基于s7-200plc的控制的变频恒压供水系统设计(编辑修改稿)

基于s7-200plc的控制的变频恒压供水系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

机 特 性。 日 本 富 士 公 司 的 FRENIC5000G7/P G9/P 三肯公司的SAMCOL 系列属于此类。 也有采用普通功能型变频器的例子。 为了实现大调速比的恒转矩调速，常采用加大变频器容量的办法。 对于要求精度高、动态性能好、响应快的生产机械（如造纸机械、轧钢机等），应采用矢量控制高功能型通用变频器。 安川公司的 VS616G5 系列、西门子公司的 6SET 系列变频器属于此类。 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，冶金工业常用的辑道用电动机不仅 毕业设计（论文）报告纸 共 40 页 第 12 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 额定电流大很多，同时它允许短时处于堵转工作状态，且辘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) 变频器的选择型号及性能概述 根据水泵的额度功率 ，选择的变频器型 号为富士的 CX。 具体参数如下（表 28） : 表 28 变频器型号 CX 标准适配电动机（ KW） 额度电压 (V) 380 额度电流 (A) 13 额度过载电流 (A) 150%额定输出电流 1 分钟， 200% 秒 150%额定输出电流 1 分钟，180% 秒 电压频率允许波动 电压 :+10V\15%(相间不平衡率(*5):≤ 2%),频率： +5V\5% 冷却方式 风扇冷却 防护结构 (IEC60529) IP40 全封闭 重量（ KG） 性能概述 : 1. 动态转矩矢量控制 动态转矩矢量控制是一种先进的驱动控制技术。 控制系统高速计算电机负载所需功率，最佳控制电压和电流矢量，最大限度发挥电机输出转矩。 按照动态转矩矢量控制方式，能配合负载实现在最短时间内平稳地加减速 使用高速 CPU能快速响应急变负载和及时检知再生功率，设有控制减速时间的再生回避功能，实现无跳闸自动减速过程 采用富士独自开发的控制方式，在 200%高起动转矩（ 22KW以下）， 30KW以上为 180% 2. 带 PG反馈更高性能的控制系统 带 PG反馈卡 （选件）构成带 PG反馈的矢量控制系统，实现更高性能、更高精度的运行 速度控制范围： 1： 1200 毕业设计（论文）报告纸 共 40 页 第 13 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 速度控制精度：177。 % 速度响应： 40HZ 电机低转速时脉动大大减小 采用动态转矩矢量控制，结合富士专有的 AVR，实现低转速（ 1HZ）运行时的转速脉动比以前机种减小 1/2以上 3. 优良的环境兼容性 采用低噪声控制电源系统，大大减小对周围传感器等设备的噪声干扰影响 标准装有连接抑制高次谐波电流的 DC电抗器端子 连接选件 EMC滤波器后能符合欧洲 EMC指令 4. 节能功能的提高 标准设有风机、 泵等最佳自动节能运行方式。 采用使电机损耗降至最小的新控制方式，取得更好的节能效果 5. 更方便使用的键盘面板 标准设有复写功能，能方便地将 1台变频器的功能码数据复写至其他变频器 可选择三种语言（中、日、英），便于国内外配套使用 可简单地由面板或外部信号进行点动（ JOG）运行操作 使用延伸电缆选件（ CBIII10R..可简单）地实现远程操作 6. 符合国际标准 标准系列符合适用于欧洲地区、北美地区和加拿大地区的 CE、 TUV（ 22KW以下）、 UL、 CUL 规格。 各种通信功能 标准内装 RS485接口， 由此可由个人计算机向变频器输入运行命令和设定功能码数据等。 设有万用 DI/DO功能，输入 /输出端子状态能传送至上位机受其监控，简化 FA系统 可连接现场总线： ProfibusDP、 InterbusS 、 Device Net、 Modbus Plus（选件）等 7. 丰富的实用功能 用于风机、泵等： PID控制功能、变频器风扇 ON/OFF功能、商用电切换顺序 用于搬运、传送设备：可选择预设 16种速度运行、程序运行（ 7步，每步最长 6000S，可连续、单循环或单循环终结速继续运行） 8. 无 冲击瞬停再起动运行 采用富士独自开发的变频器频率追踪（引入运行）功能，变频器可瞬时停车后跟踪再起动 保护功能的充实 能设定电子热继电器的热时间常数，因此可适用各种电机 设有输入缺相保护，防止电源断线损坏变频器 毕业设计（论文）报告纸 共 40 页 第 14 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 能用 PTC热敏电阻保护电机 9. 丰富的维护功能 面板能显示和确认运行状态、输入 /输出状态和跳闸时的详细参数，由此能较易进行异常原因分析和提出对策 I/O端子检查功能 主电路电容器寿命 累计运行时间记录、显示 运行状态监视 跳闸时详细数据记录 10. 