恒压供水变频控制系统

成都理工大学工程技术学院毕业论文 恒压供水变频控制系统的设计恒压供水变频控制系统的设计 恒压供水变频控制系统的设计 I 摘要摘要 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 用 PLC 来控制变频器和水泵的运行 当水泵运行在 50Hz 时 PLC 将把泵切换到工频运行 同时另一个泵变频起动来满足恒压供水 流量的大小 为保证恒压供水的精度 就要用到变频器的 PID 控制功 能 变频调速恒压供水设备有节能 安全 高品质的供水质量等优点 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 关键词 关键词 恒压 PLC 变频器 变频调速 供水 恒压供水变频控制系统的设计 II AbstractAbstract Since the advent of general purpose inverter the VVVF technology in various fields has been widely used Using PLC to control the inverter and the operation of pumps when the pump is running at 50Hz when PLC will switch to the pump frequency operation while another pump frequency conversion constant pressure water supply to meet the needs of start up the size of the flow In order to ensure the accuracy of constant pressure water supply it is necessary to use the PID control inverter Frequency Control Constant Pressure Water Supply Energy saving equipment safety quality of high quality water supply and so on Constant pressure water supply pump motor speed control system to achieve steeples speed regulation based on changes in water system automatic adjustment of operating parameters changes in the water system automatic adjustment of operating parameters changes in water consumption to maintain constant pressure to meet the water requirements is one of the most advanced energy saving and reasonable water supply system In practical applications has been greatly developed Key words Constant PLC Inverters Frequency Control Water supply 恒压供水变频控制系统的设计 III 目录目录 摘要 I Abstract II 目录 III 前言 1 1 绪论 2 1 1 恒压供水系统的应用情况 2 1 2 交流变频器的历史及发展状况 3 1 2 1 交流变频器的发展 3 1 2 2 交流变频器的发展方向和意义 3 1 3 通用变频器的应用情况 4 1 4 本章小结 5 2 三相异步电动机的变频调速原理 6 2 1 从基频向下变频调速 6 2 2 从基频向上变频调速 11 2 3 本章小结 12 3 PLC 和 MM440 变频器的介绍 13 3 1 PLC 特点及应用 13 3 1 1 PLC 特点 13 3 1 2 PLC 的应用 13 3 2 MM440 变频器的介绍 14 3 2 1 MM440 变频器的特点 14 3 2 2 MM440 变频器的参数 15 3 2 3 频率的给定功能 18 3 2 4 PID 功能设置 18 3 2 5 变频器的功能预置 19 3 3 本章小结 20 4 恒压供水变频控制系统的设计 22 4 1 某水段供水变频器的控制要求 22 恒压供水变频控制系统的设计 IV 4 1 1 在机械特性方面的要求 22 4 1 2 在运行可靠性方面的要求 23 4 2 水泵类负载的拖动特点分析 24 4 2 1 水泵的机械特性 24 4 2 2 泵水系统的工作特性 24 4 3 某水段变频供水电器控制线路的设计 27 4 3 1 某水电段供水主电路设计 27 4 3 2 PLC 控制电路设计 29 4 3 3 MM440 变频器的调试 31 4 4 电器元件的选型 33 4 5 电气柜的设计 34 4 6 PLC 程序的设计 37 4 9 本章小结 39 总结 40 致谢 