变频供水系统设计.doc

目录 1前言 1 1.1变频供水系统的应用行业和场合 1 1.2设计任务即要求 1 2.系统的基本构成及基本原理 2 2.1变频供水系统的机构框图 2 2.2变频供水系统的工作原理 3 3主电路设计及元件清单 5 3.1主电路设计结果 5 3.2主要参数及其器件选择 6 3.2.1主要参数 6 3.2.2器件选择 7 3.3元件清单 10 4保护电路设计 11 5驱动电路设计 12 5.1驱动电路设计结果 12 5.2驱动电路主要参数计算及其器件选择 14 5.2.1主要参数计算 14 5.2.2驱动电路器件选择 16 5.3驱动电路元件清单 16 设计心得 17 参考文献 18 附录：变频供水系统总设计图 19 1前言 1.1变频供水系统的应用行业和场合 泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需要大量消耗能量，提高泵站效率；降低能耗，对国民经济有重大意义。我过泵站的特点是数量大、范围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动能经济观点以及机电产品类型和质量上存在的一些问题等原因，至使在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。目前，大量的动能消耗在水泵、风机负载上，城乡居民用水设备所消耗的电量在这类负载中占了相当大的比例。因此，研究提水系统的能量模型，找出能够节能的控制策略方法是目前较为重要的一件事。 以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术与一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便的实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。 1.2设计任务即要求 本系统是以一个供水系统作为被控对象，PLC与变频器协调控制电机的转速与启动和停止。 系统控制要求: (1) 工艺参数: 供水系统由3台水泵组成： 母管压力H≥0.8时，一台定速，一台变速，一台备用。 母管压力H≤0.64时，一台定速或变速，二台备用。 母管压力H≤0.52时，一台变速，二台备用。 (2) 电动机参数：型号：JD-L-39-4 功率：75KW 额定频率：50Hz 额定电压：380VAC； 额定转速：1470 r/min 额定电流：126.6 A (3) 水泵电机的起动/停止、正转、调速控制。 (4) 变频器采用远方控制方式。 (5) 通过母管压力变送器测得实际压力大小，同时和压力给定组成闭环控制。 (6) 变频器的运行状态指示（如运行、停止、过流、低压等）。 (7) 变频器的报警处理。 2.系统的基本构成及基本原理 2.1变频供水系统的机构框图 变频恒压供水系统主要由水泵、电动机、变频器、D/A模块、A/D模块、管道和压力变送器等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵连成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。其结构框图如图2-1所示： 图2-1变频恒压供水系统框图 恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为4—20mA的电信号PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，2-2所示： 图2变频恒压供水系统控制流程图压力上[10]。基于PLC的变频恒压供水系统主电路图如图3所示：三台电机分别为M1、M2、M3，它们分别带动水泵#、#、#。接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行 图3-1 变频恒压供水系统主电路图 三相电源经低压熔断器、隔离开关接至变频器的R、S、T端，变频器的输出端U、V、W通过接触器的触点接至电机。当电机工频运行时，连接至变频器的隔离开关及变频器输出端的接触器断开，接通工频运行的接触器和隔离开关。主电路中的低压熔断器除接通电源外，同时实现短路保护，每台电动机的过载保护由相应的热继电器FR实现。变频和工