【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的熔斷器，有短路及過(guò)電流保護(hù)作用。四臺(tái)水泵連接圖如圖31 所示。 圖 31 四臺(tái)水泵連接圖 變頻器電路設(shè)計(jì) 變頻器選型及調(diào)速特點(diǎn) 變頻調(diào)速技術(shù)依靠它自身的小型化、低成本和高可靠性等方面的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)中穩(wěn)穩(wěn)地占據(jù)了一片江山。變頻器是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。它改變了傳統(tǒng)工業(yè)中電機(jī)啟動(dòng)后只能以額定功率、定轉(zhuǎn)速的單一運(yùn)行方式，依據(jù)負(fù)荷的不同改變功率和轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能的目的。舉個(gè)例子，現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)常常會(huì)被應(yīng)用在電力水泵供水系統(tǒng)中，頗為常見，與傳統(tǒng)方式相比較，結(jié)果普遍會(huì)節(jié)約電能 40％～ 60％，節(jié)水 15％～ 30％。 變頻調(diào)速器正如其名一樣，調(diào)速特性好是它的顯著特點(diǎn)，不同的變頻器調(diào)速范圍都不一樣，但是普遍都具有調(diào)速范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，并且從調(diào)整曲線上來(lái)看，其調(diào)整特性曲線平滑，測(cè)試時(shí)無(wú)論是快調(diào)還是慢調(diào)曲線都非常平穩(wěn)。由于變頻器是由整流、濾波等電子元件構(gòu)成，因此體積小、維護(hù)簡(jiǎn)單。尤其將它應(yīng)用于大容量負(fù)載時(shí)，可以獲 得極大的節(jié)能效果。 在供水行業(yè)應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備是一次質(zhì)的飛躍。應(yīng)用變頻設(shè)備使恒壓、恒水位供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，不用分檔位的任意調(diào)速。依據(jù)現(xiàn)實(shí)生活用水系統(tǒng)中用水的變化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)水位控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，目的是在用水量隨著不同時(shí)段發(fā)生變化時(shí)保持水壓和水位恒定以滿足客戶用水要求。相信隨著科技的發(fā)展，變頻器可以有更精彩的功能被挖掘出來(lái)。變頻器供水控制不僅設(shè)備投資少，運(yùn)行成本低，并且系統(tǒng)穩(wěn)定性能夠保證，自動(dòng)化水平也高，相繼也會(huì)帶來(lái)節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。由于恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，必然會(huì)引起國(guó)內(nèi)各供水廠家的 高度重視，并不斷地開發(fā)創(chuàng)新，努力使該產(chǎn)品向著高可靠性、全數(shù)字化控制、智能化方向發(fā)展。變頻調(diào)速特點(diǎn)簡(jiǎn)述如下表： 表 31 變頻調(diào)速特點(diǎn) 1 采用多重化 PWM 方式控制 2 功率因數(shù)高，輸入諧波小 3 模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，可更換能力強(qiáng) 4 直接高壓輸出，無(wú)需輸出變壓器 5 極低的 dv/dt 輸出，雜波較低，不須過(guò)多濾波 6 采用光纖技術(shù)，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性 7 功率單元采用自動(dòng)旁路，實(shí)現(xiàn)故障不停機(jī)待修理自保持功能 本文設(shè)計(jì)恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，跟據(jù)用水量的變化來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù) ，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求。 變頻器中常用的控制方式 1）非智能控制方式 在交流變頻器中使用的非智能控制方式有 U/f 控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 2）智能控制方式 主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。 ABB 產(chǎn)品信息 ACS400 算得上是當(dāng)今市場(chǎng)上體積最小的變頻器之一。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別的有創(chuàng)意，充分地考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝的便利以及有效的使用面積。