河南理工大学毕业设计(论文)说明书
表3-1 PLC I/O分配
I/O地址 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16
作用 启动按钮 停止按钮 上限增泵 下限减泵 M1过载检测 M2过载检测 M3过载检测 M1工频 M1变频 M2工频 M2变频 M3工频 M3变频 自动手动选择 手动变频器启动
I/O地址 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10
作用 M1变频 M1工频 M2变频 M2工频 M3变频 M3工频 电机正转 接变频器 报警信号
Y0接KM0控制M1的变频运行，Y1接KM1控制M1的工频运行；Y2接KM2控制M2的变频运行，Y3接KM3控制M2的工频运行；Y4接KM4控制M3的变频运行，Y5接KM5控制M3的工频运行。
X0接起动按钮，X1接停止按钮，X2接变频器的FU接口，X3接变频器的OL接口，X4接M1的热继电器，X5接M2的热继电器，X6接M3的热继电器。 为了防止出现某台电动机既接工频电又接变频电设计了电气互锁。在同时控制
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M1电动机的两个接触器KM1、KM0线圈中分别串入了对方的常闭触头形成电气互锁。频率检测的上/下限信号分别通过FU和OL输出至PLC的X2与X3输入端作为PLC增泵减泵控制信号。
3.2 水泵机组选型
工作水泵型号和台数的选择，应根据逐时、逐日、逐季的用水量变化，要求的水压，机组的效率和功率因素等确定。
水泵和电 动机是供水系统的重要组成部分，水泵选择恰当与否和动力费用有很大的关系，故须加以重视。选泵时，首先要满足供水系统的要求:
(1)水泵扬程应大于实际供水高度； (2)水泵流量总和应大于实际最大供水量；
(3)水泵能力足以供应最高用水量时的用水量，扬程应在该泵特性曲线的高效工作区内，以减少耗电量；
(4)水泵型号应使泵站建筑面积和泵站的基础埋深为最小，以降低泵站造价；
(5)水泵构造应使泵站内管线简单，以减少水头损失； (6)安装管理方便。
安装卧式离心泵的泵站，平面尺寸较大而高度较低；立式轴流泵的泵站，情况正好相反，泵站的高度较大而平面尺寸较小。因此在深埋式的地下泵站可优先考虑立式泵，半地下式和地面式泵站可用卧式泵。
选用多台水泵时，水泵的型号最好相同，这可便于安装和维修养护管理。在此设计中要求三台主泵和主泵电机型号和容量要相同，这才有利于在同一变频器下正常的工作。大泵的效率比小泵高，而且用大泵时，工作泵和设备的费用以及泵站的面积常可减小。因此不可只从适应水量的变化出发，使用数量较多的小泵。使用多台水泵供水可防止一台水泵出现故障时，停止供水使得系统瘫痪。一般最优的水泵台数为3～6台。
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综合上述，对水泵进行选用时，要根据供水系统对流量的大小、扬程的高低和实际需要进行选择。水泵机组的选型基本原则，一是要确保平稳运行；二是要经常处于高效区运行，以求取得较好的节能效果。要使泵组常处于高效区运行，则所选用的泵型必须与系统用水量的变化幅度相匹配。
在本设计中，采用ISG型立式离心泵40-160(I)，其参数如下表所示：
表3-2 水泵的参数
型号
流量 (m3/h)
40-160(I)
12.5
扬程 (m) 32
转速 (r/min) 2900
电机功率 (kw) 3.0
3.3 变频器选型及接线
3.3.1 变频器选型
变频器是把工频电源(50Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，它在变频调速恒压供水系统中起着非常重要作用，是水泵电机调速的执行者。
变频器可分为交-直-交变频器和交-交变频器两类。交-直-交变频器是先将工频交流电通过整流器整流成直流；再把直流电经逆变器变成频率可调的交流电。交-交变频器将电网的交流电直接变为电压和频率都可调的交流电。由于交-交变频器的输出频率一般最高只能达到电源频率的1/2～1/3，所以它适用于低速大功率的传动，在泵与风机的调速节能中迄今很少使用。本文只讨论交-直-交变频器[2]。
其结构如下图3-3所示：
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整流电路中间电路逆变电路控制电路及指令
图3-3 变频器的结构图
其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。
变频器的型号很多，选择合适的变频器对系统的稳定运行有很大的帮助。 变频器容量的选择归根到底是选择其额定电流，总的原则是变频器的额定电流一定要大于拖动系统在运行过程中的最大电流。在选择变频器容量时，有以下情况需要考虑：
(1)变频器驱动的是单一电动机，还是驱动多个电动机。
(2)电动机是直接在额定电压、额定频率下直接启动，还是软启动。 (3)驱动多个电动机时，是同时启动，还是分别启动。大多数情况下是使用变频器驱动单一的电动机，并且是软启动，这时候变频器额定电流选择为电动机的额定电流的1.05～1.1倍即可。当一台变频器驱动多台电动机时，多数情况下也是分别单独进行软启动。这时候变频器额定电流的选择为多个电动机中最大电动机额定电流1.05～1.1倍即可。
总的来说，变频器的选用应该满足以下原则：变频器的容量应大于负载所需的输出；变频器的电流大于电机的电流。因电机的计算功率小于所选用功率，根据变频器的容量的选择方法进行计算。
根据设计的要求，本系统选用FR-A540系列变频器，根据以上理论，选用
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三菱FR-A540系列变频器。该变频器采用先进磁通矢量控制方式，实现在线自动调整功能，调速比可达1：120（0.5～60Hz）；可拆御风扇和接线端子，维护方便；柔性PWM，实现更低噪音运行；内置RS485通信口，可插扩展卡符合全世界主要通信标准；PID等各种功能适合各种应用场合。应用三菱FR-A540系列变频器内置PID功能的PLC控制恒压供水系统，效率高，损耗小，调速供水节能效果突出，运行稳定，可靠性高，抗干扰能力强，精度高，动态响应快，体现了变频调速恒压供水的技术优势，取代了水塔、水箱、气压罐等，实现恒压供水，成为供水网的换代产品。
其参数如下表所示：
表3-3 变频器的参数图
变频器
适用电 机容量 （KW）
输出额 定容量 (KVA)
输出额 定电流 （A）
过载能力
电源额 定输入 交流电 压/频率
FR-A540 系列 5.5型 （三菱）
5.5
9.1
12
150% 60s 200% 0.5s (反时限特 性)
3相 380V~480V 50Hz/60 Hz
冷 却 方 式 强 制 风 冷
变频器管脚如下图所示：
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