基于PLC和变频器的恒压供水系统设计 (2).doc

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1、重庆科技学院毕业设计 摘要摘 要本论文结合我国中小城市供水厂的现状，设计了一套基于PLC和变频器的恒压供水自动控制系统。变频调速恒压供水自动控制系统由可编程控制器、变频器、水泵电机组、传感器、以及控制柜等构成。在变频调速恒压供水系统中，三台水泵的调节是通过变频器来改变电源的频率f来改变电机的转速n，从而改变水泵性能曲线得以实现的。变频调速恒压供水自动控制系统的控制器经历了从继电器接触器，到单片机，再到PLC。而变频器也从多端速度控制、模拟量输入控制，发展到专用变频器。从而实现了城市供水系统简单、高效、低耗能的功能，而且还实现自动化的控制过程。通过编程软件设计了一个用于供水系统压力控制的PID控

2、制器，PID控制器内置在PLC中，该控制器对于压力给定值与测量值的偏差进行处理，实时控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电动机的转速来改变水泵出水口流量，实现整个供水的压力的自动调节，使压力稳定在设定值附近。关键词： PLC 变频调速 恒压供水 节能运行43重庆科技学院毕业设计 目录目 录摘 要I1 绪论11.1 恒压供水问题的提出11.2 恒压供水系统的国内外研究现状11.3 本课题的主要工作22 变频恒压供水的工作原理32.1 供水系统的基本特性32.2 变频与变压(VVVF)原理32.3 变频调速的原理42.4 水泵调速运行的节能原理52.5 变频恒压供水的特点73 变频恒压供水系统

3、的硬件设计83.1 变频恒压供水系统方案设计83.2 变频恒压供水系统结构设计93.3 变频恒压供水系统的构成103.3.1 压力传感器选择103.3.2 系统主要配置的选型113.3.3 MM420变频器概述143.4 基于S7-200 PLC恒压供水系统设计173.4.1 S7-200 PLC概述173.4.2 系统主电路设计193.4.3 控制系统接线图203.4.4 PLC外围接线图214 变频恒压供水系统软件设计234.1 恒压供水系统的控制流程234.2 供水系统加减水泵分析244.3 恒压供水中PID控制设计244.4 控制系统程序设计274.4.1供水系统的I/O分配274.4

4、.2 供水系统所用软元件配置284.4.3手动自动设计304.4.4 水泵变/工频程序设计324.4.5 PLC和变频器通讯374.5 控制系统的调试39结 论41致 谢42参考文献43重庆科技学院毕业设计 1绪论1 绪论1.1 恒压供水问题的提出 众所周知，水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市建设发展十分迅速，同时也对城市的基础设施建设提出了更高的要求

5、。如何提高城市供水系统的稳定性的问题就日渐突显出来。比如，对于城市用户来说，在白天或者用水高峰时，供水系统的电动机负荷最大，常常需要满负荷运行；而在晚上或休闲时，所需水量减少很多，但是电动机依然处于满负荷运行状态，这样既浪费了大量的资源，对电动机的损耗也较大。所以要根据不同的需求条件来调节电动机的转速来实现恒压供水，来实现更高要求的节能功能。 1.2 恒压供水系统的国内外研究现状变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机

6、构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。 随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新产品，如华为的TD2100，施耐德公司的Altivar58泵切换卡，SANKEN的SAMCO-I系列，ABB公司的ACS600、ACS400系列，富士公司的G11S/P1

7、1S系列等。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存储容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑、稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。这类变频器的价格仅比通用变频器略高一点，但功能却强很多，所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，

8、降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间。在满足工艺要求的情况下应优先采用。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，供水专用变频器是将普通变频器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一体化的系统，内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定即可使用变频器的键盘设定，也可采用一只电位器以模拟量的形式送入。每日可设定多段压力运行，以适应供水压力的需要。也可设定指定日供水压力。面板可以直接显示压力反馈值()。系统供水有两种基本运行方式：变频泵固定方式和变频泵循环方式。变频泵固定方式最

9、多可以控制7台泵，可选择“先开先关”和“先开后关”(适用泵容量不同场合)两种水泵关闭顺序；变频泵循环方式最多可以控制4台泵，系统以“先开先关”的顺序关泵。供水系统采用变频供水技术可改善供水水质，且自动化程度高，又是国家节能推广技术，但若选择使用不当，又会造成电能“浪费”，因此设计人员在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力。然而，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)的变频，恒压供水系统中的水压闭环控制的研究还

