論水位控制的變頻調速系統設計研究——機械論文

   前言：變頻器技術誕生背景是在交流電機無級調速的廣泛需求上，傳統上的直流調速技術因體積大故障率高而應用受限。自20世紀80年代通用變頻器發明以來，隨著科學技術的發展，變頻器的技術不斷提高，應用到工業生產的方方面面，得到了廣泛應用。 步入21世紀后，國產變頻器逐步崛起，本文針對將變頻器運用于控制水位，通過串行口和可編程控制器通信，實現控制系統的實時監控，利用監控系統進行現場數據的采集與處理，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。 

一、 使用變頻調速系統的目的

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

2、 調試作用：根據實際水位與理想水位的偏差大小，調節頻率控制水泵的轉速。 

3、 控制要求：

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

4、 優點：

1）盡量降低電機功率，節能效果顯著

2）由于是由自動化系統控制，節省了勞動力

3）由于水泵處于變頻的狀態，出口流量小于額定流量，轉速降低從而減少摩擦發熱，延長設備使用壽命，節約了維護設備的資金

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，系統工作要穩定、可靠，控制系統能方便的進行功能擴展、升級

二、 設計原理

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） 數字運算操作的電子系統，早期的可編程控制器指令簡單，簡化計算機的內部結構，隨著科學技術的提高，當今的課編程控制器具有邏輯控制、順序控制、計數控制、計時控制、算數預算、數據處理、通信等功能，由于其功能多樣性被世界頂級制造廠商應用于日常的工業生產中

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水壓的實際測量值，衡量給定值和實際測量值，以一定的調節規律傳播系統調節信號，以此來調節實際水位差

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

3、變頻器工作原理：

1）目前，在工業中使用大部分電機均為感應式交流電機，通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，實行電機的無極調速，進而達到節能的同時，達到控制水位的目的

2）變頻調速時，不管是低速還是高速，變頻器都可以保持一定的轉差率，因此電路中采用變頻器具有效率高、準確性高、機械特性較硬、平滑性高等優點

3）綜上，利用變頻器調速從而控制水位是比較科學和合理的方法，應得到廣泛地應用

4、水泵工作原理：

1） 開大供水閥門，水量上升，調小供水閥門，水量下降

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

5、 系統結構：由觸摸屏、可變程序控制器變頻器、液位計、配電裝置、水泵電機組、工控機等組成，電路是一個簡單的串聯電路，觸摸屏的作用是顯示系統工作狀態、儲水池水位、變頻器頻率等各種工作參數；液位計的作用是測量水位；電路將檢測好的數據傳輸至可編程控制器控制變頻器進行計算，從而控制水位

小結: 為了實現能源的充分利用和生產的需要，本文論述了變頻調速系統通過液位計測量水位，經過可編程控制器計算，再經過變頻器控制水泵電機調節轉速，最終調節水位。水泵轉速越快，產生的水壓越高，水位越高，可以將水運輸到高處。通過采用現代化的手段實現調節水位，不僅節約了人力資源成本，更節省了能源，提高了能源利用率。中小型自來水廠的自動化技術改造在我國有著廣闊的前景，本系統簡化了水廠在管理、數據統計和分析等方面的工作量，因此本控制系統具有較大的發展潛力和使用價值。

參考文獻：

吳中俊，黃永紅·可編程序控制器原理及應用·北京：機械工業出版社，2003 

張萬忠，劉明芹·電器與PLC控制技術·北京：化學工業出版社。2003 

鄭萍主編.現代電氣控制技術.重慶:重慶大學出版社,2003