2011届电气自动化毕业论文_(1)

本文由你变了 88 贡献 doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳 建议您优先选择 TXT 或下载源文件到本机查看 多泵组消防供水控制器的设计 多泵组消防供水控制器的设计 消防 摘 要 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器 PLC 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 系统的优点是启动 平稳 启动电流可限制在额定电流以内 从而避免了启动 时对电网的冲击 由于泵的平均 转速降低了 从而可延长泵和阀门等使用寿命 可以消除启动和停机时的水锤效应 本文 介绍一种变频调速恒压供水系统 该系 统能够根据运行负荷的变化自动调节供水系统水泵 的数量和转速 不仅实现了变 频恒压供水 并使整个系统始终保持高效节能的最佳状态 文中详细介绍了系统 的控制原理及硬件电路 关键词 变频器 恒压供水系统 PLC Multi Pump and Frequency of water supply controller Design Abstract This paper introduces a constant pressure water supple system It can regulate aut omatically the quantity and rotational speed of the water pump with the variation of the load The controlling principle and the hardware circuit are presented in detail The basic control strategy of the control system of constant pressure of water supply is install the control system with motor speed adjustment and programmable logic controller PLC it carries out optimization control pump organization of the operation of speed adjustment and adjusts the number of running pumps completes pressure of water supply closed loop control system reaches the steady pressure of water supply in the changing of rate of flow in the pipe net and the purpose of economizing electrical energy The control goal of system is the effluent pressure of pump station The system s advantage is that starting steadily the starting current may be restricted within specified current so avoided the impact of electrical network when it starts because the average rotational speed of pump is reduced may prolong the using of pump and valve etc may eliminate water hammer effect when starts and stops machines Key words Inverter Constant pressure water supply system PLC 1 目 录 1 绪论 3 1 1 引言 3 1 2 变频调速供水的目的和意义 3 1 3 变频调速 技术的特点及应用 3 1 4 可编程序控制器的应用 4 2 变频供水器控制系统的设计 5 2 1 变频器的节能 调速原理 5 2 2 变频器控制方式的选择 5 2 2 1 电 压空间矢量 SVPWM 控制方式 6 2 2 2 矢量控制 VC 方式 6 2 2 3 直接转 矩控制 DTC 方式 6 2 2 4 矩阵式交 交控制方式 7 2 3 变频供水器的设计方 案 7 2 4 变频供水器的工作原理 8 3 变频供水控制器的硬件设计 8 3 1 主 电路设计 8 3 2 控制电路的设计 9 3 3 PLC 的配置 10 3 3 1 EM235 模拟 量工作单元性能指标 12 3 3 2 EM235 的安装使用 13 3 3 3 EM235 工作程序编 制 13 4 PLC 的设计 14 4 1 PLC 的编程语言 14 4 2 PLC 的编程结构功能 图 14 4 3 梯形图编程语言 15 4 4 控制系统的主程序设置 16 5 结束语 错误 未定义书签 错误 未定义书签 致谢 17 参考文献 18 附录 1 变频供水系统梯形图主程序 19 附录 2 变频供水系统梯形图子程序 25 2 1 绪论 1 1 引言 随着变频调速技术的发展和人们对生活用水要求的不断提高 变频恒压供水 系统已逐渐取代原有的水塔供水系统 广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系 统 然而 由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备 如水泵 在对原 有供水系统进行变频 改造的实践中 往往会出现一些在理论上意想不到的问题 本文介绍的变频控制恒压供水 系统 是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造 实践中 根据尽量保留原有设备的原则 设计的 该系统很好的解决了旧设备需要 频繁检修的问题 既体现了变频控制恒压供水的 技术优势 同时有效的节省了资 金 1 