变频恒压供水控制系统设计.pdf
课课程程设设计计课题名称课题名称变频恒压供水控制系统设计变频恒压供水控制系统设计学院学院(部）部）专专业业班班级级学生姓名学生姓名学学号号指导教师指导教师(签字）签字）一、设计概述变频器是一种新型技术，将变频调速技术用于供水控制系统中,具有高效节能、水压恒定等优点。本课程设计为实现恒压供水功能而按照设计任务书要求完成设计任务.最终实现控制系统的自动稳定运行.根据设计要求本系统采用西门子 PLC300 控制系统对变频器进行调速控制和系统输入输出信号的采集以及系统报警功能的实现。本系统内的电机调速由变频器来实现，通过PLC控制变频器和现场压力仪表检测的反馈信号来实现对电机的自动恒压控制功能。二、设计任务例如一楼宇供水系统，正常供水 20m3/小时，最大供水量35m3/小时，扬程45m。采用变频调速技术组成一闭环调节系统，控制水泵的运行，保证用户水压恒定。当用水量增大或减小时,水泵电动机速度发生变化，改变流量,以保证水压恒定。本恒压供水系统,要求以1。0Mpa的恒定压力对用户进行供水。水泵有2 台，由一台变频器驱动。PLC按照压力变送器(PIT）的信号，调节变频器的输出，使水泵的转速变化，从而保证供水压力的恒定。两台水泵互为备份,可任意选择一台水泵处于变频模式或工频模式。控制系统原理如图1 所示:图 1 恒压供水变频控制系统原理图三、系统设备选型1 主要电气元件参数指标水泵：35KW,三相异步电动机恒压设定点:1.0Mpa压力变送器：01.6Mpa，两线制，4-20mA电流输出变频器:VVVF变频器（1）水泵根据设计要求水泵正常供水 20m3/小时，最大供水量35m3/小时,扬程 45m.参考相关资料选择型号为 IS5032125(扬程 50m，流量50 m3/小时）的水泵即可满足要求。（2）远传压力表由于远传压力表具有价格低、有数据读取表盘等优点，结合具体实际设计，故在此处选择其作为反馈信号。四、系统控制要求1、设两台水泵。一台工作，一台备用.正常工作时，始终有一台水泵供水。当工作泵出现故障时，备用泵自投.2、两台泵可以互换。3、给定压力可调，压力控制点设在水泵处。4、具有自动，手动工作方式，各种保护、报警装置.5、用PLC为主要器件完成控制系统的设计。五、控制系统实现1 1、系统工作原理、系统工作原理工作方式选择：分别闭合总电源开关 QF1，控制电路电源开关QF2(此时控制电路电源指示灯 HL9 亮)，变频器电源开关 QF3，将自动档位开关 SA2 旋到自动档位，此时触点 0001 接通,进而使内部辅助触电 1001 导通，选择工作方式为自动方式。水泵控制流程图如图 2所示:图 2水泵控制流程图备用泵选择:如选择1 号泵为备用泵，则将其备用选择开关 SA1旋到1 号泵备用档位，此时触电0000被接通，内部辅助触电1002导通，选择1 号泵为备用泵。如选择 2 号泵为备用泵,则将其备用选择开关SA1旋到2号泵备用档位，此时常闭触电0000被接通,内部辅助触电1003导通，选择2 号泵为备用泵。自动状态启动：按下启动按钮 SB1，PLC内部触电002被接通，此时如果选择1号泵为备用泵则 0502触电被接通,2号泵正常工作，1 号泵为备用泵.此时如果选择2 号泵为备用泵则 0500触电被接通，1 号泵正常工作，2号泵为备用泵。自动状态停止：按下自动停止按钮 SB2则PLC内部触点0003被接通，此时可断开0502和0500输出继电器，可使整个系统停止运行。同时,手动启动1 号泵：分别闭合总电源开关 QF1，控制电路电源开关QF2（此时控制电路电源指示灯 HL9 亮），变频器电源开关 QF3,将自动档位开关SA2旋到手动档位，此时触电 0001被接通，同时常闭触电0001断开,即切除自动状态的功能。