目錄1 變頻器恆壓供水系統簡介 1
1.1變頻恆壓供水系統理論分析 1
1.1.1變頻恆壓供水系統節能原理 1
1.1.2 變頻恆壓控制理論模型 2
1.2恆壓供水控制系統構成 3
1.3 變頻器恆壓供水產生的背景和意義 4
2 變頻恆壓供水系統設計 5
2.1 設計任務及要求 5
2.2 系統主電路設計 5
2.3 系統工作過程 6
3 器件的選型及介紹 8
3.1 變頻器簡介 8
3.1.1 變頻器的基本結構與分類 8
3.1.2 變頻器的控制方式 8
3.2 變頻器選型 10
3.2.1 變頻器的控制方式 10
3.2.2 變頻器容量的選擇 10
3.2.3 變頻器主電路外圍裝置選擇 11
3.3 可程式設計控制器(plc) 13
3.3.2 plc的工作原理 14
3.3.3 plc及壓力感測器的選擇 15
4 plc程式設計及變頻器引數設定 16
4.1 plc的i/o接線圖 16
4.2 plc程式 16
4.3 變頻器引數的設定 20
4.3.1 引數復位 20
4.3.2 電機引數設定 20
總結 21
參考文獻 22
供水系統的基本特性和工作點揚程特性是以供水系統管路中的閥門開度不
變為前提，表明水幫浦在某一轉速下揚程h與流量q之間的關係曲線f(q)，如圖1-1
所示。圖1-1供水系統的基本特徵
由圖可以看出，流量q越大，揚程h越小。由於在閥門開度和水幫浦轉速都不變的情況下，流量的大小主要取決於使用者的用水情況，因此，揚程特性所反映的是揚程h與用水流量q(u)間的關係。而管阻特性是以水幫浦的轉速不變為前提，表明閥門在某一開度下，揚程h與流量q之間的關係h j (qu )。
管阻特性反映了水幫浦的能量用來克服幫浦系統的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚程h越大，流量q也越大。由於閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，供水系統向使用者的供水能力。
因此，管阻特性所反映的是揚程與供水流量qc之間的關係h f (qc )。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統的工作點，如圖中a點。在這一點，使用者的用水流量qu和供水系統的供水流量qc處於平衡狀態，供水系統既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統穩定執行。
圖1-1供水系統的基本特徵。
變頻恆壓供水系統的供水部分主要由水幫浦、電動機、管道和閥門等構成。通
常由非同步電動機驅動水幫浦旋轉來供水，並且把電機和水幫浦做成一體，通過變頻器
調節非同步電機的轉速，從而改變水幫浦的出水流量而實現恆壓供水的。因此，供水
系統變頻的實質是非同步電動機的變頻調速。非同步電動機的變頻調速是通過改變定
子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的。
變頻恆壓控制系統以供水出口管網水壓為控制目標，在控制上實現出口總管
網的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是乙個常數，也可
以是乙個時間分段函式，在每乙個時段內是乙個常數。所以，在某個特定時段內，
恆壓控制的目標就是使出口總管網的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上
從圖1-2中可以看出，在系統執行過程中，如果實際供水壓力低於設定壓
力，控制系統將得到正的壓力差，這個差值經過計算和轉換，計算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設定壓力的差值，將這個增量
和變頻器當前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當前應該輸出的頻率。該頻率
使水幫浦機組轉速增大，從而使實際供水壓力提高，在執行過程中該過程將被重複，
直到實際供水壓力和設定壓力相等為止。如果執行過程中實際供水壓力高於設定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水幫浦的轉速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最後調節的結果是實際供水壓力和設定壓力相等。
圖1-2變頻恆壓控制原理圖
變頻恆壓供水系統的供水部分主要由水幫浦、電動機、管道和閥門等構成。通常由非同步電動機驅動水幫浦旋轉來供水，並且把電機和水幫浦連成一體，通過變頻器調節非同步電機的轉速，從而改變水幫浦的出水流量而實現恆壓供水的。因此，供水系統變頻的實質是非同步電動機的變頻調速。
非同步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的。
圖1-3恆壓供水系統方框圖
水壓由壓力感測器的訊號4-20ma送入變頻器內部的pid模組，與使用者設定的壓力值進行比較，並通過變頻器內建pid運算將結果轉換為頻率調節訊號，以調整水幫浦電機的電源頻率，從而實現控制水幫浦轉速。由於變頻器內部自帶的pid調節器採用了優化演算法，所以使水壓的調節十分平滑，穩定。同時，為了保證水壓反饋訊號值的準確、不失值，可對該訊號設定濾波時間常數，同時還可對反饋訊號進行換算，使系統的除錯更為簡單、方便。
西門子系列plc程式設計採用step7軟體，它是西門子plc的視窗軟體支援工具，提供完整的程式設計環境，可進行離線程式設計和**連線和除錯，並能實現梯形圖與語句表的相互轉換。系統程式包括主程式和起動子程式，主程式包括參與調節程式和電機切換程式；電機切換程式又包括加電機程式和減電機程式。起動子程式實際上是清零子程式。
