恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論

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1、三峽電力職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專 業(yè) 機(jī) 電 一 體 化 班 級 指導(dǎo)教師 評閱教師 完成日期2012年10月19日 目 錄 目錄…………………………………………………………………………1 摘要…………………………………………………………………………3 前言………………………………………………………………………3 第一章 變頻調(diào)速技術(shù)……………………………………………………4 　1.1變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷史………………………………………………………4 1.2變頻器在工業(yè)

2、中的應(yīng)用……………………………………………………4 1.3變頻調(diào)速技術(shù)的展望…………………………………………………………5 1.4變頻調(diào)速技術(shù)的原理……………………………………………………5 1.5變頻調(diào)速技術(shù)的原理………………………………………………………5 第二章 生活供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………7 2.1系統(tǒng)概述…………………………………………………………………7 2.2系統(tǒng)特點(diǎn)…………………………………………………………………7 2.3本系統(tǒng)適用范圍…………………………………………………………8 2.4工作原理………………………………

3、…………………………………8 第三章 PLC控制系統(tǒng)……………………………………………………10 3.1 PLC的發(fā)展歷程…………………………………………………………10 3.2 PLC應(yīng)用………………………………………………………………10 3.3 PLC原理………………………………………………………………10 3.4電機(jī)啟動順序功能圖……………………………………………………10 3.5 PLC的選擇……………………………………………………………11 3.6 PLC梯形圖……………………………………………………………11 第四章 變頻器的選用………………………………………

4、……………12 3.1 變頻器的要求……………………………………………………………12 3.2 FR-F500功能范圍………………………………………………………12 3.3 變頻器的選擇…………………………………………………………12 3.4 FR-F500的具體參數(shù)……………………………………………………12 第五章 系統(tǒng)安裝…………………………………………………………14 5.1變頻器與PLC的連接……………………………………………………14 5.2 PLC的控制系統(tǒng)連接圖…………………………………………………14 第六章變頻器參數(shù)設(shè)置和使用………………………………………

5、…15 6.1 變頻器的基本設(shè)置……………………………………………………15 操作面板的名稱和功能……………………………………………15 6.1.2 按[MODE]鍵改變監(jiān)視…………………………………………15 監(jiān)視模式………………………………………………………15 6.1.4 頻率設(shè)定模式……………………………………………………15 6.1.5 參數(shù)設(shè)定模式…………………………………………………15 6.1.6操作模式…………………………………………………………17 6.2 各種操作模式……………………………………………………19 6.2.1 PU操作模式……………

6、………………………………………19 6.2.2 組合操作模式………………………………………………20 6.3 主要參數(shù)的設(shè)置……………………………………………………21 6.3.1 上限頻率的設(shè)定…………………………………………………21 6.3.2 下限頻率的設(shè)定……………………………………………………21 6.3.3 加減速時(shí)間的設(shè)定…………………………………………………21 6.3.4 電子過流保護(hù)設(shè)定……………………………………………………21 6.3.5 使用負(fù)荷選擇……………………………………………………21 第七章 工程清單……………………………………………………

7、……22 7.1低壓區(qū)生活變頻供水系統(tǒng)………………………………………………22 7.2 高壓區(qū)生活變頻供水系統(tǒng)………………………………………………23 致謝…………………………………………………………………………24 附錄…………………………………………………………………………25 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………32 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) —馨島國際名宛供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：本文在介紹最新技術(shù)——恒壓變頻供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分析了整個(gè)供水系統(tǒng)的和和設(shè)計(jì)過程，從變頻器和PLC的選擇到具體線路的連接，及系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)。其中變頻器的保養(yǎng)和維護(hù)是本設(shè)計(jì)

8、的一個(gè)關(guān)鍵。變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。在設(shè)計(jì)階段可以降低對供水壓力計(jì)算準(zhǔn)確度的要求，因?yàn)殡S時(shí)可以方便地改變供水壓力。并且變頻器可靠性好，節(jié)能效果明顯。 關(guān)鍵詞： 變頻供水；PLC；變頻器；頻率；壓力傳感器；異步電動機(jī) 前言 交流電動機(jī)特別是異步電動機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、維修方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。但其調(diào)速性能在以前趕不上直流電動機(jī)，所以交流電動機(jī)的調(diào)速技術(shù)一直是世界各國研究的課題。20世紀(jì)60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體變流技術(shù)應(yīng)用到交流調(diào)速系統(tǒng)中，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，都為交流調(diào)速的進(jìn)一步