41 参考文献 42 附件 恒压变频供水电路图 43 A1 1 恒压供水主电路图 43 A1 2 恒压供水 PLC 输入图 44 A1 3 恒压供水输出图 45 A1 4 恒压供水电气柜的设计 46 A1 5 恒压供水接线图 47 恒压供水变频控制系统的设计 1 前言前言 近十年来 变频技术的应用在我国有很大的发展 并取得了良好 的效果 可以说 变频技术已为大多数用户所接受 但是 不能不指 出 我国在变频技术的应用方面 与发达国家的水平尚有很大差距 目前 我国在用的交流电动机使用变频调速运行的仅 6 左右 而工业 发达国家已达 60 70 日本在风机 水泵上变频调速的采用率已 达 10 而我国还不足 0 01 在日本 空调器的 70 采用了变频调 速 而我国才刚刚起步 从这个现实出发 变频技术尚有很大的发展 空间 我们应该锲而不舍地做好推广应用工作 变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单 坚固 易于 维护等优点 更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性 达到了直流电动机调压调速的特性 由于计算机技术的介入 使得变 频器具有丰富的功能和方便好用的特点 因此人们才有可能按照实际 要求 自行构成一个适用和可靠的调速系统 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 下面介绍用 PLC 来控 制变频恒压供水的原理 恒压供水变频控制系统的设计 2 1 1 绪论绪论 1 1 恒压供水系统的应用情况恒压供水系统的应用情况 恒压供水是在指供水网系中用水量发生变化时 出口压力保持水 平不变的供水方式 供水网系出口压力值是根据用户需求确定的 传 统的恒压供水方式是采用水塔 高位水箱 气压罐等设施实现的 这 些方式使用可行 因此应用广泛 恒压供水控制系统的基本控制策略是 采用电动机调速装置与可 编程控制构成控制系统 进行优化控制泵组的调速运行 并自动调整 泵组的运行台数 完成供水压力的闭环控制 在管网流量变化时达到 稳定供水压力和节约电能的目的 系统的控制目标是泵站总管的出水 压力 系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较 其 差值输入 CPU 运算处理后 发出控制指令 控制泵电动机的投运台数 和运行变量泵电动机的转速 从而达到给水总管压力稳定在设定的压 力值上 恒压供水系统的特点 1 节电 优化的节能控制软件 使水泵实现最大限度地节能运行 2 节水 根据实际用水情况设定管网压力 自动控制水泵出水量 减少了水的跑 漏现象 3 运行可靠 由变频器实现泵的软起动 使水泵实现由工频到变 频的无冲击切换 防止管网冲击 避免管网压力超限 管道破裂 4 联网功能 采用全中文工控组态软件 实时监控各个站点 如 电机的电压 电流 工作频率 管网压力及流量等 并且能够累积每 个站点的用电量 累积每台泵的出水量 同时提供各种形式的打印报 表 以便分析统计 5 控制灵活 分段供水 定时供水 手动选择工作方式 6 自我保护功能完善 如某台水泵出现故障 主动向上位机发出 报警信息 同时启动备用泵 以维持供水平衡 万一自控系统出现故 障 用户可以直接操作手动系统 以保护供水 恒压供水变频控制系统的设计 3 1 2 交流变频器的历史及发展状况交流变频器的历史及发展状况 1 2 1 交流变频器的发展交流变频器的发展 今天 电器传动作为一个中央行业 广泛应用社会生产 生活的 各个方面 值得到国家的重视 电气传动中如何合理地使用电动机 以节约电能和控制机械的运转状态 位置 速度 加速度等 实现电 能 机械能的转换 达到优质 高产 低耗的目的 一直是人们关 注的问题 电气传动最早分成不用调速和调速的两大类 调速又分为 交流调速和直流调速两种方式 随着电力电子技术的发展 不用调速 的电动机越来越多地改用调速转动 交流调速越来越多地替代直流调 速 以节约电能 改善产品质量 提高产量为主要设计思想 交流变频调速技术是强弱电混合 机电一体化的综合性技术 既 要处理巨大电能转换 整流 逆变 问题 同时又要处理信息的收集 变换和传输问题 在巨大电能转换的功率部分要解决高电压 大电流 的技术问题及新型电力电子器件的应用技术问题 而在信息的手机 变换和传输的控制部分 则主要解决控制的硬件 软件问题 1 2 2 交流变频器的发展方向和意义交流变频器的发展方向和意义 1 变频器发展方向有下面几个方向 1 高水平的控制 矢量控制 磁场控制 转矩控制 迷糊控制等高水平的控制技术 已应用在交流变频调速中 2 开发清洁电能的变流器 随着变频技术的不断发展和人们对环境问题的重视 不断减少变 频器对环境的影响已经是大势所趋 尽可能降低负载和网侧的谐波分 量 减少对电网的公害和电动机转矩的脉动 3 结构小型化 紧凑型的变频系统要求功率和控制元件具有高的集成度 主电路 中功率电路的模块化 控制电路采用大规模集成电路和全数字控制技 术 均促进了变频装置结构小型化 4 高集成化 恒压供水变频控制系统的设计 4 提高集成电路技术及采用表面贴片技术 使装置的容量体积比得 到进一步提高 2 交流变频器的现实意义 1 能够大大提高生产设备的工艺水平 加工精度和工作效率 从 而提高产品的质量 