晋城西门子变频器代理商

变频器与PLC在恒压供水中的成功应用

1.引言

    随着变频调速技术和可编程控制器的飞速发展，以及其应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要装置之一，在工业生产领域得到广泛使用，在其它领域(如民用和家庭自动化)的应用也得到了迅速的发展。

    由于变频调速技术和可编程程序控制器的应用灵活方便，在恒压供水系统中亦得到广泛的应用。采用PLC作为中心控制单元，利用变频器与PID结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果以及明显的节能效果。

    2、系统结构

    变频恒压供水系统原理如图一;它主要有PLC、变频器、压力变送器、液位传感器、动力及控制线路以及泵组组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成4～20mA标准信号送入变频器内置的PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，得到4～20mA参数，4～20mA信号送至变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，根据用水量的不同，变频器调节水泵的转速不同、工作频率也就不同，在变频器设置中设定一个上限频率和下限频率检测，当用水量大时，变频器迅速上升到上限频率，此时，变频器输出一个开关信号给PLC;当用水处于低峰时，变频器输出达到下限频率，变频器也输出一个开关信号给PLC;两个信号不会同时产生。当产生任何一个信号时，信号即反馈给PLC，PLC通过设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。

    3、工作原理

    该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时，按下按钮启动和停止水泵，可根据需要分别控制1#~3#泵的启停，该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时，首先由1#水泵变频运行，变频器输出频率从0HZ上升，同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够，则频率上升到50HZ，变频器输出一个上限频率到达信号给PLC，PLC接收到信号后经延时，1#泵变频迅速切换为工频，2#泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2#泵由变频切换成工频，3#泵变频启动;如用水量减少，PLC控制从先起的泵开始切除，同时根据PID调节参数使系统平稳运行，始终保持管网压力。

    若有电源瞬时停电的情况，则系统停机，待电源恢复正常后，系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统基本的功能，系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。

    4、变频器

    变频器采用艾默生电气公司生产的EV2000系列变频器。EV2000采用*的控制方式，实现了高转矩、高精度、宽调速驱动，满足通用变频器高性能化的要求，具有超出同类产品的防跳闸功能和适应恶劣电网温度、湿度和粉尘能力，*提高产品可靠性。

    EV2000具有实用的PI(图二)、简易PLC、灵活的输入输出端子、脉冲频率给定、停电和停机参数存储选择。频率给定通道与运行命令通道捆绑，零频回差控制等，为设备提供集成度一体化解决方案，对降低系统成本，提高系统可靠性具有*价值。PI参数的设定将直接反馈变频器控制中的响应速度和精度，零频运行阈值和零频回差的设定可以避免变频器在低频率输出水泵低速运行(水泵在变频器输出15HZ以下时的效率很低)，使变频器低于某一频率时自动停止输出，即不影响恒压供水的要求，又把效率提至高。

    5、PLC控制系统

    该系统采用三菱FX-1s30MR，I/O点数为30点，继电器输出，PLC编程采用FX—20P—E手持式编程器或三菱PLC编程软件SWOPC—FX/WIN—C，PLC可编程程序控制器及软件提供完整的编程环境，可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比，该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换，供水泵的变频及故障的报警等，而电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量及实际运行参数则由变频器及其内置PID来显示和控制。

    三菱PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活，本系统PLC主体程序用STL指令与状态继电器S，STL指令可以编制生产流程和工作与顺序图非常接近的程序，顺序功能图中的每一步与其他步是*隔离开的，根据控制要求将这些程序段按一定的顺序组合在一起，就可以成功地完成控制任务。FX系列PLC的状态继电器编制顺序控制程序时一般与STL指令一起使用。

    泵组切换示意图如图三，工作条件满足，开始工作时，1#泵变频启动，泵的转速随变频器输出频率的上升而逐渐升高，如变频器的频率达到50HZ而此时水压还未达到设定值，变频器检测到上限频率并输出一个开关信号给PLC，延时一段时间后，1#泵迅速切换至工频运行，同时解除变频器运行信号，使变频器频率降为0HZ，然后2#泵变频启动，若压力仍未达到，则2#泵切换至工频，3#泵变频启动，在运行中始终保持一台泵变频运行，当压力达到设定值时变频输出将为0HZ，同时变频器输出一个下限频率信号至PLC，由PLC决定切除1#工频泵，此时由一台工频泵和一台变频泵运行，如果此时压力达到设定值，变频器的输出为0HZ，同时输出下限信号给PLC，PLC解除2#工频泵，只由3#泵变频运行来维持管网压力。当压力下降，变频器频率升至50HZ输出信号，延时后3#泵切换为工频，1#泵变频启动，若压力仍不满足则1#变切换为1#工，2#泵变频运行，如果压力仍达不到，2#变切换为2#工，启动3#变，三台泵同时工作以保证供水要求。

    这样的切换过程有效地减少泵的频繁起停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡，从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。

    以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常时采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式*，但其容易引起泵组的频繁起停，从而减少设备的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象，提高了供水品质。

