山东城市建设职业学院学生毕业论文

4.1.4 CPU的选择

本设计中选择CPU226

4.1.5压力变送器及数显仪的选型

压力传感器和压力变送器是将水管中的压力信号变成1-5V或4-20的模拟量信号，作为模拟输入模块(A／D模块)的输入，在选择时，为了防止传输过程中的干扰与损耗，我们采用4-20mA输出压力变送器。在运行过程中，当压力传感器和压力变送器出现故障时，系统有可能开启所有的水泵，而此时的用水量又达不到，这就使水管中的水压上升，为了防止爆管和超高水压损坏家中的用水设备(热水器、抽水马桶等)，本文中的供水系统使用电极点压力表的压力上限输出，作为PLC的一个数字量输入，当压力超出上限时，关闭所有水泵并进行报警输出。

根据以上的分析，本文选用普通压力表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。

经过第2章对系统方案的分析和确定，再结合上述的系统硬件的选型，确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备变频器和PLC作为主要控制设备来设计变频调速恒压供水系统。

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4.2系统主电路分析及设计

供电系统的设定直接影响到控制系统的可靠性，因此在设定供电系统时应考虑下列因素：

1)输入电源电压在一定的允许范围内变化；

2)当输入交流电断电时，应不破坏控制器程序和数据； 3)当控制系统不允许断电的场合，要考虑供电电源的冗余； 4)当外部设备电源断电时，应不影响控制器的供电； 5)要考虑电源系统的抗干扰措施。

系统中变频器的输入信号有两种，一种是控制信号，它包括PLC输给变频器的FWD信号和压力传感器送来的压力信号，压力信号由PLC输出，压力信号是作为变频器的PID单元的反馈输入信号；另一种是输入电源信号口引。尽量不要用主电路电源ON／OFF的方法控制变频器的停止和运行，应该用控制电路端子FWD、REV或者键盘面板上REV、FWD和STOP键控制变频器的停止和运行。

变频器的输出信号也有两种，一是送PLC的超压信号、欠压信号和变频器故障信号这三个输出控制信号，另一种是送水泵的变频器输出电源信号。系统变频调速控制方式如图3.4所示：

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变频调速系统控制方式

三台大容量的主水泵(1#，2#，3#)根据供水状态的不同，具有变频、工频两种运行方式，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分别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b引。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，不得以主电路空气开关够2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(P1，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。供水系统电气控制主回路的主要联线关系如图3.5所示:

NL1L2L3FUQS1QS2QS3QS4RST变频器UVWKM1KM3KM5KM2FR1M13~

KM4FR2M23~22

KM6FR3M33~

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在控制电路设计中，必须要考虑弱电和强电的隔离问题。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得电/失电，进而控制电机或者阀门的动作。通过隔离，可延长系统的使用寿命，增强系统工作的可靠性。

控制电路之中还要考虑电路之间互锁的关系，这对于变频器安全运行十分重要。变频器的输出端严禁和工频电源相连，也就是说不允许一台电机同时接到工频电源和变频的情况出现。因此，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；另外，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，进一步通过PLC内部的软继电器来实现互锁。

控制电路中还考虑了电机和阀门的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。

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