基于plc的变频调速恒压供水系统毕业设计

基于plc的变频调速恒压供水系统毕业设计内容摘要：

内通常是指是一台变频器控制一台水泵。 由于全部变频系统中，变频器、控制器、电机均无备份设备，出现问题无法切换，故目前多 适用于用水量不大，对供水的可靠性要求不高的场合。 该控制方案的控制原理框图见图 ，电路见图。 值得一提的是，在国外或国内少数大企业，也有一种每台变频器只带一 台水泵的运行方式，但它的控制方式与上面是不同的，这些泵站往往是同时配备了多台变频器配多台水泵，采用集中控制的办法，这种变频系统与国内水泵站常用的一台变频器控制单台水泵的工作方式是完全不一样的。 在这种系统中，由于有多台变频器，各水泵既可以同时变频运行，也可以分别工频运行，使其可靠性、安全性、可调节性大大优于国内常见的各种控制方式，不过 在成本上，也远远高于目前国内的常用的变频恒压供水系统。 (2)单台变频器控制多台水泵 利用单台变频器控制多台水泵的控制方案适用于大多数供水系统，是目前应用中比较先进的一种方案。 下面以单台变频器控制 2 台水泵的方案来说明。 该控制方案的控制原理见图。 系统功能说明 控制系统的工作原理如下 :根据系统用水量的变化，控制系统控制 2 台水泵按 1 一2 一 3 一 4 一 1 的顺序运行，以保证正常供水。 开始工作时，系统用水量不多，只有 1 号泵在变频器控制下运行， 2 号泵处于停止状态，控制系统处于状态 1。 当用 水量增加，变频器输出频率增加，则 1 号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有 1台水泵工作己不能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统， 1 号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器电源启动 变频恒压供水系统采用一台变频器拖动两台大功率电动机，可在变频和工频两种方式下运行；一台低功率的电机，作为辅助泵电机，启动方式：为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。 启动前变频器要复位。 变频调速：根据供水 管网流量、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。 如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令 1号泵自动切换到工频电源运行，待 1号泵完全退出变频运行，对变频器复位后， 2号泵投入变频运行。 多泵切换：根据恒压的需求，采用无主次切换，即“先开先停”的原则接入和退出。 在PLC的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数，由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。 在用水量较小的情况下，采用辅助泵工作。 为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变 频运行超过 3小时。 当工频泵台数为零，有一台运行于变频状态时，启动计时器，当达到 3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵上。 当有泵运行于工频状态，或辅助泵启动时，计时器停止计时并清零。 故障处理：能对水位下限，变频器、 PLC 故障等报警。 PLC 故障，系统从自动转入手动方式。 系统由变频器、 PLC和两台水泵构成。 利用了变频器控制电路的 PID等相关功能，和 PLC配合实施变频一拖二自动恒压力供水。 具有自动 /手动切换功能。 变频故障时，可切换到手动控制水泵运行。 控制过程：水路 管网压力低时，变频器启动 1泵，至全速运行一段时间后，由远传压力表来的压力信号仍未到达设定值时， PLC 控制 1泵由变频切换到工运行，然后变频启动2泵运行，据管网压力情况随机调整 2泵的转速，来达到恒压供水的目的。 当用水量变小，管网压力变高时， 2泵降为零速时，管网压力仍高，则 PLC 控制停掉 1工频泵，由 2泵实施恒压供水。 至管网压力又低时，将 2泵由变频切为工频运行，变频器启动 1泵，调整1泵的转速，维修恒压供水。 如此循环不已。 图 变频调速恒压供水系统的特点 恒压供水是指用户段不管用水量大小总保持管网水压基本恒定，这样，既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。 变频恒压供水的工艺调节过程介绍：泵组的切换开始时，若硬件、软件皆无备用（两者同时有效时硬件优先）， 1＃泵变频启动，转速从 开始随频率上升，如变频器频率到达 ，而此时水压还在下限值，延时一段时间（由 内部时间继电器控制，目的是避免由于干扰而引起误动作）后， 1＃泵切换至工频运行，同时变频器频率由 滑停至 ， 2＃泵变频启动，如水压仍 不满足，则依次启动 3＃、 4＃泵；若开始时 1＃泵备用，则直接启 2＃变频，转速从０开始随频率上升，如变频器频率到达 ，而此时水压还在下限值，延时一段时间后， 2＃泵切换至工频运行，同时变频器频率由 滑停至 ， 3＃泵变频启动，如水压仍不满足，则启动4＃泵；若 1＃、 2＃泵都备用，则直接启 3＃变频，具体泵的切换过程与上述类同。 