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1变频器恒压供水系统简介 ................................................................... 错误！未定义书签。
1.1变频恒压供水系统节能原理 .................................................... 错误！未定义书签。
1.2变频恒压控制理论模型 ............................................................ 错误！未定义书签。
1.3恒压供水控制系统构成 ............................................................ 错误！未定义书签。
1.4恒压供水系统特点 .................................................................... 错误！未定义书签。
1.5恒压供水设备的主要应用场合 ................................................ 错误！未定义书签。2变频恒压供水系统设计 ....................................................................... 错误！未定义书签。
2.1设计任务及要求 ........................................................................ 错误！未定义书签。
2.2系统主电路设计 ........................................................................ 错误！未定义书签。
2.3系统工作过程 ............................................................................ 错误！未定义书签。
2.3.1减泵过程 ....................................................................... 错误！未定义书签。
2.3.2加泵过程 ....................................................................... 错误！未定义书签。
3 器件介绍及选型 .................................................................................. 错误！未定义书签。
3.1变频器介绍 ................................................................................ 错误！未定义书签。
3.2变频器的种类 ............................................................................ 错误！未定义书签。
3.3变频器选型 ................................................................................ 错误！未定义书签。
3.3.1变频器的控制方式 ....................................................... 错误！未定义书签。
3.3.2变频器容量的选择 ......................................................... 错误！未定义书签。
3.3.2变频器主电路外围设备选择 ......................................... 错误！未定义书签。
3.4可编程逻辑控制器（PLC）..................................................... 错误！未定义书签。
3.4.1 PLC的工作原理 ........................................................... 错误！未定义书签。
3.4.2 PLC及压力传感器的选择 ........................................... 错误！未定义书签。4PLC编程及变频器参数设置............................................................ 错误！未定义书签。
4.1 PLC的I/O接线图 ............................................................... 错误！未定义书签。
4.2 PLC .......................................................................................... 错误！未定义书签。
4.3 变频器参数的设置 ................................................................. 错误！未定义书签。总结 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 .................................................................................................. 错误！未定义书签。
