变频恒压供水控制系统设计

课课 程程 设设 计计 课题名称课题名称 变频恒压供水控制系统设计变频恒压供水控制系统设计 学院学院 部部 专专 业业 班班 级级 学生姓名学生姓名 学学 号号 指导教师指导教师 签字签字 一 设计概述 变频器是一种新型技术 将变频调速技术用于供水控制系统 中 具有高效节能 水压恒定等优点 本课程设计为实现恒压供水 功能而按照设计任务书要求完成设计任务 最终实现控制系统的 自动稳定运行 根据设计要求 本系统采用西门子PLC300 控制系统对变频器进 行调速控制和系统输入输出信号的采集以及系统报警功能的实现 本系统内的电机调速由 变频器来实现 通过PLC 控制变频器和现场 压力仪表检测的反馈信号来实现对电机的自动恒压控制功能 二 设计任务 例如一楼宇供水系统 正常供水 20m3 小时 最大供水量35m3 小时 扬程45m 采用变频调速技术组成一闭环调节系统 控制水 泵的运行 保证用户水压恒定 当用水量增大或减小时 水泵电 动机速度发生变化 改变流量 以保证水压恒定 本恒压供水系统 要求以1 0Mpa 的恒定压力对用户进行供水 水泵有 2 台 由一台 变频器驱动 PLC 按照压力变送器 PIT 的信号 调节变频器的 输出 使水泵的转速变化 从而保证供水压力的恒定 两台水泵 互为备份 可任意选择一台水泵处于变频模式或工频模式 控制系 统原理如图1 所示 变频器 PIT PLC 图 1 恒压供水变频控制系统原理图 三 系统设备选型 1 主要电气元件参数指标 水泵 35KW 三相异步电动机 恒压设定点 1 0Mpa 压力变送器 0 1 6Mpa 两线制 4 20mA 电流输出 变频器 VVVF 变频器 1 水泵 根据设计要求水泵 正常供水20m3 小时 最大供水量35m3 小时 扬程45m 参考相关资料选择型号为 IS50 32 125 扬程50m 流量 50 m3 小时 的水泵即可满足要求 2 远传压力表 由于远传压力表具有价格低 有数据读取表盘等优点 结合 具体实际设计 故在此处选择其作为反馈信号 四 系统控制要求 1 设两台水泵 一台工作 一台备用 正常工作时 始终 有一台水泵供水 当工作泵出现故障时 备用泵自投 2 两台泵可以互换 3 给定压力可调 压力控制点设在水泵处 4 具有自动 手动工作方式 各种保护 报警装置 5 用PLC 为主要器件完成控制系统的设计 五 控制系统实现 1 系统工作原理 系统工作原理 工作方式选择 分别闭合总电源开关 QF1 控制电路电源开关 QF2 此时控制电路电源指示灯 HL9 亮 变频器电源开关 QF3 将 自动档位开关 SA2 旋到自动档位 此时触点 0001 接通 进而使内部 辅助触电 1001 导通 选择工作方式为自动方式 水泵控制流程图如 图 2 所示 总电源开关合闸QF1 控制电源开关合闸QF2 变频器电源开关QF3 控制电路电源指示 灯HL9亮 手动 自动选择开关SA2 自动 手动 1号 2号泵备用转换开关 2号泵备用 1号泵备用 启动按钮SB1 1号泵启动 启动按钮SB1 2号泵启动 停止按钮SB2 1 2泵停止 手动方式启动停止泵 1启动 按钮 SB3 1停止 按钮 SB4 2启动 按钮 SB5 2停止 按钮 SB6 1号泵 启动 1号泵 停止 2号泵 启动 2号泵 停止 图 2水泵控制流程图 备用泵选择 如选择1 号泵为备用泵 则将其备用选择开关 SA1 旋到1 号泵备用档位 此时触电0000 被接通 内部辅助触电 1002 导通 选择1 号泵为备用泵 如选择2 号泵为备用泵 则将其 备用选择开关SA1 旋到2 号泵备用档位 此时常闭触电 0000 被接通 内部辅助触电1003 导通 选择2 号泵为备用泵 自动状态启动 按下启动按钮 SB1 PLC 内部触电002 被接通 此时如果选择1 号泵为备用泵则0502 触电被接通 2 号泵正常工作 1 号泵为备用泵 此时如果选择 2 