自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)---恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　題目恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　系別自控系 </p><p>　專業(yè)自動(dòng)化　　　　</p><p>　班級(jí)自動(dòng)化xxxx </p><p>　姓名王XX <

2、;/p><p>　學(xué)號(hào)0903XX0XXX </p><p>　日期201X.X1.X0 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目：</b></p><p>　　恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p>

3、<p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1．設(shè)計(jì)一個(gè)采用全自動(dòng)變頻恒壓控制方式來實(shí)現(xiàn)恒壓供水的自控系統(tǒng)。</p><p>　　2．本系統(tǒng)主要以PLC來控制，按照控制要求選擇器件，設(shè)計(jì)其硬件主控電路。</p><p>　　3．根據(jù)要求選擇相應(yīng)的傳感器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、閥門等； </p><p>　　

4、4．按照設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)相應(yīng)算法，編制相應(yīng)的PLC控制程序。</p><p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　恒壓供水在城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)、住宅小區(qū)生活消防用水系統(tǒng)、樓宇中央空調(diào)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域中均有應(yīng)用。恒壓供水是指用戶端在任何時(shí)候，不管用水量的大小總能保持管網(wǎng)中水壓的基本恒定。在恒壓供水系統(tǒng)中可根據(jù)壓力給定的理想值信號(hào)及管網(wǎng)水壓的反饋信號(hào)進(jìn)行

5、比較，變頻器根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制管網(wǎng)水壓的目的。</p><p>　　本文主要針對(duì)當(dāng)前供水系統(tǒng)中存在的自動(dòng)化程度不高、能耗嚴(yán)重、可靠性低的缺點(diǎn)加以研究，開發(fā)出一種新型的并在這三個(gè)方面都有所提高的變頻式恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)。全文共分為四章。第一章闡明了供水系統(tǒng)的應(yīng)用背景、選題意義及主要研究?jī)?nèi)容。第二章闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理。第三章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件的工作原理以及硬件的選擇。第四章詳細(xì)闡述了

6、系統(tǒng)軟件開發(fā)并對(duì)程序進(jìn)行解釋。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 恒壓供水，PLC，變頻技術(shù)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘　　要II</b></p><p>　　1 變頻控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1變頻調(diào)速供水控

7、制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.2變頻調(diào)速在供水行業(yè)中的應(yīng)用2</p><p>　　2 供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理4</p><p>　　2.1 水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理4</p><p>　　2.2 本系統(tǒng)總體介紹5</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件的工作原理及硬件選擇6</p><

8、;p>　　3.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)原理及選擇6</p><p>　　3.2 壓力傳感器的選擇9</p><p>　　3.3 水泵的選擇10</p><p>　　3.4 鑒頻鑒相問題12</p><p>　　3.5 控制電路13</p><p><b>　　致 謝15</b><

9、;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p>　　1 變頻控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　1.1變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)是集現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)、PLC技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的新一代給水控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)完全可以取代傳統(tǒng)的水塔、高位水箱和氣壓罐等給水方式。

10、與傳統(tǒng)的給水方式相比，該系統(tǒng)不但滿足了現(xiàn)代工礦企業(yè)、城鎮(zhèn)居民和高層建筑對(duì)新型給水系統(tǒng)的要求。</p><p>　　系統(tǒng)采用內(nèi)置變頻調(diào)速器、先進(jìn)的可編程控制器等現(xiàn)代控制技術(shù)，對(duì)水泵機(jī)組進(jìn)行閉環(huán)控制，確保壓力波動(dòng)小、達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)間短、且可隨用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速及工作水泵臺(tái)數(shù)，確保恒壓變量供水。系統(tǒng)采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)和模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，滿足多種本地和遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)。 系統(tǒng)具有