1变频器恒压供水系统简介
1.1变频恒压供水系统节能原理
供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不
变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f(Q)，如图1-1所示。
图1.1供水系统的基本特征
由图可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q(u)间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系H J (Qu )。管阻特性反映了水泵的能量用来克服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。由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系H f (Qc )。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图中A 点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，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。图1-1供水系统的基本特征。变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。
在供水系统中，通常以流量为控制目的，常用的控制方法为阀门控制法和转速控制法。阀门控制法是通过调节阀门开度来调节流量，水泵电机转速保持不变。其实质是通
过改变水路中的阻力大小来改变流量，因此，管阻将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性不变。由于实际用水中，需水量是变化的，若阀门开度在一段时间内保持不变，必然要造成超压或欠压现象的出现。转速控制法是通过改变水泵电机的转速来调节流量，而阀门开度保持不变，是通过改变水的动能改变流量。因此，扬程特性将随水泵转速的改变而改变，但管阻特性不变。变频调速供水方式属于转速控制。其工作原理是根据用户用水量的变化自动地调整水泵电机的转速，使管网压力始终保持恒定，当用水量增大时电机加速，用水量减小时电机减速。
由流体力学可知，水泵给管网供水时，水泵的输出功率P 与管网的水压H 及出水流量Q 的乘积成正比；水泵的转速n 与出水流量Q 成正比；管网的水压H 与出水流量Q 的平方成正比。由上述关系有，水泵的输出功率P 与转速n 三次方成正比，即：
1P k HQ = （2.2）
2n k Q = （2.3） 23H k Q = （2.4）
3P kn = （2.5）
式中k 、k1、k2、k3为比例常数。
当用阀门控制时，若供水量高峰水泵工作在E 点，流量为Q 1，扬程为H 0，当供水量从Q 1减小到Q 2时，必须关小阀门，这时阀门的摩擦阻力变大，阻力曲线从b 3移到b 1，扬程特性曲线不变。而扬程则从H 0上升到H 1，运行工况点从E 点移到F 点，此时水泵的输出功率正比于H 1×Q 2。当用调速控制时，若采用恒压(H 0)，变速泵(n 2)供水，管阻特性曲线为b 2，扬程特性变为曲线n 2，工作点从E 点移到D 点。此时水泵输出功率正比于H 0×Q 2，由于H 1>H 0，所以当用阀门控制流量时，有正比于(H 1－H 0)×Q 2的功率被浪费掉，并且随着阀门的不断关小，阀门的摩擦阻力不断变大，管阻特性曲线上移，运行工况点也随之上移，于是H 1增大，而被浪费的功率要随之增加。所以调速控制方式要比阀门控制方式供水功率要小得多，节能效果显著。
1.2变频恒压控制理论模型
变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就
是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上
从图1.2中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。 PID D/A 变频器
接触器水泵机组管道
压力变送器
A/D 给定－
管网压力
PLC 图1.2变频恒压控制原理图
1.3恒压供水控制系统构成
变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵连成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。
如图1.3，水压由压力传感器的信号0-5V 送入变频器内部的PID 模块，与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID 运算将结果转换为频率调节信号，以调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。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，使系统的调试更为简单、方便。
图1.3恒压供水系统方框图
1.4恒压供水系统特点
1.节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行；
2.节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象；
3.运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。
4.联网功能：采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。