2 能够大大减小生产机械的体积和质量 3 对风机和水泵负载 采用交流变频调速技术 可显著地节约电 能 1 3 通用变频器的应用情况通用变频器的应用情况 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 随着电力电子技术的飞速发 展 变频器的功能也越来越强 充分利用变频器内置的各种功能 对 合理设计变频调速恒压供水设备 降低成本 保证产品质量等方面有 着非常重要的意义 新型供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比 不论是设备的投资 运行的经济性 还是系统的稳定性 可靠性 自 动化程度等方面都具有无法比拟的优势 而且具有显著的节能效果 恒压供水调速系统的这些优越性 引起国内几乎所有供水设备厂家的 高度重视 并不断投入开发 生产这一高新技术产品 目前该产品正向高可靠性 全数字化微机控制 多品种系列化的 方向发展 追求高度智能化 系列标准化是未来供水设备适应城镇建 设成片开发 智能楼宇 网络供水调度和整体规划要求的必然趋势 在短短的几年内 调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展 过程 早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替 虽然单泵产 品系统设计简易可靠 但由于单泵电机深度调速造成水泵 电机运行 恒压供水变频控制系统的设计 5 效率低 而多泵型产品投资更为节省 运行效率高 被实际证明是最 优的系统设计 很快发展成为主导产品 1 4 本章小结本章小结 本章主要介绍恒压供水的应用情况和变频调速的发展应用情况 恒压供水在我们生活中得到了广泛的应用 具有节能 安全的特点 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 变频器发展方向有 高水平的控制 开发清洁电能的变流器 结 构小型化 高集成等 恒压供水变频控制系统的设计 6 2 2 三相异步电动机的变频调速原理三相异步电动机的变频调速原理 目前交流调速系统工业应用中 大体上三大领域 凡是能用直流 调速的场合 都能改用交流调速 直流调速达不到 如大容量 高转 速 高电压以及环境十分恶劣的场所 都能使用交流调速 原来不用 调速的风机 泵类拖动 采用交流调速后 可以大幅度节能 由于异 步电动机的转速为 1 60 1 1 1 s p f snn 因此 三相异步电动机的调速方法可以大致分为以下几种内型 1 改变转差率 s 调速 包括降低电源电压 绕线式异步电动机转 子回路串电阻等方法 2 改变旋转磁动势同步转速调速 包括改变定子绕组极对数 改 变供电电源频率等方法 3 双馈调速 包括串级调速 属改变理想空载转速的一种调速方 法 4 利用转差率离合器调速 下面简要介绍异步电动机的变频调速和方法 三相异步电动机的同步转速为 因此 改变三相异步电 p f n 1 1 60 动机电源频率可以改变旋转磁动势的同步转速 达到调速目的 额 1 f 定频率称为基频 可以从基频向下调 也可以从基频向上调 2 1 从基频向下变频调速从基频向下变频调速 三相异步电动机每相电压 mN KNfEU 11111 44 4 如果降低电源频率伤时还保持电源电压为额定值 则随着下降 1 f 恒压供水变频控制系统的设计 7 气隙每极磁通增加 电动机磁路本来就处在刚进入饱和状态 m 增加 使磁路过饱和 励磁电流会急剧增加 这是不能允许的 因 m 此 降低电源频率是 必须同时降低电源电压 降低电源电压有两 1 U 种控制方法 1 保持常数 1 1 f E 降低频率调速 保持常数 则常数 是恒磁通控制 1 f 1 1 f E m 方式 在这种变频调速过程中 电动机的电磁转矩 s r x s r E f pm n s r Im P T M2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 22 21 1 2 60 2 2 1 2 2 22 2 1 111 2 2 2 2 2 2 1 111 1 22 r xs s rf Epfm x s r s r f Epfm 式 2 1 是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的机械特性方程 式 下面根据该方程式 具体分析最大转矩及相应的转差率 m T m s 令则0 ds dT 2 2 2 2 x r sm 2 3 常数 2 2 1 11 2 1 22 1 Lf Epm Tm 恒压供水变频控制系统的设计 8 式中 转子静止时转子一相绕组漏电感系数折合数 2 L 最大转矩处的转速降落为 2 4 常数 pL r p f x r nsn mm 60 2 60 2 21 2 2 1 式 2 3 和 2 4 可以看出 当改变频率时 若保持常 1 f 1 1 f E 数 则最大转矩 与频率无关 并且最大转矩相应的转速降常数 m T 落相等 即不同频率的各条机械特性是平行的 硬度相同 根据式 2 1 画出保持恒磁通变频调速的机械特性 如图 2 1 所 示 这种调速方法机械特性较硬 在一定的静差率要求下 调速范围 宽 而且稳定性好 由于频率可以连续调节 因此变频调速为无级调 速 平滑性好 