【正文】 Y14 變頻器頻率復(fù)位控制 KA Y15 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 13 控制變頻器頻率用電壓信號 Vf 模擬量輸入模塊電壓通道 從表 可知系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點 6 個、開關(guān)量輸出點 12個；模擬量輸入點 1個、模擬量輸出點 1 個。 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 12 PLC 的選型 該系統(tǒng)有 7個輸入信號和 13 個輸出信號，表 是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號。 InmI )~(np ? （ ） 式中： Inp 為熔斷器額定電流； Inm為電動機額定電流。要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配 [10]。所以，在實際應(yīng)用中，相應(yīng)的判別條件是通過對上面兩個判別條件的修改得到的，其實質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時成立。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運行壽命。在極端的情況下，運行機組增加后，實際供水壓力超過設(shè)定供水壓力，而新增加的機組在變頻器的下限頻率運行，此時又滿足了機組切換的停機條件，需要將一個在工頻狀態(tài)下運行的機組停掉 [9]。 當(dāng)輸出頻率達到上限頻率時，實際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動。這個頻率遠大于 0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān)，一般在 20HZ 左右。因為當(dāng)水泵機組運行，電機帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上 阻止源水池中的水進入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機運行頻率下 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 10 降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是 0HZ。 水泵切換條件分析 在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當(dāng)變頻泵己運行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍低于設(shè)定壓力，此 時需要增加水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的；當(dāng)變頻泵和工頻泵都在運行且變頻泵己運行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少工頻泵來減少供水流量，達到恒壓的目的 [8]。 (4)當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將工頻泵 M2 關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設(shè)定值。 (3)當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將在 PLC 的控制下自動投入水泵 M2(變速運行 )，同時變頻泵 M1 做工頻運行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設(shè)定值為止。 (2)當(dāng)用水量增加水壓減小時，壓力變送器反饋的水壓信號減小，偏差變大， PLC的輸出信號變大，變頻器的輸出頻率變大，所 以水泵的轉(zhuǎn)速增大，供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速達到另一個新的穩(wěn)定值。由于電信號為模擬量，故必須通過 PLC 的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進行比較，將比較后的偏差值進行 PID 運算，再將運算后的數(shù)字信號通過 D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，進而控制水泵的供水流量，最終 使用戶供水管道上的壓力恒定，實現(xiàn) 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 9 變頻恒壓供水。所以，在某個特定時段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設(shè)定的供水 壓力上。 變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。 作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 8 接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu) (即水泵機組 )進行控制；變頻器是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。 (3)控制機構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包 括供水控制器 (PLC 系統(tǒng) )、變頻器和電控設(shè)備三個部分。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。此信號是模擬信號，讀入 PLC 時，需進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 (2)信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網(wǎng)水壓信號、水池水位信號和報警信號。為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個調(diào)節(jié)規(guī)律問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例 積分 微分調(diào)節(jié)，俗稱 PID調(diào)節(jié)器。如給定值 大于 實際 值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機的轉(zhuǎn)速．如水壓高于理想水壓，要降低水泵電機的轉(zhuǎn)速。 (3)根據(jù) 給 定值與實測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。 (2)接收傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。另外有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消防用水共用一個泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個，一般消防用水的水壓要高一些。供水距離越遠，用P L C 送水 消防 生活 變頻器 工頻 /變頻切換電路 1 號泵 2 號泵 3 號泵 壓力罐 壓力傳感器 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 7 水地點越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。 圖 恒壓供水系統(tǒng)示意圖 調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，在系統(tǒng)中完成以下幾種功能： (1)設(shè)定水管壓力的給定值。 系統(tǒng)以變頻器、 PLC作為系統(tǒng)控制的核心部件，以設(shè)定壓力為控制目標(biāo)，以 PID為控制算法，和變頻器組成恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)用水量大時，水壓降低，用水量小時，水壓升高。 圖 。另一種方案是數(shù)臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機供電。電機選小了用水量大時供水會不足。 恒壓供水系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵電機，這比設(shè)單臺水泵及電機節(jié)能而可靠。 通過對以上這幾種方案的比較和分析，可以看出第三種控 制方案更適合于本系統(tǒng)。同時由于 PLC 的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，通用性強；由于 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。其輸出接口的擴 展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，有以下幾種方案可供選擇： （ 1） 有供水基板的變頻器 +水泵機組 +壓力傳感器 這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它將 PID 調(diào)節(jié)器和 PLC 可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn) PLC 和 PID 等電控系統(tǒng)的功能。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 恒壓變頻供水系統(tǒng)主要有壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機運行性能惡化。 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 5 根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速 n基本上與電源頻率 f成正比。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，且成本高而影響它的推廣價值。 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 水泵電機多采用三相異步電動機，而其轉(zhuǎn)速公式為： ? ?spf ?? 1n 60 () 式中： f 表示電源頻率， p 表示電動機極對數(shù)， s 表示轉(zhuǎn)差率。 根據(jù)以上控制要求，進行系統(tǒng)的總控制方案設(shè)計。 PLC 控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器、和水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計中有 3 臺泵，大泵電動機功率均為 220KW,小泵功率均為160KW。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強、應(yīng)用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標(biāo)實現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用 [2]。 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 3 目前， PLC 在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質(zhì)的飛躍。 PLC 概述 可編程序控制器 (program logical controller)，簡稱 PLC，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，它是以微處理機為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達國家自動控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。該變頻器 將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。但是也有其缺點，就是輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，并且限制了帶負載的容量，因此適用范圍受到限制 [1]。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的，在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、 升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。以變頻器為核心結(jié)合 PLC 組成的控制系統(tǒng)具有可靠性高，抗干擾能力強，組合靈活，變成簡單，維修方便和低成本低能耗等 諸多特點。變頻調(diào)速是現(xiàn)在優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式（如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速等）的技術(shù)，是當(dāng)今國際上一項效益最高、性能最佳、應(yīng)用廣泛、最有發(fā)展前途的電機調(diào)速技術(shù)。 本文介紹的是關(guān)于變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計，因為變頻恒壓供水系統(tǒng)有高效節(jié)能，恒壓供水，安全衛(wèi)生，自動運行，管理簡便等優(yōu)點，非常適合現(xiàn)在的國民需求。由于居民日常用水和工業(yè)用水會隨季節(jié)、晝夜等變化而隨之發(fā)生變化，如采取傳統(tǒng)的供水方式不僅影響生活也不利于資源的優(yōu)化配置。 關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速， PLC，恒壓供水，節(jié)能 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 II ABSTRACT According to the requirement of residents living water and Fire water, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data system is made up of PLC, transducer,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on. This system is formed by three pump generators. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control,operation switch adopts the principle of”start first stop first”. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via PLC with set value by carry out PID parison operation,so,control frequency and the export voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator e to change water supply quantity,eventually,it i