論水位控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計研究——機(jī)械論文

   前言：變頻器技術(shù)誕生背景是在交流電機(jī)無級調(diào)速的廣泛需求上，傳統(tǒng)上的直流調(diào)速技術(shù)因體積大故障率高而應(yīng)用受限。自20世紀(jì)80年代通用變頻器發(fā)明以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻器的技術(shù)不斷提高，應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的方方面面，得到了廣泛應(yīng)用。 步入21世紀(jì)后，國產(chǎn)變頻器逐步崛起，本文針對將變頻器運(yùn)用于控制水位，通過串行口和可編程控制器通信，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控，利用監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與處理，具有便捷性，其自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強(qiáng)。 

一、 使用變頻調(diào)速系統(tǒng)的目的

1、 水位控制的特點(diǎn)：將水面的位置限制在一定范圍內(nèi)，比如用水泵將誰運(yùn)輸至一個位置比較高的水池中，向低水位的用戶供水，通常運(yùn)用于排水系統(tǒng)、鍋爐和其他工業(yè)設(shè)備中

2、 調(diào)試作用：根據(jù)實(shí)際水位與理想水位的偏差大小，調(diào)節(jié)頻率控制水泵的轉(zhuǎn)速。 

3、 控制要求：

1） 系統(tǒng)要求用戶能夠的直觀了解現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)及水位的變化； 2）要求用戶能夠遠(yuǎn)程控制變頻器的啟動和停止； 3）用戶可選擇設(shè)置水位的高低，以控制變頻器的預(yù)轉(zhuǎn)； 4）變頻器及電路中的其他設(shè)備的故障信息能夠及時反映在觸摸屏上； 5）具有水位監(jiān)測報警和提醒用戶功能

4、 優(yōu)點(diǎn)：

1）盡量降低電機(jī)功率，節(jié)能效果顯著

2）由于是由自動化系統(tǒng)控制，節(jié)省了勞動力

3）由于水泵處于變頻的狀態(tài)，出口流量小于額定流量，轉(zhuǎn)速降低從而減少摩擦發(fā)熱，延長設(shè)備使用壽命，節(jié)約了維護(hù)設(shè)備的資金

5）由于是變頻，通過減少電能，減少管道阻力，減少水泵容量等參數(shù)減少了整體能源的消耗

6）最大限度地滿足被控對象的控制要求，系統(tǒng)工作要穩(wěn)定、可靠，控制系統(tǒng)能方便的進(jìn)行功能擴(kuò)展、升級

二、 設(shè)計原理

1、 變頻器組成：交流變直流、濾波、直流變交流、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的

2、 可編程控制器：

1） 數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，早期的可編程控制器指令簡單，簡化計算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，隨著科學(xué)技術(shù)的提高，當(dāng)今的課編程控制器具有邏輯控制、順序控制、計數(shù)控制、計時控制、算數(shù)預(yù)算、數(shù)據(jù)處理、通信等功能，由于其功能多樣性被世界頂級制造廠商應(yīng)用于日常的工業(yè)生產(chǎn)中

2） 本文中，可編程控制器起到控制水管壓力、接受傳感器傳來的管網(wǎng)水壓的實(shí)際測量值，衡量給定值和實(shí)際測量值，以一定的調(diào)節(jié)規(guī)律傳播系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號，以此來調(diào)節(jié)實(shí)際水位差

3） 優(yōu)點(diǎn)：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，編程簡單、使用方便，很容易被操作人員接受。易于設(shè)計安裝，減少維護(hù)工作。適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場合，與外部設(shè)備連接方便，功能完善、通用性強(qiáng)、能耗低、性能價格比高

3、變頻器工作原理：

1）目前，在工業(yè)中使用大部分電機(jī)均為感應(yīng)式交流電機(jī)，通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，實(shí)行電機(jī)的無極調(diào)速，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的同時，達(dá)到控制水位的目的

2）變頻調(diào)速時，不管是低速還是高速，變頻器都可以保持一定的轉(zhuǎn)差率，因此電路中采用變頻器具有效率高、準(zhǔn)確性高、機(jī)械特性較硬、平滑性高等優(yōu)點(diǎn)

3）綜上，利用變頻器調(diào)速從而控制水位是比較科學(xué)和合理的方法，應(yīng)得到廣泛地應(yīng)用

4、水泵工作原理：

1） 開大供水閥門，水量上升，調(diào)小供水閥門，水量下降

2） 本文采用的是通過改變水泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度控制水位，轉(zhuǎn)速增大，水位上升，轉(zhuǎn)速較小，水位下降，這種方法具有顯著的節(jié)能效果

5、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：由觸摸屏、可變程序控制器變頻器、液位計、配電裝置、水泵電機(jī)組、工控機(jī)等組成，電路是一個簡單的串聯(lián)電路，觸摸屏的作用是顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)、儲水池水位、變頻器頻率等各種工作參數(shù)；液位計的作用是測量水位；電路將檢測好的數(shù)據(jù)傳輸至可編程控制器控制變頻器進(jìn)行計算，從而控制水位

小結(jié): 為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，本文論述了變頻調(diào)速系統(tǒng)通過液位計測量水位，經(jīng)過可編程控制器計算，再經(jīng)過變頻器控制水泵電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，最終調(diào)節(jié)水位。水泵轉(zhuǎn)速越快，產(chǎn)生的水壓越高，水位越高，可以將水運(yùn)輸?shù)礁咛?。通過采用現(xiàn)代化的手段實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水位，不僅節(jié)約了人力資源成本，更節(jié)省了能源，提高了能源利用率。中小型自來水廠的自動化技術(shù)改造在我國有著廣闊的前景，本系統(tǒng)簡化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析等方面的工作量，因此本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿褪褂脙r值。

參考文獻(xiàn)：

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鄭萍主編.現(xiàn)代電氣控制技術(shù).重慶:重慶大學(xué)出版社,2003