11、手動(dòng)、自動(dòng)操作方式，系統(tǒng)壓力、電機(jī)電流、電機(jī)頻率和電機(jī)累計(jì)運(yùn)行千瓦時(shí)LED顯示，變頻器、電機(jī)工況與故障指示及防誤操作等功能。系統(tǒng)具有輸入電源缺相、不平恒、過壓、過流、過載、短路、電機(jī)過熱、飛速啟動(dòng)、斷水及低水位停機(jī)等完善的安全保護(hù)功能，有效的提高了給水成套設(shè)備的安全可靠性。</p><p>　　該系統(tǒng)還配有完善的故障自診斷、故障檢修手動(dòng)工作方式等功能，使維修工作十分輕松快捷。由于控制回路與負(fù)載回路之間是通過中間繼

12、電器實(shí)現(xiàn)電隔離和信號(hào)耦合的，因此系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)瞬時(shí)水壓，并據(jù)此調(diào)節(jié)水泵的供水量，機(jī)組特性曲線接近管網(wǎng)損失特性曲線，節(jié)能效果顯著。由于變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)行的是循環(huán)軟啟動(dòng)控制，啟動(dòng)平穩(wěn)無沖擊，提高了電機(jī)、水泵和管道等的壽命，減少了管網(wǎng)的泄露。此外由于系統(tǒng)無需高位水箱等設(shè)備，不但節(jié)省了投資，而且無水質(zhì)二次污染問題。 本系統(tǒng)還可以將生產(chǎn)、生活、消防等系統(tǒng)合為一體，投資省、占地少、經(jīng)濟(jì)效益明顯。</p><p&g

13、t;　　1.2變頻調(diào)速在供水行業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　作為高性能的調(diào)速傳動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方法長(zhǎng)期以來一直應(yīng)用廣泛。但是直流電動(dòng)機(jī)由于換向器和電刷維護(hù)保養(yǎng)很麻煩，價(jià)格也相當(dāng)昂貴。使異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)性能好的調(diào)速一直是人們的理想。異步電機(jī)的調(diào)速方法很多，例如變極調(diào)速、有極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等。但是因?yàn)楦鞣N各樣的缺點(diǎn)沒有得到廠泛的應(yīng)用。</p><p>　　70年代以

14、后，由于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促使晶體管變頻器的誕生。晶體管變頻器不但克服了以往交流調(diào)速的許多缺點(diǎn)，而且調(diào)速性能可以和直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能相媲美。三相異步電動(dòng)機(jī)具有維修方便、價(jià)格便宜、功率和轉(zhuǎn)速適應(yīng)面寬等優(yōu)點(diǎn)，其變頻調(diào)速技術(shù)在小型化、低成本和高可靠性方面占有明顯的優(yōu)勢(shì)。到80年代末，交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，它將供給交流電機(jī)的工頻交流電源經(jīng)過二極管交流變成直流，再逆變成頻率可調(diào)的交流電源，

15、以此電源拖動(dòng)電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行，并自動(dòng)適應(yīng)變負(fù)荷的條件。它改變了傳統(tǒng)工業(yè)中電機(jī)啟動(dòng)后只能以額定功率、定轉(zhuǎn)速的單一運(yùn)行方式，從而達(dá)到節(jié)能目的?，F(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中，較為傳統(tǒng)的運(yùn)行方式是可節(jié)電40%-60%,節(jié)水15%-30%。</p><p>　　由于變頻調(diào)速具有調(diào)速的機(jī)械特性好，效率高，調(diào)速范圍寬，精度高，調(diào)整特性曲線平分，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速，體積小、維護(hù)簡(jiǎn)單方便、自動(dòng)化水平高等一系

16、列突出的優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等大容量負(fù)載時(shí)，可以獲得其它調(diào)速方式無法比擬的節(jié)能效果。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類，目前國(guó)內(nèi)大都使用交-直-交變頻器。</p><p>　　自從通用變頻器問世以來，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝

17、備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。</p

18、><p>　　新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國(guó)內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制，多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片

19、開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。</p><p>　　在短短的幾年內(nèi)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。雖然單泵調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠，但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低，而多泵調(diào)速系統(tǒng)投資更為節(jié)省，運(yùn)行效率高，被實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。</p><p>　　2 供水系統(tǒng)

