【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器3%阻抗電感量的2~3倍，6) 輸出側(cè)交流電抗器(2ACL)變頻器的輸出是經(jīng)PWM調(diào)制的電壓波，由于電動(dòng)機(jī)繞組的電感性質(zhì)能使電流連續(xù)，因此電流基本上是正弦形的，脈沖寬度調(diào)制(PWM)有著陡峭的電壓上升和下降的前后沿，即dv/dt很大，使得輸出引線向外界發(fā)射含量極大的電磁干擾，并且在引出線對(duì)地、電機(jī)繞組匝間、繞組對(duì)地間都產(chǎn)生很大的脈沖電流，為了減輕變頻器輸出dv/dt對(duì)外界的干擾，降低輸出波形畸變，達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，減少對(duì)電機(jī)繞組的電壓沖擊造成絕緣損壞，降低電機(jī)的溫升和噪音，避免在變頻器輸出功率管上因dv/dt和流過(guò)過(guò)大的脈沖沖擊電流使功率管損壞，以及降低負(fù)載短路造成對(duì)變頻器的損傷，有必要在變頻器輸端增設(shè)交流電抗器。 7) 制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻(BD和DBR) 小功率制動(dòng)單元一般在變頻器內(nèi)部，外部只接制動(dòng)電阻。大功率的制動(dòng)單元由外接的制動(dòng)單元接到變頻器母線上，當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)，電機(jī)的電能反饋回母線，使母線電壓升高，升高到一定值時(shí)，開(kāi)通制動(dòng)單元的開(kāi)關(guān)管，用制動(dòng)電阻消耗母線上一部分電能，維持母線電壓不繼續(xù)往上升高，使電機(jī)能量消耗在制動(dòng)電阻上，從而獲得制動(dòng)力矩。制動(dòng)單元的導(dǎo)線長(zhǎng)度一般不大于5m，接到變頻器的直流母線(P+、N端)要使用雙絞線或密著平行線，其目的是減少電感，導(dǎo)線的截面應(yīng)不小于電機(jī)輸電線的1/2～1/4。 制動(dòng)電阻的阻值不是隨便選用的，它有一定范圍。太大了，制動(dòng)不迅速，太小了制動(dòng)用開(kāi)關(guān)元件很容易燒毀。8) 熱過(guò)載繼電器(R)熱過(guò)載繼電器用來(lái)防止電機(jī)過(guò)熱，但這種保護(hù)并不可靠。對(duì)重要場(chǎng)合應(yīng)實(shí)際檢測(cè)電機(jī)溫度，埋設(shè)溫度檢測(cè)元件到電機(jī)槽內(nèi)或繞組附近。當(dāng)變頻器使用普通電機(jī)時(shí)，因PWM波導(dǎo)致電機(jī)鐵耗、銅耗和絕緣介質(zhì)損耗的增加，溫升會(huì)比通常應(yīng)用時(shí)加大，因此熱過(guò)載繼電器的溫度整定值應(yīng)按電機(jī)絕緣等級(jí)選擇。5 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概述采用西門(mén)子PLC及變頻器為主控單元，配合接觸器、繼電器實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水系統(tǒng)的智能控制。本設(shè)計(jì)在供水系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用，不僅供水壓力穩(wěn)定，滿(mǎn)足用水需要，而且具有很好的節(jié)能節(jié)水效果，極具推廣價(jià)值。提出了供水系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并論述了硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的實(shí)現(xiàn)方法， 通過(guò)運(yùn)行實(shí)測(cè)，分析了節(jié)能節(jié)水的效果。 供水系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)為了保證穩(wěn)定供水，建一貯水池，采用4臺(tái)45kW水泵和變頻調(diào)速裝置構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制恒壓供水系統(tǒng)，如圖2所示。系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)供水量，保證管網(wǎng)壓力恒定（誤差177。 MPa），實(shí)現(xiàn)恒壓變量控制供水方式，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)水的目的，滿(mǎn)足用水需要 圖2 恒壓變頻供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 供水系統(tǒng)的工藝要求1）供水壓力要求恒定，波動(dòng)一定要小。尤其是在換泵時(shí)2）4臺(tái)水泵自動(dòng)變頻軟起動(dòng)，并根據(jù)用水量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)泵臺(tái)數(shù)。根據(jù)壓力設(shè)定采用“先啟先?！钡脑瓌t。3）電控自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，4臺(tái)水泵自動(dòng)輪換變頻運(yùn)行，工作泵故障時(shí)備用泵自動(dòng)投人，可轉(zhuǎn)換自動(dòng)或人工手動(dòng)開(kāi)、停機(jī)。4）設(shè)備具有缺相、欠壓、過(guò)壓、短路、過(guò)載等多種電氣保護(hù)功能，具有相序保護(hù)防止水泵反轉(zhuǎn)抽空，并具有缺水保護(hù)及水位恢復(fù)開(kāi)機(jī)功能。