1、交流调速课程设计课题名称 变频恒压供水控制系统设计学院(部) 兴华学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 61130802 学生姓名 王平 学 号 6113080236 6 月 27 日至 7 月 1 日共 1 周指导教师(签字) 11 年 5 月 30 日一、 设计内容（论文阐述的问题）变频调速是一种新兴的技术，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。本课程设计是电气工程及其自动化专业交流调速课程的实践性环节，其主要目的是培养学生初步掌握交流变频调速系统的设计方法及理论知识的应用能力。本课程设计的基本任务是提高学生在调速系统设计方面的实践技能，培养学生综合运用知识，
2、分析和解决实际问题的能力。通过控制系统的设计，初步掌握交流变频调速控制系统设计的方法。二、 设计原始资料（实验、研究方案）一楼宇供水系统，正常供水量为 20m3/小时，最大供水量 35m3/小时，扬程 45 米。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。设计要求：1设二台水泵。一台工作，一台备用。正常工作时，始终由一台水泵供水。当工作泵出现故障时，备用泵自投。2. 二台泵可以互换。3给定压力可调。压力控制点设在水泵出口处。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
3、成控制系统的设计。三、设计完成后提交的文件和图表1、电气原理图。2、自动调节原理框图。3、课程设计说明书，包括：方案的确定水泵的容量系统的工作原理4、操作使用说明书。2、图纸部分：电气控制原理图四、毕业设计（论文）进程安排序号 设计（论文）各阶段名称 日期1 确定设计方案 11.6.27 2 完成控制系统设计 11.6.28-29 3 完成设计说明书 11.6.30-7.1五、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 王俭 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（国标）6） 给水排水工程仪表与控制 崔福义 建工7） 水暖空
4、调电气控制技术 孙光伟 建工8） 交流电机变频调速及其应用张承慧 机工9）有关杂志、报刊、资料一概述随着社会的飞速发展和城市建设规模的扩大，人口的增多以及人们生活水平的提高，对城市供水的质量、数量、稳定性等问题提出了越来越高的要求，我国中小城市供水的自动化配置相对落后，机组的控制主要依靠值班人员的手操作，控制过程烦琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。为了保证供水，机组常保持在超压的状态下运行，设计了一套基于PLC的变频恒压供水系统。恒压供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化自动调
5、节系统的运行参数，恒压供水对水泵、电机也起到了很好的保护作用和有效地节约了电能的消耗。结合使用可编程控制器，可实现循环变频，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，延长了设备的使用寿命。二方案确定变频恒压自动控制供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器等组成。系统采用一台变频器拖动二台水泵运行，起动，调速。在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率f来改变电机的转速n,从而改变水泵的性能曲线来实现的。分析水泵的能耗比较图，可以看出利用变频器实现调速恒压供水，当转速降低时，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，与传统供水方式阀门节流控制相比，在一定
6、程度上可以减少能量损耗，能够明显节能。系统正常运行时，用户用水管网上的压力传感器对用户的用水水压进行数据采样，传输至PLC，与用户设定的压力值进行比较，将结果转换为频率调节信号和水泵启动台数信号分别送至变频器和可编程控制器；变频器调节水泵电机的电源频率，进而调整水泵的转速；PLC控制水泵的运转。通过对水泵的启动和停止及其中变频泵转速的调节，将用户管网中的水压恒定于用户预先设计的压力值，达到“变量恒压供水”的目的。当用水量 该系统能够对供水系统进行自动控制，有效的降低能耗，保持系统维持在最佳运行状态，提高生产管理水平。如果其中一台泵出现故障则另一台泵自动投入用行。其原理框图如下：三设备选型（1）
7、水泵的选择IS 系列常用水泵规格、型号、参数一览表 水泵型号流 量扬 程 水泵型号流 量m3h扬 程mm3h mIs50-32-125 12.5 20 Is50-32-125 100 125Is50-32-125 12.5 32 Is50-32-125 95 114Is50-32-125 12.5 50 Is50-32-125 90 103Is50-32-125 12.5 80 Is50-32-125 200 50Is50-32-125 25 20 Is50-32-125 187 44Is50-32-125 25 32 Is50-32-125 173 38Is50-32-125 25 50 I