5.控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。
6.自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。
1.5恒压供水设备的主要应用场合
1. 高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水。
2. 各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等。
3. 中央空调系统。
4. 自来水厂增压系统。
5. 农田灌溉，污水处理，人造喷泉。
6. 各种流体恒压控制系统。 压力变送器
给定值
变频器
水泵 用户管
压力 +
-
2变频恒压供水系统设计
2.1设计任务及要求
本系统是以一个供水系统作为被控对象，PLC与变频器协调控制电机的转速与启动和停止。
系统控制要求:
(1) 工艺参数: 供水系统由3台水泵组成：
母管压力H≥0.8时，一台定速，一台变速，一台备用。
母管压力H≤0.64时，一台定速或变速，二台备用。
母管压力H≤0.52时，一台变速，二台备用。
(2) 电动机参数：型号：JD-L-39-4
功率：75KW
额定频率：50Hz
额定电压：380V AC；
额定转速：1470 r/min
额定电流：126.6 A
(3) 水泵电机的起动/停止、正转、调速控制。
(4) 变频器采用远方控制方式。
(5) 通过母管压力变送器测得实际压力大小，同时和压力给定组成闭环控制。
(6) 变频器的运行状态指示（如运行、停止、过流、低压等）。
(7) 变频器的报警处理。
2.2系统主电路设计
图2.1 系统主电路图
由恒压供水主电路图可见，接触器KM2、KM4、和KM6分别用于变频器输出，分别接到水泵M1、M2和M3，而接触器KM1、KM3和KM5将工频电源接到3台水泵，变频器可以对任意一台电机进行变频输出，接触器的通断可以对任何一台水泵启动和恒压供水控制。空气开关（QS）是当电动机过载时自动将电动机从电网中断开热继电器（FR）是利用电流的热效应原理工作的保护电路，它在电路中用作电动机的过载保护2.3系统工作过程
2.3.1减泵过程
当用水量减少、水压上升、变频器输出频率低于下限值时，但管网压力仍偏高时，则各泵将依次退出运行，依次退出运行的方式有两种。
（1）先开先停方式。PLC接收到下限频率到达信号，延时一定时间后，接触器1KM2失电复位，水泵M1脱离工频电源停止运行。变频器输出频率仍然低于下限值，重复上述过程，水泵M2脱离工频电源停止运行，变频器驱动水泵M3恒压供水，水压稳定在设定值上。这种方式称为循环方式，通常用于各台水泵的容量都相等的供水系统中。其
优点是可以自动的使各泵运行的时间比较均衡；缺点是工频运行状态直接停机时，可能由于停机太快而使管网压力发生较大波动。
（2）先开后停方式。首先使正在变频运行的M3减速停机，然后使变频器的输出频率升至50Hz，将M2切换为变频工作，依此类推这种方式通常用于各台水泵的容量不相等的供水系统中，其优点是水泵的停机比较缓慢，管网压力比较稳定；缺点是不能自动地循环变换。
2.3.2加泵过程
首先由M1在变频控制的情况下工作。当用水量增大、水压下降，变频器输出频率上升到50Hz时水压仍然不足，经过短暂的延时，将M1切换为工频工作，同时变频器的输出频率迅速降低为0，然后使M2投入变频运行。当M2也达到额定频率而水压仍不足时，重复开始运行时的过程，水泵M2脱离变频器驱动，由工频供电全速运行，变频器驱动水泵M3变频运行，使水压恒定在设定值上。
3 器件介绍及选型
3.1变频器介绍
变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
3.2变频器的种类
常用的变频器有交一直一交电压型变频器、交一直一交电流型变频器、交一交变频器和脉宽调制(PWM)变频器。
交一交变频器是直接将电网的交流电变换为电压和频率都可调的交流电，电路构成简单，效率高，低速大容量时经济，最高频率一般只能达到电源频率的1/2—1/3，适用于低频大容量的调速系统。
交一直一交电流型变频器的特点是在逆变器的直流侧串联平波电抗器，使直流电平直，形成电流源，可以方便地实现负载能量向电网回馈，可以快速、频繁地实现四象限运行，同时可以实现电流的闭环控制，提高了装置的可靠性。适用于单机快速调速系统。
交一直一交电压型变频器在直流侧并联大客量滤波电容以缓冲无功功率，直流电源阻抗小，形成电压源；能量回馈电网较难，只能能耗制动，适用于小容量和频率不高的调速系统。
PWM变频器的特点是调频和调压都由逆变器完成，二极管整流提供恒定的直流电压；变频功率因数高，调节速度快；输出电压和电流波形接近正弦波，改善了由矩形波引起的电动机发热、转矩降低等电动机运行性能，适用于单台或多台电动机并联运行，动态性能要求高的调速系统。
3.3变频器选型
3.3.1变频器的控制方式
控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多，包括欧、美、日及国产的共约5O多种。选用变频器时不要认为档次越高越好，其实只要按负载的特性，满足使用要求就可，以便做到量才使用、经济实惠。
(1) V/f控制
V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f 控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。
(2) 转差频率控制
转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。(3) 矢量控制
矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度