2 变频调速恒压供水的目的和意义 用户用水的多 少是经常变动的 因此供水不足或供水过剩的情况时有发生 而用水和供水之间的不平衡 集中反映在供水的压力上 即用水多而供水少 则压 力低 用水少而供水多 则压力大 保持供水压力的恒定 可使供水和用水之间 保持平衡 即用水多时供水也多 用水少时供 水也少 从而提高了供水的质量 恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的 例如在某些生产过程 中 若自来水供水因故压力不足或短时断水 可能影响产品质量 严 重时使产品 报废和设备损坏 又如发生火灾时 若供水压力不足或或无水供应 不能迅速 灭 火 可能引起重大经济损失和人员伤亡 所以 某些用水区采用恒压供水系统 具有较 大的经济和社会意义 随着电力技术的发展 变频调速技术的日臻完善 以变频调速为核 心的智能 供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备 起动平稳 起动电流可 限制在额定电流以内 从而避免了起动时对电网的冲击 由于泵的平均转速降低 了 从而 可延长泵和阀门等东西的使用寿命 可以消除起动和停机时的水锤效应 其稳定安全的运 行性能 简单方便的操作方式 以及齐全周到的功能 将使供水 实现节水 节电 节省人 力 最终达到高效率的运行目的 1 3 变频调速技术的特点及应用 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 3 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 4 可编程序控制器的应用 目前 PLC 在国内外 已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制 造 汽车 轻纺 交通运输 环保 及文化娱乐等各个行业 使用情况大致可归纳 为如下几类 1 开关量的逻辑控 这是 PLC 最基本 最广泛的应用领域 它取代传统的继电器电路 实现逻 辑控制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 也可用于多机群控及自动化流水 线 如注塑机 印刷机 订书 机械 组合机床 磨床 包装生产线 电镀流水线 等 2 模拟量控制 在工业生产过程 当中 有许多连续变化的量 如温度 压力 流量 液位和 速度等都是模拟量 为了使可 编程控制器处理模拟量 必须实现模拟量 Analog 和数字量 Digital 之间的 A D 转换及 D A 转换 PLC 厂家都生产配套的 A D 和 D A 转换模块 使可编程控制器用于模 拟量控制 3 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制 从控制机构配置来 说 早期直接 用于开关量 I O 模块连接位置传感器和执行机构 现在一般使用专用的运 动控制 模块 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块 世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能 广泛用于各种机械 机床 机器人 电 梯等场合 4 过程控制 过程控制是指对温度 压力 流量等模拟量的闭环控制 作为工业控制计 算 机 PLC 能编制各种各样的控制算法程序 完成闭环控制 PID 调节是一般闭环 控制系 统中用得较多的调节方法 大中型 PLC 都有 PID 模块 目前许多小型 PLC 也具有此功 能模块 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序 过程控制在冶金 化工 热处理 锅炉 控制等场合有非常广泛的应用 5 数据处理 现代 PLC 具有数学运算 含矩阵运算 函 数运算 逻辑运算 数据传送 数据转换 排序 查表 位操作等功能 可以完成数据 的采集 分析及处理 这 些数据可以与存储在存储器中的参考值比较 完成一定的控制操 作 也可以利用 通信功能传送到别的智能装置 或将它们打印制表 数据处理一般用于大 型控制 4 系统 如无人控制的柔性制造系统 也可用于过程控制系统 如造纸 冶金 食 品工 业中的一些大型控制系统 6 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智 能设备间的通信 随着计算机控 制的发展 工厂自动化网络发展得很快 各 PLC 厂商都十 分重视 PLC 的通信功 能 纷纷推出各自的网络系统 新近生产的 PLC 都具有通信接口 通信非常方 便 2 可编程变频恒压供水控制系统的设计 2 1 变频器的节能 调速原理 变频器的节能 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 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 变频调速是通过改变电机 定 子绕组供电的频率来达到调速的目的 一般使用的风机 水泵类它们额定风量 水量都超 过实际需要 又因工艺的 需要 往往运行中要改变风量 水量 而目前多数采用档板或阀 门来调节的 虽 然方法简单 但实质是人为增加阻力的办法 因此浪费大量电能 属不经 济的调 节方式 从流体力学原理可知 风机的风量 水泵的流量与电机转速及电机功率 的 关系如下 当风机转速下降时 电动机的功率迅速降低 例风量下降到 80 转速亦 下 降到 80 时 则轴功率下降到额定的 51 若风量下降到 50 轴功率将下 降到额定的 13 其节电潜力非常大 采用变频器调速方式有很强的节电效果 其节电可达 30 40 效果十分明显 15 2 2 变频器控制方式的选择 低压通用变频输出电压为 380 650V 输 出功率为 0 75 400kW 工作频率 为 0 400Hz 它的主电路都采用交 直 交电路 其控 制方式经历了以下四代 2 1U f C 的正弦脉宽调制 SPWM 控制方式 其特点是控制电路 结构简单 成本较低 机械特性硬度也较好 能够满足一 般传动的平滑调速要求 已在产 业的各个领域得到广泛应用 但是 这种控制方 式在低频时 由于输出电压较低 转矩受 定子电阻压降的影响比较显著 使输出 最大转矩减小 另外 