间继电器KT1通电延时动作，KT1常开触头闭合，线圈KM2得电，同时KM2主触头闭合，KM2常开触头闭合自锁，KM2常闭触头断开，指示灯HL2亮，第二台电动机也投入工作此时，两台电动机均开始工作；若当电动机工作20分钟后水压到达设置值，指针指向SP2，上限电接点SP2闭合，线圈KA2得电，同时KA2常开触头闭合自锁，KA2常闭触头断开，同时线圈KA1失电，KA1常开触头断开，同时线圈KA2失电，KA2常开触头断开，KA2常闭触头闭合，同时线圈KM2失电，同时KM2主触头断开，KM2常开触头断开，KM2常闭触头闭合，指示灯HL2灭，此时，切除第二台电动机；若当电动机工作20分钟后水压未到达设置值，未指针指向SP2，指针仍指向SP1，线圈KA1仍电，KA1常开触头仍闭合，线圈KM1仍得电，指示灯HL1仍亮，同时依然KM1主触头闭合并且KM1常开触头闭合自锁，KM1的常闭触头断开，时间继电器KT2通电延时动作，KT2常开延时触头闭合，线圈KA3得电，KA3常开触头闭合自锁，KA3常闭触头断开，KT2常闭延时触头断开，同时线圈KM1失电，同时KM1主触头断开，KM1常开触头断开，KM1常闭触头闭合，此时，切除第一台电动机，指示灯HL1灭，同时线圈KM2失电，同时KM2主触头断开，KM2常开触头断开，KM2常闭触头闭合，指示灯HL2灭，此时，切除第二台电动机，两台电动机均停止工作，指示灯HL3灭。手动启动时：合上QF ，按下SB2启动按钮，线圈KA1得电，同时KA1常开触头都闭合，线圈KM1得电，同时KM1主触头闭合并且KM1常开触头闭合自锁，KM1的常闭触头断开，指示灯HL1亮，此时，电动机开始工作为水泵加压。若当电动机工作5分钟后水压到达设置值，指针指向SP2，上限电接点SP2闭合，线圈KA2得电，同时KA2常开触头闭合自锁，KA2常闭触头断开，同时线圈KA1失电，KA1常开触头断开，同时线圈KA2失电，KA2常开触头断开，KA2常闭触头闭合，此时，时间继电器KT1不得电，KT1常开延时触头仍断开，第二台电动机不投入工作。若当电动机工作5分钟后水压未到达设置值，未指针指向SP2，指针仍指向SP1，线圈KA1仍电，KA1常开触头仍闭合，线圈KM1仍得电，指示灯HL1仍亮，同时依然KM1主触头闭合并且KM1常开触头闭合自锁，KM1的常闭触头断开，时间继电器KT1通电延时动作，KT1常开触头闭合，线圈KM2得电，同时KM2主触头闭合，KM2常开触头闭合自锁，KM2常闭触头断开，指示灯HL2亮，第二台电动机也投入工作此时，两台电动机均开始工作；若当电动机工作20分钟后水压到达设置值，指针指向SP2，上限电接点SP2闭合，线圈KA2得电，同时KA2常开触头闭合自锁，KA2常闭触头断开，同时线圈KA1失电，KA1常开触头断开，同时线圈KA2失电，KA2常开触头断开，KA2常闭触头闭合，同时线圈KM2失电，同时KM2主触头断开，KM2常开触头断开，KM2常闭触头闭合，指示灯HL2灭，此时，切除第二台电动机；若当电动机工作20分钟后水压未到达设置值，未指针指向SP2，指针仍指向SP1， 7线圈KA1仍电，KA1常开触头仍闭合，线圈KM1仍得电，指示灯HL1仍亮，同时依然KM1主触头闭合并且KM1常开触头闭合自锁，KM1的常闭触头断开，时间继电器KT2通电延时动作，KT2常开延时触头闭合，线圈KA3得电，KA3常开触头闭合自锁，KA3常闭触头断开，KT2常闭延时触头断开，同时线圈KM1失电，同时KM1主触头断开，KM1常开触头断开，KM1常闭触头闭合，此时，切除第一台电动机，指示灯HL1灭，同时线圈KM2失电，同时KM2主触头断开，KM2常开触头断开，KM2常闭触头闭合，指示灯HL2灭，此时，切除第二台电动机，两台电动机均停止工作，指示灯HL3灭。高水位保护：若水压超过高水位时，即表的压力设定的最高压力值，SL 浮球断电器闭合，同时线圈KA3得电，KA3常开触头闭合自锁，KA3常闭触头断开，切除正在工作的电动机，指示灯HL1灭，此时没有任何电动机工作。按下SB1停止按钮解除保高水位保护线圈KA3失电，KA3常开触头断开，KA3常闭触头闭合，此时恢复到最初状态。4 器件的选型及介绍4.1 变频器简介1、变频器的基本结构变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器包括控制电路、整流电路、中间直流电路及逆变电路组成。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。 2、变频器的分类 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 4.2 变频器选型4.2.1 变频器的控制方式控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多，包括欧、美、日及国产的共约5O多种。选用变频器时不要认为档次越高越好，其实只要按负载的特性，满足使用要求就可，以便做到量才使用、经济实惠。下表中参数供选用时参考。表4.1控制方式的比较控制方式U/f=C控制电压空间矢量控制矢量控制直接转矩控制反馈装置不带PG带PG或PID调节器不要不带PG带PG或编码器速比I150%200%静态速度精度/%（0.20.3）（0.20.3）0.20.20.020.2适用场合一般风机、泵类等较高精度调速，控制一般工业上的调速或控制所有调速或控制伺服拖动、高精传动、转矩控制负荷起动、起重负载转矩控制系统，恒转矩波动大负载故选择U/f=C控制4.2.2 变频器容量的选择变频器的容量直接关系到变频调速系统的运行可靠性，因此，合理的容量将保证最优的投资。