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3.2.4 软启动与变频器的对比
软起动器和变频器是两种不同用途的产品。软起动器按其工作原理就是一个调压器，当电机起动时，降低输出电压，但是频率并不会发生改变。变频器也有软启动功能，但是变频器是通过改变电源频率来实现的，不会降低电压。
本次设计中，将软启动器和变频器一起配合使用，由变频器带动一台水泵变速运行，一个软启动器控制其他电机的操作，由变频器控制的水泵可以定时轮换使各泵运行的时间相均衡，从而时各台水泵的寿命得到延长。
3.3 PLC选型
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计[4]。
3.3.1 PLC的工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
一，输入采样阶段。在扫描周期内，PLC定时将现场的全部有关信息采集到控制器中，通常在扫描周期的开始或结束时进行定时采集，这一阶段称为输入采样阶段。在这个阶段，可编程以扫描方式读入所有状态和数据，并将它们存入相应的单元内。
二， 用户程序执行阶段。在用户程序执行阶段，PLC按由上而下，从左到右的顺序扫描由触点构成的控制线路并进行逻辑运算
三，输出刷新阶段
在用户程序执行结束后，可编程控制器就进入输出刷新阶段，会根据运算的结果来刷新对应的逻辑线圈在系统存储区中相对应的状态，或者刷新输入输出映象区中对应位的状态。
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图3.4 可编程控制器与其他设备的连接
3.3.2 西门子S7—200介绍
本设计采用S7-200可编程控制器。S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测。S7-200系列的可编程控制器具有很强大功能，使它无论在独立运行中，或者相连成网络皆能实现复杂的控制功能。S7-200系列的可编程控制器具有极高的性价。
以下是S7-200的基本特点：
⑴ S7-200具有集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器，作为负载电源使用。
⑵ S7-200具有不同的设备类型。S7-200的CPU 221，222,224,226各有两种类型CPU，具有不同的控制电压和电源电压。
⑶本机数字量输入/输出点。CPU 221具有六个输入点和四个输出点，CPU 222具有八个输入点和六个输出点，CPU 224具有十四个输入点和十个输出点， CPU 226具有二十四个输入点和十六个输出点。
⑷中断输入。允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。
⑸4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90°的A/B相增量编码器。CPU224/224XP/226。6个高速计数器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。
⑹ CPU 222/224/224XP/226。可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。
⑺电池模块
用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。
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⑻适用范围：S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统[4]。
3.4 温度传感器
温度传感器是指能将检测到的温度转换成可以输出的信号的器件。温度传感器是测定温度设备中的核心，有很多的种类。
我们要通过温度传感器测量出房间内的温度，然后与房间内的设定温度进行对比，通过PID控制调节水泵的输出流量，进而更合理的控制房间的温度，达到既节能又满足人们的需求的目的。
本次设计中，我们采用了PT100温度传感器。PT100的阻值跟温度的变化成正比。PT100广泛应用与工业当中，它的工作原理是：当PT100处在零摄氏度的环境中的时候，其阻值为100Ω，PT100的电阻值随着温度是升高接近按比例均匀上升[5]。
PT100温度—电阻表，如表3.1所示。 T—R关系图如图3.1所示。
表3.1 PT100温度与相应阻值对应表
温度-50 /℃ 电/Ω 温/℃ 电/Ω 温/℃ 电/Ω 阻149.83 度130 阻115.54 度40 阻80.31 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 84.27 88.22 92.16 96.09 100.00 103.90 107.79 111.67 50 60 70 80 90 100 110 120 119.40 123.24 127.08 130.90 134.71 138.51 142.29 146.07 140 150 160 170 180 190 200 153.58 157.33 161.05 164.77 168.48 172.17 175.86
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图3.5 PT100 T—R关系图
3.5 温度变送器
对应温度PT100温度传感器，本设计采用PT100温度变送器。PT100温度变送器为铂电阻温度变送器，它可以直接安装在温度传感器内，可以将温度传感器电阻的电阻信号转化为4-20mA的电流信号。
PT100温度变送器可用于传送距离较远的场合，其抗干扰能力也较强，可以用在存在干扰的场合。
3.6 人机界面选型方案
人机界面是用户与系统之间进行交流的一个平台，是实现设备内部信息与用户交流的界面，一个好的人机界面会使用户省去很多的麻烦，使操作变得非常简单。随着工艺工程的日益复杂和人们对机器要求的不断提高，在人机界面中透明性变得非常重要。
S7-200TD是一种成本比较低的人机界面，具有比较高的性价比，可以实现用户与机器之间的交流。
S7-200TD是一个文本显示设备，通过连接可编程控制器即S7-200，用来查看、监视和更改程序中的变量。S7-200TD有四个预定义的置位功能键，若使用shift则可以扩展到八个功能键。
TD200设备的组态需要完成以下操作：
①STEP 7-Micro/WIN 的文本显示向导,创作操作员界面和报警和组态TD设备的参数块；
②TD参数中，选择TD设备的类型、启用CPU功能、选择更新速率、选择语言和字符集和组态按键；
③屏幕设置中，创建用户菜单，定义屏幕；
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④报警设置中，选择显示选项，定义报警信息；
⑤语言集设置中，选择提示和菜单的语言，选择字符集； ⑥翻译报警和屏幕，把翻译后的信息反馈回报警和屏幕； ⑦参数块地址设置中，定义参数块的地址，即V存储区。
3.7 总体硬件设计
本次设计中，采用2台冷冻机主机，6台冷冻水水泵，其中三台冷冻水水泵为备用。冷冻机可以根据冷冻水出口的水温自动调节，若水温高于7度则制冷机正常工作，若低于7度，则制冷机自动停机。
主要电路图及其介绍：
图3.7为系统主回路示意图：本系统采用西门子S7-200，CPU型号为226。可编程控制器使用了通讯接口，通讯接口可供线缆通讯。冷冻泵的工作频率和工作台数由变频器来控制。
图3.8系统电路图：该控制系统分自动和手动模式，自动模式下通过PLC图3.9主要设备的端口连接图：EM231、EM232由PLC L+端口输出的24V电源供电，变频器的3、4接口是用于接受模拟量输入信号，29、30接口用于通过RS-485与PLC通讯。
及变频器控制，手动模式下通过开关的闭合控制电机的运转。
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