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变频器应用案例

可编程控制器和变频器的恒压供水系统控制的研

点击次数:??更新时间:2017-08-12 15:50??【打印此页】??【关闭
  • 案例可编程控制器和变频器的恒压供水系统控制的研
  • 发布日期2017年08月
  • 案例类别卓越解决方案平台

案例详细描述

1 引言

 

    随着变频器技术的日益成熟,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,在小区供水和工厂供水控制中发挥了很大的作用。
    根据某洗衣机进水电磁阀生产厂家的需要,为了给该厂电磁阀性能测试生产线提供基准恒压水源,本文利用PLC控制技术和变频调速技术设计的全自动恒压供水系统,能较好地满足生产需求,水压精度较高。为了不浪费水资源,系统还具有自动水循环功能。

 


2 系统组成及实现原理


    恒压供水的基本控制策略是:采用可编程控制器(plc)与变频调速装置构成控制系统,进行优化控制泵组的调速运行,并自动调整泵组的运行台数,完成供水压力的闭环控制,即根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速和水泵的数量,自动补偿用水量的变化,以保证供水管网的压力保持在设定值,既可以满足生产供水要求,还可节约电能,使系统处于可靠工作状态,实现恒压供水。  

图1恒压供水系统控制原理框图

 


    变频调速恒压供水系统由变频器、泵组电机、供水管网、储水箱、智能pid调节器、压力变送器、plc控制单元等部分组成,控制系统原理图如图1所示。
其中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源,实现电机的无级调速,从而使管网水压连续变化,同时变频器还可作为电机软启动装置,限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能pid调节器实现管网水压的pid调节。plc控制单元则是泵组管理的执行设备,同时还是变频器的驱动控制,根据用水量的实际变化,自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和plc的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动,消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击,延长机电设备的使用寿命。
 

3 控制系统硬件设计

 

    本系统采用三套电机-水泵对水网进行恒压供水,每台电机均可工作在变频方式或工频方式,但每次仅有一台电机工作在变频调速状态。工作时可根据实际情况选择,变频器根据实际水压的变化,不断地调整水泵转速,通过调节流量达到恒定水压的目的。另外,可编程序控制器根据当前水泵的供水情况对其进行合理切换,及时增泵和减泵,实现最佳匹配。
    3.1主控电路设计
    电控系统的主电路由3台电机分别为m1、m2和m3。接触器km1、km2、km3分别控制电机m1、m2和m3变频或工频运行,fr1、fr2、fr3分别为3台水泵电机过载?;さ娜燃痰缙?,qs1、qs2、qs3、qs4分别为变频器和3台水泵电机主电路的隔离开关,fu1为主电路的熔断器,vvvf为通用变频器。
    3.2智能pid调节器和变频器接线图
    变频器选用三垦力达电气有限公司的shf系列,功率分别为7.5kw,1.5kw和15kw,变频器采用模拟量控制方式。通过变频器对电机水泵实现软启动功能。图2为pid调节器和变频器的接线图。变频器根据pid调节器输出信号,及时调节输出频率,改变电机和水泵的转速,调节系统供水量,使供水管网中的压力稳定在设定压力值上。

 

  

图2pid调节器和变频器接线图


 3.3plc输入/输出地址分配
    根据对控制系统的分析,本系统选用中达电通公司的dvp60es00t2plc实现控制,共有60点输入输出,其中36个输入点,24个晶体管输出点,交流供电,其环境温度、抗冲击、抗噪声等性能指标均能满足要求,附表为plc输入/输出地址分配表。
    附表plc输入/输出地址分配表


4 系统软件设计


    系统的软件设计包括plc的程序设计和变频器的功能参数设定。这里主要讨论plc的程序设计。
    plc的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计,手动部分是通过按钮控制电机在工频下运行和停止,主要考虑系统调试或检修时用。
    当选择开关打到"自动"时,系统能够进入自动工作状态,由plc和变频器联合控制各台电机的投入或切除、工频或变频运行方式。供水系统共有3台泵组电机,在根据水压决定投入泵组台数后,只有最初投入的电机进行变频调速,其它后投入的电机则在工频下全速运行,泵组电机的切换过程由逻辑控制单元plc实现。

图3系统控制流程图


    图3为选择p1泵为变频泵,p2、p3泵为工频泵时的plc状态转移图。假设增泵顺序为p1、p3和p2,当供水设备开始工作时,先起动变频泵p1,当管网水压达到设定值时,变频器的输出频率则稳定在一定数值上。当用水量增加时,水压降低,压力变送器把水管出口变化了的总管实际压力信号变成4~20ma的标准信号送入智能pid调节器,pid回路调节器经运算,得出调节参数送给变频器,使变频器的输出频率上升,水泵的转速提高,水压上升。如果用水量增加很多,使变频器的输出频率达到最大值(50hz)时,若供水压力仍不能使管网水压达到设定值,延时20s后,pid调节器就发出控制信号,通过PLC控制单元起动一台工频泵p3泵,若管网水压仍不能达到设定值,则延时20s后,继续起动工频泵。反之,当用水量减少,供水压力大于设定值时,变频器的输出频率降低,水泵转速下降,变频器的输出频率达到最小值(30hz)时,延时20s后,则发出减少一台工频泵的命令,其他泵依次类推。


5 结束语


    自行设计的变频调速恒压供水系统实现简单,成本低廉,投入运行以来,工作可靠,具有较好的控制效果。主要体现在:
    (1)系统供水压力平稳,压力变化在0.01mpa以内;
    (2)高效节能,系统有plc和变频器管理,可有效解决不同用水量时电机轻载或空载时节能问题;
    (3)整个系统自动化程度高,不需人员职守,故障时可以自动?;げ⒎⒊霰ň藕?。
    (4)自动水循环,实现了有效的节水。
    另外,系统采用plc控制,容易随时修改程序,以改变工作状况,满足不同控制要求,有较大的灵活性和通用性,有一定的推广应用价值。 

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