20、的變頻調(diào)速節(jié)能原理</p><p>　　2.1 水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理</p><p>　　全自動(dòng)變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)采用專用供水控制器控制變頻調(diào)速器，通過安裝在管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力表，把水壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過接口輸入控制器內(nèi)置的PID控制器上，用以改變水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速器的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大。當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，水泵恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，使管

21、網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上。反之當(dāng)用戶用水量少，管網(wǎng)壓力高于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速器的輸出頻率將降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，供水量減少，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力，這樣反復(fù)循環(huán)就達(dá)到了恒壓變量供水的目的。 </p><p>　　圖2.1 供水系統(tǒng)原理圖</p><p>　　供水系統(tǒng)的工作原理如圖2.1所示。由自來水管網(wǎng)或其它水源提供的水進(jìn)入蓄水池經(jīng)加壓水泵進(jìn)入用戶管網(wǎng)管路。通過壓力傳感器按提供網(wǎng)的

22、壓力信號(hào)，傳送給控制系統(tǒng)的PID，經(jīng)PID運(yùn)算后輸出信號(hào)控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)而保持供水管道的壓力基本恒定。用戶用水量大時(shí)，管網(wǎng)管路壓力下降變頻器頻率就升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，反之頻率下降，水泵減速運(yùn)行，從而維持恒壓供水。當(dāng)用水量大于一臺(tái)水泵的最 大供水量時(shí)，通過PLC自動(dòng)切換電路工作再投入一臺(tái)水泵，根據(jù)最多用水量的大小可投入數(shù)臺(tái)水泵。在供水系統(tǒng)中，控制對(duì)象是水泵，控制目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓恒定，控制方法是壓力信號(hào)的反饋閉

23、環(huán)控制。它的自動(dòng)控制原理圖見圖2.2 。</p><p>　　圖2.2 變頻式恒壓供水自動(dòng)控制原理圖</p><p>　　2.2 本系統(tǒng)總體介紹</p><p>　　本系統(tǒng)針對(duì)的用戶是自來水公司供水系統(tǒng)和水廠、泵站等各種泵類電機(jī)的調(diào)速和控制，控制對(duì)象應(yīng)盡量做到通用型，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇主要立足于通用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果，而對(duì)于特殊情況下的供水系統(tǒng)不在本系

24、統(tǒng)控制范圍之列(事實(shí)上特殊供水系統(tǒng)也只是在通用系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上充分考慮到特殊性，最根本的還是在于一般系統(tǒng)的研制)。在本論文中，我們以四臺(tái)水泵為控制對(duì)象，建立一個(gè)模型，研制一種新型的控制系統(tǒng)使得水泵轉(zhuǎn)速跟隨用水量的變化而變化，實(shí)現(xiàn)變頻、恒壓、無級(jí)調(diào)速的供水系統(tǒng)，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、充分利用設(shè)備、高可靠性、高自動(dòng)化程度的目的。</p><p>　　如圖2.3所示，供水系統(tǒng)由四臺(tái)泵(二用二備)組成，由一臺(tái)可編程控制

25、器和一臺(tái)變頻器切換控制任一臺(tái)電機(jī)調(diào)速。水泵可變供電回路由工頻回路和變頻器提供的變頻回路組成，通過PLC和變頻器將各臺(tái)水泵按照一定的規(guī)律順序投入運(yùn)行和順序停止運(yùn)行，使整個(gè)的供水回路處于最佳的配置狀態(tài)。變頻器則具體的微調(diào)當(dāng)前水泵的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速變化跟隨管網(wǎng)壓力變化(實(shí)際上是跟隨用戶用水量的變化)。</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件的工作原理及硬件選擇 </p><p>　　3.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)原

26、理及選擇</p><p>　　3.1.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　在變頻器沒有出現(xiàn)以前，調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流調(diào)速圖，但是由于結(jié)構(gòu)上的原因，直流電動(dòng)機(jī)存在著很多缺點(diǎn)(諸如需要定期更換電刷和換向器，維護(hù)保養(yǎng)困難，壽命短，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓的直流電動(dòng)機(jī)等)，所以人們一直在尋找交流調(diào)速系統(tǒng)。而變頻器的出現(xiàn)剛好解決了這個(gè)問題。與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比，利用變頻器對(duì)