另外 电动机在正常负载运行时 转差率 s 较小 因 此转差功率较小 效率较高 s P 图 2 1 保持常数时变频调速的机械特性 1 1 f E 恒磁通变调速器是属于什么性质的调速方式呢 为此 下面分析 电磁转矩为常数时 转差率 s 与电源频率的关系 1 f 恒压供水变频控制系统的设计 9 当常数时 由式 2 1 可知 若常数 即 1 1 f E T C x s r s r f f Epm T 常数 2 2 2 2 2 1 2 1 11 2 则 1 2 21 2 2 2 21 2 2121 22 24 s f K LfC rLfCrfrf 其中 常数 2 21 2 2 2 2 2 22 22 24 LC rLCrr K 转子电流 常数 2 21 2 12 1 2 2 2 2 1 2 2 Lf K fr kf x s r E I 因此 n TT N II 22 N II 11 电机得到充分利用 为恒转矩调速方式 2 保持常数 1 1 f U 当降低电源频率 保持 则每极磁通常数 此 1 f常数 1 1 f U m 时电动机的电磁转矩为 2 21 2 2 11 2 2 11 2 xx s r rf s r pUm T 恒压供水变频控制系统的设计 10 2 21 2 2 1 2 1 2 1 11 2 xx s r r s r f f Upm 2 5 最大转矩为 m T 2 21 2 111 2 11 2 2 1 xxrrf pUm Tm 2 21 2 11 1 2 1 11 22 1 xxrr f f Upm 由上式可以看出 保持常数 当减小时 最大转矩不等 1 1 f U 1 f m T 于常数 已知与成正比变化 与无关 因此 在接 21 xx 1 f 1 r 1 f 1 f 近额定频率时 远远小于 随着的减小 减少的不多 1 r 21 xx 1 f m T 但是 当较低时 比较小 相对大了 这样一来 随着 1 f 21 xx 1 r 的降低 就减小了 1 f m T 恒压供水变频控制系统的设计 11 图 2 2 保持常数时变频调速的机械特性 1 1 f U 根据式 2 5 画出保持常数降低调速时的机械特性图 2 2 1 1 f U 所示 其中虚线部分是恒磁通调速时常数的机械特性 以示比较 T 显然 保持常数时的机械特性不如保持常数时的机械特性 1 1 f U 1 1 f E 特别在低频低速时的机械特性变差了 2 2 从基频向上变频调速从基频向上变频调速 从基频向上变频调速时 只能保持电压不变 频率越高 磁通 N U 越低 是一种降低磁通升速的方法 类似于他励直流电动机弱磁升 m 速情况 保持不变 升高频率时 N U 2 21 2 2 11 22 11 2 xx s r rf s r pUm T 2 21 2 111 2 11 2 2 1 xxrrf pUm Tm 2 1211 2 11 1 22 1 fxxf pUm 21 2 2 21 2 1 2 xx r xxr r sm 恒压供水变频控制系统的设计 12 2 6 1211 2 1 2fLLf r 由式 2 6 得出 频率越高时 越小 越小 最大转矩对应 m T m s 的转速降落为 常数 p f LLf r nsn mm 1 221 2 1 60 2 根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性 其运行段近 似平行 如图 2 3 所示 图 2 3 不变升高频率时的机械特性 N U 综上所述 三相异步电动机变频调速具有以下几个特点 1 从基频向下调速 为恒转矩调速方式 从基频向上调速 近 似为恒功率调速方式 2 调速范围大 3 转速稳定性好 4 运行时 s 小 效率高 5 频率可以连续调节 变频调速为无级调速 1 f 2 3 本章小结本章小结 本章主要介绍变频调速原理 实现了交流无级调速 由于异步电 恒压供水变频控制系统的设计 13 动机的转速为 可以改变转差率 电源频率 1 60 1 1 1 s p f snn 极对数来改变电动机的转速 改变三相异步电动机电源频率可以改 1 f 变旋转磁动势的同步转速 达到调速目的 额定频率称为基频 可以 从基频向下调 也可以从基频向上调 恒压供水变频控制系统的设计 14 3 PLC 和和 MM440 变频器的介绍变频器的介绍 3 1 PLC 特点及应用特点及应用 3 1 1 PLC 特点特点 PLC 技术之所以高速发展 除了工业自动化的客观需求外 主要 是因为它具有许多独特的优点 其主要有以下特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 硬件方面 I O 通道采用光电隔离 有效地抑制了外部干扰源对 PLC 的影响 对供电电源及线路采用多种形式的滤波 从而消除或抑 制了高频干扰 对 CPU 等重要部件采用良好的导电 导磁材料进行屏 蔽 以减少空间电磁干扰 对有些模块设置了联锁保护 自诊断电路 等 软件方面 PLC 采用扫描工作方式 在 PLC 系统程序中设有故障 检测和自诊断程序 2 编程简单 使用方便 3 功能完善 通用性强 4 设计安装简单 维护方便 5 体积小 重量轻 能耗低 3 1 2 PLC 的应用的应用 随着 PLC 的性能价格比的不断提高 应用范围不断扩大 PLC 在 以下几个方面得到广泛的应用 1 逻辑控制 逻辑控制是 