号泵为备用泵则0500 触电被接通 1 号泵正常工作 2 号泵为备用泵 自动状态停止 按下自动停止按钮 SB2 则PLC 内部触点0003 被接通 此时可断开0502 和0500 输出继电器 可使整个系统停止 运行 同时 手动启动1 号泵 分别闭合总电源开关 QF1 控制电路电源开 关QF2 此时控制电路电源指示灯 HL9 亮 变频器电源开关QF3 将自动档位开关SA2 旋到手动档位 此时触电0001 被接通 同 时常闭触电0001 断开 即切除自动状态的功能 按下 SB3 启动1 号 泵工作 触电0004 被接通 输出继电器0501 动作 启动1 号泵工 频工作 手动停止1 号泵 按下SB4 触电0005 闭合 切断输出继电器 0501 1 号泵停止工作 同时常闭触电 0501 断开 2 号泵无法启动 手动启动2 号泵 按下SB5 启动2 号泵工作 触电0006 被接 通 输出继电器0503 动作 启动1 号泵工频工作 手动停止2 号泵 按下SB6 触电0007 闭合 切断输出继电器 0503 2 号泵停止工作 同时常闭触电 0503 断开 1 号泵无法启动 故障排除 1 号泵热继电器出现故障时 输入端子FR1 动作 接通触点0009 使输出继电器0506 接通 点亮HL8 2 号泵热继电 器出现故障时 输入端子FR2 动作 接通触点0010 使输出继电 器0505 接通 点亮HL7 当变频器出现故障时 输入端子 BP 动作 接通触点0008 使输出继电器0507 接通 点亮HL6 2 信号检测 信号检测 在系统控制过程中 需要检测的信号包括水压信号 报警信号 1 水压信号 它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 变频器时 需进行 转换 2 报警信号 它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 PID 自动调节原理框图如图自动调节原理框图如图 3 所示所示 PID调节器变频器 压力检测反馈 M 图3 PID 自动调节原理框图 为了使输出压力恒定 过压力检测仪表做为检测元件实现压 力检测 根据检测仪表的反馈信号由 PLC 处理并调节变频器输出从 而控制电机 使输出压力恒定在 1 0Mpa 的恒定值下 4 PID 控制器参数选择控制器参数选择 根据设计要求结合PID 的经验数据 可得其数据 采样周期 T 3 秒 比例系数KP 140 积分时间Ti 24 秒 因为供水系统没有 较大的惯性环节所以不需要设置微分参数 5 变频器参数设定 变频器参数设定 代码设定值 频率设定命令 00 1 操作方法 01 1 最高频率 02 50HZ 基本频率 03 50HZ 电子过热或继电器 08 1 上限 11 50HZ 频率限制 下限 12 28HZ 6 部分器件选择 部分器件选择 7 PLC 外部接线图的设计外部接线图的设计 PLC 根据表 1 的 I O 分配关系和 C20P 的端子排列位置进行相应的接 线 PLC 系统外部接线图在中 图中各接触器采用 220V 电源 信号 指示及报警指示灯与接触器共用 220V 电源 PLC 外部接线图的设 计如附图 1 所示 I O 分配表 表 1 输入输出 1 号泵变频启动接触器 KM1 1 2 号泵备用旋钮 SA100001 号水泵变频运行指示灯 HL1 0500 1 号泵工频启动接触器 KM2 手动或自动旋钮 SA200011 号水泵工频运行指示灯 HL2 0501 2 号泵变频启动接触器 KM3 启动 SB100022 号水泵变频运行指示灯 HL3 0502 2 号泵工频启动接触器 KM4 自动 停车 SB200032 号水泵工频运行指示灯 HL4 0503 变频器启停继电器 KA 手动1 号泵启动 SB30004 变频器正常运行指示灯 HL5 0504 1 号泵停车 SB40005变频器报警指示灯 