按下 SB3启动1 号泵工作，触电0004被接通，输出继电器 0501动作，启动1 号泵工频工作。手动停止 1 号泵:按下 SB4,触电 0005 闭合，切断输出继电器0501，1号泵停止工作。同时常闭触电 0501断开，2号泵无法启动。手动启动2 号泵：按下SB5启动2 号泵工作,触电0006被接通,输出继电器0503动作，启动1 号泵工频工作。手动停止2 号泵:按下 SB6，触电 0007 闭合，切断输出继电器0503，2号泵停止工作.同时常闭触电0503断开，1 号泵无法启动。故障排除:1 号泵热继电器出现故障时 ,输入端子FR1 动作，接通触点0009，使输出继电器 0506接通，点亮HL8.2号泵热继电器出现故障时，输入端子FR2动作，接通触点0010，使输出继电器0505接通，点亮HL7。当变频器出现故障时，输入端子 BP 动作，接通触点0008,使输出继电器0507接通，点亮HL6.2 2、信号检测、信号检测在系统控制过程中,需要检测的信号包括水压信号、报警信号：（1)水压信号：它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号.此信号是模拟信号,读入变频器时，需进行转换.（2）报警信号：它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常，该信号为开关量信号。3 3、PIDPID 自动调节原理框图如图自动调节原理框图如图 3 3 所示所示图3 PID自动调节原理框图为了使输出压力恒定，过压力检测仪表做为检测元件实现压力检测，根据检测仪表的反馈信号由 PLC处理并调节变频器输出从而控制电机，使输出压力恒定在 1。0Mpa的恒定值下。4 4、PIDPID 控制器参数选择控制器参数选择根据设计要求结合 PID的经验数据，可得其数据:采样周期T=3秒，比例系数KP=140，积分时间Ti=24秒。因为供水系统没有较大的惯性环节所以不需要设置微分参数。5 5、变频器参数设定、变频器参数设定代码频率设定命令 00操作方法 01最高频率 02基本频率 03电子过热或继电器 08上限 11频率限制下限 126 6、部分器件选择、部分器件选择7 7、PLCPLC 外部接线图的设计外部接线图的设计PLC 根据表 1 的 I/O 分配关系和 C20P 的端子排列位置进行相应的接设定值1150HZ50HZ150HZ28HZ线，PLC 系统外部接线图在中，图中各接触器采用 220V 电源，信号指示及报警指示灯与接触器共用 220V 电源。(PLC 外部接线图的设计如附图 1 所示)I/O 分配表表 1输入1、2 号泵备用旋钮 SA100001号水泵变频运行指示灯HL11 号泵工频启动接触器 KM2手动或自动旋钮 SA200011号水泵工频运行指示灯HL22 号泵变频启动接触器 KM3启动 SB1自动2 号泵工频启动接触器 KM4停车 SB200032号水泵工频运行指示灯HL4变频器启停继电器 KA1 号泵启动 SB30004变频器正常运行指示灯 HL5手动1 号泵停车 SB40005变频器报警指示灯 HL62 号泵启动 SB500062 号泵故障报警指示灯 HL72 号泵停车 SB600071 号泵故障报警指示灯 HL8变频器报警 30A1 号泵热保护触电 FR12 号泵热保护触电 FR20008控制电路通电指示灯 HL9000900100507050505060504050300022号水泵变频运行指示灯HL305020501输出1 号泵变频启动接触器 KM105008 8、梯形图指令、梯形图指令指令数据指令数据指令数据LD0000KEEPLDANDANDORLDANDORORKEEPLDOUTAND0502TR0100110030505TR005060003050605001000TR10004LDANDTR10006AND