PLC 最基本的应用 它可以代替继电器进行组合逻辑 控制 顺序逻辑控制与定时控制 也可以用于单台设备和自动生产线 且已经应用到了各行各业 2 运动控制 PLC 使用专用的运动控制模块 对直线运动或圆周运动的位置 恒压供水变频控制系统的设计 15 速度和加速度进行控制 可实现单轴 双轴和多轴位置控制 使运动 控制和顺序控制功能有机的结合在一起 PLC 的运动控制功能广泛的 用与各种机械控制 方便的实现了机械设备的自动化控制 3 闭环过程控制 过程控制是对温度 流量 压力等连续变化的模拟量的闭环控制 PLC 通过模拟量 I O 模块 实现模拟量和数字量之间的 A D 转换和 D A 转换 并对过程控制模拟量进行的 PID 控制 现代的大 中型 PLC 一般都具有 PID 闭环控制功能 这一功能可以用 PID 子程序或者 专用的 PID 模块来实现 其 PID 闭环控制功能已经广泛地应用于设备 控制及轻工 化工 机械 冶金 电力 建材等行业 4 数据处理 现代的 PLC 具有数学运算 数据传送 转换 排序 等功能 可 以完成数据的采集 分析和处理 数据处理一般用于大型控制系统 也可以用于过程控制系统 如造纸 冶金 食品工业中的一些大型控 制系统 3 2 MM440 变频器的介绍变频器的介绍 MM440 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列 本系列有 多种型号 额定功率范围 120W 到 200Kw 恒定转矩 CT 控制方式 或者可达 250kW 可变转矩 VT 控制方式 供用户选用 本变频器由微处理器控制 并采用具有现代先进技术水平的绝缘 栅双极型晶体管 IGBT 作为功率输出器件 因此 它们具有很高的运 行可靠性和功能的多样性 其脉冲宽度调制的开关频率是可选的 因 而降低了电动机运行的噪声 全面而完善的保护功能为变频器和电动 机提供了良好的保护 MM440 具有缺省的工厂设置参数 它是给众多简单的电动机控制 系统供电的理想变频驱动装置 由于 MM440 具有全面而完善的控制 功能 在设置相关参数以后 它也可用于更高级的电动机控制系统 3 2 1 MM440 变频器的特点变频器的特点 1 主要特性 易于安装 参数设置和易于调试 牢固的 EMC 设计 可由 IT 中 恒压供水变频控制系统的设计 16 性点不接地 电源供电 对控制信号的响应是快速可重复的 参数设置 的范围很广 确保它可对广泛的应用对象进行配置 电缆连接简便 具有多个继电器输出 具有多个模拟量输出 0 20mA 6 个带隔离的 数字输入 并可切换为 NPN PNP 接线 2 个模拟输入 AIN1 0 10 V 0 20mA 和 10 至 10 V AIN2 0 10 V 0 20mA 2 个模拟输入可以 作为第 7 和第 8 个数字输入 Bi Co 二进制互联连接 技术 模块化设 计 配置非常灵活 脉宽调制的频率高 因而电动机运行的噪音低 详 细的变频器状态信息和全面的信息功能 2 性能特征 矢量控制 无传感器矢量控制 带编码器的矢量控制 V f 控制 磁通电流控制 FCC 改善了动态响应和电动机的控制特性 多点 V f 特性 快速电流限制 FCL 功能 避免运行中不应有的跳闸 内置的直 流注入制动 复合制动功能改善了制动特性 内置的制动单元仅限外 形尺寸为 A 至 F 的变频器 MM440 加速 减速斜坡特性具有可编程的 平滑功能 起始和结束段带平滑圆弧 起始和结束段不带平滑圆弧 具有比例 积分和微分 PID 控制功能的闭环控制 各组参数的设定值 可以相互切换 动力制动的缓冲功能 定位控制的斜坡下降曲线 3 保护特性 过电压欠电压保护 变频器过热保护 接地故障保护 短路保护 电动机过热保护 tI 2 3 2 2 MM440 变频器的参数变频器的参数 1 MM440 变频器参数简介 变频器的参数只能用基本操作面板 BOP 高级操作面板 AOP 或 者通过串行通信接口进行修改 用 BOP 可以修改和设定参数 使变频 器具有期望的功能 例如斜坡时间 最大最小频率等 选择的参数号 和设定的参数值在 5 位数字的 LCD 可选件 上显示 r 表示一个用于显示的只读参数 P 是一个设定参数 P0010 表示启动 快速调试 如果 p0010 被访问后没有设定为 0 变频器将不运行 如果 P3900 0 这一功能是自动玩完成的 P0004 的作用是过滤参数 据此可以按照功能去访问不同的参数 恒压供水变频控制系统的设计 17 在某些情况下 当修改参数的同时 BOP 上显示 busy 这种情 况表示变频器正忙于处理优先级更高的任务 最多可达 5s 变频器的参数有三个用户访问级 即标准访问级 扩展访问级和 专家访问级 访问的等级由参数 P0003 来选择 对于大多数应用对象 只要访问标准级 P0003 1 和扩展级 P0003 2 参数就足够了 有些第四访问级的参数只是用于内部的系统设置 因而是不能修 改的 第四访问级只有授权的人员才能修改 2 用户访问级 P0003 和参数过滤器 P0004 1 用户访问级 P0003 本参数用与定义用户访问参数组的等级 对于大多数简单的运用 对象 采用缺省设定值 标准模式 就可以满足用户要求了 P0003 可能的设定值如下 P0003 0 用户定义参数表 P0003 1 标准级 可以访问最经常使用的参数 