【正文】 對輸入輸出端口計算值考慮近期要求。一共 5 臺水泵，而每一臺電機(jī) 要求既能變頻運(yùn)行，又能切換到工頻運(yùn)行，所以需要 10 個輸出端口，另外控制變頻器的起動與停止需要 1 輸出個端口，指示燈報警需要 1 個輸出端口，輸出端口一共12 個。 輸入端口計算： 控制系統(tǒng)的啟動和停止需要 2 個輸入端口。 手動運(yùn)行模式和自動運(yùn)行模式選擇需要 1 個輸入端口 第 13 頁 共 50 頁 對變頻器上限頻率到達(dá)和下限頻率到達(dá)信號采集需要 2 個輸入端口 液位上限和液位下限信號需要 2 個輸入端口 檢測電機(jī)是否過程需要 5 個端口 綜上所述一共需要 12 個輸入端口。 輸入 /輸出端口數(shù)為 12/12， 所以我們選擇 S7200 CPU226 變頻器的選型 變頻器工作原理 變頻器按結(jié)構(gòu)來分，分為交 交變頻器和交 直 交變頻器兩種。交 交變頻器可將工頻交流電直接轉(zhuǎn)變成頻率和電壓均可控制的交流電，又稱為直接變頻器。交 直 交變頻器是把工頻交流電經(jīng)整流器先轉(zhuǎn)換成直流電，然后經(jīng)濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可控制的交流電，又稱為間接變頻器。目前，使用最多的通用變頻器多是交 直 交變頻器，它由主電路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖 所示。 圖 變頻器基本 結(jié)構(gòu)圖 （ 1)整流器 整流器即是網(wǎng)側(cè)變流器，它的作用是把三相或單相交流電整流成直流電。整流電路有可控整流電路和不可控整流電路兩種。 （ 2)逆變器 第 14 頁 共 50 頁 逆變器即是負(fù)載側(cè)的變流器，它的主要作用在控制電路的控制下將直流電轉(zhuǎn)變成頻率、電壓調(diào)節(jié)后的交流電，輸出給外部設(shè)備。六個半導(dǎo)體器件組成的橋式電路是常見的逆變電路，通過控制電路控制開關(guān)器件的通、斷，可以得到所需頻率的交流電輸出。 （ 3)中間直流環(huán)節(jié) 中間直流環(huán)節(jié)又稱為中間儲能環(huán)節(jié)，這是因為逆變器的負(fù)載多為感性負(fù)載，其功率因數(shù)小于 1，使得在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間存在著 無功率的交換。這種無功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或電抗器來進(jìn)行緩沖。 （ 4)控制電路 控制電路是變頻器的核心，它通常由運(yùn)算電路、檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路和保護(hù)電路等組成，其作用主要是完成對逆變器的開關(guān)控制和頻率控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等。 另外，變頻器按調(diào)制方法來分，分為 PAM 型變頻器和 PWM 型變頻器 。變頻器按用途來分，又分為通用變頻器和專用變頻器。 變頻器實際上就是一個逆變器 .它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?.然后用電子元件對直流電進(jìn)行開關(guān) .變?yōu)榻涣麟?.一般功率較大的變頻器用 可控硅 .并設(shè)一個可調(diào)頻率的裝置 .使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) .用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù) .使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào) .變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中 .變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。 變頻器的選型 目前，市場上 變頻器的品牌很多，國外的有 ABB、 Siemens、 Lenze、 Vacon、Danfoss、 KEB、 LG、 Samco 等，國內(nèi)的有佳靈、阿爾法、森林、時代等。在工程中使用變頻器，我們?nèi)绾螌ζ溥M(jìn)行選型，一般有以下的步驟 : （ 1）分析負(fù)載類型，是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載還是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載 。 （ 2）根據(jù)負(fù)載類型和控制任務(wù)，確定變頻器的類型和數(shù)目 。 第 15 頁 共 50 頁 （ 3）根據(jù)電動機(jī)的額定電流和額定功率，確定變頻器輸出頻率和額定電流 。 （ 4）進(jìn)行市場調(diào)研，確定合適的變頻器品牌 。 （ 5）根據(jù)變頻器的輸出頻率和額定電流，對該品牌的變頻器進(jìn)行選型 。 （ 6）變頻器選擇好以后，要進(jìn)行相關(guān)的校驗。 按照以上 6 個步驟，變頻器選型過程如下： （ 1）本設(shè)計的控制對象是電動機(jī)，電動機(jī)是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載， 用變頻控制時注意不 能 選用通用型變頻器而要選擇 水 泵類專用型 ，西門子 MM430 變頻器是專用的水泵負(fù)載專用變頻器。 （ 2）本設(shè)計利用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻器的類型為水泵型，本文只設(shè)計需要兩臺變頻器。 （ 3）電動機(jī)的額定電流為 103A，額定功率為 55KW，必須滿足變頻器額定功率≥電機(jī)額定功率， MM430 的功率范圍為 ，輸出頻率范圍為0650HZ。 （ 4） SIEMENS 公司作為變頻調(diào)速技術(shù)，尤其是矢量控制技術(shù)的發(fā)明者和領(lǐng)先者，開發(fā)和生產(chǎn)變頻器已有近 30 年歷史，在全世界以及中國無論是冶金、水泥、機(jī)械等重工業(yè)或者是在紡織化纖食品飲料樓宇建筑等其他行業(yè)，西門子變頻調(diào)速技術(shù)都得到了廣泛應(yīng)用，最近幾年來西門子公司又在工業(yè)風(fēng)機(jī) amp。泵類負(fù)載及樓宇暖通空調(diào)變頻節(jié)能方面作了許多工作，從而達(dá)到了降低電耗改善設(shè)備運(yùn)行性能保證設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。 （ 5）變頻器輸出頻率≥ 50HZ，額定電流≥ 103A,西門子系列 MM430 滿足要求。 綜上所述，西門子 MM430 滿足本設(shè)計要求，所以選 擇 MM430 變頻器。 SiemensMM430 變頻器簡介 MM430型變頻器 (如圖 所示 )是西門子公司生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載專用變頻器，具有電動機(jī)分級控制、手動 /自動控制、水泵無水空轉(zhuǎn)檢測、旁路、節(jié)能控制等專用功能。具有 2個模擬輸入，輸入信號類型可以是 0~+10V、 0~20mA和 10+10V。具有 6 個帶隔離的數(shù)字輸入 。具有多個繼電器輸出 。具有多個 020mA 的模擬量輸出 。電動機(jī)驅(qū)動數(shù)據(jù)組 (DDS)、命令數(shù)據(jù)組和設(shè)定值信號源 (CDS)參數(shù)的設(shè)定值可以相互切換 。具有 15 個可編程固定頻率， 4 個可 編程跳轉(zhuǎn)頻率有集成 RS485 通信接口，可選的 ProfibusDP 通信模塊。過載能力為 140%額定負(fù)載電流時，持續(xù)時 第 16 頁 共 50 頁 間為 3s，在 110%額定負(fù)載電流時，持續(xù)的時間為 60s 具有過電壓、欠電壓保護(hù)、過熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、防失速保護(hù)、 PTC 服 TY 電動機(jī)溫度保護(hù)。使用 BiCo(二進(jìn)制互聯(lián)連接 )技術(shù)可以在輸入 (數(shù)字的，模擬的，串行通信 )和輸出 (變頻器的電流、頻率、模擬輸出、繼電器接點(diǎn)輸出 )之間建立布爾代數(shù)式和數(shù)學(xué)關(guān)系式，可對更為復(fù)雜的功能進(jìn)行編程。 MM430 各技術(shù)參數(shù)如下表 所示。 表 MM430 技術(shù)參 數(shù) 功率范圍 ~ 250kW 電源電壓 380V ~ 480V177。10% 三相交流 輸入頻率 47 Hz ~ 63 Hz 輸出頻率 0 Hz ~ 650 Hz 功率因數(shù) 過載能力 140% 3s/ 間隔時間 300s 110% 60s/ 間隔時間 300s 控制方式 線性 V/F 控制 平方 V/F 控制 多點(diǎn) V/F 控制 磁通電流控制 (FCC) 節(jié)能控制 固定頻率 15 個可編程 跳轉(zhuǎn)頻率 4 個可編程 設(shè)定值的分辨率 01Hz 數(shù)字輸入 01Hz 串行通訊輸入 10 位二進(jìn) 制的模擬輸入 數(shù)字輸入 6 個 DI 可編程帶電位隔離可 PNP/NPN 型接線 模擬輸入 2 個可編程 010V 020mA 10V10V(AIN1) 010V 020mA(AIN2) 兩個模擬輸入可以作為第 7 和第 8 個數(shù)字輸入 繼電器輸出 3 個可編程 ,30VDC/5A(電阻性負(fù)載 ) 250VAC/2A(電感性負(fù)載 ) 模擬輸出 2 個可編程 (0/4mA20mA) 第 17 頁 共 50 頁 圖 MM430 變頻器外部端口 第 18 頁 共 50 頁 圖 MM430 端口說明 第 19 頁 共 50 頁 壓力變送器的的選型 壓力變送器通常安裝在水泵電機(jī)的出口處，用來檢測管網(wǎng)中的水壓，在選擇壓力變送器的時候，要綜合考慮量程，正常工作溫度，可靠性等。