27、交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的交流拖動(dòng)系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)，可以適應(yīng)各種工作環(huán)境，可以用一臺(tái)變頻器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等等。特別是對(duì)于工業(yè)中大量使用的風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載來說，通過變頻器進(jìn)行調(diào)速控制可代替?zhèn)鹘y(tǒng)上利用

28、擋板和閥門進(jìn)行的風(fēng)量、流量和揚(yáng)程的控制，所以節(jié)能效果非常明顯。</p><p>　　變頻調(diào)速的原理非常簡(jiǎn)單，由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為</p><p>　　式中n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；f為電源頻率，Hz；p為異步電動(dòng)機(jī)磁極個(gè)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差。所以，理論上說，只要改變f就能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速n。</p><p>　　3.1.2 變頻調(diào)速控制方式</p><p

29、>　　常見的變頻調(diào)速模式有兩種，一種是開環(huán)控制，另一種是速度反饋閉環(huán)控制，如圖3.2所示。本系統(tǒng)根據(jù)恒壓的控制要求，采用的是PID調(diào)節(jié)方式(內(nèi)含在變頻器中) 的閉環(huán)控制。</p><p>　　圖3.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式</p><p>　　3.1.3 變頻器的輸入輸出電路</p><p>　　本系統(tǒng)中變頻器的輸入信號(hào)有兩種，一種是控制信號(hào)，它包括PLC輸

30、給的變頻器FWD信號(hào)BX信號(hào)和VI（12）電壓信號(hào)（0-5V），F(xiàn)WD信號(hào)BX信號(hào)由PLC輸出，控制變頻器的工作開關(guān);VI（12）控制變頻器頻率。另一種是輸入電源信號(hào)，本系統(tǒng)采用的三相380V的交流電源，三相電流輸入連接在端子L1/R, L2/S, L3/T上。采用三相輸入的話，則用主電路的電源端子L1/R, L2/S, L3/T通過線路保護(hù)用斷電器或帶漏電保護(hù)的斷路器連接至三相交流電源，不需考慮連接相序。如果有條件的話，還可以在電源電

31、路中串入一個(gè)電磁接觸器，這樣就可以保證變頻器保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)能切除電源和防止故障擴(kuò)大，以保證安全。盡量不要用主電路電源ON/OFF的方法控制變頻器的停止和運(yùn)行，應(yīng)該用控制電路端子FWD、BX。</p><p>　　變頻器的輸出信號(hào)也有兩種，一是送PLC的超壓信號(hào)、欠壓信號(hào)和變頻器故障信號(hào)這三個(gè)輸出控制信號(hào)，另一是送水泵的變頻器輸出電源信號(hào)。送PLC的超壓、欠壓信號(hào)由變頻器的Y1, Y2端子送出，Y1的內(nèi)部功能設(shè)定選

32、為頻率檢測(cè)(FDT)功能，幅值為50Hz，滯后值為0.5Hz 。Y2的內(nèi)部功能設(shè)定選為0速度輸出功能，變頻器輸出頻率為0Hz時(shí)輸出ON信號(hào)。</p><p>　　圖3.3 變頻器的I/O端點(diǎn)連接</p><p>　　送PLC的變頻器故障信號(hào)我們選擇從Y3輸出，Y3的內(nèi)部功能設(shè)定選擇為報(bào)警功能，變頻器發(fā)生指定的故障時(shí)輸出信號(hào)。變頻器的輸出電源接接觸器，它給所有的工頻回路的接觸器都提供電源信號(hào)

33、，但是具體的哪一臺(tái)接觸器接通由PLC控制。變頻器的輸出端子(U, V, W)按正確的相序連接至交流接觸器的輸入電源端子上。如果電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不對(duì)，則說明連接相序有錯(cuò)，則改變U、V, W中的任意兩相的接線。變頻器和電動(dòng)機(jī)(水泵)間配線很長(zhǎng)時(shí)，由于線間分布電容產(chǎn)生較大的高頻電流，可能造成變頻器過電流跳閘.另外，漏電流增加，電流值指示精度變差。對(duì)于本系統(tǒng)中的變頻器，變頻器和電動(dòng)機(jī)(水泵)之間的距離最好小于50米，如果配線很長(zhǎng)時(shí)，則必須連接輸出側(cè)

