【正文】 法再改變水壓，所以變頻器運(yùn)行的最低頻率也不是零，這個數(shù)值根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)是 20HZ 左右。首先是最大頻率，因?yàn)槲覈ゎl供電的頻率是 50HZ，所以不可能無限制的增加頻率，否則導(dǎo)致電機(jī)無法安全切換到工頻模式工作。然后 KM7 接通， M2 電機(jī)啟動變頻運(yùn)行。 第 28 頁 共 50 頁 另一條回路是變頻回路：電流經(jīng)對應(yīng)變頻器的 R、 S、 T 端，變頻器的輸出端 U、V、 W 和每臺電機(jī)相應(yīng)的變頻接觸器 KM KM KM KM KM10 至電機(jī)，構(gòu)成電機(jī)的變頻回路。 M4 和 M5是 Y200L2 型電機(jī)， M5 是 M4 的備用。 （ 4）每個機(jī)組的主電機(jī)發(fā)生故障或檢修時，備用電機(jī)應(yīng)能可靠的自動投入運(yùn)行并報(bào)警。但是變頻器每次只能帶一臺電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)的工頻變頻通斷由 PLC 通過接觸器控制。 第 26 頁 共 50 頁 4 硬件電路設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì) 根據(jù)控制對象分析，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。 一般選用原則為： (1)斷路器額定電流≥負(fù)載工作電流； (2)斷路器額定電壓≥電源和負(fù)載的額定電壓； (3)斷路器脫扣器額定電流≥負(fù)載工作電流； (4)斷路器極限通斷能力≥電路最大短路電流； 電機(jī)啟動時線路最大沖擊電流估算 (1 0 3 1 0 3 7 0 ) * 2 5 5 2IA? ? ? ?。 3 對于電動機(jī) 回路，熱繼電器的整定電流應(yīng)等于電動機(jī)的額定電流。所以，這種過載是電動機(jī)不能承受的。 第 24 頁 共 50 頁 熱繼電器選型 熱繼電器是用于電動機(jī)或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護(hù)的保護(hù)電器。接觸器按 80%算 .即 100A 的交流接觸器，只能控制最大 第 21 頁 共 50 頁 額定電流是 80A 以下的設(shè)備 該設(shè)計(jì)任務(wù)中，接觸器需要持續(xù)運(yùn)行。 接觸器的選型依據(jù)，主要是根據(jù)主電路的電動機(jī)額定參數(shù)選取。1%FS 供 電： 24V Dc（ 15～ 30VDC） 絕緣電阻： ≥1000 MΩ/100VDC 負(fù)載電阻 : 電流輸出型：最大 800Ω 電壓輸出型：大于 50KΩ 介質(zhì)溫度： 20～ 85℃ 、 20～ 150℃ 、 20～ 200℃ 、 20～ 300℃ （可選） 環(huán)境溫度： 20～ 85℃ 儲存溫度： 40～ 90℃ 相對濕度： 0～ 95% RH 密封等級： IP65/IP68 過載能力： 150%FS 響應(yīng)時間： ≤10mS 第 20 頁 共 50 頁 穩(wěn) 定 性： ≤177。也稱為通用型壓力傳感器 /變送器。10% 三相交流 輸入頻率 47 Hz ~ 63 Hz 輸出頻率 0 Hz ~ 650 Hz 功率因數(shù) 過載能力 140% 3s/ 間隔時間 300s 110% 60s/ 間隔時間 300s 控制方式 線性 V/F 控制 平方 V/F 控制 多點(diǎn) V/F 控制 磁通電流控制 (FCC) 節(jié)能控制 固定頻率 15 個可編程 跳轉(zhuǎn)頻率 4 個可編程 設(shè)定值的分辨率 01Hz 數(shù)字輸入 01Hz 串行通訊輸入 10 位二進(jìn) 制的模擬輸入 數(shù)字輸入 6 個 DI 可編程帶電位隔離可 PNP/NPN 型接線 模擬輸入 2 個可編程 010V 020mA 10V10V(AIN1) 010V 020mA(AIN2) 兩個模擬輸入可以作為第 7 和第 8 個數(shù)字輸入 繼電器輸出 3 個可編程 ,30VDC/5A(電阻性負(fù)載 ) 250VAC/2A(電感性負(fù)載 ) 模擬輸出 2 個可編程 (0/4mA20mA) 第 17 頁 共 50 頁 圖 MM430 變頻器外部端口 第 18 頁 共 50 頁 圖 MM430 端口說明 第 19 頁 共 50 頁 壓力變送器的的選型 壓力變送器通常安裝在水泵電機(jī)的出口處，用來檢測管網(wǎng)中的水壓，在選擇壓力變送器的時候，要綜合考慮量程，正常工作溫度，可靠性等。過載能力為 140%額定負(fù)載電流時，持續(xù)時 第 16 頁 共 50 頁 間為 3s，在 110%額定負(fù)載電流時，持續(xù)的時間為 60s 具有過電壓、欠電壓保護(hù)、過熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、防失速保護(hù)、 PTC 服 TY 電動機(jī)溫度保護(hù)。具有多個繼電器輸出 。 綜上所述，西門子 MM430 滿足本設(shè)計(jì)要求，所以選 擇 MM430 變頻器。 （ 3）電動機(jī)的額定電流為 103A，額定功率為 55KW，必須滿足變頻器額定功率≥電機(jī)額定功率， MM430 的功率范圍為 ，輸出頻率范圍為0650HZ。 （ 5）根據(jù)變頻器的輸出頻率和額定電流，對該品牌的變頻器進(jìn)行選型 。在工程中使用變頻器，我們?nèi)绾螌ζ溥M(jìn)行選型，一般有以下的步驟 : （ 1）分析負(fù)載類型，是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載還是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載 。 