P0003 2 扩展级 允许扩展访问参数的范围 P0003 3 专家级 只供专家使用 P0003 4 维修级 只供授权的维修人员使用 具有密码保护 2 参数过滤器 P0004 本参数的作用会是按功能的要求筛选 过滤 出与该功能相关的参数 这样可以更方便地进行调试 参数过滤器 P0004 可能的设定值 P0004 0 全部参数 P0004 2 变频器参数 P0004 3 电动机参数 P0004 4 速度传感器 P0004 5 工艺应用对象或装置 P0004 7 命令 二进制 I O P0004 8ADC 模 数转换 DAC 数 模转换 P0004 10 设定值通道 斜坡函数发生器 P0004 12 驱动装置的特征 P0004 13 电动机的控制 P0004 20 通信 恒压供水变频控制系统的设计 18 P0004 21 报警 警告 监控 P0004 22 工艺参数控制器 例如 PID 参数的标题栏中标有 快速调试 的参数只能砸 P0010 1 快速 调试 时进行设定 变频器可以在 P0004 的任何一个设定值时启动 3 P0003 和 P0004 的使用 参数过滤器 P0004 的设定值决定了访问参数的功能和类型 而用 户访问级 P0003 的设定值决定了由 P0004 限定的参数类型的访问等级 在访问和设置参数时 P0003 和 P0004 共同限定了所访问和设置的参数 范围 例如 1 P0003 1 设用户访问级为标准级 P0004 2 变频器参数 表示访问变频器参数 访问等级为标准级 2 P0003 2 设用户访问级为扩展级 P0004 2 变频器参数 表示访问变频器参数 访问等级为标准级和扩展级 3 P0003 1 设用户访问级为标准级 P0004 7 命令和数字 I O 此时可通过选择命令源参数 P0700 来选择命令源选择由端子排输 入设定值 并且只能从端子排输入 4 P0003 1 设用户访问级为标准级 P0004 10 设定值通道和斜坡函数发生器 此时可设置骗了设定值选择参数 P1000 当 P1000 1 时 频率设 定值由电动电位计 键盘 输入 当 P1000 2 时 频率设定值由模拟输 入接口输入 低昂 P1000 3 时 选择固定频率设定值等 同时 还能 访问电动机运行最低频率 P1080 电动机运行最高频率 P1082 斜坡上 升时间 P1120 和斜坡下降时间 P1121 等参数 5 P0003 2 设用户访问级为扩展级 P0004 7 命令和数字 I O 此时可访问数字输入参数 P0701 P0708 设置数字输入 1 8 宽口 的功能 例如 如果 P0701 1 则数字输入 1 端口为 ON 时 电动机 接通正转 为 OFF 时 电动机停止运行 如果 P0701 10 则数字输入 1 端为正向点动控制 如果 P0701 11 则数字输入 1 端为反向点动控 制 如果 P0701 17 则数字输入 1 端为选择固定频率设定值 6 P0003 2 设用户访问级为扩展级 P0004 10 设定值通道和斜坡函数发生器 恒压供水变频控制系统的设计 19 此时可访问固定频率 1 15 的参数 P1001 P1015 通过设置 P1001 P1015 的频率参数 实现多段固定频率控制 如 3 段固定频率 控制 7 段固定频率控制 15 段固定频率控制等 3 2 3 频率的给定功能频率的给定功能 1 频率给定方式的选择功能 频率给定可有三种方式供用户选择 1 面板给定方式 通过面板上的键盘设置给定频率 2 外接给定方式 通过外部的模拟量或数字给定端口 将外部频 率给定信号输入变频器 3 通信接口给定方式 由计算机或其它控制器通过通信接口进行 给定 2 外接给定信号的选择 外接信号由以下选择 1 电压信号 电压信号一般有 0 5V 0 5 0 10V 0 10V 等几种 2 电流信号 电流信号一般有 0 20mA 4 20mA 两种 3 2 4 PID 功能设置功能设置 1 PID 功能设置 许多系列的变频器设置了 PID 调节功能 根据目标值给定方式的 不同 可分为两种 1 键盘给定方式 有键盘输入目标值的百分数 2 外接给定方式 由外接电位进行电位器目标值的给定 2 PID 参数的预置与调整 1 比例增益 P 变频器的 PID 功能是利用目标信号和反馈信号的差值来调节输出 频率的 一方面 我们希望目标信号和反馈信号无限接近 即差值很 小 从而满足调节的精度 另一方面 我们又希望调节信号具有一定 的幅度 以保证调节的灵敏度 解决这一矛盾的方法就是事先将差值 信号进行放大 比例增益 P 就是用来设置差值信号的放大系数的 任 何一种变频器的参数 P 都给出一个可设置的数值范围 一般在初次调 恒压供水变频控制系统的设计 20 试时 P 可按中间偏大值预置 或者暂时默认出厂值 待设备运转时 再按实际情况细调 2 积分时间 I 如上所述 比例增益 P 越大 调节灵敏度越高 但由于传动系统 和控制电路都有惯性 调节结果达到最佳值时不能立即停止 导致 超 调 然后反过来调整 再次超调 形成振荡 为此引入积分环节 I 其效果是 使经过比例增益 P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐 增大 或减小 从而减缓其变化速度 防止振荡 但积分时间 I 太长 又会当反馈信号急剧变化时 