论水位控制的变频调速系统设计研究——机械论文

   前言：变频器技术诞生背景是在交流电机无级调速的广泛需求上，传统上的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。自20世纪80年代通用变频器发明以来，随着科学技术的发展，变频器的技术不断提高，应用到工业生产的方方面面，得到了广泛应用。 步入21世纪后，国产变频器逐步崛起，本文针对将变频器运用于控制水位，通过串行口和可编程控制器通信，实现控制系统的实时监控，利用监控系统进行现场数据的采集与处理，具有便捷性，其自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强。 

一、 使用变频调速系统的目的

1、 水位控制的特点：将水面的位置限制在一定范围内，比如用水泵将谁运输至一个位置比较高的水池中，向低水位的用户供水，通常运用于排水系统、锅炉和其他工业设备中

2、 调试作用：根据实际水位与理想水位的偏差大小，调节频率控制水泵的转速。 

3、 控制要求：

1） 系统要求用户能够的直观了解现场设备的工作状态及水位的变化； 2）要求用户能够远程控制变频器的启动和停止； 3）用户可选择设置水位的高低，以控制变频器的预转； 4）变频器及电路中的其他设备的故障信息能够及时反映在触摸屏上； 5）具有水位监测报警和提醒用户功能

4、 优点：

1）尽量降低电机功率，节能效果显著

2）由于是由自动化系统控制，节省了劳动力

3）由于水泵处于变频的状态，出口流量小于额定流量，转速降低从而减少摩擦发热，延长设备使用寿命，节约了维护设备的资金

5）由于是变频，通过减少电能，减少管道阻力，减少水泵容量等参数减少了整体能源的消耗

6）最大限度地满足被控对象的控制要求，系统工作要稳定、可靠，控制系统能方便的进行功能扩展、升级

二、 设计原理

1、 变频器组成：交流变直流、滤波、直流变交流、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的

2、 可编程控制器：

1） 数字运算操作的电子系统，早期的可编程控制器指令简单，简化计算机的内部结构，随着科学技术的提高，当今的课编程控制器具有逻辑控制、顺序控制、计数控制、计时控制、算数预算、数据处理、通信等功能，由于其功能多样性被世界顶级制造厂商应用于日常的工业生产中

2） 本文中，可编程控制器起到控制水管压力、接受传感器传来的管网水压的实际测量值，衡量给定值和实际测量值，以一定的调节规律传播系统调节信号，以此来调节实际水位差

3） 优点：可靠性高、抗干扰能力强，编程简单、使用方便，很容易被操作人员接受。易于设计安装，减少维护工作。适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合，与外部设备连接方便，功能完善、通用性强、能耗低、性能价格比高

3、变频器工作原理：

1）目前，在工业中使用大部分电机均为感应式交流电机，通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，实行电机的无极调速，进而达到节能的同时，达到控制水位的目的

2）变频调速时，不管是低速还是高速，变频器都可以保持一定的转差率，因此电路中采用变频器具有效率高、准确性高、机械特性较硬、平滑性高等优点

3）综上，利用变频器调速从而控制水位是比较科学和合理的方法，应得到广泛地应用

4、水泵工作原理：

1） 开大供水阀门，水量上升，调小供水阀门，水量下降

2） 本文采用的是通过改变水泵运转速度控制水位，转速增大，水位上升，转速较小，水位下降，这种方法具有显著的节能效果

5、 系统结构：由触摸屏、可变程序控制器变频器、液位计、配电装置、水泵电机组、工控机等组成，电路是一个简单的串联电路，触摸屏的作用是显示系统工作状态、储水池水位、变频器频率等各种工作参数；液位计的作用是测量水位；电路将检测好的数据传输至可编程控制器控制变频器进行计算，从而控制水位

小结: 为了实现能源的充分利用和生产的需要，本文论述了变频调速系统通过液位计测量水位，经过可编程控制器计算，再经过变频器控制水泵电机调节转速，最终调节水位。水泵转速越快，产生的水压越高，水位越高，可以将水运输到高处。通过采用现代化的手段实现调节水位，不仅节约了人力资源成本，更节省了能源，提高了能源利用率。中小型自来水厂的自动化技术改造在我国有着广阔的前景，本系统简化了水厂在管理、数据统计和分析等方面的工作量，因此本控制系统具有较大的发展潜力和使用价值。

参考文献：

吴中俊，黄永红·可编程序控制器原理及应用·北京：机械工业出版社，2003 

张万忠，刘明芹·电器与PLC控制技术·北京：化学工业出版社。2003 

郑萍主编.现代电气控制技术.重庆:重庆大学出版社,2003