10、是不够的。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践中。1.3 本课题的主要工作本课题从变频器恒压驱动水泵电机的工作原理出发，设计由PLC可编程器控制变频器的调速系统，实现水泵无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水。并验证以变频器、可编程序控制器作为系统控制的核心部件，以设定压力为控制目标，以PID为控制算法，和变频器组成恒压闭环控制系统。分析其控制系统设计的合理性和可靠性，并分析其控制性能。其中主要内容包括恒压供水原理，PLC原理，变频调速原理，通过设置几个主要器件I/O参数，实现PLC，变频器，压

11、力传感器之间的通讯、控制功能。重庆科技学院毕业设计 2 变频恒压供水的工作原理2 变频恒压供水的工作原理 2.1 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q之间的关系。由图2.1的扬程特性表明，流量Q越大，扬程H越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量Q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速恒定为前提，阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。

12、由图2.1可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大，流量Q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图2.1中A点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程稳定，供水系统的压力也保持恒定。图2.1 供水系统的基本特性2.2 变频与变压(VVVF)原理当在实际利用变频器调节电机转速的过程中，当频率f下降时，定子绕组的反电动势E有所下降，定子电流增大，但是转子侧的负载并未增加，故转子段电流不变，根据电流平衡方程可知，励磁电流比增大，

13、因而磁通m增大。m增加将导致铁芯的饱和，进而引起励磁电流波形的畸变，这是不希望的结果，因此希望m可以保持基本不变。要实现这个目标，只要在变频过程中使变频器输出电压与改变的频率成正比，则磁通m可保持基本不变。因此变频的同时也要变压，常用VVVF表示。VVVF实施的基本方法包括：脉幅调制(PAM)和脉宽调制(PWM) 1。脉幅调制(PAM)实现方法就是调节频率的同时，也改变直流电压的振幅值。PAM需要同时调节两个部分：整流部分和逆变部分，两者之间还必须满足一定的关系，故控制电路比较复杂，因此比较少用。脉宽调制(PWM)实现方法就是在每半个周期内，把输出电压的波形分割成若干个脉冲波，每个脉冲的宽度为

14、t1，每个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比=tl/(t2+tl)。这时电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，同样可以实现变频也变压的效果。PWM只需控制逆变电路便可实现，与PAM相比电路简化了许多，因此在变频调速中比较常用。2.3 变频调速的原理异步电动机的等效变换图2.2 异步电动机的等效变换异步电动机的电磁转矩公式：(2.1)其中：P为旋转磁场的磁极对数，S为转差率。变频调速的原理异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生。异步电动机的定子主磁通是以一定的转速旋转，旋转磁场实际是三个交变磁场合成的结果。旋转磁场

15、的转速n0=60f/p，其中f是电流频率，P是旋转磁场的磁极对数。产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此转子的转速n1必须低于定子磁场的转速n0 (即所谓的“异步”)。两者之间的差异可由转差率表示，转差率s=( n0- n1)/n0根据n0=60f/p可知，当频率f连续可调时，电动机的同步转速n0也连续可调，而异步电机的转子转速n1，总是比同步转速略低一点，所以当n1连续可调时，n1也是连续可调2。设变频后的频率为fx，电压为Ux，电动机的额定相电压和频率为UN和fN，则有： (2.2) (2.3)其中kf为频率可调比，ku为电压可调比。将上述两个公式代入异步电动机的电磁转

16、矩公式可得变频后的转矩公式：(2.4)其中：sx为频率为fx时的转差率。在变频器正常工作情况下，即kfkm1时的机械特性如图2.3所示。图2.3 kfkm1时的机械特性由图2.3可知随着f的下降，临界转矩Tkx逐渐减少，电动机的带负载能力也随之下降。这无疑给变频调速带来了瑕点。而针对这种想象一般要采取电压补偿法。新系列的变频器一般都提供了设置自动转矩补偿功能。变频器可以根据电流的大小自动地决定补偿的程度。2.4 水泵调速运行的节能原理水泵的设计负荷是按最不利条件下最大时流量及相应扬程设定的。但实际运行中水泵每天只有很短的最大时流量，其流量随外界用水情况在变化，扬程也因流量和水位的变化而变化。因