壓力傳感器由于技術(shù)門檻比較低，近年來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)有很多企業(yè)生產(chǎn)的水壓傳感器性能都相當(dāng)?shù)牟诲e。 這里我們選用中國一眾傳感器有限公司生產(chǎn)的 PY206 水壓力傳感器。 該產(chǎn)品用于測量弱腐蝕的液體壓力、氣體壓力、油壓、水壓等各種壓力測量與控制用。也稱為通用型壓力傳感器 /變送器。 主要 參數(shù)： 被測介質(zhì)： 氣體、液體及蒸氣（弱腐蝕性） 壓力類型： 表壓 量 程： ～ 60 Mpa～ 120 Mpa 間任意可選（量小量程為,量大量程為 120MPa） 輸 出：模擬量輸出 4～ 20mA 或 0～ 5VDC、 0～ 10VDC、 ～ 數(shù)字量輸出 RS485， R23無線短距離（ 20xx 米）網(wǎng)絡(luò)傳輸、GPRS 無線傳輸 綜合精度： 177。%FS、 177。%FS、 177。1%FS 供 電： 24V Dc（ 15～ 30VDC） 絕緣電阻： ≥1000 MΩ/100VDC 負(fù)載電阻 : 電流輸出型：最大 800Ω 電壓輸出型：大于 50KΩ 介質(zhì)溫度： 20～ 85℃ 、 20～ 150℃ 、 20～ 200℃ 、 20～ 300℃ （可選） 環(huán)境溫度： 20～ 85℃ 儲存溫度： 40～ 90℃ 相對濕度： 0～ 95% RH 密封等級： IP65/IP68 過載能力： 150%FS 響應(yīng)時間： ≤10mS 第 20 頁 共 50 頁 穩(wěn) 定 性： ≤177。%FS/年 振動影響： ≤177。%FS/年（機(jī)械振動頻率 20Hz～ 1000Hz） 壓力傳感器接線圖 圖 壓力傳感器接線圖 接觸器的選型 接觸器的工作原理是：當(dāng)接觸器線圈通電后， 線圈 電流會產(chǎn)生磁場產(chǎn)生的磁場使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引動鐵心，并帶動交流接觸器點(diǎn)動作，常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，兩者是聯(lián)動的。當(dāng)線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使 觸點(diǎn)復(fù)原，常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合 。 接觸器的選型依據(jù)，主要是根據(jù)主電路的電動機(jī)額定參數(shù)選取。由原始資料已知 Y250M2 電動機(jī)功率： 55KW 電壓： 380V 電流： 103A Y200L2 電動機(jī)功率： 37KW 電壓： 380V 電流： 70A 估算原則： （ 1）持續(xù)運(yùn)行的設(shè)備。接觸器按 6775%算 .即 100A 的交流接觸器，只能控制最大額定電流是 6775A 以下的設(shè)備。 （ 2）間斷運(yùn)行的設(shè)備。接觸器按 80%算 .即 100A 的交流接觸器，只能控制最大 第 21 頁 共 50 頁 額定電流是 80A 以下的設(shè)備 該設(shè)計任務(wù)中，接觸器需要持續(xù)運(yùn)行。 1 103 1 5 3 .7 30 .6 7I A A?? 2 70 1 0 4 .4 80 .6 7I A A?? 選擇 CJ20160 6 臺 CJ20100 4 臺 CJ20160 參數(shù)介紹： 額定電壓： 380V 額定電流： 160A 機(jī)械壽命 ： 1000（萬次） 電 壽 命： 500（萬次） 額定絕緣電壓： 6601000V 圖 CJ20160 接觸器 CJ20100 參數(shù)介紹： 產(chǎn)品型號： CJ20100 額定電壓： 380V 額定電流： 100A 機(jī)械壽命： 1000（萬次） 電 壽 命： 500（萬次 額定絕緣電壓： 6601000V 圖 CJ20100 接觸器 第 22 頁 共 50 頁 熔斷器的選型 （一）從熔斷器的類型選擇 應(yīng)根據(jù)使用場合選擇熔斷器的類型。電網(wǎng)配電一般用刀型觸頭熔斷器；電動機(jī)保護(hù)一般用螺旋式熔斷器；照明電路一般用圓筒帽形熔斷器；保護(hù)可控硅元件則應(yīng)選擇半導(dǎo)體保護(hù)用快速式熔斷器 . (二 )從熔斷器的規(guī)格選擇 熔體額定電流的選擇 （ 1）單臺直接起動電動機(jī) 熔體額定電流＝ (～ )電動機(jī)額定電流 （ 2）多臺電動機(jī)的總?cè)垠w額定電流 熔體額定電流 I=(～ )最大一臺電動機(jī)的額定電流 +其余電 動機(jī)的額定電流之和 因為變頻啟動能夠有效的降低電機(jī)啟動沖擊電流，這里我們選擇系數(shù) （ 3）熔斷器的最大分?jǐn)嗄芰?