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1、沈阳理工大学课程设计论文I摘 要自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从 90 年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。关键词：变频器；恒压供水；变频调速；供水系统。沈阳理工大学课程设计论文II目录1 引言.12 变频调速恒压供水系
2、统（单泵）简介.22.1 恒压供水系统基本特性.22.2 恒压供水控制系统构成.32.3 变频恒压控制理论模型.43 设计任务及要求.53.1 控制要求.53.2 设计要求.54 变频器恒压供水系统设计方案.74.1 系统主电路设计.74.2 控制电路的设计.75 变频器及主电路中电气设备的选择及介绍.95.1 变频器选型.95.2 主电路中电器设备的选择.105.3 可编程控制器(PLC)的介绍.125.3.1 PLC 的定义及特点 .125.3.2 PLC 的工作原理 .136 变频器参数的设置.147 总结.16参考文献.17沈阳理工大学课程设计论文11 引言供水系统在人们生活和工业应用
3、当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频恒压供水系统能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，
4、供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的 s7200 PLC 和变频器 MM420，s7-200 PLC 具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器 MM420 具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。沈阳理工大学课程设计论文22 变频调速恒压供水系统（单泵
5、）简介2.1 恒压供水系统基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下,扬程 H 与流量 Q 之间的关系曲线F (Q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程 H 与用水流量 Q 之间的关系。由图 2.1 的扬程特性表明，流量 Q 越大，扬程 H 越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量 Q 的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程 H 与供水流量 Q 之间的关系 H=F（Q）。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图 1 可知，在同一阀门开度下，扬程 H 越大，流
6、量 Q 也越大，流量 Q 的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图2.1 中 N 点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程 HN 稳定，供水系统的压力也保持恒定。0NQH管阻特性扬程特性QNHN图 2.1 供水系统的基本特性沈阳理工大学课程设计论文32.2 恒压供水控制系统构成变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵连成一体，通过变频器调节异步电机的转速
7、，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。变频器水泵用户管网压力压力变送器给定值+-图 2.1 恒压供水系统方框图水压由压力传感器的信号4-20mA送入变频器内部的PID模块，与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号，以调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算
8、，使系统的调试更为简单、方便。西门子系列PLC编程采用STEP7软件，它是西门子PLC的视窗软件支持工具，提供完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换。系统程序包括主程序和起动子程序，主程序包括参与调节程序和电机切换程序；电机切换程序又包括加电机程序和减电机程序。起动子程序实际上是清零子程序。在主程序中，设置两个变频器频率上下限到达滤波时间继电器，用于稳定系统。2.3 变频恒压控制理论模型变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总沈阳理工大学课程设计论文4管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一
9、个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上从图 2.2 中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，
10、水泵的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。图 2.2 变频恒压控制原理图沈阳理工大学课程设计论文53 设计任务及要求3.1 控制要求本系统是以一个供水系统作为被控对象，PLC 与变频器协调控制电机的转速与启动和停止。（1）工艺参数: 水泵流量：295 m3/h 水泵出口压力：0.08Mpa （2）水泵参数：型号：125H-13额定流量：793 m3/h扬程：32.3 m功率：80.3 KW额定转速：1450 r/min配用电机功率：100KW（3）电动机参数：型号：JD-L-39-4功率：100KW额定频率：50Hz额定电压：380VAC；额定转速：1470 r/min额定电流：188.2 A（4）水泵电机的起动/停止、正转、调速控制。（5）变频器采用远方控制方式。（6）变频器的频率由 420mA 电流信号控制。沈阳理工大学课程设计论文6（7）变频器的运行状态指示（如运行、停止、过流、低压等） 。（8）变频器的报警处理。3.2 设计要求（1）根据变频器恒压供水系统控制要求