变频器的容量选择在实际操作中存在很多误区，这里给出了三种基本的容量选择方法，它们之间互为补充。1、从电流的角度：大多数变频器容量可从三个角度表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项，变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，或随变频器输出电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。选择变频器时，只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。需要着重指出的是，确定变频器容量前应仔细了解设备的工艺情况及电动机参数，例如潜水电泵、绕线转子电动机的额定电流要大于普通笼形异步电动机额定电流，冶金工业常用的辊道用电动机不仅额定电流大很多，同时它允许短时处于堵转工作状态，且辊道传动大多是多电动机传动。应保证在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电流。 2、从效率的角度：系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积，只有两者都处在较高的效率下工作时，则系统效率才较高。从效率角度出发，在选用变频器功率时，要注意以下几点：（1）变频器功率值与电动机功率值相当时最合适，以利变频器在高的效率值下运转。（2）在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，但应略大于电动机的功率。（3）当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利用变频器长期、安全地运行。（4）经测试，电动机实际功率确实有富余，可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。（5）当变频器与电动机功率不相同时，则必须相应调整节能程序的设置，以利达到较高的节能效果。3、从计算功率的角度：对于连续运转的变频器必须同时满足以下3个计算公式：(1)满足负载输出： PcnPm (4.1)(2)满足电动机容量： Pcn3KUeIe cos 10-3(4.2)(3)满足电动机电流： IcnKIe(4.3)式中Pcn为变频器容量（单位kW），PM-负载要求的电动机轴输出功率（单位kW），Ue为电动机额定电压（单位V），Ie为电动机额定电流（单位A），为电动机效率（通常约为085），cos为电动机功率因数（通常约为075），k是电流波形补偿系数（由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加，通常K约为10511）。将本系统参数带入求得所取变频器容量最低为88KW故取100KW，额定电流139.26A，故取150A。 根据计算所得的所需参数可以选取西门子MicroMaster430（风机水泵专业）变频器，具体的可以选择MM430-110K型号的变频器，他配接电机的容量是110kw，额定电流为205A满足使用需求，可以选择。4.2.3 变频器主电路外围设备选择1、断路器当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将QF切断，使变频器与电源隔离。当变频器输入侧发生短路等故障时，进行保护。选择原则(1)变频器在刚接电源的瞬间，对电容器的充电电流可达额定电流的（2-3）倍；(2)变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常可能超过额定电流；(3)变频器允许的过载能力为150%，1min。为了避免误动作，断路器的额定电流应选： (4.4)其中为变频器的额定电流。故选择断路器额定电流选择210A根据上述数据可以选择断路器DW15400断路器额定电压为380V，额定电流为300满足要求可以选择。2、接触器(1)主要作用：可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；变频器发生故障时，可自动切断电源。(2)选择原则：由于接触器自身并无保护功能，不存在误动作的问题，故选择原则是主触点的额定电流，应该大于126.6A,可以选择主触点额定电流为130A的接触器。根据上述数据施奈德的LC1D150，满足参数要求，可以选择3、主电路的线径(1)电源和变频器之间的导线一般说来，和同容量普通电动机的电线选择方法相同。考虑到其输入侧的功率因数往往较低，应本着宜大不宜小的原则来决定线径。(2)变频器和电机之间的导线因为频率下降时，电压也要下降，在电流相等的情况下，线路电压降在输出电压中的比例将上升，而电动机得到电压的比例则下降。这有可能导致电动机带不动负载并发热。所以，在决定变频器和电动机之间导线的线径时，最关键的因素便是线路电压降的影响。一般要求： (4.5)的计算公式是： (4.6)式中：额定相电压，V ； 电动机额定电流，A ； 单位长度（每米）导线的电阻，m/m ； 导线的长度，m 。由上两式可直接求出的取值范围。根据Ro值确定导线面积。