9、發(fā)展創(chuàng)造了條件。人們研究出很多類型的交流調(diào)速系統(tǒng)，其中有些方法的調(diào)速性能已可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。因此，交流調(diào)速得到日益廣泛的應(yīng)用，目前在調(diào)速傳動領(lǐng)域交流電動機(jī)已有取代直流電動機(jī)的趨勢 。 前期的交流電動機(jī)調(diào)速方法，如采用繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、鼠籠異步電動機(jī)變極調(diào)速，在定子繞組串電抗器調(diào)速等都存在效率低，不經(jīng)濟(jì)等缺點(diǎn)。交流變頻調(diào)速的優(yōu)越性早在20世紀(jì)20年代就已被人們認(rèn)識，但受到元器件的限制，當(dāng)時(shí)只能用閘流管構(gòu)成逆變器，由于投資大，效率低，體積大而未能推廣。20世紀(jì)50年代中期，晶閘管的研制成功，開創(chuàng)了電力電子技術(shù)發(fā)展的新時(shí)代。由于晶閘管具有體積小、重量輕、響應(yīng)快、管壓低等一系列優(yōu)

10、點(diǎn)，交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)有了飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了交流異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速、串級調(diào)速等系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的變頻調(diào)速，比上述兩種調(diào)速方式效率更高，性能更好，在近30年得到了迅速發(fā)展。 第一章 變頻調(diào)速技術(shù) 1.1 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷史 三次中東戰(zhàn)爭后，西方一度發(fā)生石油危機(jī)，廉價(jià)能源喪失，使人們認(rèn)識到節(jié)能的重要性，許多傳統(tǒng)的工藝過程必須從節(jié)能的角度加以重新評價(jià)。其直接影響是要求一大批原來恒速運(yùn)行的機(jī)械改成調(diào)速運(yùn)行，特別是用量很大，通常占總用電量一半左右的風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，采用調(diào)速方式來調(diào)節(jié)輸出流量，與傳統(tǒng)的恒速運(yùn)行節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量的方式相比，可節(jié)電30％左右；這一事實(shí)，促使人們從生產(chǎn)系統(tǒng)總

11、效率的角度來重新評價(jià)交流調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，變頻調(diào)速系統(tǒng)由于具有顯著的節(jié)電效果；低廉的運(yùn)行費(fèi)用，?？傻窒b置價(jià)格偏高的不利因素，受到用戶的歡迎。 ?????????在環(huán)境惡劣的生產(chǎn)場合（如冶金、建材、礦山、化工等工業(yè)）常有防爆或高速運(yùn)行的要求，目前世界上還很難生產(chǎn)出大功率、高速的防爆直流電動機(jī)，再如水泥行業(yè)灰塵大，污染大，直流電動機(jī)很不適應(yīng)，而且直流電機(jī)經(jīng)常換電刷，維護(hù)量大，因而常常停機(jī)影響生產(chǎn)。 ?????????發(fā)展生產(chǎn)力的需要大大促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，因此自從7O年以來，以電子電子器件、微電子器件技術(shù)和控制技術(shù)等為基礎(chǔ)的變頻調(diào)速技術(shù)，有了突破性的進(jìn)展，生產(chǎn)出滿足變頻調(diào)速要求的變頻器

12、，從此交流調(diào)速進(jìn)入了一個(gè)嶄新時(shí)代，為了與以前傳統(tǒng)的交流調(diào)速相區(qū)別，人們通常把實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速為特征的交流調(diào)速稱為近代交流調(diào)速 變頻調(diào)速技術(shù)問世為標(biāo)志的近代交流調(diào)速近二十年來取得了驚人的進(jìn)展。首先是由于生產(chǎn)力的發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)械的功率愈來愈大，1000千瓦以上功率裝置愈來愈多。在這樣的功率范圍內(nèi)，直流電動機(jī)由于受機(jī)械換向器及電刷等工藝制造的限制，很難制造額定電壓超過1000伏的電動機(jī)，因而額定電流變得很大，供電須采用專用匯流排，這樣供電電壓降和傳輸損耗增加，相比之下，交流電動機(jī)制造超過6000伏以上高壓電機(jī)并不困難，從而避免了上述直流電動機(jī)制造工藝的難點(diǎn)，換言之，功率愈大，交流拖動的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢將更為

13、明顯，制造出功率大大超過直流電動機(jī)是形勢要求的一個(gè)方面；另一方面還要利用先進(jìn)控制技術(shù)使其性能指標(biāo)達(dá)到甚至超過直流電動機(jī)。 1.2 變頻器在工業(yè)中的應(yīng)用 變頻調(diào)速應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、大功率電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，大規(guī)模集成電路和微機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，交流電動機(jī)變頻技術(shù)已日趨完善，變頻調(diào)速器用于交流異步電動機(jī)調(diào)速，其性能勝過以往任何一種交流調(diào)速方式，已成為電動機(jī)調(diào)速最新潮流。在國外交頻調(diào)速已廣泛在鋼鐵、有色冶金、油田、煉油、石化、化工、紡織、印染、醫(yī)藥、造紙、卷煙、高層建筑供水、建材及機(jī)械行業(yè)應(yīng)用，功率大到上萬千瓦的軋鋼機(jī)，小到只有幾十瓦的公園噴水頭，從工廠裝備到家用電器，應(yīng)