34、濾波器選件(OFL濾波器)。接線時(shí)還有一點(diǎn)需要注意的是，為了安全和減少噪聲，變頻器的接地端子G必須良好接地。為了防止電擊和火警事故，電氣設(shè)備的金屬外殼和框架均應(yīng)按照國(guó)家電氣規(guī)程要求接地。接地線要粗而短，變頻器系統(tǒng)應(yīng)連接專用接地極，及不要和別的系統(tǒng)串聯(lián)接地或共同接地（具體接法見圖3.3，在最后的程序中，因本人能力有限，故將報(bào)警裝置去除，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)加入）。</p><p>　　采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在異

35、步電動(dòng)機(jī)確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。當(dāng)運(yùn)行方式不同時(shí)，變頻器容量的計(jì)算方式和選擇方法不同，變頻器應(yīng)滿足的條件也不一樣。選擇變頻器容量時(shí)，變頻器的額定電流是一個(gè)關(guān)鍵量，變頻器的容量應(yīng)按運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。</p><p>　　該系統(tǒng)用一臺(tái)變頻器使多臺(tái)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于一臺(tái)電機(jī)開始起動(dòng)后，再追加投入其他電機(jī)起動(dòng)的場(chǎng)

36、合，此時(shí)變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電機(jī)將產(chǎn)生大的起動(dòng)電流，因此，變頻器容量與同時(shí)起動(dòng)時(shí)相比需要大些。</p><p>　　綜合上面因素，我們選擇佳靈JP6C-T9280系列變頻器。性能見表3.1。</p><p>　　表3.1 佳靈JP6C-T9280性能</p><p>　　3.2 壓力傳感器的選擇</p><p>　　檢測(cè)元件

37、的精度直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。通?？梢赃x用各種壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)壓力。傳統(tǒng)的壓力傳感器有利用彈性元件的，如電感壓力傳感器、電容壓力傳感器等。PMC 系列壓力傳感器的構(gòu)造與之不同，屬于一體化的高精度儀器。它采用電子陶瓷技術(shù)，測(cè)量元件完全是固體形式。其工作原理是：使壓力直接作用于電子陶瓷膜片，膜片出現(xiàn)位移后所產(chǎn)生的電容量被與其同體的電子元件檢測(cè)、放大，最后轉(zhuǎn)換成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。</p><p>　　PMC

38、型傳感器具有如下特點(diǎn)：</p><p>　?、倬哂邢喈?dāng)強(qiáng)的抗沖擊和抗過載能力，過壓量達(dá)額定量程的百倍以上；</p><p>　?、谟捎趬毫y(cè)量元件中不采用傳統(tǒng)的介質(zhì)物質(zhì)，所以，測(cè)量精度極高，且?guī)缀醪皇軠囟忍荻鹊挠绊懀?lt;/p><p>　?、鄄捎妹}沖頻率調(diào)制方式傳輸信號(hào)，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)干擾的影響，信號(hào)傳輸用普通導(dǎo)線完成，簡(jiǎn)單方便；</p><p&g

39、t;　　④重量輕，體積小，安裝維護(hù)非常方便。</p><p>　　我們選PMC133型壓力傳感器作為出水口端壓力檢測(cè)元件，檢測(cè)泵出口附近管網(wǎng)內(nèi)壓力作反饋信號(hào)， 該元件可承受的相對(duì)壓力最大測(cè)量范圍達(dá)O-40MPa，最小測(cè)量范圍為O-lkPa，所需電源要求電壓為12．5～30V，精度±0．1％，壓力傳感器將出水口的壓力信號(hào)線性轉(zhuǎn)換為4-20mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到PLC（在該系統(tǒng)中，我選取0-500kPa）