17、此水泵不能总保持在一个工况点，需要根据实际情况进行控制。通常采用的方法有阀门控制和调速控制。阀门控制是通过增加管道的阻抗而达到控制流量的目的，因而浪费了能量；而电动机调速控制可以通过改变水泵电动机的转速来变更水泵的工况点，使其流量与扬程适应用水量的变化，维持压力恒定，从而达到节能效果。水泵扬程流量特性()曲线如图2.4所示。图2.4 水泵特性曲线图中：扬程 流量 调速控制时管路阻抗曲线(阀门开度100%)阀门控制时管路阻抗+节流阻抗曲线 , , 转速从图2.4中可以看出，阀门控制时，当流量从时，阻力曲线从,水泵工作点从BA，管道摩擦力增大。调速控制时，流量从，从图中可以看出其管道曲线不变，水泵

18、工作点取决于转速。因此当时，工作点从BC，显然管道阻力减小。水泵轴功率的计算公式为： (2.5)其中:为流量（/）；为扬程（）；为液体密度（）；为传动装置效率（直接传动为1）； 为水泵效率。根据（2.5）式，A点、C点的轴功率为： (2.6) (2.7) (2.8)为调速控制时节省的功率（也就是阀门调节时的功率损耗）。根据水泵变速运行的相似定律，变速前后水泵流量、扬程、功率和转速之间的关系： (2.9) (2.10) (2.11) 为调速后的流量、扬程、功率，为调速前的流量、扬程、功率。从式（2.9）、（2.10）、（2.11）看出，流量与转速的1次方成正比；扬程与转速的2次方成正比；功率与转

19、速的3次方成正比。即随着转速的改变轴功率也随着改变。因此说控制转速就等于控制了功耗，这正是采用调速控制的节能原理。2.5 变频恒压供水的特点(1)滞后性供水系统的控制对象是用户管网的水压，它是一个过程控制量，同其他一些过程控制量(如:温度、流量、浓度等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。同时用于水泵转速控制的变频器也存在一定的滞后效应。(2)非线性用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化不成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个非线性系统。(3)多变性变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统。而不同的供水系统管网

20、结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型具有很强的多变性。(4)时变性在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泵的停止和运行)是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此可以认为，变频调速恒压供水系统的控制对象是时变的。(5)容错性当出现意外的情况(如突然断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况自动进行投切，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。(6)可扩充性水泵的电气控制柜，

21、具有远程和就地控制的功能和数据通讯接口，能与控制信号或控制软件相连，能对供水的相关数据进行实时传送，以便显示和监控以及报表打印等。(7)节能性系统用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从0到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击的同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。重庆科技学院毕业设计 3变频恒压供水系统的硬件设计3 变频恒压供水系统的硬件设计3.1 变频恒压供水系统方案设计本系统在电气控制部分规划时，充分考虑到用户的功能需求和设备本身的机械特性及系统的通用性，在具体的实现过程中，又以系统的可靠性、易

22、用性和节能为准则，尽量把本系统开发成为一个功能齐全、可靠性高、自动化程度高且适用场合比较广的供水控制系统。其功能设定为：（1)运行方式分为手动、自动两种。它们可以由两个按钮进行切换操作，在手动方式下，可以对控制水泵中的任意一台进行启动和关闭操作，该方式主要用于系统设计初期的测试，方便任一时期的检修，以及紧急情况下的水泵控制，而且可以通过按钮增大或减少变频器的频率来改变其速度，以检测调速性能。整个系统本身在正常状态下的运行主要采用自动方式，使供水系统高度自动化，这也是系统开发的目的之一。在自动方式下，按下启动按钮，系统就能自动赋初值，根据用水量的变化自动调节水泵转速和运行台数，确定每台泵的具体工

23、作状态，使达到最优配置。另外，自动方式下，系统应该能够判断出变频器是否正常，如不正常，系统将会输出故障标志，停止系统运行，从而达到保护系统的功能。（2)要对管网水压进行实时数据采样，信号直接送往PLC的模拟量扩展模块，从而实现对管网压力的闭环控制。采样点可以选择在水泵的出口管道处，这样比较方便且传送距离比较近，压力信号基本不失真。 （3)管网水压参数的设定。在不同的环境下，参数是不同的，不过这可以根据用户要求和环境的变化而设定。在本系统中，水压参数是根据管道内压力传感器所测定的压力值而设定的。 （4)变频器运行时，要对变频器当前控制的水泵的运行情况进行监控。变频器应该能够对水泵进行变频器过载、