14、用范圍相當(dāng)廣闊，并且還將繼續(xù)擴(kuò)大。 1.3 變頻調(diào)速技術(shù)的展望 變頻器自八十年代初以來；國際市場已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的商品化，變頻技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾個(gè)趨勢； ???（1）最新的是第三代。（2）變頻器產(chǎn)品系列化、通用化、小型化，目前在市場已可看到用于一般產(chǎn)業(yè)用和用于風(fēng)機(jī)和泵類的兩個(gè)系列，功率從0.4千瓦到280千瓦。產(chǎn)品不同功率都統(tǒng)一了功能，統(tǒng)一了性能，統(tǒng)一了式樣，統(tǒng)一了端子符號，統(tǒng)一功能碼內(nèi)容等；方便了設(shè)計(jì)和維修。由于集成電路的高密度和冷卻技術(shù)的高效率，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了小型化，體積只有過去的60％。 ???（3）性能智能化：新產(chǎn)品采用了對電動機(jī)的最先進(jìn)的轉(zhuǎn)矩矢量控制，能獲得與負(fù)載自動適應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)

15、矩；低速時(shí)提高起動轉(zhuǎn)矩，大幅度提高轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度等。 ???（4）裝置功能多樣化：提供便于安全、便于操作的顯示器、監(jiān)視器、測試器，各種完善的保護(hù)環(huán)節(jié)，便于維護(hù)更換的模塊和器件等。 1.4 變頻調(diào)速技術(shù)的原理 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速方程是n=60f(1-s)/p，其中n為電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，f為電源頻率，s為轉(zhuǎn)差率，p為定子旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)，所以從這個(gè)公式就可以看出，要想改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變f，s，p這三個(gè)量中的任意一個(gè)，就能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速，又因?yàn)殡姍C(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)出廠后是固定的，且由于技術(shù)和成本問題旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)不能無限制的增加，所以通過改變旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)來進(jìn)行調(diào)速，并且還有調(diào)速范圍小，連續(xù)性

16、差等缺點(diǎn)！ 而隨著大功率開關(guān)器件更新?lián)Q代速度加快，電壓、電流頻率定額不斷提高，開關(guān)損耗不斷減少，開關(guān)頻率不斷提高，最近幾年已經(jīng)推出比雙極晶體管（BJT）更新的絕緣柵雙極晶體管（IGBT）已經(jīng)在新一代的變頻器上大量應(yīng)用，生產(chǎn)出滿足變頻調(diào)速要求的變頻器，且調(diào)速范圍比較寬，對交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)速。因此改變電源頻率f是比較方便和有效的方法，只要改變了電源頻率f就夠改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 1.5 變頻調(diào)速技術(shù)的常用技術(shù) （1）SPWM控制技術(shù)PWM的調(diào)制原理是使變頻器的輸出脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)面積相等，改變調(diào)制波的頻率和幅值即可調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的頻率和幅值。 正弦波脈寬

17、調(diào)制(SPWM)技術(shù)在變頻器中得到廣泛的應(yīng)用。SPWM變頻器調(diào)壓調(diào)頻一次完成，整流器無需控制，簡化了電路結(jié)構(gòu)，而且由于以全波整流代替了相控整流，因而提高了入端的功率因數(shù)，減小了高次諧波對電網(wǎng)的影響。此外，由于輸出波形由方波改進(jìn)為PWM波，減少了低次諧波，從而解決了電動機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動問題，也降低了電動機(jī)的諧波損耗和噪聲。PWM技術(shù)的應(yīng)用是變頻器的發(fā)展主流。但感應(yīng)電動機(jī)本身因?yàn)闅庀洞磐ā⑥D(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子電流是強(qiáng)耦合的，所以調(diào)速性能不如直流電動機(jī)。 （2）電流控制PWM技術(shù)電流控制PWM技術(shù)是一種新穎的控制技術(shù)，近年來得到了相當(dāng)大的發(fā)展及較廣泛的應(yīng)用。電流控制PWM技術(shù)有不同的線路方案來實(shí)現(xiàn)，其共

18、同特點(diǎn)是：通過監(jiān)測電感電流直接反饋去控制功率開關(guān)的占空比，使功率開關(guān)的峰值電流直接跟隨電壓反饋回路中誤差放大器輸出的信號變化而變化。但流控制PWM技術(shù)還存在一些局限性，而應(yīng)用現(xiàn)代控制理論可以克服這些缺點(diǎn)，所以應(yīng)用現(xiàn)代控制論是它的必然發(fā)展趨勢。 （3）電壓矢量“等效”三電平PWM變頻調(diào)電壓矢量“等效”三電平PWM變頻調(diào)速方式是一種新型的PWM變頻調(diào)速方式，其工作原理是使變頻器瞬時(shí)輸出三相脈沖電壓合成空間電壓矢量與屆時(shí)所期望輸出的三相正弦波電壓的合成空間電壓矢量的模相等，而它的幅角按一定的間隔跳變。這種變頻調(diào)速方式除了具有SPWM變頻調(diào)速方式各方面的優(yōu)異性能外，還具有SPWM變頻調(diào)整方式望塵莫及