變頻器實(shí)際上就是一個逆變器 .它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?.然后用電子元件對直流電進(jìn)行開關(guān) .變?yōu)榻涣麟?.一般功率較大的變頻器用 可控硅 .并設(shè)一個可調(diào)頻率的裝置 .使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) .用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù) .使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào) .變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中 .變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。這種無功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或電抗器來進(jìn)行緩沖。整流電路有可控整流電路和不可控整流電路兩種。交 交變頻器可將工頻交流電直接轉(zhuǎn)變成頻率和電壓均可控制的交流電，又稱為直接變頻器。一共 5 臺水泵，而每一臺電機(jī) 要求既能變頻運(yùn)行，又能切換到工頻運(yùn)行，所以需要 10 個輸出端口，另外控制變頻器的起動與停止需要 1 輸出個端口，指示燈報(bào)警需要 1 個輸出端口，輸出端口一共12 個。 西門子 S7— 200 系列 PLC 是一種小型的可編程控制器，它具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、較高的可靠性、豐富的指令集、強(qiáng)大的通信功能以及低廉的價格，使得其可以完美地滿足小規(guī)模的控制系統(tǒng)的要求 。另外，還要考慮 I/O 點(diǎn)數(shù)的要求，一般在確定控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)后，還要留有 15%20%備選 I/O 點(diǎn)數(shù)。 圖 PLC 的基本構(gòu)成圖 PLC 的選型 目前， PLC 的品牌和種類 很多，大概有 300 多個品種，以美國、德國、日本的品牌最為顯著，在我國也有一些生產(chǎn) PLC 的廠家，其生產(chǎn)品牌如表 所示。 (4)電源單元 電源單元是 PLC 的電源供給部分。用戶程序存儲區(qū)用于存儲用戶編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲區(qū)用于存放用戶程序中使用器件的 ON/OFF 狀態(tài)和各種數(shù)值數(shù)據(jù)等。掃描 I/O 接收的現(xiàn)場狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，然后刷新輸出接口，對執(zhí)行部件進(jìn)行控制。它主要由中央處理器 (CPU)、存儲 器、輸入 /輸出 (I/O)接口，電源等組成，如下圖 所示。 液位檢測信號是將水池中水位信息進(jìn)行采集，反饋給 PLC 的裝置。固定變頻控制是指：當(dāng)需要增加電機(jī)運(yùn)行時，變頻器不切換，而是由 PLC 控制直接啟動另一臺電機(jī)。 （ 3） 控制器 控制器是整個系統(tǒng)的核心，包括 PLC，變頻器和工控機(jī)。 它分為調(diào)速泵和恒速泵，根據(jù)壓力傳感器輸入的信號與設(shè)定值比較，調(diào)速泵在變頻器的控制下變速運(yùn)行，調(diào)節(jié)水泵出口處壓力值，達(dá)到變頻恒壓供水的目的。在信號輸入輸出的地方還加入光電隔離，杜絕信號干擾。 方案二： PLC+變頻器 控制 可編程控制器是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的控制器件，具有以下優(yōu)點(diǎn) (1 )靈活性高： PLC 具有單片機(jī)可編程的這個突出優(yōu)點(diǎn)，而且編程的方式和方法大大簡化，有梯形圖，功能表圖，助記符等方法。但是隨著單片機(jī)， PLC 等一些可編程的智能控制器的發(fā)展和普及，將逐漸被淘汰。通過對原始資料的分析，確定了設(shè)計(jì) 方案，根據(jù)設(shè)計(jì)方案內(nèi)容進(jìn)行了主要設(shè)備設(shè)備選擇。 二區(qū)用戶：三相異步電機(jī) Y200L2 兩臺，功率 37KW，一用一備。除了一些早期的項(xiàng)目，目前在國內(nèi)增壓泵站蓄水池設(shè)計(jì)基本被淘汰。 4. 采用 PLC 控制電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)水壓穩(wěn)定值在 左右。 原始資料給出的電機(jī)型號和水泵型號 對供水用戶分區(qū) 一區(qū)用戶： 150S78 水泵三臺 兩用一備 配三相異步電機(jī) Y250M2 三臺，功率 55KW 二區(qū)用戶： 150S78B 水泵兩臺 一用一備 配三相異步電機(jī) Y200L2 兩臺，功率 37KW 遠(yuǎn)期增加 150S78 水泵一臺， 150S78B 水泵一臺。確定水廠近期（ 2020 年）供水 10000m179。給普通的變頻調(diào)速系統(tǒng)增加一個壓力檢測單元就可以實(shí)現(xiàn)十供水系統(tǒng)的閉環(huán)控制。