恒压供水系统(多泵)

沈阳巩俐大学课程设计论文内容变频器1恒压供水系统简介1.1变频恒压供水系统的理论分析11.1.1变频恒压供水系统的节能原理11.1.2变频和恒压控制理论模型21.2恒压供水控制系统3的组成1.3变频器3恒压供水的背景和意义2变频恒压供水系统的设计42.1设计任务和要求52.2恒压供水系统主回路设计62.3系统工作流程73设备的选择和介绍93.1变频器9介绍3.1.1变频器9的基本结构和分类3.1.2逆变器9的控制模式3.2变频器选择103.2.1变频器10的控制模式3.2.2变频器容量的选择113.2.3变频器主电路外围设备的选择133.3可编程控制器153.3.1可编程逻辑控制器15的定义和特性3.3.2可编程控制器16的工作原理3.3.3可编程逻辑控制器和压力传感器的选择164可编程逻辑控制器编程和变频器参数设置184.1可编程逻辑控制器输入/输出接线图184.2可编程逻辑控制器程序184.3变频器参数的设置224.3.1参数重置224.3.2电机参数设置22摘要23参考文献24变频器1恒压供水系统简介1.1变频恒压供水系统的理论分析1.1.1变频恒压供水系统的节能原理供水系统的基本特征和工作点的水头特征是基于这样的事实，即供水系统的管道中的阀门开度不成为前提，表示一定转速下水泵扬程h与流量Q的关系曲线f(Q)，如图1-1所示。显示。图1-1供水系统的基本特征从图中可以看出，流量Q越大，扬程h越小。由于在阀开度和泵转速不变的情况下，流量主要由用户的用水量决定，因此扬程特性反映了扬程h和用水量Q(u)之间的关系。另一方面，管道阻力特性是以水泵转速不变为前提的，表示在阀门开度一定的情况下，扬程H与流量q之间的关系式。管道阻力特性反映了用于克服泵系统水位和压差的水泵能量以及管道中液体流动阻力的变化规律。从图中可以看出，在相同的阀门开度下，压头h越大，流量q越大。阀门开度的改变实际上改变了供水系统在一定扬程下对用户的供水能力。因此，管道阻力特性反映了水头和供水流量Qc之间的关系。水头特性曲线和管道阻力特性曲线的交点称为供水系统的工作点，如点a所示。此时，用户的水流量屈和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态。供水系统不仅满足提升特性，还满足管道阻力特性。系统运行稳定。图1-1显示了供水系统的基本特征。变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电机、管道和阀门组成。穿过异步电机通常驱动水泵旋转供水，电机和水泵通过变频器集成为一体调节异步电机的转速，改变水泵的流量，实现恒压供水。因此，供水系统变频的本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分电源频率改变同步速度，实现调速。1.1.2变频和恒压控制的理论模型变频恒压控制系统以供水出水管网的水压为控制目标，实现出水主管的控制管网的实际供水压力遵循设定的供水压力。设定供水压力可以是恒定的，或者可以因此，它直到实际供水压力等于设定压力。如果运行时实际供水压力高于设定压力，情况正好相反，变频器的输出频率会降低，水泵的转速会降低，实际供水压力也会相应降低。同样，最终调整结果是实际供水压力等于设定压力。图1-2变频恒压控制示意图1.2恒压供水控制系统的组成变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电机、管道和阀门组成。通常，异步电机驱动水泵旋转供水，电机和水泵连成一体，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，实现恒压供水。因此，供水系统变频的本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电源频率来改变同步速度来实现的。通过压力传感器4-20mA的信号将水压发送到变频器内部的比例积分微分模块，与用户设定的压力值进行比较，通过变频器内置的比例积分微分运算将结果转换为频率调节信号，从而调节水泵电机的功率频率，实现水泵转速的控制。由于变频器内置的PID调节器采用优化算法，水压调节非常平稳。同时，为了保证水压反馈信号值的准确性，可以为信号设置滤波时间常数，同时反馈信号可以转换，使得系统调试更加简单方便。西门子PLC系列使用STEP7软件编程，是西门子PLC的窗口软件支持工具。它提供了一个完整的编程环境，可用于离线编程、在线连接和调试，并可实现梯形图和语句表之间的转换。系统程序包括主程序和启动子程序，主程序包括参与调节程序和电机切换程序。电机切换程序还包括电机添加程序和电机减少程序。启动子程序实际上是一个清晰的子程序。在主程序中，设置了两个变频器频率上限和下限到达滤波器时间继电器来稳定系统。1.3变频器恒压供水的背景和意义众所周知，水是生产和生活中不可缺少的重要组成部分。然而，我国长期以来在城市供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术落后，工业自动化程度低。主要表现在生产和生活用水量经常随着时间的变化而变化，季节和昼夜差别很大。在水再利用的高峰期，水的供应量往往低于需求量，导致水压下降和供大于求的现象。在用水的低峰期，供水往往高于需求，造成水压增加、供大于求的现象，造成能源浪费、水管爆裂和用水设备损坏。传统的供水压力调节方式大多采用频繁启停电机控制和水塔二次供水调节。前者产生大量能耗，并影响电网中的其他整合。设备的连续启动/停止会影响设备的使用寿命。后者需要大量的土地和投资。由于是二次供水，供水质量的安全性和可靠性无法保证。