被控物理量难以迅速恢复 因此 I 的取值与拖动系统的时间常数有关 拖动系统的时间常数较小时 积分时间应短些 拖动系统的时间常数较大时 积分时间应长些 3 微分时间 D 微分时间 D 是根据差值信号变化的速率 提前给出一个相应的调 节动作 从而缩短了调节时间 克服因积分时间过长而使恢复滞后的 缺陷 D 的取值也与拖动系统的时间常数有关 拖动系统的时间常数 较小时 微分时间应短些 反之 拖动系统的时间常数较大时 微分 时间应长些 4 PID 参数的调整原则 PID 参数的预置是相辅相成的 运行现场应根据实际情况进行如 下细调 被控物理量在目标值附近振荡 首先加大积分时间 I 如仍 有振荡 可适当减小比例增益 P 被控物理量在发生变化后难以恢复 首先加大比例增益 P 如果恢复仍较缓慢 可适当减小积分时间 I 还可加大微分时间 D 3 2 5 变频器的功能预置变频器的功能预置 1 基本功能 主要有显示频率 电流 电压等 设定操作模式 操作命令 功 能码 读取变频器的运行信息和故障报警信息 监视变频器运行 变 频器故障报警状态的复位 2 功能码和数据码 1 功能码 功能码表示各种功能的代码 如 MM440 功能码 P1082 表示电动机运行的最高频率 P1120 表示斜坡上升时间等 恒压供水变频控制系统的设计 21 2 数据码 数据码是表示各种功能所需设定的数据或代码 它有 三种形式 直接数据 间接数据和赋值代码 3 功能预置的方法 功能预置一般是通过编程方式俩进行 需将变频器设为 编程模 式 预置完毕后 则使变频器切换到运行模式 功能预置模式流程图如图 3 1 所示 图 3 1 变频器的功能 3 3 本章小结本章小结 PLC 有可靠性高 抗干扰能力强 编程简单 使用方便 设计安 装简单 维护方便等特点 主要应用于逻辑控制 运动控制 闭环过 程控制 数据处理方面 变频器的参数只能用基本操作面板 BOP 高级操作面板 AOP 或 者通过串行通信接口进行修改 用 BOP 可以修改和设定参数 使变频 器具有期望的功能 r 表示一个用于显示的只读参数 而 P 是一个设定参数变频器的参数有三个用户访问级 即标准访问级 扩展访问级和专家访问级 访问的等级由参数 P0003 来选择 对于大 多数应用对象 只要访问标准级 P0003 1 和扩展级 P0003 2 参数就足 够了 有些第四访问级的参数只是用于内部的系统设置 因而是不能 修改的 频率给定方式有外接给定方式和通信接口给定方式 外接信号下 一般有 0 5V 0 5 0 10V 0 10V 等几种 电流信号一般有 0 20mA 4 20mA 两种 变频器的 PID 功能是利用目标信号和反馈信号的差值来调节输出 恒压供水变频控制系统的设计 22 频率的将差值信号进行放大 比例增益就是用来设置差值信号的放大 系数的 比例增益 P 越大 调节灵敏度越高 但由于传动系统和控制 电路都有惯性 调节结果达到最佳时不能立即停止 导致 超调 然 后反过来调整 再次超调 形成振荡 为此引入积分环节 其效果是 使经过比例增益 P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大 或减小 从而减缓其变化速度 防止振荡 但积分时间太长 又会当反馈信 号急剧变化时 被控物理量难以迅速恢复 此时引入微分环节 微分 环节是根据差值信号变化的速率 提前给出一个相应的调节动作 从 而缩短了调节时间 克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷 恒压供水变频控制系统的设计 23 4 4 恒压供水变频控制系统的设计恒压供水变频控制系统的设计 4 1 某水段供水变频器的控制要求某水段供水变频器的控制要求 4 1 1 在机械特性方面的要求在机械特性方面的要求 1 对调速范围的要求 热河调速装置的首要任务 就是必须满足负载对调速范围的要求 负载调速范围的定义是 min max L L L n n 式中 n为负载的最高转速 n为负载的最低转速 max Lmin L 就变频器的漂亮调节范围而言 绝大多数系统应小于 1Hz 或者在 200 400Hz 之间 可以说 能过满足所有负载的调速范围 2 对机械特性 硬度 的要求 异步电动机的自然机械特性属于 硬特性 频率改变后 其机械 特性的稳定运行不服基本上式互相平行的 因此 在大多数情况下 只须采用 V f 控制方式 变频调速系统的机械特性就已经能过满足要 求了 但是 对于某些精度要求较高的机械 则有必要采用无反馈矢量 控制方式或有反馈矢量控制方式 以保证在变频调速后得到足够硬的 机械特性 除此之外 某些负载根据节能的要求须配置低频减 V f 比功能等 所以 负载对机械特性 硬度 的要求对于选择变频器的类型具 有十分重要的意义 3 对升 降速过程及动态响应的要求 一般来说 变频器在升 降速的时间和方式等方面 都有着相当 完善的功能 足以满足大多数负载对升 降速的要求 但也有必须注 恒压供水变频控制系统的设计 24 意的方面 1 负载对启动转矩的要求 有的负载由于静态的摩擦阻力特别大 而要求具有足够大的启动 转矩 2 负载对制动过程的要求 对于制动过程 需要考虑的问题有 1 根据负载对制动时间的要求 考虑是否需要制动电阻 以及需 要多大的制动电阻 2 对于可能在较长时间内 电动机处于再生制动状态的负载来说 