传感器的矢量控制方式两种。
(4) 直接转矩控制
直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。
(5) 最优控制
最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。
下表中参数供选用时参考
表3.1控制方式的比较
控制方式U/f=C控制
电压空间矢量控
制
矢量控制直接转矩控制
反馈装置不带PG
带PG或PID
调节器
不要不带PG 带PG或编码器
速比I <1:40 1:60 1:100 1:100 1:1000 1:100 起动
转矩（在3Hz）150% 150% 150% 150% 零转速时为150%
零转速时
为>150%~200%
静态速度精度/%
±
（0.2~
0.3）
±
（0.2~0.3）
±0.2 ±0.2±0.02±0.2
适用场合一般风
机、泵
类等
较高精度调
速，控制
一般工业上的调
速或控制
所有调速
或控制
伺服拖动、高精
传动、转矩控制
负荷起动、起
重负载转矩控
制系统，恒转
矩波动大负载
故选择U/f=C控制
3.3.2变频器容量的选择
变频器的容量直接关系到变频调速系统的运行可靠性，因此，合理的容量将保证最优的投资。变频器的容量选择在实际操作中存在很多误区，这里给出了三种基本的容量选择方法，它们之间互为补充。
1、从电流的角度：
大多数变频器容量可从三个角度表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项，变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，或随变频器输出电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。
选择变频器时，只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。需要着重指出的是，
确定变频器容量前应仔细了解设备的工艺情况及电动机参数，例如潜水电泵、绕线转子电动机的额定电流要大于普通笼形异步电动机额定电流，冶金工业常用的辊道用电动机不仅额定电流大很多，同时它允许短时处于堵转工作状态，且辊道传动大多是多电动机传动。应保证在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电流。
2、从效率的角度：
系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积，只有两者都处在较高的效率下工作时，则系统效率才较高。从效率角度出发，在选用变频器功率时，要注意以下几点：（1）变频器功率值与电动机功率值相当时最合适，以利变频器在高的效率值下运转。（2）在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，但应略大于电动机的功率。
（3）当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利用变频器长期、安全地运行。
（4）经测试，电动机实际功率确实有富余，可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。
（5）当变频器与电动机功率不相同时，则必须相应调整节能程序的设置，以利达到较高的节能效果。
3、从计算功率的角度：
对于连续运转的变频器必须同时满足以下3个计算公式：
(1)满足负载输出：Pcn≥Pm／η (3.1)
(2)满足电动机容量：Pcn≥√3KUeIe cosφ ×10-3 (3.2)
(3)满足电动机电流：Icn≥KIe(3.3)
式中Pcn为变频器容量（单位kW），PM--负载要求的电动机轴输出功率（单位kW），Ue为电动机额定电压（单位V），Ie为电动机额定电流（单位A），η为电动机效率（通常约为0．85），cosφ为电动机功率因数（通常约为0．75），k是电流波形补偿系数（由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加，通常K约为1．05～1．1）。
将本系统参数带入求得所取变频器容量最低为88KW故取100KW，额定电流139.26A，故取150A。
根据计算所得的所需参数可以选取西门子MicroMaster430（风机水泵专业）变频器，具体的可以选择MM430-110K型号的变频器，他配接电机的容量是110kw，额定电流为
205A 满足使用需求，可以选择。
3.3.2变频器主电路外围设备选择
1) 断路器
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 切断，使变频器与电源隔离。当变频器输入侧发生短路等故障时，进行保护。
选择原则:
(1)变频器在刚接电源的瞬间，对电容器的充电电流可达额定电流的（2-3）倍；
(2)变频器的进线电流是脉冲电流，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%，1min 。
为了避免误动作，断路器的额定电流QN I 应选：
N QN I I )4.1~3.1(≥ (3.4)
其中N I 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DW15—400断路器额定电压为380V ，额定电流为300满足要求可以选择。
2) 接触器
(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：
由于接触器自身并无保护功能，不存在误动作的问题，故选择原则是主触点的额定电流N KN I I ≥，应该大于126.6A,可以选择主触点额定电流为130A 的接触器。