由公式（4.5）得：11.4）V由公式（4.6）得：0.69 m/m 1.04 m/m 根据表3.1判断所需的导线截面积，为了满足控制系统的要求，应该选择截面积为16的导线。表4.2 常用电动机引出线的单位长度电阻值。标称截面/mm21.01.52.54.06.010.016.025.035.0/(m/m)17.811.96.924.402.921.731.100.690.494、制动电阻准确计算制动电阻值十分麻烦，在实际工作中基本不用。许多变频器的使用说明书上给了一些计算方法，也有的直接提供了供用户选用的制动电阻的规格。但按说明书上选择电阻时须注意下面问题，变频器生产厂家为了减少制动电阻档次，常常对若干种不同容量的电动机提供相同阻值和容量的制动电阻。选用时，应注意根据生产机械的具体情况进行调整。对同一挡中电动机容量较小者，制动转矩与额定转矩的比值偏大。为了减小能量的消耗，应根据制动过程的缓急程度以及飞轮力矩的大小，考虑能否选择阻值较大的制动电阻。对同一挡中电动机容量较大者，制动转矩与额定转矩的比值偏小。在一些飞轮力矩较大，又要求快速制动的场合，或者如起重机械那样，需要释放位能的场合，上述制动电阻有可能满足不了要求，靠考虑选择阻值较小的一挡制动电阻。4.3 可编程控制器(PLC)4.3.1 PLC的定义及特点 在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会（NEMA）经过4年的调查，于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），英文缩写为PC，并作如下定义：“可编程序控制器是一种数字式电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。PLC的特点如下：1、高可靠性(1)所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。(2)各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.(3)各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。(4)采用性能优良的开关电源。(5)对采用的器件进行严格的筛选。(6)良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。(7)大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2、丰富的I/O接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如： 交流或直流； 开关量或模拟量； 电压或电流； 脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如： 按钮 行程开关 接近开关 传感器及变送器 电磁线圈 控制阀直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。3、采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4、编程简单易学 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5、安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。4.3.2 PLC及压力传感器的选择 水泵M1、M2、M3可变频运行，也可工频运行，需要6个输出点，根据系统设计要求需要五个输入点，则选择西门子的S7-200系列PLC。 压力传感器采用CY-YZ-1001型绝对传感器。该传感器采用硅压阻效应原理实现压力测量的力-电转换。传感器由敏感芯体和信号调理电路组成，当压力作用于传感器时，敏感芯体内硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作放大处理，同时进行温度补偿、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标的要求。传感器的量程为02.5MPa，工作温度为560，输出电压为05V，作为本系统的反馈信号供给PLC。5 系统的软件设计5.1 PLC程序设计PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP 7-MicroWIN-V40编程软件开发。该软件的SIMATIC指令集包含三种语言，即语句表(STL)语言、梯形图(LAD)语言、功能块图(FWD)语言14。语句表(STL)语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员，它使用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件的语言。梯形图(LAD)语言最接近于继电器接触器控制系统中的电气控制原理图，是应用最多的一种编程语言，与计算机语言相比，梯形图可以看作是PLC的高级语言，几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑，因此，它很容易被一般的电气工程设计和运行维护人员所接受，是初学者理想的编程工具。功能块图(FWD)的图形结构与数字电路的结构极为相似，功能块图中每个模块有输入和输出端，输出和输入端的函数关系使用与、或