19、的優(yōu)異性能。 第二章生活供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1、系統(tǒng)概述 宜昌××××××生產(chǎn)的全自動變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)是集現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)、PLC技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的新一代給水控制系統(tǒng)。性能優(yōu)良，系統(tǒng)壓力、流量、各機(jī)組工作狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，便于操作、噪音低、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、不僅高效節(jié)能（年節(jié)電率20%---35%左右）、投資收回快并且使用年限長，完全滿足用戶對供水所需壓力的要求，而且大大地減少生活用水的二次污染現(xiàn)象。該系統(tǒng)完全可以取代傳統(tǒng)的水塔、高位水箱和氣壓罐等給水方式。與傳統(tǒng)的給水方式相比，該系統(tǒng)不但滿足了現(xiàn)代工礦企業(yè)、城鎮(zhèn)居民和高層建筑對新型給水系統(tǒng)的要求，同時(shí)還具備如下特點(diǎn)：

20、 2.2、系統(tǒng)特點(diǎn) 1）流量連續(xù)可調(diào)，給水壓力穩(wěn)定。系統(tǒng)采用內(nèi)置PID的矢量變頻調(diào)速器、先進(jìn)的可編程控制器等現(xiàn)代控制技術(shù)，對水泵機(jī)組進(jìn)行閉環(huán)控制，確保壓力波動小、達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)間短、且可隨用水量的變化自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速及工作水泵臺數(shù)，確保恒壓變量供水。2）技術(shù)先進(jìn)。系統(tǒng)采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)和模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，滿足多種本地和遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)。 3）功能齊全。系統(tǒng)具有手動、自動操作方式，系統(tǒng)壓力、電機(jī)電流、電機(jī)頻率和電機(jī)累計(jì)運(yùn)行千瓦時(shí)LED顯示，變頻器、電機(jī)工況與故障指示及防誤操作等功能。 4）安全可靠。系統(tǒng)具有輸入電源缺相、不平恒、過壓、過流、過載、短路、電機(jī)過熱、

21、飛速啟動、斷水及低水位停機(jī)等完善的安全保護(hù)功能，有效的提高了給水成套設(shè)備的安全可靠性。該系統(tǒng)還配有完善的故障自診斷、故障檢修手動工作方式等功能，使維修工作十分輕松快捷。 5）抗干擾能力強(qiáng)。由于控制回路與負(fù)載回路之間是通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)電隔離和信號耦合的，因此系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。 6）節(jié)約能源、節(jié)省投資、提高水質(zhì)。系統(tǒng)自動檢測瞬時(shí)水壓，并據(jù)此調(diào)節(jié)水泵的供水量，機(jī)組特性曲線接近管網(wǎng)損失特性曲線，節(jié)能效果顯著。由于變頻器對電機(jī)實(shí)行的是循環(huán)軟啟動控制，啟動平穩(wěn)無沖擊，提高了電機(jī)、水泵和管道等的壽命，減少了管網(wǎng)的泄露。此外由于系統(tǒng)無需高位水箱等設(shè)備，不但節(jié)省了投資，而且無水質(zhì)二次污染問題。? 7）

22、經(jīng)濟(jì)效益明顯。本系統(tǒng)還可以將生產(chǎn)、生活、消防等系統(tǒng)合為一體，投資省、占地少、經(jīng)濟(jì)效益明顯。 2.3、本系統(tǒng)適用范圍1）城鄉(xiāng)居民生活小區(qū)、高層建筑、賓館、飯店的生產(chǎn)生活用水和消防用水。 2）各種類型的自來水廠、工業(yè)用水、工業(yè)鍋爐定壓補(bǔ)水系統(tǒng)、深井泵恒壓給水系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)排灌用給水站增壓系統(tǒng)。 3）供熱、空調(diào)等循環(huán)用水系統(tǒng)。 4）舊有給水系統(tǒng)（氣壓、水塔、高位水箱給水）的改造。 2.4、工作原理 全自動變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)采用專用供水控制器控制變頻調(diào)速器，通過安裝在管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力表（壓力傳感器）對水壓時(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)視并進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，把采集到的水壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號，通過接口輸入控制器內(nèi)置的PI

23、D控制器上，然后與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較和運(yùn)算，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號送至變頻器。變頻器通過調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的電源頻率；進(jìn)而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速器的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大。當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，水泵恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上。反之當(dāng)用戶用水量少，管網(wǎng)壓力高于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速器的輸出頻率將降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，供水量減少，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力，這樣反復(fù)循環(huán)就達(dá)到了恒壓變量供水的目的。對于高區(qū)供水的水位，我×××采用歐姆龍公司生產(chǎn)的水位控制器來保證高區(qū)水箱的供水量；采用浮球閥控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)四個(gè)不同高區(qū)水箱水位的平衡問題。