    6、注意事项

    要使系统稳定快速准确的运行，应注意一下参数：

    1)变频、工频切换时间T

    切换时间T在PLC程序中设定，设置T时为了确保在加泵时，泵由变频转换为工频过程中，同一台泵的变频运行和工频运行各自对对应的交流接触器不会同时吸合，而损坏变频器，同时为了避免工频启动时启动电流大而对电网产生冲击，所以在允许的范围内时间T必须尽可能小。

2)上、下限频率持续时间TH和TL

    变频器运行的频率随管网用水量增大而升高，本系统以变频运行的频率是否达到上限(下限)，并保持一定的时间来判断是否加、减泵，这个判断时间就是TH(TL),如果设定值过大，系统就不能迅速的对管网用水量的变化做出反应;如果设定值过小，管网用水量变化时就很可能引起频繁的加减泵工作。

    7、结束语

    该系统采用PLC和变频器结合，系统运行平稳可靠，实现了真正意义上的无人职守的全自动循环倒泵、变频运行，保证了各台水泵运行效率和设备的稳定运转启动平稳，消除了启动大电流冲击，由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵的使用寿命，可以消除启动和停机时的水锤效应。该设计系统是大型公共社区如高校、居民小区等处的性能、价格比较高的优选方案。并通过在青岛科技大学一期泵房近两年的使用，运行稳定，节能*，得到了用户*好评。

西门子MM440变频器

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在变频器领域，也存在着一些难以控制的东西。直到西门子功能强大的变频器问世之后，情况才有了改观。MICROMASTER 440 是专门针对与通常相比需要更加广泛的功能和更高动态响应的应用而设计的。这些高级矢量控制系统可确保*的高驱动性能，即使发生突然负载变化时也是如此。由于具有快速响应输入和定位减速斜坡，因此，甚至在不使用编码器的情况下也可以移动至目标位置。该变频器带有一个集成制动斩波器，即使在制动和短减速斜坡期间，也能以突出的精度工作。所有这些均可在 0.12 kW (0.16 HP) 直至 250 kW (350 HP) 的功率范围内实现。

中文名

西门子MM440变频器

名词类型

变频器

名词领域

电气

功    率

0.12kW(0.16 HP)~250kW(350 HP)

目录

1. 1 工作原理
2. 2 优点
3. 3 技术数据

1. 4 典型用途
2. 5 选型
3. 6 调试

1. 7 故障复位
2. 8 手册下载

工作原理

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根据电机转速的公式

n=n1(1-s)(1)

N1=60f/p(2)

式中：n-电机转速;n1-电机的同步转速;s-滑差;f-旋转磁场频率;P-电机极对数

可知改变电机转速的方法有改变滑差s、改变旋转磁场频率f、改变电机极对数p三种。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。是由由主电路和控制带电路组成的。主电路是给异步电动机提供可控电源的电力转换部分，变频器的主电路分为两类，其中电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波部分是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波部分是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的整流部分，吸收在转变中产生的电压脉动的平波回路部分，将直流功率变换为交流功率的逆变部分。控制电路是给主电路提供控制信号的回路，它有决定频率和电压的运算电路，检测主电路数值的电压、电流检测电路，检测电动机速度的的速度检测电路，将运算电路的控制信号放大的驱动电路，以及对逆变器和电动机进行保护的保护电路组成。

现在大多数的变频器基本都采用交直交方式(VVVF变频或矢量控制)，将工频交流电源通过整流器转换为直流电源，再把直流电源转换成近似于正弦波可控的交流电以供给电动机。

三相交流电经过VD1～VD6整流后，正极经过RL，RL在这里是防止电流忽然变大。经过RL电流趋于稳定，晶闸管触点会导通。之后直流电压加在了滤波电容CF1、CF2上，这两个电容的作用是让直流电波形变得更加平滑。之所以是两个电容是由于一个电容的耐压有限，所以用两个电容串联起来使用。均压电阻R1、R2是让CF1和CF2上的电压一样，两个电容的容量不同的话，分压就会不同，所以各并联了一个均压电阻。而中间的放电回路作用则是释放掉感性负载启动或停止时的反电势，用来保护逆变管V1～V6和整流管VD1～VD6。直流母线电压加到V1～V6六个IGBT上，基极由控制电路控制。控制电路控制某三个管子的导通给电机绕组内提供电流，产生磁场使电机运转。 [1] 

优点

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HMI纯文本面板简化了操作，并支持使用多种外国语言

动态驱动和制动

具有各种控制和制动类型

具有通讯功能

各种通讯接口可确保能够用于较常见的网络应用

技术数据

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电压和功率范围

200-240 V，± 10%，单相交流，0.12 - 3 kW (0.16 - 4 HP)

200-240 V，± 10%，0.12 - 45 kW (0.16 - 60 HP)

380-480 V，± 10%，0.37 - 250 kW (0.5 - 350 HP)

500-600 V，± 10%，0.75 - 90 kW (1.0 - 125 HP)