其他功能 控制电源辅助输入电路，断开主电源时能保持异常输出信号 接点输入控制端子（ 9点）、开路集电极晶体管输出（ 4点）、继电器输出（ 1点） 设有主动驱动过程，判断变频器负载状态，为防止跳闸、自动延长加速时间、继续加速运行保证强有力而不跳闸的加速过程 负载过大的场合可选择变频器不跳闸继续运行（防失速）或跳闸停止运行 3) 使用过程中的注意事项。 (*1)额定输出电压按 440V计算，电源电压降低时，额定容量亦下降。 (*2)不能输出比电源电压高的电压。 (*3)驱动低阻抗的高频电动机等场合，允许输出电流可能比额定值小。 (*4)当电源电压大与 380/398V/50Hz、 380/430V/60Hz时，必须切换变频器内部的分接头。 (*5)3相电压不平衡率大与 2%时，应使用功率因数改善用直流电抗器 (DCR) (*6)按 JEMA规定的标准负载条件 (相当标准适配电动机 85%负载 )下的试验值。 (*7)按富士电机公司规定条件下的计算值。 (*8)按标准适配电动机负载和使用直流 电抗器 (DCR)(≤ 55KW为选件 )条件下的数据。 (*9)为了保护变频器，对应周围温度和输出电流情况，载频有时会自动降低。 (*10)设定 ，起动转矩能达到 50%以上。 (*11)标准适配电动机场合 (由 60Hz减速停止时的平均转矩，随电动机的损耗而改变。 系统工作过程 根据现场生产实际提供的用水量，本系统选择三台 的小泵（具体选型计算过程见后），选择自动方式运行时， 三台水泵，一台水泵作第一级变频运行，另二台作变频备用泵。 当第一台 变频泵达到工频运行，达不到压力要求时，切换至工频，第 毕业设计（论文）报告纸 共 40 页 第 15 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 二台备用泵变频启动。 当第二级变频泵达到工频运行，达不到压力要求时，切换至工频，第三台备用泵变频启动。 停泵时依次停第一、二级泵。 选择手动方式运行时，可以根据实际的用水量手动控制投入电机的运行台数（手动状态下投入运行的电机都是工频运行的）。 分析自动控制系统的机组Ⅰ（ 3水泵电机）工作过程 ,可分为以下五个工作状态： 1) 1电机单独变频起动； 2)1电机工频运行， 2电机变频运行， 3电机停止运行； 3) 1电机工频运行， 2电机工频运行， 3电机 变频运行； 4） 3电机变频运行， 2电机工频运行， 1电机停止运行； 5） 3电机变频运行， 2电机停止运行；一般情况下，水泵电机都处于这五种工作状态之中，当源水的水位发生变化时，管网压力也就随之变化，五种工作状态就要发生相应转换，因此这五种工作状态对应着五个切换过程。 Ⅰ 由 1电机变频起动运行转变到 1电机工频运行， 2电机变频运行。 系统开始工作时，出水口压力达不到压力要求时， KM1 得电， 1电机先接至变频器输出端，变频器对拖动 1泵的电动机采用软起动， 1电机起动，运行一段时间后，随着运行频率的增加，当变频器输出频率增至工频 0f （即 50HZ），压力传感器压力未达到设定压力， KM1 失电， 1电机自变频器输出端断开， KM2 得电 1电机切换至工频运行。 接着 KM3 得电， 2电机接至变频器输出端 , 2电机开始软起动，运行一段时间后， 2水泵电机工作在变频状态。 从而实现 1水泵由变频切换至工频电网运行，2水泵接入变频器并启动运行，在系统调节下变频器输出频率不断增加，直到水泵出水口压力达到设定值为止。 Ⅱ 由 1电机工频运行， 2电机 变频运行转变为 2电机工频运行， 3电机变频运行。 当 2水泵电机 的频率达到 50HZ 以后 ， 压力传感器压力未达到设定压力时， KM3 失电，2电机自变频器输出端断开， KM4 得电， 2电机切换至工频运行。 接着 KM5得电， 3电机接至变频器输出端 , 3电机开始软起动，运行一段时间后， 3水泵电机工作在变频状态。 直至压力传感器设定压力以后，变频器的工作频率将不再增加。 并根据用水量的大小按照 PID 算法进行恒压调节。 Ⅲ 由 1电机工频运行， 2电机工频运行， 3电机变频运行转变为 1电机停止， 2电机工频运行， 3电机变频运行状态。 当用水量减少时，变频器的工作频率将自动减小，当减小到一定程度时，此时压力传感器的压力还高于设定压力时，系统将依次停止最先启动的水泵，及 KM2 将失电，停 毕业设计（论文）报告纸 共 40 页 第 16 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 止 1电机，以便用水增大到一定程度时再启动并进行变频操作。 IV 由 3电机变频运行， 2电机工频运行， 1电机停止运行转变为 3电机变频运行， 2电机停止运行状态。 分析过程与切换过程Ⅲ的分析类似。 V 由 3电机变频运行， 1 、 2电机停止运行转变为 3电机工频运行， 1电机变频运行，2停止运行状态。 当用水量开始增加时，出水口压力达不到压力要求时， KM5 失电， 3电机自变频器输出端断开， KM6 得电。