辽宁石油化工大学继续教育学院毕业设计（论文）
图4.1 变频调速恒压供水自动控制系统组成
4.1.2 系统控制方案研究
变频恒压供水系统主要有PLC、变频器、压力控制器、压力传感器、流量检测器、动力控制线路以及2台水泵等组成。用户通过控制柜而板上的按钮、转换开关来控制系统的运行，也可通过组态软件对这套变频供水系统进行远程监控。
系统的各设备分别采用西门子S7-200可编程控制器(PLC)，三菱FR- F540- 22K-CH变频器(U) ,YTZ-150差动变压器式远传压力表(SP), PXW-5T3F-8V压力控制器(RP)。
通用继电器JT18（KA4-KA6），中间继电器J214（KA1-KA3），接出器GMC-25（K0-K4），热继电器GHT-22（12-20A）（2个）。
通过安装在出水管网上的压力传感器SP，把出口压力信号变成标准信号送入RP,经与给定压力参数进行运算比较和PID调节，RP的C2,C3端输出模拟控制电流4~20mA给变频器的4,5端，山变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上。当用水量超过1台泵的供水量时，通过PLC控制加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵 数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。开泵时，1号泵变频启动，该泵转速从零开始随频率上升。同时，压力控制器接收到压力传感器的标准信号，经过比较、调节输出4~20mA电流给变频器作为变频器的控制信号。若变频器频率达到50Hz，而压力仍小于设定值，延时一段时间后,1号泵由变频切换成工
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频，变频器频率由50Hz下降至OHz,2号泵变频启动，其转速从零开始随频率上升。当压力大于设定值时，1号泵停机，2号泵继续变频运行。当压力再次小于设定值时，2号泵由变频切换成工频，变频器频率下降至0Hz，延时一段时间后，1号泵变频启动。这样循环下去，2台泵轮流变频工作来完成供水，既可以延长水泵的使用寿命，又不会发生其中一个泵因经常不用而锈死的情况。
在PLC程序设计中，必须认真考虑这切换过程，才能保证系统在一个工作周期内实现正常切换与运行。
机组工作过程流程图4.2如下：
图4.2 流程图
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4.2 控制系统硬件设计
4.2.1 主电路设计
在硬件系统设计中，采用一台变频器连接2台电动机，具有变频/工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联，每台电机只通过一个接触器与变频输出电源连接。同时热继电器可以实现对电动机的过热保护。
变频器主电路电源输入端子(R,S,T)与三相电源连接，变频器主电路输出端子(U，V,W)经接触器接至三相电动机上，当旋转方向预设定不一致时，需要调换输出端子(U，V,W)的任意两相。特别是对于有变频/工频两种状态的电动机，一定要保证在工频电源拖动和变频输出电源拖动两种情况下电机旋向的一致性，否则在变频/工频的切换过程中会产生很大的转换电流，致使转换无法成功。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(REV)来操作，不得以主电路的通断来进行。另外为了改善变频器的功率因素，还需配置相应的DC电抗器，变频器的[P-，P+]端子是连接DC电抗器之用。
图4.3为变频恒压供水系统主电路图：
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图4.3 变频恒压供水系统主电路
4.2.2 控制电路设计
在控制电路的设计中，首先要考虑弱电和强电之间的隔离的问题。在整个控制系统中，所有控制电机，都是按照PLC的程序逻辑来完成的。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，而是通过中间继电器去控制电机的动作。在PLC输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，其目的是为了实现系统中的强电和弱电之间的隔离，保护系统，延长系统的使用寿
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命，增强系统工作的可靠性。
控制电路之中存在电路之间互锁的问题，由于控制系统是实现分组的组内自动循环，所以电路的自锁包括组内互锁和组间互锁。组内互锁是指同一组中电动机的互锁，组间互锁是指不同机组之间电动机的互锁。在实现组内互锁的时候，严禁出现一台电动机同时接在工频电源和变频电源的情况，同时要求变频器始终只与一台电动机相连。所以在一台电动机变频工作的时候，要自动切断另一台电动机的变频控制电路。
控制电路中还必须考虑系统电机的当前工作状态指示灯的设计，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。 4.2.3 PLC配置
S7-200型PLC的特点
由于恒压供水自动控制系统控制设备相对较少，因此PLC选用德国SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性能/价格比，广泛适用于一些小型控制系统[20]。 SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可扩展性好，又有较丰富的通信指令，且通信协议简单等优点;PLC可以上接工控计算机，对自动控制系统进行监测控制。PLC和上位机的通信PC/PPI电缆，支持点对点接口(PPI)协议，PC/PPI电缆可以方便实现PLC的通信接口RS485到PC机的通信接口RS232的转换，通信传输速率为9.6Kbaud
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