变频恒压供水系统设计(论文)
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通过整流桥将工频交流电压变为直流电压，再由逆变桥变换为频率可调的交流，作为交流异步电动机的驱动电源，使电动机获得无级调速所需的电压、电流和频率。
1.2水泵供水系统具有管网特性：
通道管网的流量与所消耗的能量之间的关系，如图1所示，它同时表明水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差，液体在管道中流动的阻力。水泵运行工作点位置与水泵负载有关，在水泵负载经常变化的情况下，水泵不能总处在高效区域里工作。为使水泵适应外界负载变化的要求。我们可采用变速调节，即在管网特性曲线基本不变时，采用改变水泵转速来改变泵的Q—H特性曲线。从而改变它的工作点，达到既改变流量又能保证水泵恒定和输入功率减少的目的。
一、题目：变频恒压供水系统设计
二、摘要：
随着社会经济的发展，绿色、节能、环保已成为社会建设的主题。对于一个城市的建设，供水系统的建设是其中重要的一部分。供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到居民的生活质量。近年来，随着自动化技术、控制技术的发展，以及这些技术在供水系统的应用，高性能、高节能的变频恒压控制的供水系统已成为现在城市供水管理的必然趋势。经过一学期对《交流电机变频调速》的学习，以及以前对PLC控制器的了解。本次课程设计采用OMRON C系列小型PLC控制器结合富士FRENIC 5000G11S系列变频器控制两台水泵，实现变频恒压供水系统的设计，并结合一些辅助控制器件实现对系统的保护，使得系统控制可靠，操作方便。
0504
VVVF故障信号
0007
泵机组过载报警指示灯（HL6）
0505
VVVF故障报警指示灯（HL7）
0506
系统故障报警警铃
0507
图5变频恒压供水系统控制电路设计
2.4软件设计
要通过PLC控制器实现水泵的切换与系统的故障检测，本系统设计为：系统启动后，泵1首先进入变频运行，当出现压力上限时，变频泵切换为工频，启动另一台泵变频运行，当出现压力下限时，工频泵切除，仅又变频泵工作，系统程序设计流程图如图6。
当sb1按下km1和km2闭合泵1变频运行当达到压力上限时km2断开km3与km5闭合泵1工频泵2变频当出现压力下限时km3断开泵1停止泵2变频当再次出现压力上限时km5断开km4和km2闭合泵2工频泵1变频当再次出现压力下限时km4断开泵2停止泵1变频当sb2按下时或泵组出现过载或vvvf出现故障时整个系统停止工作相应的指示灯亮警铃报警sb2为停机按钮hl2红灯为泵1工频运行hl3红灯为泵2工频运行hl5为水泵机组过载报警指示灯hl6为vvvf故障报警指示灯hr1为系统故障报警警铃水泵机组启动后泵1首先进入运行状态结束语通过一周的努力终于完成了本次课程设计在这一周中经过分析系统与同学讨论不断的请教老师设计出了此方案
关键字：变频器PLC恒压供水
三、设计要求:
一楼宇供水系统，正常供水量为35m3/小时，最大供水量45m3/小时，扬程50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，改变了流量，以保证水压恒定。
四、正文：
1系统总设计：
1.1异步电动机采用变频器调速的原理是：
图4变频恒压供水系统主电路
2.3控制电路的设计：
控制电路如图5所示，SB1控制系统的启动，SB2控制系统的停止，FR1为水泵的过载保护，当水泵机组过载时，FR1触点闭合，HL6灯亮，警铃报警，当变频器出现故障时，HL7灯亮，警铃报警。当出现过载或者变频器故障，整个系统停止工作，待检修。当SB1按下，HL1亮，系统进入工作状态，HL2为泵1的变频运行指示灯，HL3为泵1的工频运行，指示灯HL4为泵2的变频运行指示灯，HL5为泵2的工频运行指示灯。PLC控制器的I/O口分布如表1。
表1 PLC IO口分布表
输入
输出
启动按钮
0002
VVVF电源控制接触器（KM1）
0500
停止按钮
0003
泵1变频控制接触器（KM2）
0501
FR1(水泵过载保护)触点
0004
泵1工频控制接触器（KM3）
0502
压力上限信号
0005
泵2工频控制接触器（KM4）
0503
压力下限信号
0006