24、失速、过电流、过电压、欠电压、输入缺相、电动机过载、变频器过热、变频器内散热板过热及其它一些常规保护。变频器只对当前工作在变频态的水泵负责。 （5)要对变频器的运行情况进行监测，还有供水池的水位、水泵的转速、管网压力都要进行监控，对于危险情况要设置报警信号，并自动做出反应，切除危险源，防止危险扩大。（6)具有多机的通信功能。PLC要能够和上位机进行通讯，从而对各泵站进行远程监控。 （7)硬件的选择要留有余地，特别是PLC的I/O点数和内部继电器数，为以后的功能扩展和系统升级做好准备。(8)应该做到系统无故障运行时，基本上可以做到无人自动恒压变频无级别调速运行。3.2 变频恒压供水系统结构设计变

25、频恒压供水系统采用西门子的S7-200 PLC作为控制器，变频器MM420是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。S7-200 PLC选用内部控制模块CPU224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和PID模块。CPU224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。PID模块使用方便，在软件中只需要配置PID的每个参数。三相交流电与MM420的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接异步电动机，异步电动机带动水泵转动。S7-200数字输出口输出控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交

26、流电与异步电动机。S7-200的模拟输出口输出控制电压信号给MM420的模拟电压输入口AIN1+和AIN1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，反馈压力信号经过压力变送后输入给S7-200的模拟输入口。系统的结构如图3.1所示。数字输出口PLCS7-200模拟输入口三相交流电输入口变频器MM420模拟输出口模拟电压调节口1#电机2#电机供水管网三相交流电源交流接触器组压力变送压力传感器电压信号反馈压力信号控制电压三相交流电控制信号供水供水变频后的三相交流电交流接触器组三相交流电1#水泵2#水泵三相交流电3#电机3#水泵供水模拟输出口图3.1 变频恒压供水系统的

27、控制原理框图3.3 变频恒压供水系统的构成3.3.1 压力传感器选择本系统采用钱江仪器仪表厂生产的YYB-ES型压力变送器，它是四线制带现场LED数字显示的压力变送器，其供电电源和输出信号分别传送。如图3.2：图3.2 外形尺寸图主要性能有：1）抗干扰能力强（电源地与信号地隔离），特别适合变频器应用场合；2）LED数字显示；3）供电电源可选（交流220V / 直流24V）；4）输出信号可选（010 / 420Ma）；5）负载阻抗： 0600 ( 420 )；01.5k ( 010 )。校验与调整：通电预热15分钟后，分别在零压力和满量程压力下，检验输出电流值。下显示面端盖，在零压力下调整输出零

28、位电位器，使输出电流为0(型)或4mA(型)或规定值；调整显示零位电位器，使数字显示值为000 或规定值。在满量程压力下，调整输出量程电位器，使输出电流为10mA(型)或20mA(型)或规定值；调整显示量程电位器，使数字显示值为满量程压力值。变送器经校验标定后，现场不需要重新标定，一般运行半年至一年，做一次基本性能检查3。 接线方式旋下接线端盖，连接电缆上套入密封螺套后，由左（或右）引入孔穿入，接至接线端子，旋紧密封螺套；另一端旋紧密封螺盖，并盖紧接线端盖。如图3.3所示：图3.3 接线图3.3.2 系统主要配置的选型（1）断路器的选型当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将QF切

29、断，使变频器与电源隔断。当变频器输入侧发生短路故障时，进行保护。选择原则为：（1）变频器在刚接电源瞬间，对电容器的充电电流可达额定电流的（）倍；（2）变频器的进线电流时脉冲电流，其峰值常可能超过额定电流；（3）变频器允许的过载能力为150%，1。为了避免误动作，断路器的额定电流应选： （3.4）其中为变频器的额定电流。故选择断路器额定电流选择210A。根据上述数据可以选择断路器DW15400断路器额定电压为380V，额定电流为300A，满足要求可以选择。（2）接触器的选型(1)主要作用：可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；变频器发生故障时，可自动切断电源。(2)选择原则:由于接触器自身

30、并无保护功能，不存在误动作的问题，故选择原则是接触点的额定电流，应该大于126.6A，可以选择主触点额定电流为130A的接触器。根据上述数据施耐德的：LC1D150，满足参数要求，可以选择。（3）主电路的线径选择(1)电源的变频器之间的导线一般来说，和同容量普通电动机的电线选择方法相同。考虑到其输入侧的功率因数往往较低，应本着宜大不宜小的原则来决定线径。(2)变频器的电机之间的导线因为频率下降时，电压也要下降，在电流相等的情况下，在输出电压中线路电压会降低U。常用电动机引出线的单位长度电阻值见表3.1：表3.1 常用电动机引出线的单位长度电阻值标称截面/（）1.01.52.54.06.010.

