基于恒压供水变频调速控制系统的设计

基于恒压供水变频调速控制系统的设计内容摘要：

S7200 系列 PLC 首先， 实现成本低。 由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。 其次，范围广。 电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。 PLC 可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。 再次，其速率高。 PLC 能够提供高速的传 输。 目前，其传输速率依设备厂家的不同而在 ~45Mbps 之间。 远远高于拨号上网和 ISDN，比 ADSL 更快。 足以支持现有网络上的各种应用。 更高速率的 PLC 产品正在研制之中。 第四，它永远在线。 PLC 属于 即插即用 ，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络。 第五，便捷。 不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有 PLC 带来的高速网络享受。 PLC正在 向高速度、大容量方向 发展 ，西门子公司陆续推出了 S7300、 S7400等大容量的 PLC,同时其规模正在 向超大型、超小型两个方向 发展。 PLC还在 大力开发智能 模块 ，加强联网 通信 能力 ， 增强外部 故障 的检测与处理能力 ，实现 编程语言多样化 [10]。 MM430 变频器简介 变频器的组成、原理 变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4个部分组成。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 我们现在使用的变频器主要采用交 — 直 — 交方式（ VVVF 变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。 我国变频调速技术的发展状况 电气传动作为 一个重要行业，广泛运用于社会生产、生活的各个方面，一直得到国家的重视。 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行状态（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调速和调速两类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。 随着电力电子技术的发展，不调速的电动机越来越多地改用调速传动；交流调速越来越多地替代直流调速；以节约电能（可节约 15%20%或更多，在我国 60%的发电量是通过电动机消耗的），改善产品质量，提高产量为主要设计 思想。 因此，电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。 变频调速以其优异的调速启动、制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式 [9]。 恒压供水变频调速控制系统的设计 6 我国电气传动与变频调速技术的发展应用，如表 3 所列。 我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。 随着改革开放，经济高速发展，我国引进了很多最先进的产品。 国内许多合资公司已能生产当今国际上最先进的变频调速产品并进行应用软件的开发，为国内外重大工 程项目提供一流的电气传动控制系统。 在变频调速领域，我国虽然取得了很大成绩，但应看到由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性仍较严重 [7]。 表 3 我国电气传动与变频调速技术的发展简史 带电机扩大机的发电机 电动机组传动 20世纪 50年代初期 70年代中期 汞弧整流器供电的直流调速传动 20世纪 50年代后期 60年代后期 磁放大器励磁的发电机 电动机机组传动 20世纪 50年代初期 70年代中期 晶闸管变流器励磁的发电机 电动机机组传动 20世纪 60年代后期 70年代后期 晶闸管变流器供 电的直流调速传动 20世纪 70年代初期 现在 饱和磁放大器供电的交流调速传动 20世纪 60年代初期 60年代后期 静止串级调速交流调速传动 20世纪 70年代中期 现在 循环变流器供电的交流变频调速传动 20世纪 80年代后期 现在 电压或电流型六脉冲逆变器供电的交流变频调速传动 20世纪 80年代初期 现在 BJT（ IGBT)PWM逆变器供电的交流变频调速传动 20世纪 90年代初期 现在 MM430 系列 变频器简介： 电压： 380500V 功率： 产品优点 ： 风机和水 泵 (HVAC)节能型 .采用 MICROMASTER Eco 变频器是最节省的方式，包括在购买、安装、调试和操作过程中节省的资金。 