还应考虑是否采用电能反馈方式的问题 4 负载对动态响应的要求 在大多数情况下 变频器调速开环的动态响应能力是能够满足要 求的 但对于某些对动态响应要求很高的负载 则应考虑采用具有转 速反馈环节的矢量控制方式 4 1 2 在运行可靠性方面的要求在运行可靠性方面的要求 1 对于过载能力的要求 电动机在决定其功率时 主要考虑的是发热问题 只要电动机的 温升不超过其额定温升 短时间过载时允许的 在长期变化负载 断 续负载以及短时间负载中 这种情况是常见的 必须注意的是 这里 所说的短时间 是相对于电动机的发热过程而言的 对于功率容量较 小的电动机来说 可能是几分钟 对于大容量较大的电动机 则可能 是几十分钟 甚至几个小时 变频器也有过载能力 但允许的过载时间只有 1min 这仅仅对电 动机的启动过程才有意义 而相对于电动机的 短时间过载 而言 变频器实际上是没有过载能力的 在这种情况下 必须考虑大变频器 功率容量问题 2 对机械振动和寿命的要求 在机械振动和寿命方面 需要考虑 1 避免机械谐振的问题 2 高速 超过额定转速 时 机械的震动以及各部分轴承的磨损问 题等 恒压供水变频控制系统的设计 25 4 2 水泵类负载的拖动特点分析水泵类负载的拖动特点分析 4 2 1 水泵的机械特性水泵的机械特性 水泵的机械特性大致可由下式表达 2 KnTT OL 式中 为损耗转矩 K 为系数 为水泵的阻转矩 O T L T 机械特性如图 4 1 所示 它具有以下特点 图 4 1 水泵的机械特性 如果忽略损耗转矩不计 则水泵的阻转矩几乎与转速的平方 O T L T 成正比 当 n 0 时 所以 水泵对启动转矩的要求不高 因为 O T L T T 所以 如果转速超出额定转速 将超过额定转矩 2 n N nn L T 很多 使拖动系统严重过载 这无论对电动机 或者对水泵本身 都是十分不利的 所以 水泵是禁止在额定转速以上运行的 N nn 4 2 2 泵水系统的工作特性泵水系统的工作特性 1 管路的阻力特性 装置的扬程与管路的流量 Q 的关系 称为管路的阻 C H QfHC 力特性 其表达式为 恒压供水变频控制系统的设计 26 2 kQ PP HH ZC 式中俄日装置扬程 为泵水水位高度 为水池的吸入压 C H Z H P 力 为水池的压出压力 为阻力系数 k 为常数 P 图 4 2 泵的阻力特性 由上式可以得到的管路特性 如图 4 2 中曲线 1 所示 如果关小 管路内的阀门 增大了管路的阻力 则阻力特性曲线将变为曲线 2 所 示 2 泵的扬程特性 在泵的功率一定的前提下 扬程 H 与流量 Q 之间的关系 称为扬程特性 如图 4 3 中曲线 1 所示 如果降低泵的转 QfH 速 则扬程特性将变为曲线 2 所示 恒压供水变频控制系统的设计 27 图 4 3 泵的扬程特性 3 供水系统的工作点和功率 供水系统的工作过程是水泵克服管路阻力而供水的过程 如图 4 4 所示 曲线 1 是管路的阻力特性 曲线 2 是扬程特性 则两者的交点 A 就是供水系统的工作点 泵的轴功率 P 可由下式求得 KW QH P PC 3 10 式中 为液体的密度 Q 为流量 H 为全扬程 3 mkg sm 3 为传动装置的效率 为泵的效率 可见 轴功率与扬程 H 和流 C P 量 Q 的乘积成正比 因此 其大小与图 4 4 中正方形0A 面积成 A H A Q 正比 图 4 4 供水系统的工作点和功率 4 两种调节流量方法的比较 如图 4 5 所示 曲线 1 是阀门全部打开时 供水系统的阻力特性 曲线 2 是额定转速时 泵的扬程特性 这时 供水系统的工作点为 A 点 流量为 扬程为 电动机的轴功率与面积 0A成正比 A Q A H A Q A H 今欲将流量减少为 主要的调节方式有两种 B Q 恒压供水变频控制系统的设计 28 图 4 5 两种调节流量方法 1 转速不变 将阀门关小 转速不变 将阀门关小这时 阻力特性如曲线 3 所示 工作点移 至 B 点 流量为 扬程为 电动机的轴功率与面积 0B成 B Q B H B Q B H 正比 2 阀门的开度不变 降低转速 这时 扬程特性曲线如曲线 4 所 示 工作点移至 C 点 流量认为 但扬程为 电动机的轴功率 C Q C H 与面积 0C成正比 C Q C H 对比以上两种调速方法 可以十分明显的看出 采用调节转速的 方法来调节流量 电动机所采用的功率将大为减少 因而是一种能够 显著节约能源的好方法 4 3 某水段变频供水电器控制线路的设计某水段变频供水电器控制线路的设计 4 3 1 某水电段供水主电路设计某水电段供水主电路设计 1 控制线路的主要结构及设计要求 1 主要结构 针对生活供水属于水流量经常变化的问题 故采用调速调节供水 方案 控制系统的基本策略是 采用可编程控制器 压力变送器和变 频器构成的控制系统 压力变送器检测对水泵的变频运行进行优化控 制 完成供水压力的闭环控制 在管网的流量变化时达到稳定供水压 力和节约能耗的目的 变频恒压供水控制系统的原理如图 4 6 所示 恒压供水变频控制系统的设计 29 图 4 6 恒压供水原理图 2 电气控制要求 某水段根据用户要求 用扬程 40m 功率 11kw 的一个水泵能够 满足用户供水需求 这里我们用两个水泵 一备一用 2 变频器 水泵和变送器的选择 根据设计要求 本设计需要水泵两台 变送器一台