天津科技大学2011届本科生毕业设计（论文）
器、具有转矩控制功能的高功能型U/f控制变频器、矢量控制高功能型变频器。供水系统属泵类负载，低速运行时的转矩小，可选用价格相对便宜的U/f控制变频器。
综上分析，系统选用专为风机、泵用负载设计的普通功能型U/f控制方式的富士变频器FRN200P11S- 4CX，变频器内置PID控制模块，可用于闭环控制系统，实现恒压供水。
其主要参数及性能介绍如下。 ① 主要参数
额定容量：267（kVA ）； 额定输出电流：386A；
过载容量：150%额定输出电流、1分钟； 起动转矩：50%以上； 适配电机容量：200kW。 ② 功能特点
风机、泵等二次方递减转矩专用型变频器；可选用自动和手动的转矩提升功能，保证最佳的启动；加速时间设定范围宽（0.01秒到3600秒），具有S形加减速功能和曲线加减速功能，让加减速过程变得缓和，防止冲击和载物倒塌；直流制动功能，制动时间在0-30秒范围可调，保证快速可控的制动，不需要外接电阻；内置PID模块，可用于闭环控制；多种频率设定方式；多种附加功能；三路晶体管输出。 ③ I/0特性
8个可设定的多功能开关量输入口，给操作者极大的灵活性；3路可设定的开路集电极晶体管多功能输出，可用于频率到达、频率值检测、过载、运等多种提示；设有模拟电流/电压输入端子，实现外部频率设定。 ④ 保护功能
具有过电压/欠电压保护、短路保护、过热保护、PTC热敏电阻保护、电机锁死保护、缺相保护、电涌保护、失速保护、CPU/存贮器异常保护等。
（3） 变频器接线及功能设定 见表3-2，频率参数设置说明[8]：
（1） 最高频率：变频器的最高频率只能与水泵额定频率相等。
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（2） 上限频率：实际预置需略低于额定频率50Hz。
（3） 下限频率：下限频率不能太低，可根据实际情况适当调整。 （4） 启动频率：在从0Hz开始启动的一段频率内，实际上电机转不起来。 因此，应适当预置启动频率值，使其在启动瞬间有一点冲击力。 4、PLC的选型
PLC的选型主要从PLC的输入/输出点数、存储器容量、输入/输出接口模块类型等方面来选择PLC型号。根据供水系统控制任务及设计方案，输入信号需16点，输出信号需16点，选择三菱FX2N-32MR型PLC，其I/O端子如表3-3所示。
表3-2 变频器接线及功能设定
变频器端子 FWD CM X1 Y2 30A 30C 现场器件与接线端子 功能代码 参数预置 PLC的Y0端子 PLC的COM PLC的Y16 PLC的X1 PLC的X5 PLC的COM 注释 启动/停止变频运行 PLC的Y16动作，自由停车 频率极限信号输出 变频器故障总报警信号 接公共端 最高输出频率（Hz） 上限频率（Hz） 下限频率（Hz） 起动频率 频率设定信号增益 E01 E21 F03 F15 F16 F23 F17 7 1 50 49.5 30 10 100
4、PLC的选型
PLC的选型主要从PLC的输入/输出点数、存储器容量、输入/输出接口模块类型等方面来选择PLC型号。根据供水系统控制任务及设计方案，输入信号需16点，输出信号需16点，选择三菱FX2N-32MR型PLC，其I/O端子如表3-3所示。
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表 3-3
现场器件与接线端子 中间继电器KA常开触点 变频器Y2端子 远传压力表压力上限电节点 远传压力表压力下限电节点 水池水位下限信号 变频器输出报警继电器30A FR1常开触点 FR2常开触点 FR3常开触点 FR4常开触点 输KM1常开辅助触点 入 KM3常开辅助触点 KM5常开辅助触点 KA25常开辅助触点 KA26常开辅助触点 KA27常开辅助触点 接变频器FWD端 KA1线圈 KA2线圈 KA3线圈 KA4线圈 X13 X14 X15 X16 X17 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 19
2#电机变频运行故障信号 3#电机变频运行故障信号 1#电机跳空开故障信号 2#电机跳空开故障信号 3#电机跳空开故障信号 实线复位/运行控制 1#变频运行控制及指示 1#工频运行控制及指示 2#变频运行控制及指示 2#工频运行控制及指示 X12 1#电机变频运行故障信号 X11 4#电机过载信号 X10 3#电机过载信号 X7 2#电机过载信号 X6 1#电机过载信号 X5 变频器故障报警信号 I/O地址 X0 X1 X2 X3 X4 功能注释 自动/手动功能转换 变频器输出频率极限信号 压力下限到达信号 压力上限到达信号 水池水位下限信号（缺水） 天津科技大学2011届本科生毕业设计（论文）
输出 KA5线圈 KA6线圈 KA7线圈 KA10线圈 KA11线圈 KA12线圈 KA13线圈 KA14线圈 KA15线圈 KA16线圈 KA17线圈 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 3#变频运行控制及指示 3#工频运行控制及指示 辅助泵工频运行控制及指示 水池水位下限报警指示 变频器故障报警指示 现场手动控制指示 自动变频运行指示 自动工频运行指示 远程手动运行指示 变频器X1端子功能有效 无人值守电话自动报警 FX2N-32MR主要参数及特点: I/O点数：16/16； 用户程序步数:：4K； 基本指令：27条； 功能指令：298条；
基本指令执行时间：0.08微秒； 通信功能：强； 输出形式：继电型； 输出能力：2A/点。
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第四节 系统可靠性措施
作为一个完整的系统，应用于工业现场，还需考虑加强抗干扰措施，保证运行的稳定性[9]。
（1） 变频器和PLC应安装于专门的控制柜中，但一定要保证良好的通风环境和散热，PLC四周留有50 mm以上的净空间。环境温度最好控制在45℃以下，相对湿度在5～90%，尽量不要安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮湿的地方。
（2） 控制柜和水泵现场距离不要太远，尤其是远传压力表至变频器的4-20mA电流信号和至PLC的压力上、下限开关量信号的传输电缆要尽可能短，而且要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。
（3） 外围设备信号线、控制信号线和动力线应分开敷设，不能扎在一起，且应采用屏蔽线且屏蔽层接地。
（4） 变频器和PLC均要可靠接地。接地电阻应小于100Ω，接地线须尽可能短和粗，并且应连接于专用接地极或公用接地极上，不要使用变频器、PLC外壳或侧板上的螺钉作为接地端。而且二者在接地时，应尽量分开，不要使用同一接地线。
（5） 电动机在低速运行时，电机冷却效果下降，应保证电动机具有良好的通风条件。
（6） 在电气设计和软件设计中，充分考虑电气设备之间的互锁关系。 （7） 选用性能可靠的继电器、接触器对于系统的可靠运行也具有十分重要的意义。
（8） 要考虑防雷设计。如电源是架空进线.在进线处装设变频器专用避雷器，或按规范要求在离变频器20m远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备[10]。
（9） 系统设计时还加入了无人执守故障自动拨号报警器。当出现变频器故障、电机故障、PLC故障以及水位过低等现象时，自动拨打管理人员的电话，提高系统故障的应急处理能力。
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