8、s50-32-125 200 80Is50-32-125 25 80 Is50-32-125 187 70Is50-32-125 25 125 Is50-32-125 200 125Is50-32-125 50 50 Is50-32-125 181 70由于本设计要求水泵正常供水量为 m3/h，最大供水量为 35 m3/h，扬程为 45m。所以选择 IS5032125 较为合适。（2）PLC 选型2.1 控制系统的 I/O 点及地址分配根据本设计控制要求,统计控制系统的输入、输出信号的名称，代码及地址编号如下表所示。名称 代码 地址编码手动和自动 SA1 00001.2 号备用按钮 SA2 0
9、001自动启动 SB1 0002输入信号自动停车 SB2 00031 号手动启动 SB3 00041 号手动停机 SB4 00052 号手动启动 SB5 00062 号手动停机 SB6 0007变频器故障 VVVF 00081 号水泵热保护 FR1 0009输入信号2 号水泵热保护 FR2 00101#泵变频运行接触器及指示灯KM1,HL1 05001#泵工频运行接触器及指示灯KM2,HL2 05052#泵变频运行接触器及指示灯KM3,HL3 05022#泵工频运行接触器及指示灯KM4,HL4 0503变频器启停接触器及指示灯 KA,HL5 05041#泵故障指示灯 HL6 05052#泵故障
10、指示灯 HL7 0506输出信号变频器故障 HL8 0507根据输入输出点可知系统共有开关量输入 11 个，开关量输出点 8 个 ,所以 选用欧姆龙 C20P（12 点输入 8 继电器出）1 台，即可满足用户供水控制要求2.2PLC 梯形图如附表（图二）所示：2.3PLC 梯形图指令如下表所示 ：指令 数据 指令 数据 指令 数据LD 0000 KEEP 0502 AND 0006OUT 1000 LD TR0 AND NOT 0501LD NOT 0000 AND 1001 LD TR1OUT 1001 AND 1003 AND 0506LD 0001 OR 0507 OR 0007AND
11、NOT 1000 LD TR0 KEEP 0503OUT 1002 AND 0505 LD 0500LD NOT 0001 OR 0003 OR 0502AND NOT 1000 OR 0506 LD 0505OUT 1003 KEEP 0500 OR 0506LD 0002 LD 1000 OR 0507OUT TR0 OUT TR1 KEEP 0504AND 1001 AND 0004 LD 0008AND 1002 AND NOT 0503 OUT 0505OR 0506 LD TR1 LD 0009LD TR0 AND 0507 OUT 0507AND 0505 OR 0005 LD
12、0010OR 0003 KEEP 0501 OUT 0506OR 0507 LD TR12.4 压力传感器选择在供水系统中，压力传感器既可以采用压力变送器，也可以采用远传压力表。在本设计中采用远传压力表，压力表相应接线端子接到变频器。2.41 远处压力表优点由于压力远传表是一款把压力信号转换为电信号，输出为 4-20mA 的标准信号，信号传送距离可以达到 1-3 公里的压力表。其优点是：传送精度高，寿命高，采用 2 根线传送数据，接线简单。这些优点是传统压力表永远无法取胜的。3.变频爱参数设置名称 代码 设置值频率设定命令 00 1操作方法 01 1最高频率 02 50HZ基本频率 03 50
13、HZ电子过热或继电器 08 1频率上限 11 50HZ频率下限 12 35HZ四PID 参数设置PID 控制器参数选择的方法很多，例如试凑法、临界比例度法、扩充临界比例度法等。但是，对于 PID 控制而言，参数的选择始终是一件非常烦杂的工作，需要经过不断的调整才能得到较为满意的控制效果。依据经验，一般 PID 参数确定的步骤如下：A：确定比例系数 Kp确定比例系数 Kp 时，首先去掉 PID 的积分项和微分项，可以令 Ti=0、 Td=0，使之成为纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的 6070 ，比例系数 Kp 由 0 开始逐渐增大，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例系数 Kp 逐
14、渐减小，直至系统振荡消失。记录此时的比例系数 Kp，设定 PID 的比例系数 Kp 为当前值的 6070 。B：确定积分时间常数 Ti比例系数 Kp 确定之后，设定一个较大的积分时间常数 Ti，然后逐渐减小 Ti，直至系统出现振荡，然后再反过来，逐渐增大 Ti，直至系统振荡消失。记录此时的 Ti，设定 PID 的积分时间常数 Ti为当前值的 150 180。C：确定微分时间常数 Td微分时间常数 Td 一般不用设定，为 0 即可，此时 PID 调节转换为 PI 调节。如果需要设定，则与确定 Kp 的方法相同，取不振荡时其值的 30。D:系统空载、带载联调对 PID 参数进行微调，直到满足性能要求。