在主程式中，設定兩個變頻器頻率上下限到達濾波時間繼電器，用於穩定系統。
幫浦站擔負著工農業和生活用水的重要任務，執行中需要大量消耗能量，提高幫浦站效率；降低能耗，對國民經濟有重大意義。我過幫浦站的特點是數量大、範圍廣、型別多、發展速度快，在工程規模上也有一定水平，但由於設計中忽視動能經濟觀點以及機電產品型別和質量上存在的一些問題等原因，至使在技術水平、工程標準以及經濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。目前，大量的動能消耗在水幫浦、風機負載上，城鄉居民用水裝置所消耗的電量在這類負載中佔了相當大的比例。
因此，研究提水系統的能量模型，找出能夠節能的控制策略方法是目前較為重要的一件事。
以變頻器為核心結合plc組成的控制系統具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、程式設計簡單、維修方便和低成本等諸多特點，變頻恆壓供水系統集變頻技術、電氣技術、防雷避雷技術、現代控制、遠端監控技術與一體。採用該系統進行供水可以提高供水系統的穩定性和可靠性，方便的實現供水系統的集中管理與監控；同時系統具有良好節能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統，對於提高企業效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現實意義。
本系統是以乙個供水系統作為被控物件，plc與變頻器協調控制電機的轉速與啟動和停止。
系統控制要求:
(1) 工藝引數: 供水系統由3臺水幫浦組成：
母管壓力h≥0.8時，一台定速，一台變速，一台備用。
母管壓力h≤0.64時，一台定速或變速，二台備用。
母管壓力h≤0.52時，一台變速，二台備用。
(2) 電動機引數：型號：jd-l-39-4
功率：75kw
額定頻率：50hz
額定電壓：380vac；
額定轉速：1470 r/min
額定電流：126.6 a
(3) 水幫浦電機的起動/停止、正轉、調速控制。
(4) 變頻器採用遠方控制方式。
(5) 通過母管壓力變送器測得實際壓力大小，同時和壓力給定組成閉環控制。
(6) 變頻器的執行狀態指示（如執行、停止、過流、低壓等）。
(7) 變頻器的報警處理。
圖2.1 系統主電路圖
由恆壓供水主電路圖可見，接觸器1km2、2km2、和3km2用於變頻器輸出，分別接到水幫浦m1、m2和m3，而接觸器1km3、2km3和3km3將工頻電源接到3臺水幫浦。變頻器可以對任何一台水幫浦啟動和恆壓供水控制。
空氣開關（ql）是當電動機過載時自動將電動機從電網中斷開
熱繼電器（fr）是利用電流的熱效應原理工作的保護電路，它在電路中用作電動機的過載保護。
1、減幫浦過程
當用水量減少、水壓上公升、變頻器輸出頻率低於下限值時，但管網壓力仍偏高時，則各幫浦將依次退出執行，依次退出執行的方式有兩種。
(1)先開先停方式。plc接收到下限頻率到達訊號，延時一定時間後，接觸器1km2失電復位，水幫浦m1脫離工頻電源停止執行。變頻器輸出頻率仍然低於下限值，重複上述過程，水幫浦m2脫離工頻電源停止執行，變頻器驅動水幫浦m3恆壓供水，水壓穩定在設定值上。
這種方式稱為迴圈方式，通常用於各台水幫浦的容量都相等的供水系統中。其優點是可以自動的使各幫浦執行的時間比較均衡；缺點是工頻執行狀態直接停機時，可能由於停機太快而使管網壓力發生較大波動。
(2)先開後停方式。首先使正在變頻執行的m3減速停機，然後使變頻器的輸出頻率公升至50hz，將m2切換為變頻工作，依此類推這種方式通常用於各台水幫浦的容量不相等的供水系統中，其優點是水幫浦的停機比較緩慢，管網壓力比較穩定；缺點是不能自動地迴圈變換。
2、加幫浦過程
首先由m1在變頻控制的情況下工作。
當用水量增大、水壓下降，變頻器輸出頻率上公升到50hz時水壓仍然不足，經過短暫的延時，將m1切換為工頻工作，同時變頻器的輸出頻率迅速降低為0，然後使m2投入變頻執行。當m2也達到額定頻率而水壓仍不足時，重複開始執行時的過程，水幫浦m2脫離變頻器驅動，由工頻供電全速執行，變頻器驅動水幫浦m3變頻執行，使水壓恆定在設定值上。
1、變頻器的基本結構
變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速執行的裝置。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。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。
對於如向量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要乙個進行轉矩計算的cpu以及一些相應的電路。
2、變頻器的分類
變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為pam控制變頻器、pwm控制變頻器和高載頻pwm控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為v/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和向量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高效能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。
低壓通用變頻器輸出電壓在38o～65ov，輸出功率在o．75—400kw，工作頻率在o～400hz，它的主電路都採用交一直一交電路。其控制方式經歷以下四代。
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