根据上述数据施奈德的LC1—D150，满足参数要求，可以选择
3) 主电路的线径
(1)电源和变频器之间的导线
一般说来，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)变频器和电机之间的导线
因为频率下降时，电压也要下降，在电流相等的情况下，线路电压降U ?在输出电压中的比例将上升，而电动机得到电压的比例则下降。这有可能导致电动机带不动负载并发热。所以，在决定变频器和电动机之间导线的线径时，最关键的因素便是线路电压降U ?的影响。一般要求：
N U U )%3~2(≤? (3.5)
U ?的计算公式是: )(100030V l R I U MN =
? (3.6) 式中：N U ——额定相电压，V ；
MN I ——电动机额定电流，A ；
0R ——单位长度（每米）导线的电阻，mΩ/m ；
l ——导线的长度，m 。由上两式可直接求出0R 的取值范围。根据Ro 值确定导线面积。
由公式（3.5）得：6.7(≤?U ～11.4）V
由公式（3.6）得：0.69 mΩ/m ≤≤0R 1.04 mΩ/m
根据表3.1判断所需的导线截面积，为了满足控制系统的要求，应该选择截面积为162mm 的导线。
表3.2 常用电动机引出线的单位长度电阻值。 标称截
面/mm 2
1.0 1.5
2.5 4.0 6.0 10.0 16.0 25.0 35.0 0R /(m Ω/m)
17.8 11.9 6.92 4.40 2.92 1.73 1.10 0.69 0.49
4) 制动电阻
准确计算制动电阻值十分麻烦，在实际工作中基本不用。许多变频器的使用说明书上给了一些计算方法，也有的直接提供了供用户选用的制动电阻的规格。但按说明书上选择电阻时须注意下面问题，变频器生产厂家为了减少制动电阻档次，常常对若干种不同容量的电动机提供相同阻值和容量的制动电阻。选用时，应注意根据生产机械的具体情况进行调整。对同一挡中电动机容量较小者，制动转矩与额定转矩的比值偏大。为了减小能量的消耗，应根据制动过程的缓急程度以及飞轮力矩的大小，考虑能否选择阻值较大的制动电阻。对同一挡中电动机容量较大者，制动转矩与额定转矩的比值偏小。在一些飞轮力矩较大，又要求快速制动的场合，或者如起重机械那样，需要释放位能的场合，上述制动电阻有可能满足不了要求，靠考虑选择阻值较小的一挡制动电阻。
3.4可编程逻辑控制器（PLC ）
PLC= Programmable Logic Controller ，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电
子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。PLC 的通信链路可分为有线和无线两种，有线的数据链路有RS-485等，无线的数据链路有MDS数传电台等。
3.4.1 PLC的工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC 的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
3.4.2 PLC及压力传感器的选择
水泵M1、M2、M3可变频运行，也可工频运行，需要6个输出点，根据系统设计要求需要五个输入点，则选择西门子的S7-200系列PLC。
压力传感器采用CY-YZ-1001型绝对传感器。该传感器采用硅压阻效应原理实现压力测量的力-电转换。传感器由敏感芯体和信号调理电路组成，当压力作用于传感器时，敏感芯体内硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作放大处理，同时进行温度补偿、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标的要求。传感器的量程为0～2.5MPa，工作温度为5℃～60℃，输出电压为0～5V，作为本系统的反馈信号供给PLC。
4 PLC 编程及变频器参数设置
4.1 PLC 的I/O 接线图
图4.1 PLC 的I/0接线图
输出端接中间继电器控制电机的工频与变频工作状态的转换，输入点I0.0控制系统电机的停止工作，I0.1控制系统电机工作及变频器工作的开始。I0.2点用于在一号泵有故障时手动启用三号泵代替一号泵的工作。I0.4为当变频器输出频率达到上限值时手动闭合，使电动机切换为工频工作。
4.2 PLC
启动变频器工作
1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0. 3 Q0.4 Q0.5 N L1 S7-200 PLC
1M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 M L+
K1
K2 K3 K4 K5 K6 220V A SB1
SB2 SB3 SB4 SD
PLC 接收压力变送器反馈的值，与设定值进行以系列计算之后输出一个值控制变频器的输出频率，同时根据输出AC0的值判断电动机工作的台数与状态。其中压力变送器反馈值为0～5，内部数据为0～32767，对应进行转换之后通过下面的程序进行判断，以控制电动机的运行。
判断反馈值为H ≥0.8，则使一号水泵定速工作，同时使二号水泵变速工作。
判断反馈值为0.52≤H≤0.64，则一号变频器定速或变速，当变频器输出频率达到上限值时则手动输入有效水泵变为定速运行，否则变速运行。
判断反馈值为H≤0.52时，则一号水泵变速运行。
停止按钮按下，所有水泵停止供水
此段程序的功能为在一号水泵有故障时，通过手动切换使三号水泵代替一号水泵的工作。达到稳定供水。
4.3 变频器参数的设置
参数复位
1、P0003＝3(选择级别为专家级)
2、设定P0010＝30