40、。</p><p><b>　　3.3 水泵的選擇</b></p><p>　　選取2種型號(hào)的水泵，小泵為常開泵（能夠調(diào)節(jié)到工頻），大泵只能在變頻狀態(tài)下工作。</p><p>　　其中，小泵為Y355M1-4，大泵為Y355-M2-4。參數(shù)見表3.2（按實(shí)際需要選取，我選了2種比較常用的型號(hào)）。</p><p>　　表3

41、.2 水泵性能參數(shù)表</p><p>　　3.4 鑒頻鑒相問題</p><p>　　3.4.1 大功率電機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻存在的問題</p><p>　　大功率電機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻工作原理如圖3.4所示，KN1、KN2為交流接觸器，M為</p><p>　　圖3.4 電機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻原理圖</p><p>　　水泵機(jī)。VVVF是變

42、頻器裝置，BX、FWD、CM是變頻器的外控端子，當(dāng)FWD—CM接通時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，當(dāng)FWD—CM斷開時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行停止；當(dāng)BX—CM接通時(shí)，變頻器斷開所有輸出，電機(jī)處于自由運(yùn)轉(zhuǎn)模式，變頻器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必需保證BX—CM斷開。當(dāng)KN1斷開，KN2吸合，水泵在變頻器驅(qū)動(dòng)下，從0Hz開始升頻（這一過程稱水泵電機(jī)軟起動(dòng)），當(dāng)變頻器頻率上升到50Hz后，如果系統(tǒng)水壓仍舊達(dá)不到壓力設(shè)定值時(shí)，自控系統(tǒng)將進(jìn)行水泵電機(jī)切換操作，斷開KN2，吸合KN1

43、,使電機(jī)直接接入電網(wǎng)電壓下運(yùn)行，變頻器再對(duì)另一臺(tái)水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，并進(jìn)行調(diào)速以保證系統(tǒng)水壓穩(wěn)定在設(shè)定值。</p><p>　　從上述過程可以看出，大功率電機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻的問題和自耦降壓起動(dòng)有些許類似之處，自耦降壓起動(dòng)是利用自耦變壓器，使電機(jī)在低電壓狀態(tài)時(shí)起動(dòng)，來達(dá)到降低起動(dòng)電流的目的；變頻器拖動(dòng)電機(jī)軟起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流也很小，二者在起動(dòng)過程中，就減少電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的功效來說是相似的。但二者在接觸器的切換過程中卻存在

44、本質(zhì)的差別，當(dāng)自耦降壓起動(dòng)的轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，通過接觸器的動(dòng)作切除自耦變壓器，切換過程前后電動(dòng)機(jī)的三相電源存在一致性，即切換前后加在電動(dòng)機(jī)每一相電源電壓盡管大小不等，但相位和頻率仍是一致的；而在變頻轉(zhuǎn)工頻的過程中，由于變頻器電壓輸出起始相位具有隨機(jī)性，它所輸出的三相電源和工頻電源并不一致，即使變頻器的輸出電壓頻率等于工頻電壓頻率，它輸出的三相電源和工頻電源的初始相位也不一致。由于這種相位不一致造成了大功率電機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻的問題和自耦降壓起

45、動(dòng)問題的本質(zhì)不同，也直接導(dǎo)致大功率電機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻的復(fù)雜性。正是由于變頻器電壓輸出起始相位具有隨機(jī)性，變頻器輸出的三相電源和工頻電源的初始相位不一致，直接導(dǎo)致了電機(jī)切換時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)電流具有隨機(jī)性，有時(shí)會(huì)遠(yuǎn)大于電機(jī)的額定電流，在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中表現(xiàn)為電機(jī)的電流或電壓過載，而使空氣開</p><p>　　變頻器的輸出切換問題，目前尚未得到足夠的重視，在認(rèn)識(shí)上還存在著一些誤區(qū)：一種看法是將變頻器當(dāng)作一般的交流電源，因而可以將電