但是，变频调速运行非常稳定可靠，没有频繁启动现象，启动方式为软启动，设备运行非常平稳，避免了电气和机械冲击，没有水塔供水造成二次污染的危险。可以看出，变频调速恒压泵站负责工业、农业和生活用水的重要任务。他们需要消耗大量的能源来提高泵站的效率。降低能源消耗对国民经济具有重要意义。我参观的泵站数量多、范围广、类型多、发展速度快，具有一定的工程规模。但是，由于在设计中忽视了动能经济的观点，机电产品的种类和质量存在一些问题，在技术水平、工程标准和经济效益指标等方面与国外先进水平仍有一定差距。目前，大量的动能消耗在水泵和风机的负荷上，而城乡居民用水设备消耗的电能在这些负荷中占相当大的比例。因此，研究水泵系统的能量模型，找出节能的控制策略和方法是非常重要的。以变频器为核心，以可编程控制器为核心的控制系统具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维护方便、成本低等特点。变频恒压供水系统集成了变频技术、电气技术、防雷技术、现代控制和远程监控技术。利用该系统供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，便于供水系统的集中管理和监控。同时，该系统具有良好的节能性，这在能源日益匮乏的今天尤为重要。因此，该系统的研究和设计对提高企业效率、人民生活水平、降低能耗等具有重要的现实意义。2变频恒压供水系统的设计2.1设计任务和要求该系统以供水系统为被控对象，PLC和变频器配合控制电机的转速和启停。系统控制要求：(1)工艺参数：供水系统由3台水泵组成：当母管压力H0.8时，一套速度，一套变速，一套备用。当主管压力H小于或等于H0.64时，一个为定速或变速，两个为备用。当主管压力H小于或等于H0.52时，一个变速，两个备用。(2)电机参数：型号：JD-L-39-4功率：75KW额定频率：50Hz额定电压：380伏交流电；额定速度：1470转/分钟额定电流：126.6安(3)泵电机的启动/停止、正向旋转和速度控制。(4)变频器采用遥控方式。(5)母管压力变送器测量的实际压力与给定压力形成闭环控制。(6)变频器运行状态指示(如运行、停止、过流、低电压等)。)。(7)变频器报警处理。2.2恒压供水系统主回路设计图2.1系统主电路图从恒压供水主电路图可以看出，接触器1KM2、2KM2和3KM2用于逆变器输出，分别连接到M1、M2和M3的水泵，而接触器1KM3、2KM3和3KM3将工频电源连接到三个水泵。变频器可以启动任何水泵，控制恒压供水。当电机过载时，空气开关(QL)自动断开电机与电网的连接热继电器是一种根据电流热效应原理工作的保护电路。它在电路中用作电机的过载保护。图2.2系统控制电路图2.3系统工作流程1.泵减少过程当用水量减少时，水压增加，变频器输出频率低于下限值，但管网压力仍然偏高，则各泵依次退出运行。有两种方法依次退出操作。(1)先开始，先停止。可编程控制器接收下限频率到达信号，经过一定延时后，接触器1KM2断电复位，水泵M1停止脱离工频电源。变频器的输出频率仍然低于下限值。重复上述过程，水泵M2将停止从工频电源运行，变频器驱动水泵M3供水(2)先开始后停止。首先，运行变频的M3减速并关闭，然后变频器的输出频率提高到50Hz，M2切换到变频，依此类推。这种方法通常用于各水泵容量不等的供水系统。其优点是水泵停机速度慢，管网压力稳定。缺点是它不能自动循环转换。2.泵添加过程首先，M1在变频控制下工作。当用水量增加而水压降低时，当变频器的输出频率升至50Hz时，水压仍然不足。经过短暂延迟后，M1切换到工频运行，同时变频器的输出频率迅速降至0，然后M2进入变频运行。当M2也达到额定频率并且水压仍然不足时，重复开始操作的过程。M2水泵与变频器的驱动分离，由工频电源全速运行。变频器驱动M3水泵变频运行，使水压恒定在设定值。3设备的选择和介绍3.1变频器介绍3.1.1变频器的基本结构和分类1.逆变器的基本结构逆变器是将工频功率(50Hz或60Hz)转换成各种频率的交流功率，实现电机变速运行的装置。变频器包括控制电路、整流电路、中间直流电路和逆变电路。控制电路控制主电路，整流电路将交流转换成直流，直流中间电路平滑地过滤整流电路的输出，逆变器电路将直流转换成交流。对于需要大量计算的变频器，例如矢量控制变频器，有时还需要用于转矩计算的中央处理器和一些相应的电路。2.变频器的分类变频器有多种类型。根据主电路的工作方式，可分为电压型变频器和电流型变频器。根据开关方式的分类，可分为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，可分为V/f控制逆变器、转差频率控制逆变器和矢量控制逆变器等。按用途分类，可分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器。3.1.2变频器的控制模式交流变频器中使用的非智能控制方法包括电压/频率协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。(1)垂直/垂直控制V/f控制是为了获得理想的转矩-速度特性而提出的，其思想是在保证电机恒定磁通的同时改变调速电源的频率。通用变频器基本上采用这种控制模式。V/f控制变频器的结构非常简单，但这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能。此外，必须在低频下进行扭矩补偿，以改变低频扭矩特性。(2)滑差频率控制转差频率控制是一种直接转矩控制方法。基于V/f控制，通过知道对应于异步电动机实际转速的功率频率，并根据期望的转矩调节变频器的输出频率，电动机可以具有相应的输出转矩。在这种控制模式下，需要在控制系统中安装一个速度传感器，有时会添加电流反馈来控制频率和电流。因此，这是