泵2变频控制接触器(KM5)
图1水泵变速运行图
1.3系统方案设计：
本系统选择两台水泵进行供水，采用远传压力表采集水泵出口处的压力信号，应用变频器调频实现水泵的恒压供水，通过PLC控制水泵的切换以及系统的整体控制与保护，系统原理框图图2。
图2变频恒压供水系统原理框图
根据原理图，设计水泵机组的切换如图3。
图3水泵自动调节原理框图
2系统各部分设计：
当上述故障出现其一，系统立即停止，并报警
五、结束语
通过一周的努力终于完成了本次课程设计，在这一周中，经过分析系统、与同学讨论，不断的请教老师，设计出了此方案：以PLC作为主控制器件，控制水泵工作状态的切换，通过VVVF变频控制书泵机组，并加一些辅助保护，实现了两台水泵的变频恒压供水这一系统。
这次课设后，自己对变频器的功能有了更深刻的理解，以及对之前学习的电气控制技术进行了一次回顾，能够更好的讲学过的知识加以综合利用。并且深刻的体会到做一个系统并不是那么容易，设计师没那么好当，认识到将自己平时学习的零碎知识要加以综合的必要性。还有做为一个工科学生，要多看一些技术报告，多看一些产品说明，使自己对自己专业领域所应到的东西有一个感性的认识。
2.1水泵电动机容量选择：
根据水泵的最大容量45 /h，扬程50m
因此电动机总容量为6.25KW，因此我们选择两台3.5KW的电动机。
2.2主电路的设计：
主电路如图4所示，选择两台功率为3.5KW的水泵，用压力传感器采集水泵出口处的压力信号，并将压力信号送入PID调节器，通过PID调节后，将一路4—20mA的信号送入变频器，通过变频器控制水泵的变频供水，并在PID调节器上设定压力上下限，将此开关量信号送入PLC控制器，从而实现两台水泵之间的工频变频切换。
图6变频恒压供水系统梯形图设计流程图
3操作说明书
SB1为启动按钮
SB2为停机按钮
HL1（绿灯）为泵1变频运行
HL2（红灯）为泵1工频运行
HL3（红灯）为泵2组过载报警指示灯
HL6为VVVF故障报警指示灯
HR1为系统故障报警警铃
水泵机组启动后，泵1首先进入运行状态
参考文献
1）《交流电机变频调速及其应用》张承慧等机械工业出版社
2）《建筑电气控制技术》王俭建筑工业出版社
3）《过程控制》金以慧清华大学出版社
4）富士变频器使用手册
5）《水暖空调电气控制技术》孙光伟建筑工业出版社
6）有关杂志、报刊、资料
1.2水泵供水系统具有管网特性：
通道管网的流量与所消耗的能量之间的关系，如图1所示，它同时表明水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差，液体在管道中流动的阻力。水泵运行工作点位置与水泵负载有关，在水泵负载经常变化的情况下，水泵不能总处在高效区域里工作。为使水泵适应外界负载变化的要求。我们可采用变速调节，即在管网特性曲线基本不变时，采用改变水泵转速来改变泵的Q—H特性曲线。从而改变它的工作点，达到既改变流量又能保证水泵恒定和输入功率减少的目的。
一、题目：变频恒压供水系统设计
二、摘要：
随着社会经济的发展，绿色、节能、环保已成为社会建设的主题。对于一个城市的建设，供水系统的建设是其中重要的一部分。供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到居民的生活质量。近年来，随着自动化技术、控制技术的发展，以及这些技术在供水系统的应用，高性能、高节能的变频恒压控制的供水系统已成为现在城市供水管理的必然趋势。经过一学期对《交流电机变频调速》的学习，以及以前对PLC控制器的了解。本次课程设计采用OMRON C系列小型PLC控制器结合富士FRENIC 5000G11S系列变频器控制两台水泵，实现变频恒压供水系统的设计，并结合一些辅助控制器件实现对系统的保护，使得系统控制可靠，操作方便。
0504
VVVF故障信号
0007
泵机组过载报警指示灯（HL6）
0505
VVVF故障报警指示灯（HL7）
0506
系统故障报警警铃
0507
图5变频恒压供水系统控制电路设计
2.4软件设计
要通过PLC控制器实现水泵的切换与系统的故障检测，本系统设计为：系统启动后，泵1首先进入变频运行，当出现压力上限时，变频泵切换为工频，启动另一台泵变频运行，当出现压力下限时，工频泵切除，仅又变频泵工作，系统程序设计流程图如图6。