24、 本系統(tǒng)水泵設(shè)為一主一備（二臺泵），當(dāng)本區(qū)生活用水量處于低峰期時(shí)，變頻器通過傳感器傳給的信號，給水泵電機(jī)一個(gè)合適的頻率。當(dāng)區(qū)內(nèi)用水量增加時(shí)變頻器自動調(diào)整增大水泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)這臺泵工作頻率已達(dá)到50Hz，而壓力還達(dá)不到設(shè)定值時(shí)，此時(shí)把這臺水泵轉(zhuǎn)為工頻下工作，變頻啟動另一臺泵，并調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，使供水量與用水量平衡，供水壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力。當(dāng)這臺水泵已在50Hz下工作，還不能滿足供水的需要，此時(shí)再通過變頻器起動第二臺水泵。一般情況下一臺水泵能夠滿足供水需要。第二臺水泵一般只作為另一臺泵的備用（當(dāng)其中一臺水泵發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)將自動啟動備用泵代替故障水泵）。 調(diào)速供水控制系統(tǒng)工作原理方框圖 第三章

25、 PLC控制系統(tǒng) 3.1 PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。 上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)

26、字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 3.2 PLC應(yīng)用 PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 3.3 PLC原理 PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動作。 為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類

27、觸點(diǎn)的動作時(shí)間一般在 100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了 3.4 電機(jī)啟動順序功能圖 3.5 PLC的選擇 本設(shè)計(jì)需要用4入5出I/O接口，因此我們采用FX1S-14MR-001（8點(diǎn)輸入/ 6點(diǎn)繼電器出），足以滿足要求，而且可支持以后擴(kuò)展，價(jià)格適中。 3.6 PLC梯形圖 第四章 變頻器的選用 3.1 變頻器的要求 a) 功率必須分別達(dá)到12KW和18KW b) 滿足調(diào)速需求 c) 要求工作穩(wěn)

28、定， d) 電耗低 e) 價(jià)格適中 3.2 FR-F500功能范圍0.75-900KW （3相380V,FR-F540（L）系列） （1）風(fēng)機(jī)、水泵適用 （2）采用最適磁通控制方式,實(shí)現(xiàn)更高節(jié)能運(yùn)行。 （3）內(nèi)置PID,變頻器/工頻切換和多泵循環(huán)運(yùn)行功能。 （4）柔性PWM,實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行。 （5）內(nèi)置RS485通信口 3.3 變頻器的選擇 根據(jù)本設(shè)計(jì)要求選用四臺三菱FR-F500系列變頻器，其中兩個(gè)為FR-F540-18K-CH，另外兩個(gè)則選擇FR-F540-15K-CH，這樣就保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定，即使有一臺變頻器壞了，另外的一臺也能用上，且小區(qū)內(nèi)不用停止供水，所以也

29、便于日常的停機(jī)維護(hù)！使機(jī)械的壽命達(dá)到最大值 3.4 FR-F500的具體參數(shù) FR-F500系列 型號FR-F540-□□K-CH 0.75 1.5 2.2 3.7 5.5 7.5 11 15 18.5 22 30 37 45 55 適用電機(jī)容量(kW)(注1) 0.75 l.5 2.2 3.7 5.5 7.5 11 15 18.5 22 30 37 45 55 ? 額定容量(kVA)(注2) 1.5 2.7 3.7 5.7 8.8 12.2 7.5 22.1 26.7 32.8 43.4 53.3

30、 64.8 80.9 額定電流(A) 2.0 3.5 4.8 7.5 1.5 16 23 29 35 43 57 70 85 106 輸 過載能力(注3) ???120％60秒，150％0.5秒(反時(shí)限特性) 出 電壓(注4) ???三相，380V至480V 50Hz/60Hz ? 再生制 最大值/時(shí)間 ???15％(注5) 動轉(zhuǎn)矩 允許使用率 ???連續(xù)(注5) ? 額定輸入交流電壓，頻率 ???三相，380V至480V 50Hz/60Hz 電 交流電壓允許波動范圍 ???323至528V 50Hz/60Hz 源

31、允許頻率波動范圍 ???±5％ 電源容量(kVA)(注6) 2.1 4.0 4.8 8.0 11.5 16 20 27 32 41 52 65 79 99 保護(hù)結(jié)構(gòu)0EM 1030) ???封閉型(IP20 NEMAI) ???開放型(IP00) 冷卻方式 ???自冷 ???強(qiáng)制 風(fēng)冷 大約重量(kg)，連同DU 3.0 3.0 3.0 3.0 5.5 6.0 7.0 13.0 13.0 13.0 24.0 24.0 35.0 36.0 第五章 系統(tǒng)安裝 5.1 變頻器與PLC的連接 5.2 PLC的控制系統(tǒng)連接