HL60507 2 号泵启动 SB500062 号泵故障报警指示灯 HL70505 2 号泵停车 SB600071 号泵故障报警指示灯 HL80506 变频器报警 30A0008控制电路通电指示灯 HL9 1 号泵热保护触电 FR10009 2 号泵热保护触电 FR20010 8 梯形图指令 梯形图指令 指令数据指令数据指令数据 LD0000KEEP0502LDTR1 AND NOT1000LDTR0AND0006 OUT1002AND1001AND NOT0501 LD NOT0000AND1003LDTR1 AND NOT1000OR0505AND0506 OUT1003LDTR0OR0007 LD0001AND0506KEEP0503 OUT1000OR0003LD0008 LD NOT0001OR0506OUT0507 OUT1001KEEP0500LD0009 LD0002LD1000OUT0505 OUTTR0OUTTR1LD0010 AND1001AND0004OUT0506 AND1002AND NOT0503 LD0500 OR0506LD TR1OR0502 LDTR0AND0505LD0505 AND0507OR0005OR0506 OR0003KEEP0501OR0507 OR0505KEEP0504 9 PLC 编程梯形图编程梯形图 10 主电路的设计 主电路的设计 主电路线路如附 1 所示 图中的 M1 M2 为带动水泵的电动 机 由于电动机的功率较小 所以三台电动机都采用直接启动方式 各台电动机分别使用两个接触器控制 KM1 和 KM3 分别控制电动机 M1 和 M2 的变频运行 KM2 和 KM4 分别控制点动机的工频运行 各电动机分别由 FR1 FR2 提供过载保护 主电路的设计如附图 1 所示 六 操作使用说明书 自动启动 分别闭合总电源开关 QF1 控制电路电源开关 QF2 此时控制电路电源指示灯 HL9 亮 变频器电源开关 QF3 将 自动档位开关 SA2 旋到自动档位 如选择 1 号泵为备用泵 则将其 备用选择开关 SA1 旋到 1 号泵备用档位 如选择 2 号泵为备用泵 则将其备用选择开关 SA1 旋到 2 号泵备用档位 自动启动 按下启动按钮 SB1 则系统可自动工作 自动停止 按下自动停止按钮 SB2 则可使整个系统停止运行 变频器自动关闭 如长时间不用最好切断电源 QF1 QF2 QF3 手动启动 1 号泵 分别闭合总电源开关 QF1 1 号泵电源开关 QF4 控制电路电源开关 QF2 此时控制电路电源指示灯 HL9 亮 将自动档位开关 SA2 旋到手动档位 按下 SB3 启动 1 号泵工作 按 下 SB5 启动 2 号泵工作 手动停车 按下 SB4 停止 1 号泵工作 断开电源开关 QF4 按 下 SB6 停止 2 号泵工作 断开电源开关 QF5 故障排除 根据指示灯可判断其故障具体位置 当 HL8 点亮时 说明一号泵热继电器出现故障 当 HL7 点亮时 说明二号泵热继电 器出现故障 当 HL6 点亮时 说明变频器出现故障 七 设计体会 交流电机变频调速及其应用我们电气工程及其自动化专业学生 必修的一门课程 也是比较重要的专业基础课之一 更是我们将来 工作的基础 因此我们没有理由不把它学好 平时在课堂上不乏有些厌倦老师一个人在那里讲个不停 直到 这次课程的设计才感觉到交流电机变频调速及其应用这门课程的趣 味性 然而更让我受益匪浅的是通过对各部分电路的设计 不仅让 我复习了以前学过的旧的知识 更让我对某部分电路有了更深一步 的理解 因为没有透彻的理解是设计不出来的 对于总的电路图的 拼接也是对我平时学习的分散的知识和章节的一个综合考验 对知 识的统一性和连贯性的一个升华 现在我只是简单的设计出了自己的电路 至于设计的怎么样 我想只能是将就 因为还没有投入使用 还没有调试 更没有运行 所以我想其中应该