天津科技大学2011届本科生毕业设计（论文）
图3-3 恒压供水系统构成及控制方案图
第三节 控制系统的硬件设计与选型
一、主电路设计
三台大容量的主水泵根据供水状态的不同，具有变频、工频、停泵三种运行方式，因此每台主水泵均要求通过两个接触器分别与工频电源和变频电源输出相联；辅助泵只运行在工频状态，通过一个接触器接入工频。连线时一定要注意，保证水泵旋向正确，接触器的选择依据电动机制容量来确定。
QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6分别为主电路、变频器和各水泵的工频运行空气开关，FR1、FR2、 FR3 、FR4为工频运行时的电机过载保护用热继电器，变频运行时由变频器来实现电机过载保护。
变频器的主电路输出端子（U、V、W ）经接触器接至三相电动机上，当旋转方向与工频时电机转向不一致时，需要调换输出端子（U、V、W）的相序，否则无法工作。变频器和电动机之间的配线长度应控制在100m以内。在变频器起动、运行和停止操作中，必须用触摸面板的运行和停止键或者是外控端子FWD
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（REV）来操作，不得以主电路空气开关QF2的通断来进行。为了改善变频器的功率因素，还应在变频器的（Pl、P+）端子之间接入需相应的DC电抗器。变频器接地端子必须可靠接地，以保证安全，减少噪声。
在电动机三相电源输入端前接入电流互感器和电流表，用来观察电机工作电流大小，设计三相电源信号指示。图3-4给出了供水系统电气控制主回路的主要联线关系。
图3-4 主电路
二、电气控制电路设计
为了保护PLC设备，PLC输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是在PLC输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，通过中间继电器控制接触器线圈的得电/失电，进而控制电机或者阀门的动作。
在控制电路中多处对各主泵电机的工频/变频运行接触器作了互锁设计；变频器是按单台电机容量配置，不允许同时带多台电机运行，为此对各电机的变频运行也作了互锁设计。为提高互锁的可靠性，在PLC控制程序设计时，进一步通
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过PLC内部的软继电器来作互锁。
控制电路中还考虑了电机和阀门的当前工作状态指示的设计，为了节省PLC的输出端口，在电路中可以采用PLC输出端子的中间继电器的相应常开触点的断开和闭合来控制相应电机和阀门的指示灯的亮和熄灭，指示当前系统电机和阀门的工作状态。出于可靠性及检修方面的考虑，设计了手动/自动转换控制电路。通过转换开关及相应的电路来实现[6]。
图3-5给出了供水系统的部分电气控制线路
图3-5中，SA为手动/自动转换开关，KA为手动/自动转换用中间继电器，打在①位置为手动状态，打在②位置KA吸合，为自动状态。在手动状态，通过按钮SB1-SB14控制各台泵的起停。在自动状态时，系统执行PLC的控制程序，自动控制泵的起停。
中间继电器KA的常闭触点接在四台泵的手动控制电路上，控制四台泵的手动运行。中间继电器KA的常开触点接PLC的X0，控制自动变频运行程序的执行。在自动状态时，四台泵在PLC的控制下能够有序而平稳地切换、运行。电动机电源的通断，由中间继电器KA1-KA7控制接触器KM1-KM7的线圈来实现。HL0为自动运行指示灯。FR1、FR2、FR3、FR4为四台泵的热继电器的常闭触点，对电机进行过流保护。
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图3-5 电气控制线路图
三、系统主要配置的选型 1、水泵机组的选型
根据系统要求，考虑到用水量类型为连续型高流量变化型，确定采用3台主水泵机组和1台辅助泵机组，设备选用型号及参数见表3-1。
2、压力变送器及数显仪的选型
选用普通压力表Y-100和XMT-1270数显仪实现压力的检测、显示和变送。压力表测量范围0～1MP，精度1.5；数显仪输出一路4～20mA电流信号，送给变频器作为PID调节的反馈电信号，可设定压力上、下限，通过两路继电器控制输出压力超限信号。
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表3-1 水泵机组及参数
型号 数量 流量 （m/h） 3主要性能参数 扬程 （m） 45 45 效率 转速 电动机功率（kW） 200 10 （%） （r/min） 72 68 1450 1450 主水泵 辅助水泵 HGT1-250-400 HGT1-120-400 3 1 1080 50 3、变频器的选型与设定 （1） 容量确定方法
依据所配电动机的额定功率和额定电流来确定变频器容量。在一台变频器驱动一台电机连续运转时，变频器容量（kVA）应同时满足下列三式[7]：
PCNkP?hcosjM（KVA） (3-3)
PCN?k?3?UM?IM?10-3(KVA) (3-4)
ICN?K?IM (A) (3-5)
式中，PM —负载所要求的电动机的输出功率； η—电动机的效率（通常在 0.85 以上）; cos —电动机的功率因数（通常在 0.8 以上） UM—电动机电压（V）；
IM—电动机工频电源时的电流（A）;
k—电流波形的修正系数，对 PWM 方式，取 1.0～1.05； PCN—变频器的额定容量（kVA）； ICN—变频器的额定电流（A）。
这三个式子是统一的，选择变频器容量时，应同时满足三个算式的关系，尤其变频器电流是一个较关键的量。
（2） 型号选择
根据控制功能不同，通用变频器为分为三种类型。普通功能型U/f控制变频
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