5）有設(shè)備工作、停機(jī)、報(bào)警指示。 總體設(shè)計(jì)方法考慮恒壓系統(tǒng)主要在高峰期投入使用，宜采用一臺(tái)變頻器控制4臺(tái)水泵的“一控四”切換方案。以西門(mén)子S7200（CPU224）的PLC和森蘭BT12S變頻器為控制核心，采用變頻率控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)用戶(hù)管網(wǎng)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并與設(shè)定壓力值比較，根據(jù)壓力偏差來(lái)控制變頻泵的速度變頻器頻率由PLC通過(guò)模擬量輸出端輸出05 (10) V信號(hào)控制及定量PLC通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出控制泵的起、停，實(shí)現(xiàn)恒壓變量的供水方式，從而更好地達(dá)到節(jié)能、節(jié)水的效果。當(dāng)用戶(hù)管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，控制器通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)，輸出控制信號(hào)起動(dòng)其中一臺(tái)水泵作變頻運(yùn)行，通過(guò)控制變頻泵使用戶(hù)管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力值相等。如用戶(hù)用水量較大，變頻器輸出頻率為50 Hz，變頻泵轉(zhuǎn)速達(dá)到最高，用戶(hù)管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力，控制器將變頻泵切換成工頻運(yùn)行，待變頻器輸出頻率下降至最低值時(shí)再接通另一臺(tái)水泵，由一臺(tái)工頻泵和一臺(tái)變頻泵同時(shí)供水。經(jīng)過(guò)變頻泵的調(diào)節(jié)，如管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定值，控制器以同樣的方式將運(yùn)行頻率為50 Hz的變頻泵切換成工頻運(yùn)行，而后繼續(xù)起動(dòng)另外一臺(tái)水泵作變頻運(yùn)行，直至滿(mǎn)足用戶(hù)用水要求。 當(dāng)用戶(hù)用水量較少，變頻泵轉(zhuǎn)速降到一定程度時(shí)，控制器自動(dòng)停止最先運(yùn)行的定量泵，并根據(jù)管網(wǎng)壓力調(diào)整變頻泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定。這樣每臺(tái)水泵的起動(dòng)均經(jīng)變頻器控制，全部機(jī)組實(shí)現(xiàn)循環(huán)軟起動(dòng)，即每臺(tái)泵的起動(dòng)頻率都從設(shè)定的最低頻率開(kāi)始逐漸上升，并遵循“先開(kāi)的泵先停，先停的泵先開(kāi)”的原則。當(dāng)外來(lái)管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，則控制器完全停止各泵工作，由外界管網(wǎng)直接向用戶(hù)供水。 硬件電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件電路如圖3所示，它由4臺(tái)45kW離心水泵，一臺(tái)智能型電控柜（包括森蘭變頻器、西門(mén)子PLC、交流接觸器、繼電器等），一套壓力傳感器、缺水保護(hù)器、斷相相序保護(hù)裝置以及供電主回路等構(gòu)成。該系統(tǒng)的核心是S7200（CPU224）和BT12S。BT12S是水泵專(zhuān)用變頻器，擴(kuò)展功能強(qiáng)．CPU224集成了14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出，共有24點(diǎn)數(shù)字量I/0，其模擬量擴(kuò)展模塊具有較大的適應(yīng)性和靈活性，且安裝方便，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。圖3 供水系統(tǒng)硬件電路 供水系統(tǒng)主電路如圖4所示，該系統(tǒng)有4臺(tái)巧45kW電動(dòng)機(jī)，分別拖動(dòng)4臺(tái)水泵。合上空氣開(kāi)關(guān)后，當(dāng)交流接觸器KMKMKMKM7主觸點(diǎn)閉合時(shí)，水泵為工頻運(yùn)行；當(dāng)KMKMKMKM8主觸點(diǎn)閉合時(shí)，水泵為變頻運(yùn)行。4個(gè)熱繼電器KR1～KR4分別對(duì)4臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免電動(dòng)機(jī)在過(guò)載時(shí)可能產(chǎn)生的過(guò)熱損壞。圖4 供水系統(tǒng)主回路 供水系統(tǒng)控制電路[2]如圖5所示，～，, , , ；、。SA為轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)控制切換。當(dāng)SAC切在手動(dòng)位時(shí)，通過(guò)SF1～SF4按鈕分別起動(dòng)4臺(tái)水泵工頻運(yùn)行．當(dāng)SA在自動(dòng)位時(shí)，由PLC控制水泵進(jìn)行變頻或工頻狀態(tài)的起動(dòng)、切換、停止運(yùn)行。KA為缺水保護(hù)電路的中間繼電器觸點(diǎn)，當(dāng)水池缺水或水位不足時(shí)，配合缺水保護(hù)裝置斷開(kāi)控制電路，切斷主電路，實(shí)現(xiàn)缺水保護(hù)作用。 圖5 供水系統(tǒng)控制電路 PLC及變頻器控制模塊電路 PLC及變頻器控制模塊是本系統(tǒng)的核心，它包括缺水保護(hù)電路、斷相相序保護(hù)電路。