32、圖 第六章 變頻器參數(shù)設(shè)置和使用 6.1 變頻器的基本設(shè)置 6.1.1 操作面板的名稱和功能 6.1.2 按[MODE]鍵改變監(jiān)視 注：頻率設(shè)定模式僅當(dāng)操作模式為PU模式時(shí)顯示 6.1.3 監(jiān)視模式 l 監(jiān)視模式下的指示的操作命令 EXT指示燈亮表示外部的操作： PU指示燈亮表示PU操作 EXT和PU燈同時(shí)亮表示PU和外部操作模式組合方式 l 監(jiān)視顯示在運(yùn)行中也能改變 頻率設(shè)定模式 在PU模式下設(shè)定運(yùn)行頻率 6.1.5 參數(shù)設(shè)定模式 l 一個(gè)參數(shù)設(shè)定既可以用數(shù)字鍵也可用[UP/DOWN]鍵增減 l 按下[SET]鍵1.5S寫入設(shè)定值并更新 請把Pr.79

33、操作模式選擇設(shè)定為1，或操作模式設(shè)定為PU模式 6.1.6操作模式 l 報(bào)警紀(jì)錄 用[UP/DOWN]鍵能顯示最近4次報(bào)警（帶有“.”的表示最近的報(bào)警）。 當(dāng)報(bào)警存在時(shí)，顯示E.__ __0 l 報(bào)警紀(jì)錄清除 清除所有報(bào)警紀(jì)錄 l 參數(shù)清除 將參數(shù)值初始化到出廠設(shè)定,校準(zhǔn)值不被初始化 (Pr.77設(shè)定為1時(shí)(即寫入?yún)?shù)禁止),參數(shù)值不能被消除.) l 全部消除 將參數(shù)值和校準(zhǔn)值全部初始化到出廠設(shè)定。 l 用戶消除 初始化用戶參數(shù)。 其他參數(shù)被初始化為出廠設(shè)定值 6.2 各種操作模式 6.2.1 PU操作模式 （1）以50HZ運(yùn)行 在電機(jī)運(yùn)行中重復(fù)步驟2、3

34、，可以改變運(yùn)行速度。 步驟 說明 圖示 1 上電—確認(rèn)運(yùn)行狀態(tài)， 將電源處于ON，確認(rèn)操作模式中顯示“PU”。 如PU未亮，請切換到PU操作模式。 2 運(yùn)行頻率的設(shè)定 設(shè)定運(yùn)行頻率為50HZ。 首先，按[MODE]鍵切換到頻率切換模式，顯示輸出頻率。 3 開始 按[FWD]或[REV]鍵。 電機(jī)啟動，自動的變?yōu)楸O(jiān)視模式，顯示輸出頻率。 4 停止 按[STOP]鍵。 電機(jī)減速后停止。 （2）PU點(diǎn)動運(yùn)行 l 僅在按[FWD]或[REV]鍵的期間內(nèi)運(yùn)行，松開后則停止。 l 設(shè)定參數(shù)Pr.15“電動頻率”和Pr.16“電動頻率加/減速時(shí)間”

35、的值。 l 選擇PU運(yùn)行模式。 l 按著[FWD]或[REV]鍵，則運(yùn)行。 6.2.2 組合操作模式 l 外部輸入啟動信號，用PU設(shè)定運(yùn)行頻率 l 不接受外部的頻率設(shè)定信號和PU的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止鍵。 步驟 說明 圖示 1 上電 電源ON。 2 操作模式選擇 將Pr.79操作模式選擇設(shè)定為3。 選擇組合操作模式，運(yùn)行狀態(tài)EXT和PU指示燈都亮。 3 開始 將啟動開關(guān)處于ON（STF或STR）。 4 運(yùn)行頻率的設(shè)定 用參數(shù)單元設(shè)定運(yùn)行單步設(shè)定。 5 停止 將啟動開關(guān)處于OFF（STF或STR）。 電機(jī)停止運(yùn)行。 注：當(dāng)Pr.

36、75“PU停止選擇=14——17”時(shí)，停止鍵有效。 6.3 主要參數(shù)的設(shè)置 6.3.1 上限頻率的設(shè)定（Pr.1上限頻率） 當(dāng)限制輸出頻率上限時(shí)，請?jiān)O(shè)定此參數(shù)。 用Pr.903，Pr.905頻率設(shè)定電壓增益，可以把輸出頻率限定在設(shè)定的范圍，僅在必要時(shí)變更。 出廠設(shè)定值：120HZ 6.3.2 下限頻率的設(shè)定 當(dāng)輸出頻率的下限時(shí)，請?jiān)O(shè)定此參數(shù)。 如果設(shè)定下限頻率，頻率設(shè)定即使為0HZ。只要啟動信號為ON，電機(jī)就可以在設(shè)定的頻率下運(yùn)行。 出廠設(shè)定值：0HZ 6.3.3 加減速時(shí)間的設(shè)定 當(dāng)用出廠值以外的時(shí)間加減速時(shí)，變更此時(shí)間。 參數(shù) 出廠設(shè)定值 Pr.7加速時(shí)間