NOT1000OUTLD NOT10020000AND NOT0501LDANDORKEEPLDOUTLDOUTLDOUTLDORLDORORKEEPTR1050600070503000805070009050500100506050005020505050605070504AND NOT1000OUTLDOUTLD NOTOUTLDOUTANDANDORLDANDOROR100300011000000110010002TR0100110020506TR0050700030505AND NOT0503LDANDORKEEPTR10505000505019 9、PLCPLC 编程梯形图编程梯形图 1010、主电路的设计、主电路的设计主电路线路如附 1 所示,图中的 M1、M2、为带动水泵的电动机,由于电动机的功率较小，所以三台电动机都采用直接启动方式，各台电动机分别使用两个接触器控制，KM1 和 KM3 分别控制电动机 M1和 M2 的变频运行。KM2 和 KM4 分别控制点动机的工频运行。各电动机分别由 FR1、FR2、提供过载保护。（主电路的设计如附图 1 所示）六、操作使用说明书自动启动:分别闭合总电源开关 QF1，控制电路电源开关 QF2（此时控制电路电源指示灯 HL9 亮），变频器电源开关 QF3，将自动档位开关 SA2 旋到自动档位，如选择 1 号泵为备用泵，则将其备用选择开关 SA1 旋到 1 号泵备用档位。如选择 2 号泵为备用泵,则将其备用选择开关 SA1 旋到 2 号泵备用档位.自动启动：按下启动按钮 SB1，则系统可自动工作。自动停止:按下自动停止按钮 SB2 则可使整个系统停止运行，变频器自动关闭。如长时间不用最好切断电源QF1、QF2、QF3。手动启动 1 号泵:分别闭合总电源开关QF1，1 号泵电源开关 QF4，控制电路电源开关 QF2（此时控制电路电源指示灯 HL9 亮），将自动档位开关 SA2 旋到手动档位。按下 SB3 启动 1 号泵工作，按下 SB5启动 2 号泵工作.手动停车:按下 SB4 停止 1 号泵工作，断开电源开关 QF4。按下SB6 停止 2 号泵工作，断开电源开关 QF5。故障排除:根据指示灯可判断其故障具体位置.当HL8点亮时,说明一号泵热继电器出现故障。当 HL7 点亮时，说明二号泵热继电器出现故障.当 HL6 点亮时，说明变频器出现故障。七、设计体会交流电机变频调速及其应用我们电气工程及其自动化专业学生必修的一门课程，也是比较重要的专业基础课之一，更是我们将来工作的基础，因此我们没有理由不把它学好.平时在课堂上不乏有些厌倦老师一个人在那里讲个不停,直到这次课程的设计才感觉到交流电机变频调速及其应用这门课程的趣味性。然而更让我受益匪浅的是通过对各部分电路的设计,不仅让我复习了以前学过的旧的知识，更让我对某部分电路有了更深一步的理解，因为没有透彻的理解是设计不出来的。对于总的电路图的拼接也是对我平时学习的分散的知识和章节的一个综合考验，对知识的统一性和连贯性的一个升华.现在我只是简单的设计出了自己的电路,至于设计的怎么样，我想只能是将就,因为还没有投入使用，还没有调试，更没有运行。所以我想其中应该是问题百出,有些可能是自己的粗心大意，有些则可能是自己对电力的常规性设计还缺乏种种经验,总之，还请老师能够进一步细心的教导并支出不足之处,学生非常愿意聆听。并愿老师能在今后的学习中及时纠正学生的错误之处，学生毕竟还是喜欢这门课程的。八、主要参考资料1、交流调速系统周绍英储方杰机工2、建筑电气控制技术王剑建工3、过程控制金以慧清华4、富士变频器使用手册5、电气图用图形符号（国际）6、给水排水工程仪表与控制崔福义建工7、水暖空调电气控制技术孙光伟建工8、有关杂志、报纸、资料