在中國電能的 60％的被電動機(jī)類負(fù)載消耗，所以如何使用電機(jī)的變頻控制技術(shù)，改造工業(yè)控制領(lǐng)域 的電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和方式，以節(jié)省電動機(jī)類負(fù)載所消耗的電能，在我國長久以來一直是一個國家和行業(yè)比較關(guān)注的問題。 第 3 頁 共 50 頁 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 近代以來的變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展首要要得益于 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的大力發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步和自動控制技術(shù)的發(fā)展，還有電機(jī)控制理論的不斷成熟與進(jìn)步。變頻供水設(shè)備以水泵機(jī)組的出水端壓力作為檢測依據(jù)，根據(jù)檢測到的壓力數(shù)值和設(shè)定的參數(shù)比較，從而調(diào)節(jié)變頻器改變水泵的工作頻率，對水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，組成了一套完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。而且比前一種方式 節(jié)約電，因?yàn)橹灰M了，就可以關(guān)掉電機(jī)，當(dāng)水位下降到一定水位，在啟動電機(jī)即可但是也有明顯的缺點(diǎn)。供水方式有以下幾種 (1) 恒速水泵 +蓄水池的方式 這種供水方式是最簡單最直接的供水方式，有的甚至連蓄水池都沒有安裝而是直接從供水系統(tǒng)管網(wǎng)中取水連接管道。眾所周知中國是一個人均水資源和能源貧困大國，人均平排名在世界一百多名之后，所以在這樣一個能源貧困大國，如何用科技的力量減少能源的損耗，用高效率的自動化控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的落后的控制方式，節(jié)約人力資源，降低能源損耗。Frequency converter。分區(qū)供水 iii Abstract: Electrical design of secondary pumping station in a tap water pany is described in the paper. A control scheme of PLC and frequency converter is proposed by analysing task requirements and control object. The selection of major equipment, main circuit design, control circuit design and program design is also proposed according to the design ideas. PLC and frequency converter are designed with the core of controller。變頻器根據(jù)采集的壓力數(shù)值和設(shè)定參數(shù)比較自動調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行頻率， PLC 根據(jù)變頻器的反饋信號，控制每臺電機(jī)的工作狀態(tài)。 五、 進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件： 1. 有關(guān)水泵站電氣方面的資料； 2. 有關(guān)電機(jī)控制方面的資料： 3. 有關(guān) PLC 方面的資料； 4. 編程軟件； 六、 指導(dǎo)教師意見： 簽名： 年 月 日 i 摘要 ： 本文完成的是某自來水廠二級泵房電氣控制器的設(shè)計(jì)，通過對任務(wù)要求、控制對象的分析，選擇了 PLC 加變頻器的控制方案。 2. 20xx 年 2 月：方案設(shè)計(jì)。 2. 主電路設(shè)計(jì)及主要設(shè)備選型。 可以實(shí)現(xiàn)無級恒壓調(diào)速，供水穩(wěn)定，供水質(zhì)量顯著提高。近年來，隨著小型 PLC，變頻器價格下降，勞動力成本上升，以及居民對供水質(zhì)量要求的提高，社會對降低能耗的呼吁，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)級水泵站，節(jié)能化，自動化改造，具有重要意義。 20xx 年 3 月：變頻器、 PLC 選型設(shè)計(jì) 20xx 年 4 月：主電路設(shè)計(jì)， PLC 外圍控制電路。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文符合學(xué)校規(guī)定的論文格式、圖表規(guī)范。 水泵電機(jī)要求具有過流保護(hù)、過載保護(hù)、接地保護(hù)、限位等功能，合理選取電壓電器 設(shè)備的型號、規(guī)格和臺套數(shù)。 PLC 程序設(shè)計(jì)。 屬于設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。 主電路設(shè)計(jì)。 屬于設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。 水泵電機(jī)采用變頻器調(diào)速控制。 獨(dú)立撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一篇（不少于 15000 字）。 20xx 年 2 月：方案設(shè)計(jì)。由于壓力得不到有效控制，造成管線破裂