37、15S Pr.8減速時(shí)間 30S Pr.44第二加速時(shí)間 5S Pr.45第二減速時(shí)間 9999 6.3.4 電子過流保護(hù)設(shè)定 出廠設(shè)定值為變頻器的額定電流。 變更設(shè)定值時(shí)，請按電機(jī)額定名牌50HZ時(shí)的電流設(shè)定。 6.3.5 使用負(fù)荷選擇 根據(jù)用途、負(fù)荷特性，選擇輸出特性（V/F特性） 用途 設(shè)定值 橫轉(zhuǎn)矩負(fù)荷用 0 低轉(zhuǎn)速負(fù)荷用 1 第七章 工程清單 7.1低壓區(qū)生活變頻供水系統(tǒng) 名稱 型號 數(shù)量 單價(jià)（元） 金額（元） 備注 多級水泵 65LG36-20*5 2臺 7665.00 15330.00 上海遠(yuǎn)博公司 全自動變頻控制

38、柜 JDW05—22 1臺 22600.00 22600.00 宜昌華一電氣 壓力傳感控制器 YTZ--150 1套 580.00 580.00 上海儀表總廠 水池液位控制器 FSC.05B 1套 680.00 680.00 日本歐姆龍公司 閥門管件 全套 6500.00 6500.00 上海閥門管件廠 氣體穩(wěn)壓罐 V體積=10M3 壓力0.8MPa 1個(gè) 7800.00 7800.00 上海遠(yuǎn)博公司 無負(fù)壓罐 V體積=10M3 壓力大于0.4MPa 1個(gè) 24920.00 24920.00 上海遠(yuǎn)博公司 鋼結(jié)構(gòu)機(jī)座

39、 JDW05-22-6 1臺 3850.00 3850.00 宜昌華一電氣 安裝調(diào)試費(fèi) 2380.00 2380.00 合計(jì) 84640.00 7.2 高壓區(qū)生活變頻供水系統(tǒng) 名 稱 型 號 數(shù)量 單價(jià)（元） 金額（元） 備注 多級水泵 65LG36-20*6 2臺 10126.00 20252.00 上海遠(yuǎn)博公司 全自動變頻控制柜 JDW05—23 1臺 38200.00 38200.00 宜昌華一電氣 壓力傳感器 YTZ--150 1套 280.00 280.00 上海儀表總廠 水池液位控制器

40、 FSC.05B 1套 680.00 680.00 日本歐姆龍公司 閥門管件 全套 8150.00 8150.00 上海閥門管件廠 氣體穩(wěn)壓罐 V體積=10M3 壓力0.8MPa 1個(gè) 15500.00 15500.00 上海遠(yuǎn)博公司 無負(fù)壓罐 V體積=10M3 壓力大于0.4MPa 1個(gè) 24920.00 24920.00 上海遠(yuǎn)博公司 鋼結(jié)構(gòu)機(jī)座 JDW05-22-6 1臺 3850.00 3850.00 宜昌華一電氣 安裝調(diào)試費(fèi) 2380.00 2380.00 合 計(jì) 114212.00 總計(jì)項(xiàng)目

41、報(bào)價(jià) 壹拾玖萬捌仟捌佰伍拾貳圓整 198852.00 致謝 經(jīng)過一個(gè)月的忙碌的學(xué)習(xí)研究，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師×××。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從資料的收集，開題報(bào)告的寫作，設(shè)計(jì)的檢查，后期的設(shè)計(jì)完整性指導(dǎo)等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為繁瑣，但是×××老師仍然細(xì)心地糾正我設(shè)計(jì)中的錯誤。我敬佩×××老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積

42、極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計(jì)的全體同學(xué)，他們在學(xué)習(xí)生活和精神上給我很大的幫助，且在資料查找過程中我也得到了同學(xué)熱情的幫助。 然后還要感謝大學(xué)三年來所有的老師，為我們打下機(jī)電專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭睢４舜萎厴I(yè)設(shè)計(jì)才會順利完成。 最后感謝××××××學(xué)院三年來對我的大力栽培！ 附錄1： 具體的交流調(diào)速裝置的分類 從節(jié)能的角度，交流電動機(jī)的調(diào)速裝置可以分為高效調(diào)速裝置和低效調(diào)速裝置兩大類。高效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)基本保持額定轉(zhuǎn)差，不增加轉(zhuǎn)差損耗，或可以將轉(zhuǎn)差動率回饋至電網(wǎng)。低效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)改變轉(zhuǎn)