同样，如水压在上限值，若３台泵（假设为 1＃、 2＃和 3＃）运行时， 3＃泵变频运行降到 ，此时水压仍处于上限值，则延时一段时间后使 1＃泵停止， 3＃泵变频器频率从 迅速上升，若此后水压仍处于上限值 ，则延时一段时间后使 2＃泵停止。 这样的切换过程，有效地减少泵的频繁启停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡。 以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常是采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。 这种切换的方式，理论上要比直接切工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁启停，从而减少设备的使用寿命。 而我们这次的设计的系统中，要求直接停工频泵，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止水压的大范围波动及 水压太低时的短时缺水现象，提高供水品质。 根据工艺要求，建议配用 ABB ACS600 系列变频器。 ACS 600 系列变频器是 ABB公司采用直接转矩控制（ DTC）技术，结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器。 它具有很宽的功率范围，优良的速度控制和转矩控制特性 ,完整的保护功能以及灵活的编程能力，较高的可靠性和较小的体积。 主要技术数据： 功率范围： 电源电压： 380/400/415/440/460/480/500VAC 3 相 177。 10% ； 电源频率： 4863Hz 控制连接： 2个可编程的模拟输入（ AI）； 1个可编程的模拟输出（ AO）； 5个可编程的数字输入（ DI）； 2个可编程的数字输出（ DO）。 连续负载能力： 150% In，每 10分钟允许 1分钟 串行通讯能力：标准的 RS— 485接口可使变频器方便地与计算机连接。 保护、欠压缓冲、电机欠 /过载保护、堵转保护、串行通讯故障保护、 AI信号丢失保护等。 外型结构紧凑，安装方便。 产品经过多种电气安全规范认证，符合 GE、 UL 及质量认证体系ISO9001和 ISO4001等。 变频器独特的直接转矩控制（ DTC）功能是目前最佳 的电机控制方式，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制，无需速度反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。 ACS600变频器内置 PID、 PFC、预磁通等八种应用宏，只需选择需要的应用宏，相应的所有参数都自动设置，输入输出端子也将自动配置，这些预设的应用宏配置大大节约了调试时间，减少出错。 第四章 PLC 可编程控制器 PLC 的定义 可编程控制器 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它可以采用可以编程的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部 存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术等操作的指令，并能通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程， PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于拓展其功能的原则而设计。 可编程控制器 PLC 的发展阶段及发展方向 全世界几乎 80%以上不同品牌的 PLC是不能通用的。 一个品牌就要使用对应的编程器。 有多少种品牌的 PLC，就要有多少种编程器。 （国内现在出了一些国产 PLC，是仿制国外一些品牌 PLC 的，这些是可以使用被仿制品牌的编程器的。 ） 手提编程器价格昂贵，而且编程使用 指令操作（不能用梯形图），可读性不高，非常不方便。 所以，做工程的人大多会使用电脑来对 PLC 编程。 需要说明的是，使用电脑编程还需要有配套的程序下载连线。 也是每个品牌都有专门线的（互不通用）。 但是这种连线比起手持编程器来说，不知道便宜多少。 任何一款手提电脑都可以用来做 PLC 编程，前提是 1 支持串行通讯 2 安装相应品牌 PLC的编程软件。 控制系统的硬件设计 本系统的硬件结构如图 2所示，它由 6台水泵、 17个远程 I／ O分站、 1个控制柜 (包括变频器、 PLC、 4个 16点 DI模块、 2个 16点。