其机械特性终究没有直流电 动机硬 动态转矩能力和静态 5 调速性能都还不尽如人意 且系统性能不高 控制曲线会随负载的变化而变化 转矩 响应慢 电机转矩利用率不高 低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在 而性能下降 稳定性变差等 因此人们又研究出矢量控制变频调速 2 2 1 电压空间矢量 SVPWM 控制 方式 电压空间矢量 它是以三相波形整体生成效果为前提 以逼近电机气隙的理想圆 形旋转磁场 轨迹为目的 一次生成三相调制波形 以内切多边形逼近圆的方式进行控制的 经实践使用后又有所改进 即引入频率补偿 能消除速度控制的误差 通过反馈 估算磁链 幅值 消除低速时定子电阻的影响 将输出电压 电流闭环 以提高动 态的精度和稳定度 但控制电路环节较多 且没有引入转矩的调节 所以系统性 能没有得到根本改善 矢量控 制 2 2 2 矢量控制 VC 方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标 系下的定子电流 Ia Ib Ic 通过三相 二相变换 等效成两相静止坐标系下的交流电流 Ia1Ib1 再 通过按转子磁场定向旋转变换 等效成同步旋转坐标系下的直流电流 Im1 It1 Im1 相当于直流电动机的励磁电流 It1 相当于与转矩成正比的电枢电流 然 后模仿 直流电动机的控制方法 求得直流电动机的控制量 经过相应的坐标反变 换 实现对异步 电动机的控制 其实质是将交流电动机等效为直流电动机 分别 对速度 磁场两个分量进 行独立控制 通过控制转子磁链 然后分解定子电流而 获得转矩和磁场两个分量 经坐标 变换 实现正交或解耦控制 矢量控制方法的 提出具有划时代的意义 然而在实际应用中 由于转子磁链难以准确观测 系统 特性受电动机参数的影响较大 且在等效直流电动机控 制过程中所用矢量旋转变 换较复杂 使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果 2 2 3 直接转矩控制 DTC 方式 直接转矩控制 1985 年 德国鲁尔大学的 DePenbrock 教授首次提出了直接转矩控制变频技 术 该技术在很大程度上解决了上述矢量 控制的不足 并以新颖的控制思想 简 洁明了的系统结构 优良的动静态性能得到了迅速 发展 目前 该技术已成功地 应用在电力机车牵引的大功率交流传动上 直接转矩控制直 接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型 控制电动机的磁 链和转矩 它不需要将交 流电动机等效为直流电动机 因而省去了矢量旋转变换 中的许多复杂计算 它不需要模仿 直流电动机的控制 也不需要为解耦而简化交 流电动机的数学模型 6 2 2 4 矩阵式交 交控制方式 矩阵式交 VVVF 变频 矢量控制变频 直接转矩控制 变频都是交 直 交变频中的一 种 其共同缺点是输入功率因数低 谐波电流大 直流电 路需要大的储能电容 再生能量又不能反馈回电网 即不能进行四象限运行 为此 矩阵 式交 交变频 应运而生 由于矩阵式交 交变频省去了中间直流环节 从而省去了体积大 价 格贵的电解电容 它能实现功率因数为 l 输入电流为正弦且能四象限运行 系 统的功 率密度大 该技术目前虽尚未成熟 但仍吸引着众多的学者深入研究 其实 质不是间接的 控制电流 磁链等量 而是把转矩直接作为被控制量来实现的 矩 阵式交 交变频具有快 速的转矩响应 2ms 很高的速度精度 2 无 PG 反馈 高转矩精度 D VD212 VD250 D VD208 符合泵条件时 工频泵运 行数加 1 VB301 P P INC B EN ENO IN OUT T38 50 M0 1 T37 IN TON PT I0 0 网络 5 T37 VB301 网络 6 频率下限时减泵滤波 VD250 M0 2 B P 0 M0 2 DEC B EN ENO IN OUT VB301 网络 8 变频泵增泵或倒泵时 置位 M2 0 M0 1 M2 0 M0 3 VB301 网络 9 复位变频器频率 为软启动做准备 T 33 M2 0 IN TON PT Q0 5 1 网络 10 产生关断当前变频泵脉冲信号 网络 工频泵数加 NC B EN ENO IN OUT 网络 12 T34 M2 1 2 网络 13 产生当前泵工频启动脉冲信号 T34 P M0 5 M2 1 R 1 20 IN TON PT 网络 14 M0 5 M2 2 S 网络 15 M2 2 T39 IN PT TON 30 网络 16 产生下一台泵变频运行启动信号 T39 P M0 6 M2 2 R M2 R 网络 17 变频工作泵的泵号转移 VB300 B 3 MOV B EN ENO IN OUT 1 VB300 网络 18 一个变频泵运行的持续时间判断 VB301 SM0 4 B 0 P VD301 网络 19 3H 时 间到 则产生下一台泵的变频启动信号 VD301 M0 3 D P 180 MOV B EN ENO 0 网络 20 有工频泵运行时 复位 VD310 VB301 B 0 0 MOV DW EN ENO IN OUT VD310 IN OUT VD301 INC DW EN ENO IN OUT VD310 21 网络 21 SM0 1 M0 0 M0 6 Q0 1 网络 22 M0 6 Q0 3 1 号泵变频运行控制逻辑 VB300 B 1 M3 0 M0 4 Q0 0 Q0 1 2 号泵变频运行逻辑 VB300 M3 0 B M0 4 Q0 2 Q0 3 网络 23 3 号泵变频运行控制逻辑 M0 6 VB300 M3 0 B 2 Q0 5 网络 24 4 号泵变频 运行控制逻辑 M0 6 VB300 M3 0 B 2 Q0 7 1 号泵工频运行控制逻辑 VB300 VB301 B B 3 0 Q0 0 VB300 VB301 B B 4 1 网络 26 2 号泵工频运行控制逻辑 M0 5 VB300 B 4 VB300 B 2 VB301 B 0 VB301 B 1 网络 25 M0 5 M0 4 Q0 4 Q0 5 M0 4 Q0 6 Q0 7 Q0 1 Q0 0 Q0 3 Q0 2 Q0 2 22 网络 27 M0 5 Q0 4 网络 28 M0