在材質(zhì)上，它大量地使用鑄鋁件和塑料件，保證了足夠的加工強(qiáng)度。在 的功率范圍內(nèi)，節(jié)約 能源，控制準(zhǔn)確 ,安全可靠 ,ACS400 預(yù)置了九種應(yīng)用宏 .主電源： 230—500V， 50/60HZ；控制電源： 115—230V。 它采用全新的設(shè)計(jì)，隨著時(shí)代電子的進(jìn)步讓這款變頻器應(yīng)用最新的半導(dǎo)體技術(shù)，較之前的一系列產(chǎn)品增加了更多的可靠性。產(chǎn)品在軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用新穎的想法，站在使用者的角度讓調(diào)試過(guò)程變得簡(jiǎn)單。體積特別小巧，極大的為用戶節(jié)省了空間。其內(nèi)部還包含磁場(chǎng)電抗器和熔斷器。這款產(chǎn)品由于使用了 IGBT技術(shù)應(yīng)用在磁場(chǎng)單元中，所以沒(méi)有必要再根據(jù)供電電壓選用磁場(chǎng)變壓器。最后還要補(bǔ)充的是 ACS400 擁有多種調(diào)試工 具，使用時(shí)在調(diào)試向?qū)逻M(jìn)行參數(shù)設(shè)定，加上全部的自優(yōu)化調(diào)試過(guò)程， ACS400常常以 15分鐘作為產(chǎn)品典型的調(diào)試時(shí)間。 ACS400 結(jié)構(gòu)圖如圖32 所示。 圖 32 ACS 結(jié)構(gòu)圖 PLC 電路設(shè)計(jì) PLC 介紹及特點(diǎn) 可編程控制器是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。 PLC 自發(fā)明問(wèn)世以來(lái)，隨著技術(shù)的不斷成熟，被越來(lái)越多的人所熟知，發(fā)展至今，已經(jīng)成為各工業(yè)領(lǐng)域和實(shí)驗(yàn)室等各個(gè)場(chǎng)所必不可少的控制裝置。在 60 年代末美國(guó)最早出現(xiàn)了可編程邏輯控制器，其提出目的是為了代替繼電器。但是在 70年代以后隨著 微處理器的問(wèn)世，并被用于構(gòu)建 PLC 領(lǐng)域作為其中央處理器， PLC的能力得到了極大的增強(qiáng)，并增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸和處理等能力。 PLC 克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的接線復(fù)雜，可靠性不高，能耗嚴(yán)重，性差的缺點(diǎn)。今日的工業(yè)控制領(lǐng)域許多都離不開PLC 的控制，因?yàn)槠湫阅艿膬?yōu)異性，已經(jīng)發(fā)展為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一。 PLC 作為工業(yè)專用控制計(jì)算機(jī)，有著許多優(yōu)點(diǎn)： ① 可靠性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，有良好的抗干擾能力。 ② 編程簡(jiǎn)易直觀。 ③ 適應(yīng)性強(qiáng)，通用性強(qiáng)。 ④ 功能完善，接口功能強(qiáng)。 ⑤ 硬件配置方便，維修方便。 可編程控制器的控制策略 本系統(tǒng)的基本控制策略要求 :采用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置與 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)。 PLC 內(nèi)設(shè)數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。 PLC 的 I/O 單元負(fù)責(zé)按扭、模擬信號(hào)和其它開關(guān)量信號(hào)的輸入，以及發(fā)出信號(hào)去控制接觸器、變頻器等電氣組件，進(jìn)而控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)及整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其中 I/O 單元應(yīng)具有以下功能： 1）獲得信號(hào)具有可靠性，并對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波、整形，轉(zhuǎn)換成控制器可接受的電平信號(hào) 2）把控制器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成有較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，輸出電路應(yīng)與控制器隔離。 另外 PLC 還負(fù)責(zé)各種 異常情況的處理。而變頻器則控制當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速的變化跟隨用水量的變化，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是將泵站總管的壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。