43、差，增加轉(zhuǎn)差損耗。 高效調(diào)速包括： ???????變極對數(shù)調(diào)速——鼠籠式電機(jī) ???????變頻調(diào)速——鼠籠式電機(jī) ???????串級調(diào)速——繞線式電機(jī) ?天換向器電機(jī)調(diào)速——同步電機(jī) 低效調(diào)速包括： ???????定子調(diào)壓調(diào)速——鼠籠式電機(jī) ???????電磁滑差離合器調(diào)速——鼠籠式電機(jī) ???????轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速——繞線式電機(jī)?? 備注：交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、慣量小、維護(hù)方便，可在惡劣環(huán)境中運(yùn)行，容易實(shí)現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化、價(jià)格低廉。 附錄2： 各種調(diào)速裝置的特點(diǎn) （1）變極對數(shù)調(diào)速 ?優(yōu)點(diǎn)：①無附加差基損耗，效率高； ???????②控制電路簡單，易維

44、修，價(jià)格低； ???????③與定子調(diào)壓或電磁轉(zhuǎn)差離合器配合可得到效率較高的平滑調(diào)速。 ?缺點(diǎn)：①有級調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)無級平滑的調(diào)速。且由于受到電機(jī)結(jié)構(gòu)和制造工藝的限制，通常只能實(shí)現(xiàn)2～3種極對數(shù)的有級調(diào)速，調(diào)速范圍相當(dāng)有限。（2）變頻調(diào)速 ?優(yōu)點(diǎn)：①無附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，調(diào)速范圍寬； ???????②對于低負(fù)載運(yùn)行時(shí)間較多，或起停運(yùn)行較頻繁的場合，可以達(dá)到節(jié)電和保護(hù)電機(jī)的目的。 ?缺點(diǎn)：①技術(shù)較復(fù)雜，價(jià)格較高。（3）天換向器電機(jī)調(diào)速 ?優(yōu)點(diǎn)：①具有交流同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單和直流電動機(jī)良好的調(diào)速性能： ???????②低速時(shí)用電源電壓、高速時(shí)用電機(jī)反電勢自然換流，運(yùn)行可靠； ??

45、???③無附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，適用于高速大容量同步電動機(jī)的啟動和調(diào)速。 ?缺點(diǎn)：①過載能力較低，原有電機(jī)的容量不能充分發(fā)揮。（4）串級調(diào)速 ?優(yōu)點(diǎn)：①可以將調(diào)速過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差能量加以回饋利用。效率高； ???????②裝置容量與調(diào)速范圍成正比，適用于70％～95％的調(diào)速。 ?缺點(diǎn)：①功率因素較低，有諧波干擾，正常運(yùn)行時(shí)無制動轉(zhuǎn)矩，適用于單象限運(yùn)行的負(fù)載。（5）定子調(diào)壓調(diào)速 ?優(yōu)點(diǎn)：①線路簡單，裝置體積小，價(jià)格便宜； ???②使用維修方便。 ?缺點(diǎn)：①調(diào)速過程中增加轉(zhuǎn)差功率，且此功率全部用于轉(zhuǎn)子發(fā)熱，效率較低； ???????②調(diào)速范圍比較?。? ???????③要求采用高轉(zhuǎn)

46、差電機(jī)，比如特殊設(shè)計(jì)的力矩電機(jī)，所以特性較軟，一段適用于55kW以下的異步電動機(jī)。（6）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速 ?優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單，控制裝置容量小，價(jià)值便宜。 ???????②運(yùn)行可靠，維修容易。 ???????③無諧波干擾。 ?缺點(diǎn)：①速度損失大，因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)差離合器本身轉(zhuǎn)差較大，所以輸出軸的最高轉(zhuǎn)速僅為電機(jī)同步轉(zhuǎn)運(yùn)的80％～90％； ???????②調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化成熱能形式的損耗，效率低。 ?（7）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 ?優(yōu)點(diǎn)：①技術(shù)要求較低，易于掌握； ???????②設(shè)備費(fèi)用低； ???????③無電磁諧波干擾。 ?缺點(diǎn)：①串鑄鐵電阻只能進(jìn)行有級調(diào)速。若用液體電阻進(jìn)

47、行無級調(diào)速，則維護(hù)保養(yǎng)要求較高； ???????②調(diào)速過程中附加的轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化為所串電阻發(fā)熱形式的損耗，效率低。 ???????③調(diào)速范圍不大。 附錄3：變頻器數(shù)據(jù)代碼表 參考文獻(xiàn) （1）《FR-F500系列變頻器使用手冊》 （2）王曉敏，《機(jī)電控制技術(shù)》，中國電力出版社，2009 （3）王曉敏，《電機(jī)與拖動》，黃河水利出版社，2008 （4）張萬忠、劉明芹，《電器與PLC控制技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2003 （5）曾毅等.變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù).山東科技技術(shù)出版社， 2004.2 （6） （7） （8） （9） （10） （11） （12） （13） （14） （15）