46、動(dòng)機(jī)在變頻器與供電電網(wǎng)之間任意切換；另一種看法則認(rèn)為由于變頻器自身的設(shè)計(jì)原理，是不允許變頻器在運(yùn)行中進(jìn)行切換的。這兩種看法都不免有失偏頗，有關(guān)變頻器在拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用的文章中，碰到變頻器切換問題時(shí)，不作具體描述；用簡(jiǎn)單的一句“切換到電網(wǎng)運(yùn)行”了之。即使有些文章在切換問題上進(jìn)行了一些探索，但也沒有將這個(gè)問題的本質(zhì)揭示出來。 </p><p>　　3.4.2 鑒頻鑒相器在大功率電機(jī)平穩(wěn)切換中應(yīng)用</p

47、><p>　　針對(duì)上述問題，在理論分析的基礎(chǔ)上，我們采用以下方法成功地解決了這一技術(shù)難題，并且進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。在變頻轉(zhuǎn)工頻的過程中，引入鑒頻鑒相控制器，對(duì)工頻電源和變頻輸出電源進(jìn)行相位檢測(cè)。當(dāng)二者相位頻率完全一致時(shí)，對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)從變頻到工頻運(yùn)行的無沖擊切換。</p><p>　　1.鑒頻鑒相控制器的選用鑒頻鑒相控制器是采用單片機(jī)控制的智能相位頻率跟蹤控制器，能準(zhǔn)確跟蹤變頻器輸入輸出的相序、相位和

48、頻率，保證變頻器輸入輸出相序、相位頻率一致時(shí)，對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)從變頻到工頻運(yùn)行的無沖擊切換?，F(xiàn)場(chǎng)選用的鑒頻鑒相控制器具有相位跟蹤準(zhǔn)確，技術(shù)先進(jìn)，工作可靠，能顯著延長(zhǎng)電控元件機(jī)電機(jī)水泵等設(shè)備的使用壽命等特點(diǎn)。 </p><p>　　2.鑒頻鑒相控制器的工作原理</p><p>　　變頻器的

49、三相輸入和三相輸出作為智能控制器的輸入信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過整形，放大電路，以及頻率、相位的跟蹤電路處理，進(jìn)入單片機(jī)。經(jīng)由軟件計(jì)算判斷后，單片機(jī)發(fā)出指令完成相應(yīng)的動(dòng)作，在顯示單元顯示相應(yīng)的輸入輸出頻率，指示燈也指示各個(gè)狀態(tài)。當(dāng)變頻器輸入輸出相位、頻率一致時(shí)，控制器可分別給出集電極開路輸出信號(hào)（或繼電器輸出信號(hào)）；當(dāng)變頻器輸入輸出缺相、反序時(shí)，控制器有故障代碼和指示燈同時(shí)報(bào)警，用戶據(jù)此作相位判斷。</p><p>　　圖3

50、.5 鑒頻鑒相比較器和PLC擴(kuò)展模塊的接線圖</p><p>　　當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到50Hz時(shí)，先由鑒頻鑒相控制器檢測(cè)工頻電源和變頻電源相位是否一致，若相位一致，EM235的AIW6端口接受控制器3、4端子的0V電壓信號(hào)，經(jīng)由PLC比較計(jì)算，PLC執(zhí)行一系列動(dòng)作,M3.0閉合， BX-CM（K1）接通，切斷變頻器的輸出，使變頻器的輸出電流為零。經(jīng)T33瞬間延時(shí)后，迅速切斷KN2和變頻器端子FWD-CM（K2）

51、，在此狀態(tài)下，切斷ＫN2既保證了在切換時(shí)工頻電源和變頻電源相位一致，也從根本上消除了接觸器的觸頭間的電弧。然后再由PLC迅速發(fā)出命令，快速吸合KN1，如此便實(shí)現(xiàn)了快速切換的目的。若相位不一致, 控制器在3、4端子輸出+5V的電壓信號(hào)，送入EM235的AIW6口，經(jīng)PLC比較計(jì)算，并不完成切換動(dòng)作，從而保證變頻器和水泵電機(jī)的安全運(yùn)行。</p><p><b>　　3.5 控制電路</b><