当sb1按下km1和km2闭合泵1变频运行当达到压力上限时km2断开km3与km5闭合泵1工频泵2变频当出现压力下限时km3断开泵1停止泵2变频当再次出现压力上限时km5断开km4和km2闭合泵2工频泵1变频当再次出现压力下限时km4断开泵2停止泵1变频当sb2按下时或泵组出现过载或vvvf出现故障时整个系统停止工作相应的指示灯亮警铃报警sb2为停机按钮hl2红灯为泵1工频运行hl3红灯为泵2工频运行hl5为水泵机组过载报警指示灯hl6为vvvf故障报警指示灯hr1为系统故障报警警铃水泵机组启动后泵1首先进入运行状态结束语通过一周的努力终于完成了本次课程设计在这一周中经过分析系统与同学讨论不断的请教老师设计出了此方案
关键字：变频器PLC恒压供水
三、设计要求:
一楼宇供水系统，正常供水量为35m3/小时，最大供水量45m3/小时，扬程50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，改变了流量，以保证水压恒定。
四、正文：
1系统总设计：
1.1异步电动机采用变频器调速的原理是：
图4变频恒压供水系统主电路
2.3控制电路的设计：
控制电路如图5所示，SB1控制系统的启动，SB2控制系统的停止，FR1为水泵的过载保护，当水泵机组过载时，FR1触点闭合，HL6灯亮，警铃报警，当变频器出现故障时，HL7灯亮，警铃报警。当出现过载或者变频器故障，整个系统停止工作，待检修。当SB1按下，HL1亮，系统进入工作状态，HL2为泵1的变频运行指示灯，HL3为泵1的工频运行，指示灯HL4为泵2的变频运行指示灯，HL5为泵2的工频运行指示灯。PLC控制器的I/O口分布如表1。
表1 PLC IO口分布表
输入
输出
启动按钮
0002
VVVF电源控制接触器（KM1）
0500
停止按钮
0003
泵1变频控制接触器（KM2）
0501
FR1(水泵过载保护)触点
0004
泵1工频控制接触器（KM3）
0502
压力上限信号
0005
泵2工频控制接触器（KM4）
0503
压力下限信号
0006
泵2变频控制接触器(KM5)
图1水泵变速运行图
1.3系统方案设计：
本系统选择两台水泵进行供水，采用远传压力表采集水泵出口处的压力信号，应用变频器调频实现水泵的恒压供水，通过PLC控制水泵的切换以及系统的整体控制与保护，系统原理框图图2。
图2变频恒压供水系统原理框图
根据原理图，设计水泵机组的切换如图3。
图3水泵自动调节原理框图
2系统各部分设计：
当上述故障出现其一，系统立即停止，并报警
五、结束语
通过一周的努力终于完成了本次课程设计，在这一周中，经过分析系统、与同学讨论，不断的请教老师，设计出了此方案：以PLC作为主控制器件，控制水泵工作状态的切换，通过VVVF变频控制书泵机组，并加一些辅助保护，实现了两台水泵的变频恒压供水这一系统。
这次课设后，自己对变频器的功能有了更深刻的理解，以及对之前学习的电气控制技术进行了一次回顾，能够更好的讲学过的知识加以综合利用。并且深刻的体会到做一个系统并不是那么容易，设计师没那么好当，认识到将自己平时学习的零碎知识要加以综合的必要性。还有做为一个工科学生，要多看一些技术报告，多看一些产品说明，使自己对自己专业领域所应到的东西有一个感性的认识。
2.1水泵电动机容量选择：
根据水泵的最大容量45 /h，扬程50m
因此电动机总容量为6.25KW，因此我们选择两台3.5KW的电动机。
2.2主电路的设计：
主电路如图4所示，选择两台功率为3.5KW的水泵，用压力传感器采集水泵出口处的压力信号，并将压力信号送入PID调节器，通过PID调节后，将一路4—20mA的信号送入变频器，通过变频器控制水泵的变频供水，并在PID调节器上设定压力上下限，将此开关量信号送入PLC控制器，从而实现两台水泵之间的工频变频切换。
图6变频恒压供水系统梯形图设计流程图
3操作说明书
SB1为启动按钮
SB2为停机按钮
HL1（绿灯）为泵1变频运行
HL2（红灯）为泵1工频运行
HL3（红灯）为泵2组过载报警指示灯
HL6为VVVF故障报警指示灯
HR1为系统故障报警警铃
水泵机组启动后，泵1首先进入运行状态
参考文献
1）《交流电机变频调速及其应用》张承慧等机械工业出版社
2）《建筑电气控制技术》王俭建筑工业出版社
3）《过程控制》金以慧清华大学出版社
4）富士变频器使用手册
5）《水暖空调电气控制技术》孙光伟建筑工业出版社
6）有关杂志、报刊、资料