1）缺水保護(hù)電路[5] 當(dāng)水池缺水或水位不足時(shí)，若不及時(shí)切斷電源就會(huì)損壞水泵，甚至發(fā)生事故。本系統(tǒng)設(shè)置了缺水自動(dòng)保護(hù)電路，如圖6所示。利用液位繼電器等裝置時(shí)刻檢測(cè)水池里的水位，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換及處理后對(duì)控制回路電源進(jìn)行控制。水池水位正常時(shí)，控制回路電源接通，系統(tǒng)正常工作。水池缺水或水位不足時(shí)，液位繼電器1K釋放，系統(tǒng)報(bào)警、指示燈亮并通過(guò)KA切斷系統(tǒng)控制電路及主電路，水泵停止。待排除故障，水位正常后，液位繼電器1K吸合，重新起動(dòng)系統(tǒng)圖6 缺水保護(hù)電路2）斷相相序保護(hù)電路 水泵工作在三相交流電，電源發(fā)生缺相時(shí)，電動(dòng)機(jī)中某一相無(wú)電流，而另外兩相電流會(huì)增大，容易燒壞電動(dòng)機(jī)；另外，為了避免電源相序相反，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)水泵抽空的現(xiàn)象，設(shè)置了缺相相序保護(hù)電路，如圖7所示。采用缺相相序保護(hù)繼電器KP接在主電路電源進(jìn)線空氣開(kāi)關(guān)之后，三相正常時(shí)，KP得電吸合，控制電路中KP的12觸點(diǎn)吸合，接通PLC控制電路。反之，缺相或反相時(shí)，KP的12觸點(diǎn)斷開(kāi)，會(huì)切斷PLC控制電路，系統(tǒng)停止工作，缺相相序保護(hù)指示燈亮。圖7 缺相相序保護(hù)電路 森蘭BT12S系列變頻器 森蘭BT12S系列變頻器型號(hào)說(shuō)明圖8 型號(hào)說(shuō)明圖 森蘭BT12S系列作水泵專(zhuān)用變頻器的接法圖9 BT12S作水泵專(zhuān)用變頻器接法 BT12S系列變頻器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[1]BT12S系列變頻器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范見(jiàn)附錄 主電路端子1）、主電路端子排列見(jiàn)圖10圖10 主電路端子排2）、主電路端子說(shuō)明表3 主電路端子說(shuō)明符號(hào)端子功能說(shuō)明R、S、T主電路電源端子、連接三相電源U、V、W變頻器輸出端子、連接三相電動(dòng)機(jī)PP+連接改善功率因數(shù)的直流電抗器P+、DB連接外部制動(dòng)電阻P+、N連接外部制動(dòng)單元PE變頻器的安全接地端子 控制電路端子1）、 控制電路端子排列表4主控制板端子30PA30PB30PCVRFIRFVPFIPFY2REVFARESETLA230A30B30C+5VGNDFMA+24VY1FWDCMTHRLA1表5 擴(kuò)展控制板端子7KM26KM25KM24KM23KM22KM21KM27KM16KM15KM14KM13KM12KM11KM1C220 變頻器速度給定方法 利用變頻器本身的多段速度設(shè)定法[5][7] 許多變頻器本身就帶有自動(dòng)調(diào)速功能。現(xiàn)以三菱FRA540變頻器為例說(shuō)明。三菱FRA540變頻器本身有多段速度的設(shè)定功能，以七段速度為例，七段調(diào)速如附表所示表6操作模式：=3速度段1234567運(yùn)行頻率15HZ25HZ30HZ30HZ35HZ45HZ45HZ變頻器設(shè)定=15=20=25=30=35=40=45接點(diǎn)RHRMRL相應(yīng)PLCI/0分配Y11Y12Y13這種控制方式下，當(dāng)前水位若在下限則PLC輸出高一級(jí)的變頻信號(hào)給變頻器，當(dāng)七段速度均啟動(dòng)工作但仍未達(dá)到上限，則啟動(dòng)工頻。若已達(dá)到高水位，則PLC輸出低一級(jí)的變頻信號(hào)給變頻器。 PLC運(yùn)算給出變頻器運(yùn)行頻率設(shè)定信號(hào) 利用變頻器本身的多段速度控制僅需要水壓上限和下限兩個(gè)信號(hào)，控制方式簡(jiǎn)單，編程方便。但控制精度不高。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器(本項(xiàng)目選擇PMC系列電子陶瓷壓力傳感器)，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的DC4～20mA的模擬量信號(hào)送入PLC的擴(kuò)展A/D單元，經(jīng)過(guò)A/D變換，利用PLC采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)方法計(jì)算出此時(shí)變頻器應(yīng)運(yùn)行的頻率，將相應(yīng)的數(shù)字量信號(hào)再通過(guò)PLC擴(kuò)展D/A轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，此時(shí)變頻器工作在F001=2外部操作模式，由VRF、GND端子之間的電壓值決定其頻率輸出。硬件原理圖見(jiàn)圖11。圖11 變頻器頻率由PLC給定硬件原理圖由于涉及到PLC的A/D、D/A單元，其軟件編程需注意這兩個(gè)單元初始化的方法及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行頻率設(shè)定的方法，目前應(yīng)用較廣泛的是通過(guò)傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的DC4～20mA的模擬量信號(hào)后，將該信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器