控制类型矢量控制，FCC（磁通电流控制），多点特性（可参数化的 V/f 特性），V/f特性

典型用途

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广泛应用于物流系统、纺织工业、升降机、举升设备、机械工程以及食品饮料和烟草等领域。

选型

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作为企业一名采购员，有必要在选购自动化产品MM4变频器选型时应需要注意那些事项，只有在了解MM4变频器选型八个原则才能为企业选购更好MM4变频器。

一、以实际电机电流值作为变频器选择的根据。在选择MM4变频器应充分考虑变频器的输出高次谐波比较高，高次谐波会使电动机的功率因数和效率变坏。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。

二、根据负载特性选择变频器。如负载为恒转矩负载需选siemensMM4变频器，如果是负载为风机、泵类负载需选择MM430变频器。

三、需要长电缆变频器运行的，应采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。

四、对于一些高环境温度、高开关频率（尤其是在楼宇自控等对噪音限制较高的应用场所使用时需注意）、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。如果变频器的供电电源是自备电源，加上进线电抗器。

五、运用变频器驱动齿轮减速电动机时，运用范围遭到齿轮转变有些光滑方法的制约。光滑油光滑时，在低速范围内没有约束；在超越额外转速以上的高速范围内，有可能发生光滑油用光的风险。因而，不要超越高转速容许值。

六、变频器驱动绕线转子异步电动机时，大多是使用已有的电动机。绕线电动机与通常的鼠笼电动机比较，绕线电动机绕组的阻抗小。因而，容易发生因为纹波电流而导致的过电流跳闸表象，所以应挑选比通常容量稍大的变频器。通常绕线电动机多用于飞轮力矩GD2较大的场合，在设定加减速时间时应多注重。

七、变频器驱动同步电动机时，与工频电源比较，会下降输出容量10%～20%，变频器的接连输出电流要大于同步电动机额外电流与同步牵入电流的标幺值的乘积 。

八、关于压缩机、振动机等转矩动摇大的负载和油压泵等有峰值负载状况下，若是依照电动机的额外电流或功率值挑选变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流维护举措表象。因而，应知道工频运转状况，挑选比其大电流更大的额外输出电流的变频器。 [2] 

调试

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一、对于440变频器的调试应首先确认变频器的一些初始状态，在确认好电动机与变频器的连接后，利用内控先用操作器来控制电动机转动，首先需要设置以下参数：P0003=3，P0700=1，P1070=1050。设置完成后，可以把操作权交给操作器来手动操作。

　　二、 在*步顺利完成后，应首先对电动机做快速调试，只有在这种模式下才可输入电机参数，而做好快速调试有利于变频器对电机参数的计算与优化，但快速调试的前提是变频器的另一端是空电机，如联有机械部分有可能造成变频器对电机模型计算的不准确，快速调试步骤如下：
　　P0003=3 P0004=0 P0010=1(启用快速调试)
　　P0100=0 P0205=0 P0300=1
　　P0304=电动机额定电压 P0305=额定电流 P0307=额定功率
　　P0308=功率因数 P0310=额定频率 P0311=额定转速
　　P0335=0 P0640=过载倍数 P0700=2(选择命令源)
　　P1000=2 P1080=0 P1082=50
　　P1120=10 P1121=10 P1135=5
　　P1300=0线性V/F控制 P1500=0 P1910=1
　　P3900=1

　　三、 快速调试过后根据电机有无编码器还有变频器所控制的电机的数量来选择对电机的控制方式(P1300)。再把P1070设置为755，也就是选择由模拟量输入1来控制电机的速度给定，根据操作台电位计的实际情况来选择端子上的ADC1与ADC2两个开关，0－10V打成OFF，0－20mA打成ON。如果选择第5口数字输入DIN1为给定允许的话，将P0701=1，选择有了速度给定后电机的运行方式为接通正转，这样就实现了变频器速度的远程控制。

　　四、 对于点动的控制应首先根据设计中点动所对应的数字输入的端口，来选择P701－P708之间所对应的数字输入的端口的参数，例如：端子的7和8口为正点与反点，应把P703=99（BICO参数化），P704=99(BICO参数化)，将P1055=722.2（正点动使能），P1056=722.3（反点动使能），这样就可以通过外控来控制点动了。通过改变P1058与P1059可改变点动的频率值，而改变P1060与P1061可改变点动的响应时间。

　　五、模拟量输出口（功能图8000）：输出类型为0－20mA。选择P0771(0)=27，（*组参数，将其修改为27）则将模拟量输出1选择为电流表模式，通过改变P2002的数值来修正电流表。将P0771(1)=21，（第二组参数选择为21）则将模拟量输出2定义为转速表，通过改变P2000来确定转速表的范围，默认为50Hz，而一般的变频器调速均为0－50Hz，所以采用默认值即可。[3] 

故障复位

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为使故障码复位，可以采用以下3种方法中的1种：

1. 使变频器断电、再重新通电。

2. 按BOP或AOP上的Fn键。

3. 通过数字输入3（缺省设置）。 [4] 

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