31、016.025.035.0Ro/)17.811.96.924.401.921.731.100.690.49（4） 热继电器的选型热继电器额定电流要大于或等于电机额定电流，其整定电流要等于电机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时，热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的1.11.15倍.以JR20为例：额定电流为13A时，选JR20-16 整定电流选1014A或1216A。额定电流为7.5A时，选JR20-10 整定电流选68.4A或710A。（5） 中间继电器的选型中间继

32、电器可作为保护用，也可作为自动装置控制用，以增加保护的控制回路的触点数量及容量、扩大控制范围的提高控制能力合理选择中间继电器应从以下几方面入手：（1）地理位置气候作用要素 主要指海拔高度、环境温度、湿度、和电磁干扰等要素。考虑控制系统的普遍适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，装置关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型(中间继电器产品。因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠性和切换负载能力(不受外部气候环境影响)。 （2）机械作用要素 主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。对控制系统主要考虑到抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁机构的小型中

33、间继电器。 （3）触点输出(换接电路)参量要素 主要是指触点负载性质，如灯负载，容性负载，电机负载，电感器、接触器(继电器)线圈负载，阻性负载等；触点负载量值(开路电压量值、闭路电流量值)，如低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。 任何自动化设备都必须切实认定实际所需要的负载性质、负载量值的大小，选用合适的继电器产品尤为重要。继电器的失效或可靠不可靠，主要指触点能否完成所规定的切换电路功能。如切换的实际负载与所选用继电器规定的切换负载不一致，可靠性将无从谈起。而根据系统要求中间继电器选择具有3付触点的MK3P-I（导轨安装底座：PF113A-E，额定电流：5A）即可。（6）泵的选型

34、根据本课题要求经查资料我们可以选择IS单级单吸离心泵，该系列泵是BA型、B型及其他单级清水离心泵的更新型节能泵。优点有：全系列水力性能布局合理，用户选择范围宽，检修方便；效率和吸程达到国际平均先进水平。IS清水泵适用于工业和城市给水、排水，也可用于农业排灌及供输送清水或物理化学性质类似于清水的其他液体之用，温度不高80。IS单级单吸离心泵的产品特点如下：1、IS型根据国际标准ISO2858所规定的性能和尺寸设计的，主要由泵体、泵盖、叶轮、轴、密封环、轴套及悬架轴承不见等组成。2、IS型的泵体和泵盖部分，是从叶轮背面处剖分的，即通常所说的后开门结构形式。其优点是检修方便，检修时不动泵体，吸入管路

35、，排出管路和电动机，只需拆下加长联轴器的中间联接件，即可退出转子部分进行检修。3、泵的壳体（即泵体和泵盖）构成泵的工作室。叶轮、轴和滚动轴承等为泵的转子。悬架轴承部件支撑着泵的转子部分，滚动轴承受泵的径向力和轴向力。4、为了平衡泵的轴向力，大多数泵的叶轮前、后均设有密封环，并在叶轮后盖板上设有平衡孔，由于有些泵轴向力不大，叶轮背面未设密封环和平衡孔。泵体结构如图3.4所示，表3.2为水泵结构注释。 图3.4 水泵结构图 图3.5 Y2电机实物图表3.2 水泵结构注释序号123456注释泵体泵盖叶轮轴密封环叶轮螺母序号789101112注释止动垫圈轴套填料压盖填料环填料悬架轴承部件（7）电动机的

36、选型如图3.5所示：Y2系列三相异步电机是专为欧洲市场设计的三相异步电动机、电机出线盒置于电机机壳顶部、整机结构紧凑、外形美观大方，安装尺寸符合IEC标准，具有高效、节能、起动转矩大，使用维护方便等特点。主要性能有：绝缘等级：F 防护等级：IP54或IP55 电压：380V或415V频率：50Hz或60Hz 冷却方式：IC411Y2系列电动机有两种设计，一种是适用于一般机械配套和出口需要，在轻载时有较高效率，在实际运行中有较佳节能效果，且具有较高堵转转矩，此设计称为Y2-Y系列。中心高63355mm，功率从0.12315kW。电动机符合JB/T8680.1-1998 Y2系列(1P54)三相异