52、;/p><p>　　因?yàn)榭刂齐娐穲D具有相似性，故只介紹下面3個(gè)就能解釋整個(gè)電路圖。</p><p>　　圖3.6 指示燈控制電路</p><p>　　如圖3.6為1號(hào)泵變頻指示燈。即當(dāng)1號(hào)泵處于變頻狀態(tài)時(shí)，燈E1-2亮。</p><p>　　圖3.7 工頻變頻切換電路</p><p>　　如圖3.7為1號(hào)水泵的變頻工頻切換

53、電路。</p><p>　　當(dāng)JNW-1接通時(shí)，RJ2-1導(dǎo)通，且JNV1不通，1號(hào)泵就會(huì)變頻運(yùn)行。其中，RJ2-1為熱繼電器，作為1號(hào)水泵過載保護(hù)。KN1、KN2作為自鎖保護(hù)裝置，當(dāng)JNW1導(dǎo)通，則KN1得電，于是下面的KN1常閉開關(guān)斷路。反之KN2也一樣。這樣自鎖能保證1號(hào)水泵只能工頻變頻選其一.不會(huì)發(fā)生既連接了變頻又連接了工頻的錯(cuò)誤。</p><p>　　圖3.8 蝶閥控制電路<

54、;/p><p>　　圖3.8為1號(hào)蝶閥的開閥控制圖，即當(dāng)該電路得電時(shí)，蝶閥開閥。</p><p>　　JF1接通，且KV2-2 ZDK2-1不得電時(shí)，蝶閥開始關(guān)閥。其中KV2-1、KV2-2構(gòu)成自鎖裝置，使得蝶閥只能處于開閥和關(guān)閥中的一種狀態(tài)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)的

55、資料查找期間和論文完成期間，指導(dǎo)老師XX和同學(xué)都給予我關(guān)心和幫助，我向他們致以深深的謝意。</p><p>　　感謝我的導(dǎo)師-XXX老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無窮之道。對(duì)老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。 感謝XX系老師的教育培養(yǎng)。他

56、們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，在平時(shí)指導(dǎo)我們思考問題的方法，培養(yǎng)我們獨(dú)立思考問題，解決問題，分析問題的能力，這些能力的培養(yǎng)，幫助了我并使我此次的設(shè)計(jì)過程中能夠順利完成，在此，我要向諸位老師表示深深地感謝！</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)三年的總結(jié)，因而投入了極大的熱情和很高的積極性，更幸得指導(dǎo)老師任艷艷及同組同學(xué)多方幫助，使得設(shè)計(jì)能順利完成，圓滿結(jié)束了三年的大學(xué)生活。 </p><p>

57、;　　再次感謝XXX老師長(zhǎng)期以來悉心的指導(dǎo)和不厭其煩的耐心講解，在設(shè)計(jì)過程中提供的大量資料、修改意見及多次的參觀機(jī)會(huì)，為日后的工作和更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也積累了許多寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 </p><p>　　感謝學(xué)長(zhǎng)不厭其煩解答我的各種疑問，主動(dòng)向我們介紹設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 </p><p>　　感謝同組同學(xué)的默契配合，我從他們身上也學(xué)到了不少東西。 </p><p&g

58、t;　　同樣感謝三年來給予我支持和幫助的所有老師和同學(xué)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 姚福來主編.水泵變頻調(diào)速的節(jié)電量計(jì)算及系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].科學(xué)出版社，2005.5</p><p>　　[2] 王占奎主編.變頻調(diào)速應(yīng)用百例 [M].科學(xué)出版社，1999.4 </p><p&g

59、t;　　[3] 趙永鍵主編.單片機(jī)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) [M]，1996.2 </p><p>　　[4] 常斗南主編.李全利.可編程序控制器原理、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn) [M].1998.11</p><p>　　[5] 康宇峰主編.全自動(dòng)電廠入煤采樣機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研制 [M].社，1999.10 </p><p>　　[6] 龐仕高.中國(guó)閥門雜志 [J].城市供水閥門選型

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