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課程設(shè)計(jì)-變頻器恒壓供水系統(tǒng)(多泵)-在線瀏覽

2024-07-31 16:47本頁面
  

【正文】 ........................ 21 5 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 22 組態(tài)軟件簡介 ............................................................................................................ 22 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 22 組態(tài)王的通信參數(shù)設(shè)置 .................................................................................. 22 新建工程與組態(tài)變量 ...................................................................................... 23 組態(tài)畫面 .......................................................................................................... 24 監(jiān)控系統(tǒng)界面 .................................................................................................. 25 6 總 結(jié) ..................................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 27 課程設(shè)計(jì)論文 1 1 變頻器恒壓供水系統(tǒng)簡介 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不 變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系曲線 f(Q),如圖 11 所示。 管 阻 特 性AQHH AQ A揚(yáng) 程 特 性HH 2H 1H 00 Q 2Q 1 Qn 1n 2EFDb 1b 2b 3 圖 11 供水系統(tǒng)的基本特征 圖 12 管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特性曲線 由圖可以看出,流量 Q 越大,揚(yáng)程 H 越小。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?,表明閥門在某一開度下,揚(yáng)程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系 H J (Qu )。由圖可知,在同一閥門開度下,揚(yáng)程 H 越大,流量 Q 也越大。因此,管阻特性所反映的是揚(yáng)程與供水流量 Qc 之間的關(guān)系 H f (Qc )。在這一點(diǎn),用戶的用水 流量 Qu 和供水系統(tǒng)的供水流量 Qc 處于平衡狀態(tài),供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性,也符合了管阻特性,系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。因此,供水 系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。 在供水系統(tǒng)中,通常以流量為控制目的,常用的控制 方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。其實(shí)質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量,因此,管阻將隨閥門開度的改變而改變,但揚(yáng)程特性不變。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量,而閥門開度保持不變,是通過改變水的動(dòng)能改變流量。變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。 由流體力學(xué)可知,水泵給管網(wǎng)供水時(shí),水泵的輸出功率 P 與管網(wǎng)的水壓 H 及出水流量 Q 的乘積成正比;水泵的轉(zhuǎn)速 n 與出水流量 Q 成正比;管網(wǎng)的水壓 H 與出水流量 Q的平方成正比。 當(dāng)用閥門控制時(shí),若供水量高峰水泵工作在 E 點(diǎn),流量為 Q1,揚(yáng)程為 H0,當(dāng)供水量從 Q1減 小到 Q2時(shí),必須關(guān)小閥門,這時(shí)閥門的摩擦阻力變大,阻力曲線從 b3移到b1,揚(yáng)程特性曲線不變。當(dāng)用調(diào)速控制時(shí),若采用恒壓 (H0),變速泵 (n2)供水,管阻特性曲線為 b2,揚(yáng)程特性變?yōu)榍€ n2,工作點(diǎn)從 E 點(diǎn)移到 D 點(diǎn)。所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多,節(jié)能效果顯著。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù),也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù),在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。該頻率使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大,從而使實(shí)際供水壓力提高,在運(yùn)行過程中該過程將被重復(fù),直到實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。同樣,最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水,并且把電機(jī)和水泵連成一體,通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速課程設(shè)計(jì)論文 4 而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。由于變頻器內(nèi)部自帶的 PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法,所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑,穩(wěn)定。 圖 14 供水系統(tǒng)方案圖 西門子系列 PLC編程采用 STEP7軟件,它是西門子 PLC的視窗軟件支持工具,提供完整的編程環(huán)境,可進(jìn)行離 線編程和在線連接和調(diào)試,并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。起動(dòng)子程序?qū)嶋H上是清零子程序。 變頻器恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義 泵站擔(dān)負(fù)著工農(nóng)業(yè)和生活用水的重要任務(wù),運(yùn)行中需要大量消耗能量,提高泵站效率;降低能耗,對(duì)國民經(jīng)濟(jì)有重大意義。目前,大量的動(dòng)能消耗在水泵、風(fēng)機(jī)負(fù)載上,城鄉(xiāng)居民用水設(shè)備所消耗的電量在這類負(fù)載中占了相當(dāng)大的比例。 以變頻器為核心結(jié)合 PLC 組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn),變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù) 與一體。 課程設(shè)計(jì)論文 6 2 變頻 恒壓供水系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 本系統(tǒng)是以一個(gè)供水系統(tǒng)作為被控對(duì)象, PLC 與變頻器協(xié)調(diào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與啟動(dòng)和停止。 母管壓力 H≤,一臺(tái)定速或變速,二臺(tái)備用。 (2) 電動(dòng)機(jī)參數(shù):型號(hào): JDL394 功率: 75KW 額定頻率: 50Hz 額定電壓: 380VAC; 額定轉(zhuǎn)速: 1470 r/min 額定電流: A (3) 水泵電機(jī)的起動(dòng) /停止、正轉(zhuǎn)、調(diào)速控制。 (5) 通過母管壓力變送器測得實(shí)際壓力大 小,同時(shí)和壓力給定組成閉環(huán)控制。 (7) 變頻器的報(bào)警處理。變頻器可以對(duì)任何一臺(tái)水泵啟動(dòng)和恒壓供水控制。 系統(tǒng)工作過程 減泵過程 當(dāng)用水量減少、水壓上升、變頻器輸出頻率低于下限值時(shí),但管網(wǎng)壓力仍偏高時(shí),則各泵將依次退出運(yùn)行,依次退出運(yùn)行的方式有兩種。 PLC 接收到下限頻率到達(dá)信號(hào),延時(shí)一定時(shí)間后,接觸器 1KM2 失電復(fù)位,水泵 M1 脫離工頻電源停止運(yùn)行。這種方式稱為循環(huán)方式,通常用于 各臺(tái)水泵的容量都相等的供水系統(tǒng)中。 (2)先開后停方式。 加泵過程 首先由 M1 在變頻控制的情況下工作。當(dāng) M2 也達(dá)到額定頻率而水壓仍不足時(shí),重復(fù)開始運(yùn)行時(shí)的過程,水泵M2 脫離變頻器驅(qū)動(dòng),由工頻供電全速運(yùn)行,變頻器驅(qū)動(dòng)水泵 M3 變頻運(yùn)行,使水壓恒定在設(shè)定值上。變頻器包括控制電路、整流 電路、中間直流電路及逆變電路組成。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說,有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的 CPU 以及一些相應(yīng)的電路。 變頻器的控制方式 在交流變頻器中使用的非智能控制方式有 V/f 協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 V/f 控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單,但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式,不能達(dá)到較高的 控制性能,而且,在低頻時(shí),必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。這種控制方式,在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器,有時(shí)還加有電流反饋,對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制,因此,這是一種閉環(huán)控制方式,可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性,并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間,又可以形成各種PWM 波,達(dá)到各種不同的控制目的。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。即使在開環(huán)的狀態(tài)下,也能輸出 100%的額定轉(zhuǎn)矩,對(duì)于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中,就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略,以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。目前市場上低壓通用變頻器品牌很多,包括歐、美、日及國產(chǎn)的共約 5O 多種。下表中參數(shù)供選用時(shí)參考。( ~) 177。 177。 177。變頻器的容量選擇在實(shí)際操作中存在很多誤區(qū),這里給出了三種基本的容量選擇方法,它們之間互為補(bǔ)充。其中后兩項(xiàng),變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出,或隨變頻器輸出電壓而降低,都很難確切表達(dá)變頻器的能力。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。應(yīng)保證在無故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。從效率角度出發(fā),在選用變頻器功率時(shí),要注意以下幾點(diǎn): ( 1)變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適,以利變頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。 ( 3)當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí),可選取大一級(jí)的變頻器,以利用變頻器長期、安全地運(yùn)行。 ( 5)當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí),則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置,以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。 將本系統(tǒng)參數(shù)帶入求得所取變頻器容量最低為 88KW 故取 100KW,額定電流 ,故取 150A。 變頻器 主電路外圍設(shè)備選擇 斷路器 當(dāng)變頻器需要檢修時(shí),或者因某種原因而長時(shí)間不用時(shí), 將 QF 切斷,使變頻器與電源課程設(shè)計(jì)論文 13 隔離。 選擇原則 : (1)變頻器在剛接電源的瞬間,對(duì)電容器的充電電流可達(dá)額定電流的( 23)倍; (2)變頻器的進(jìn)線電流是脈沖電流,其峰值常可能超過額定電流; (3)變頻器允許的過載能力為 150%, 1min。 故選擇 斷路器額定電流選擇 210A 根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以選擇斷路器 DW15—400 斷路器額定電壓為 380V,額定電流為300 滿足要求可以選擇。 (2)選擇原則 : 由于接觸器自身并無保護(hù)功能,不存在誤動(dòng)作的問題,故選擇原則是主觸點(diǎn)的額定電流 NKN II ? ,應(yīng)該大于 ,可以選擇主觸點(diǎn)額定 電流為 130A 的接觸器??紤]到其輸入側(cè)的功率因數(shù)往往較低,應(yīng)本著宜大不宜小的原則來決定線徑。這有可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載并發(fā)熱。一般要求: NUU )%3~2(?? () U? 的計(jì)算公式是: )(10003 0 VlRIU MN?? () 課程設(shè)計(jì)論文 14 式中: NU ——額定相電壓, V ; MNI ——電動(dòng)機(jī) 額定電流, A ; 0R ——單位長度(每米)導(dǎo)線的電阻, mΩ/m ; l ——導(dǎo)線的長度, m 。 根據(jù) Ro 值確定導(dǎo)線面積。 表 常用電動(dòng)機(jī)引出線的單位長度電阻值。許多變頻器的使用說明書上給了一些計(jì)算方法, 也有的直接提供了供用戶選用的制動(dòng)電阻的規(guī)格。選用時(shí),應(yīng)注意根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體情況進(jìn)行調(diào)整。為了減小能量的消耗,應(yīng)根據(jù)制動(dòng)過程的緩急程度以及飛輪力矩的大小,考慮能否選擇阻值較大的制動(dòng)電阻。在一些飛輪力矩較大,又要求快速制動(dòng)的場合,或者如起重機(jī)械那樣,需要釋放位能的場合,上述制動(dòng)電阻有可能滿足不了要求,靠考慮選擇阻值較小的一擋制動(dòng)電阻。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令,并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能,用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。 (2)各輸入端均采用 RC 濾波器,其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms. (3)各模塊均采用屏蔽措施,以防止輻射干擾。 (5)對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 (7)大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備,如: 按鈕 行程開關(guān) 接近開關(guān) 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥直接連接。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò),它還有多種通訊
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