37、步电动机（机座号63355）技术条件。 型号含义：如Y2-200L1-2Y：“Y2”表示异步电动机第二次改型设计，“200”表示中心高，“L”表示机座长短号，“1”表示铁心长度序号，“2”表示极数，“Y”表示第一种设计（可省略）。 第2种设计是满载时有较高效率，更适用于长期运行和负载率较高的使用场合，如水泵、风机配套，此设计称为Y2-E系列，中心高80280mm，功率从0.5590kW。电动机符合JB/T8680.2-1998 Y2系列(1P54)三相异步电动机（机座号80280）技术条件。 型号含义：如Y2-200L2-6E：“Y2”表示异步电动机第二次改型设计，“200”表示中心高，“L”

38、表示机座长短号，“2”表示铁心长度序号，“6”表示极数，“E”表示第二种设计。根据上述分析，选择Y2-200L2-6E即可满足要求。3.3.3 MM420变频器概述MICROMASTER420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W 到三相电源电压，额定功率11KW 可供用户选用。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选 的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。M

39、ICROMASTER420 具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。MICROMASTER 420 既可用于单独驱动系统，也可集成到“自动化系统”中。MICROMASTER 420通用型变频器基本面板操作如表3.3所示：表3.3 MICROMASTER 420通用型变频器基本面板操作说明显示/按钮功能功能的说明状态显示LCD 显示变频器当前的设定值。起动变频器按此键起动变频器。缺省值运行时此键是被封锁的。为了使此键的操作有效，应设定P07

40、00 = 1。停止变频器OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车.缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操作，应设定P0700 = 1。OFF2：按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车。此功能总是“使能”的。改变电动机的转动方向按此键可以改变电动机的转动方向。电动机的反向用负号（）表示或用闪烁的小数点表示。缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效，应设定 P0700 = 1。电动机点动在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停车。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。功能此键用于浏览辅助信息。变

41、频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2 秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中，从任何一个参数开始）：1. 直流回路电压（用d 表示 单位：V）2. 输出电流（A）3. 输出频率（Hz）4. 输出电压（用 o 表示 单位：V）。5. 由P0005 选定的数值（如果P0005 选择显示上述参数中的任何一个（3，4，或 5），这里将不再显示）。连续多次按下此键，将轮流显示以上参数。跳转功能在显示任何一个参数（rXXXX 或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000,如果需要的话，您可以接着修改其它的参数。跳转到 r0000 后，按此键将返回原来的显示点。访问参数按此键即

42、可访问参数。增加数值按此键即可增加面板上显示的参数数值。减少数值按此键即可减少面板上显示的参数数值.MICROMASTER 420变频器的电路分两大部分：一部分是完成电能转换（整流、逆变）的主电路；另一部分是处理信息的收集、变换和传输的控制电路。MICROMASTER 420通用性变频器外部接线图如图3.6所示4。图3.6 MICROMASTER 420通用性变频器外部接线图（1）主电路。主电路是由电源输入单相或三相恒压恒频的正弦交流电，经整流电路转换成恒定的直流电压，供给逆变电路。逆变电路在CPU的控制下，将恒定的直流电压逆变成电压和频率可调的三相交流电供给电动机负载。由图3.6可知，MIC

43、ROMASTER 420变频器直流环节是通过电容进行滤波的，因此属于电压型交-直-交变频器。 （2）控制电路。控制电路是由CPU、模拟输出、数字输入、输出继电器触头、操作板等组成，如图3.6所示。端子1、2是变频器为用户提供的一个高精度的10V直流稳压电源。当采用模拟电压信号输入方式输入给定频率时，为了提高交流变频调速系统的控制精度，必须配备一个高精度的直流稳压电源作为模拟电压输入的直流电源。模拟输入3、4为用户提供了一对模拟电压给定输入端作为频率给定信号，经变频器内模、/数转换器，将模拟量转换成数字量，传输给CPU来控制系统。数字输入5、6、7端为用户提供了3个完全可编程的数字输入端，数字输

44、入信号经光耦隔离输入给CPU，对电动机进行正反转、正反向点动、固定频率设定值控制等。输入8、9端是24V直流电源端，用户为变频器的控制电路提供24V直流电源。输出12、13端为一对模拟输出端；输出10、11端为输出继电器的一对触头；输入14、15端为RS-485（USS-协议）端。3.4 基于S7-200 PLC恒压供水系统设计3.4.1 S7-200 PLC概述1、SIMATIC S7-200系列PLC SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。 S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块 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