变频恒压供水控制系统设计.doc

课程设计

课题名称变频恒压供水控制系统设计学院(部)

专业

班级

学生姓名

学号

指导教师(签字)

一、设计概述

变频器是一种新型技术，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。本课程设计为实现恒压供水功能而按照设计任务书要求完成设计任务。最终实现控制系统的自动稳定运行。

根据设计要求本系统采用西门子PLC300控制系统对变频器进行调速控制和系统输入输出信号的采集以及系统报警功能的实现。本系统内的电机调速由变频器来实现，通过PLC控制变频器和现场压力仪表检测的反馈信号来实现对电机的自动恒压控制功能。

二、设计任务

例如一楼宇供水系统，正常供水20m3/小时，最大供水量35m3/小时，扬程45m。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。本恒压供水系统，要求以1.0Mpa的恒定压力对用户进行供水。水泵有2台，由一台变频器驱动。PLC按照压力变送器（PIT）的信号，调节变频器的输出，使水泵的转速变化，从而保证供水压力的恒定。两台水泵互为备份，可任意选择一台水泵处于变频模式或工频模式。控制系统原理如图1所示：

PLC

图1 恒压供水变频控制系统原理图

三、系统设备选型

1主要电气元件参数指标

水泵：35KW，三相异步电动机

恒压设定点：1.0Mpa

压力变送器：0-1.6Mpa，两线制，4-20mA电流输出

变频器：VVVF变频器

（1）水泵

根据设计要求水泵正常供水20m3/小时，最大供水量35m3/小时，扬程45m。参考相关资料选择型号为IS50-32-125(扬程50m，流量50 m3/小时)的水泵即可满足要求。

(2)远传压力表

由于远传压力表具有价格低、有数据读取表盘等优点，结合具体

实际设计，故在此处选择其作为反馈信号。

四、系统控制要求

1、设两台水泵。一台工作，一台备用。正常工作时，始终有一台水泵供水。当工作泵出现故障时，备用泵自投。

2、两台泵可以互换。

3、给定压力可调，压力控制点设在水泵处。

4、具有自动，手动工作方式，各种保护、报警装置。

5、用PLC为主要器件完成控制系统的设计。

五、控制系统实现

1、系统工作原理

工作方式选择：分别闭合总电源开关QF1，控制电路电源开关QF2（此时控制电路电源指示灯HL9亮），变频器电源开关QF3 ，将自动档位开关SA2旋到自动档位，此时触点0001接通，进而使内部辅助触电1001导通，选择工作方式为自动方式。水泵控制流程图如图2所示：

图2水泵控制流程图

备用泵选择：如选择1号泵为备用泵，则将其备用选择开关SA1旋到1号泵备用档位，此时触电0000被接通，内部辅助触电1002导

通，选择1号泵为备用泵。如选择2号泵为备用泵，则将其备用选择开关SA1旋到2号泵备用档位，此时常闭触电0000被接通，内部辅助触电1003导通，选择2号泵为备用泵。

自动状态启动：按下启动按钮SB1，PLC内部触电002被接通，此时如果选择1号泵为备用泵则0502触电被接通，2号泵正常工作，1号泵为备用泵。此时如果选择2号泵为备用泵则0500触电被接通，1号泵正常工作，2号泵为备用泵。

自动状态停止：按下自动停止按钮SB2则PLC内部触点0003被接通，此时可断开0502和0500输出继电器，可使整个系统停止运行。同时，

手动启动1号泵：分别闭合总电源开关QF1，控制电路电源开关QF2（此时控制电路电源指示灯HL9亮），变频器电源开关QF3 ，将自动档位开关SA2旋到手动档位，此时触电0001被接通，同时常闭触电0001断开，即切除自动状态的功能。按下SB3启动1号泵工作，触电0004被接通，输出继电器0501动作，启动1号泵工频工作。

手动停止1号泵：按下SB4，触电0005闭合，切断输出继电器0501，1号泵停止工作。同时常闭触电0501断开，2号泵无法启动。

手动启动2号泵：按下SB5启动2号泵工作，触电0006被接通，输出继电器0503动作，启动1号泵工频工作。

手动停止2号泵：按下SB6，触电0007闭合，切断输出继电器0503，2号泵停止工作。同时常闭触电0503断开，1号泵无法启动。

故障排除：1号泵热继电器出现故障时，输入端子FR1动作，

接通触点0009，使输出继电器0506接通，点亮HL8。2号泵热继电器出现故障时，输入端子FR2动作，接通触点0010，使输出继电器0505接通，点亮HL7。当变频器出现故障时，输入端子BP动作，接通触点0008，使输出继电器0507接通，点亮HL6。

2、信号检测

在系统控制过程中，需要检测的信号包括水压信号、报警信号: （1）水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。此信号是模拟信号，读入变频器时，需进行转换。

(2)报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常，该信号为开关量信号。

3、PID自动调节原理框图如图3所示

图3 PID自动调节原理框图

为了使输出压力恒定，过压力检测仪表做为检测元件实现压力检测，根据检测仪表的反馈信号由PLC处理并调节变频器输出从而控制电机，使输出压力恒定在1.0Mpa的恒定值下。

4、PID控制器参数选择

根据设计要求结合PID的经验数据，可得其数据：采样周期T=3

秒，比例系数KP=140,积分时间Ti=24秒。因为供水系统没有较大的惯性环节所以不需要设置微分参数。

5、变频器参数设定

6、部分器件选择

7、PLC外部接线图的设计

PLC根据表1的I/O分配关系和C20P的端子排列位置进行相应的接线，PLC系统外部接线图在中，图中各接触器采用220V电源，信号指示及报警指示灯与接触器共用220V电源。（PLC外部接线图的设计