除此之外，要控制水管中水壓力的大小，除了依靠 A/D 和 D/A兩個(gè)模塊之外，還需要用到內(nèi)置的 PID 模塊來(lái)切換水泵的電機(jī)，這三個(gè)模塊是 PLC 的高級(jí)控制單元，是 PLC 控制的重要組成部分，也是恒壓供水系統(tǒng)的核心。此外還需要用到 PLC 的邏輯、定時(shí)、和計(jì)數(shù)等基本功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。 對(duì)恒壓供水系統(tǒng)需要加入特定并且適合的 A/D 和 D/A轉(zhuǎn)換模塊，可以在供水過(guò)程中得到模擬的電壓量，利用 A/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后 PLC 中的中央處理器即微處理器經(jīng)過(guò)計(jì)算，再送到 D/A模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后變成模擬量去控制被控對(duì)象。鑒于投資成本性價(jià)比和系統(tǒng)的安裝難以程度問(wèn)題，所以本系統(tǒng)所選擇的 PLC 是日本歐姆龍公司的，機(jī)器型號(hào)為 CPM2A30CDRA和模擬量控制模塊 CPM1AMAD01。其性能特征如下： ? 采用高速計(jì)數(shù)器快速的跟蹤測(cè)量高速加工元件。 ? 采用同步脈沖控制可避免異步脈沖帶來(lái)的調(diào)整時(shí)間不利的缺點(diǎn)。 ? 可直接地與 OMRON 的 PT相連接，為操作員機(jī)提供一個(gè)操作可視化界面。 ? 通 過(guò)脈沖的輸出特點(diǎn)可以進(jìn)行多種位置控制。 ? CPM2A的價(jià)值與性能幾乎形成反比的趨勢(shì)，性價(jià)比極高。 PLC 規(guī)格介紹如下： 表 32 PLC 規(guī)格 項(xiàng)目 40 點(diǎn) CPU 單元 電源電壓 交流電源 AC100~240V， 50/60Hz 直流電源 DC24V 允許電源電壓 交流電源 AC85~264V 直流電源 ~ 消耗電力 交流電源 60VA以下 直流電源 20W以下 浪涌電流 交流電源 60A以下 直流電源 20A以下 外部供電源（僅交流型號(hào)） 供電電壓 24VDC 供輸出容量 300mA 絕緣阻抗 20MΩ以上（ DC500V）外部電源 AC 端子與所有端子之間 耐壓 AC2300V， 50/60Hz， 1分鐘 ,外部電源 AC 端子和所有端子之間， 漏電六： 10mA以下 抗干擾性 抗干擾性： 1500Vpp:脈沖寬度： ~1μs。上升延 1ns(通過(guò)模擬干擾） 抗振 抗振： 10~57Hz。振幅 。57~150Hz,加速度 ,在 X,Y,Z 方向各 80 分鐘（每次振動(dòng) 8分鐘 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 10 次 =合計(jì) 80 分鐘） 耐沖擊 147m/s2,在 X,Y,Z 方向各 3 次 環(huán)境溫度 使用： 0℃ ~55℃ 保存： 20℃ ~75℃ 環(huán)境濕度 10%~90%（不結(jié)露） 氣體環(huán)境 無(wú)腐蝕性氣體 端子螺絲尺寸 M3 電源保持 交流電源： 最小 10ma直流電源： 最小 2ms CPU 單元重量 交流形式 800g以下 直流形式 700g以下 擴(kuò)展 I/O 單元重量 20 點(diǎn)單元： 300g以下 8 點(diǎn)輸入單元： 250g以下 8 點(diǎn)輸出 單元： 200g以下 模擬量 I/O 單元： 200g以下 四臺(tái)水泵自動(dòng)控制系統(tǒng) 供水泵的自動(dòng)控制采用的是日本歐姆龍公司的 PLC,機(jī)器型號(hào)為 CPM2A30CDRA和模擬量控制模塊 CPM1AMAD02CH。主要完成供水泵的工頻、變頻自動(dòng)運(yùn)行。其控制包括 1—4號(hào)泵的工頻、變頻接觸器、報(bào)警燈、報(bào)警器、變頻器啟?？刂? 圖 33 PLC 的自動(dòng)控制電路 在模擬量控制中 ,模擬量模塊是由四路輸入和一路輸出組成 ,四路輸入分別連接為 P1 小區(qū)供水管網(wǎng)壓力（ 002CH 中的低八位）、 P2 市供水管網(wǎng)壓力（ 002CH 中的高八位）、 F變頻器的當(dāng)前頻率（ 003CH 中的低八位） ,一路輸出為 P11（ 12CH 中的低八位 ,P11=P1）。 I/O 地址分配表如下 表 33 I/O 地址分配表如下 輸入點(diǎn)： 序號(hào) PLC 地址 電氣符號(hào) 狀態(tài) 原理說(shuō)明 1 0 KA1 NO 1 號(hào)水泵手 /自轉(zhuǎn)換 2 1 KA2 NO 2 號(hào)水泵手 /自轉(zhuǎn)換 3 2 KA3 NO 3 號(hào)水泵手 /自轉(zhuǎn)換 4 3 KA4 NO 4 號(hào)水泵手 /自轉(zhuǎn)換 5 4 R02RF1 NO 1 號(hào)水泵過(guò)載 6 5 R02RF2 NO 2 號(hào)水泵過(guò)載 7 6 R02RF3 NO 3 號(hào)水泵過(guò)載 8 7 R02RF4 NO 4 號(hào)水泵過(guò)載 9 8 KM2 NO 1 號(hào)水泵工頻運(yùn)行 10 9 KM6 NO 2 號(hào)水泵工頻運(yùn)行 11 10 BJX NO 報(bào)警消除 12 11 KAP NO 低水壓報(bào)警 13 100 KM4 NO 1 號(hào)水泵變頻運(yùn)行 14 101 KM8 NO 2 號(hào)水泵變頻運(yùn)行