它还可以确保一切事情都合乎环保的要求，即保护资源和限制能源消耗中的排放。 MICROMASTER 430 变频器可以节省高达 60%的运行费用，无论是在泵工业，风机部门，还是在房屋建造中。 它已经几乎在所有的应用中被优化。 有 内置 PID 调节器，带 RS232/485 接口与 PLC 方便作 USS通讯 . 产品描述 : 风机和泵类变转矩控制专家 MicroMaster430 是全新一代标准变频器中的 风机和泵类变转矩负载专家。 功率范围 至 250kW。 它按照专用要求设计，并使用内部功能互联（ BiCo）技术，具有高度可靠性和灵活性。 控制软件可以实现专用功能：多泵切换、手动 /自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。 MM430 的一些特征与性能指标如下： 恒压供水变频调速控制系统的设计 7 主要特征： ● 380V480V177。 10% ，三相，交流， ； ● 风机和泵类变转矩负载专用； ● 牢固的 EMC（电磁兼容性）设计； ● 控制信号的快速响应； ● 传动平稳，轻松无忧 控制功能： ● 线性 v/f 控制，并带有增强电机动态响应和控制特性的磁通电流控制（ FCC），多点 v/f 控制； ● 内置 PID 控制器； ● 快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸； ● 数字量输入 6个，模拟量输入 2个，模拟量输出 2个，继电器输出 3个； ● 具有 15个固定频率， 4 个跳转频率，可编程； ● 采用 BiCo 技术，实现 I/O 端口自由连接； ● 集成 RS485 通讯接口，可选 PROFIBUSDP通讯模块； ● 灵活的斜坡函数发生器，可选平滑功能； ● 电机数据切换，命令数据切换； 风机和泵类专用功能： ● 多泵 切换 ● 手动 /自动切换 ● 断带及缺水检测 保护功能： ● 过载能力为 140％额定负载电流，持续时间 3秒和 110％额定负载电流，持续时间 60秒过电压、欠电压保护； ● 变频器过温保护； ● 接地故障保护，短路保护； ● I2t 电动机过热保护。 ● PTC/KTY 电机保护 [11]。 压力传感器简介 常用压力传感器有电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器（变磁阻式传感器、差动变压器式压力传感器）、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器（见光纤传感器）、谐振式等。 压力传感器一般由弹性敏感元件和位 移敏感元件（或应变计）组成。 弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件（见）或应变计（见电阻应变计、半导体应变计）转换为与压力成一定关系的电信号 [2]。 恒压供水变频调速控制系统的设计 8 3 恒压供水变频调速系统设计的总体方案 设计方案 本恒压供水系统，预计用三台功率 22KW 的电机带动水泵工作。 采用 PLC、变频器配合控制的方式来控制三台电机的 M1， M2， M3的启动，三台电机中，两台工作，一台备用，并能够经常切换备用机。 防止水泵锈化， 运行时，根据用水量的大小，来确定是一 台水泵工作，还是两台水泵同时工作；工频运行还是变频运行。 本设计中，将 1水泵与 2水泵设为供水工作泵，将 3水泵作为备用泵。 工作原理 本设计中设置有压力传感器，通过压力传感器从出水管处采集压力信号，经压力变送器转换为电信号，与给定进行比较，通过变频器自带 PID 调节器进行处理，自动调节变频器输出的频率，控制电机的转速，从而控制出水量，达到恒压的目的。 下面是恒压供水系统的自动控制结构原理图，如图 2 所示： PID调 节器压力传感器变频器水泵电动机水泵 用户出水进水反馈给定 +PLC带 PID 变频器 图 2 恒压供水系统自动控制结构 原理图 PLC、变频器对水泵电机的控制过程 PLC 在本设计中只作为控制执行机构，当压力变送器传来的 020mA 的电流信号送入变频器自带 PID 调节器模块与 PLC 的模拟量输入模块，在 PID 中与给定的信号进行比较， PID 调节器在其内部进行比例、积分、微分控制，将偏差量输出，由变频器来改变输出频率，从而改变电机的转速，实现压力的调节。 PLC 只是通过 PID 输出的信号来改变电机的切入与断电。 恒压供水变频调速控制系统的设计 9 4 恒压供水变频调速系统的设计硬件设计 PLC、电机、变频器及压力传感器的选型： PLC 的选型： 对 于本设计中的控制部分是个很重要的环节，而其核心就是 PLC， PLC 在恒压供水变频调速系统中起着至关重要的作用，在本次设计中我选择了西门子的 S7200 系列的PLC，由于用到的输入输出点数不是太多，我选用该型号 CPU224 的 PLC，其。