3、设定P0970＝1（设定P0970＝1后变频器将自动进入参数恢复程序，大约要10～20秒钟后才能将所有参数恢复为出厂缺省值，恢复的过程中变频器显示busy(忙)字样并闪烁。）
4、显示P0970
则复位操作完成
电机参数设置
P0010=1 (快速调试)
P0100=0(功率单位为KW；f的缺省值为50Hz)
P0304=380(电动机的额定电压)
P0305=126.6(电动机的额定电)
P0307=75（电动机的额定功率）
P0310=50(电动机的额定频率)
P0311=1470（电动机的额定转速）
P0700=2(变频器命令源选择为模入端子/数字输入)
P1000=2(模拟设定值)
P1080=5(电动机最小频率)
P1082=50(电动机最大频率)
P1120=10（电动机从静止停车加速到最大电动机频率所需时间）P1121=10（电动机从最大频率减速到静止停车所需的时间）
P3900=1(结束快速调试)
增压泵变频一拖一，五台联动恒压供水控制系统 1.1 变频恒压供水系统的理论分析 1.1.1 电动机的调速原理 水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为： 式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。 根据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速n基本上与电源频率f成正比。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电机运行性能恶化。随着电力电子技术的发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，它们促进了变频调速的广泛应用。 1.1.2 变频恒压供水系统的节能原理 变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。 在供水系统中，通常以压力或者流量为控制目的，常用的控制方法为阀门控制法和转速控制法。 阀门控制法是通过调节阀门开度来调节流量，水泵电机转速保持不变。其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量，因此，管阻将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性不变。由于实际用水中，需水量是变化的，若阀门开度在一段时间内保持不变，必然要造成超压或欠压现象的出现。 转速控制法是通过改变水泵电机的转速来调节流量，而阀门开度保持不变，是通过改变水的动能改变流量。因此，扬程特性将随水泵转速的改变而改变，但管阻特性不变。变频调速供水方式属于转速控制。其工作原理是根据用户用水量的变化自动地调整水泵电机的转速，使管网压力始终保持恒定，当用水量增大时电机加速，用水量减小时电机减速。
变频器恒压供水系统设计 目录 工艺简介 实验目的与要求 系统设计内容及要求 一、供水系统的具体要求 二、总体设计方法 三、变频器恒压供水系统原理 四、水泵切换条件分析 五、系统主电路分析 六、系统控制电路分析 七、系统的硬件设计 参数设置 系统主要设备的选型 基本运行操作方式 变频器恒压供水系统的技术要求 实习心得
工艺简介 一、变频恒压供水系统介绍 变频恒压供水系统是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水管网的出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高水位箱、气压罐等设施实现的。近年来，随着变频调速技术的日益成熟，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在供水系统中得到广泛的应用。变频恒压供水系统对水泵电机实行无级调速，依据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用水要求，是目前最先进，合理的节能供水系统。与传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式比较，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势： （1）高效节能。与传统供水方式相比变频恒压供水能节能30%-60%。 （2）占地面积小，投入少，效率高。 （3）配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。 （4）运行合理，由于一天内的平均转速下降，轴上的平均扭矩和磨损减少，水泵的寿命将大为提高。 （5）由于能对水泵实现软停和软起，并可消除水锤效应（水锤效应：直接起动和停机时，液体动能的急剧变大，导致对管网的极大冲击，有很大破坏力）。
（6）操作简便，省时省力。 二、城市供水系统的要求 众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能己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。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象，而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时有可能导致水管爆破和用水设备的损坏。在恒压供水技术出现以前，出现过许多供水方式。以下就逐一分析。 （1）一台恒速泵直接供水系统 （2）恒速泵+水塔的供水方式 （3）射流泵十水箱的供水方式 （4）恒速泵十高位水箱的供水方式 （5）变频调速供水方式 （6）恒速泵十气压罐供水方式 三、变频恒压供水产生的背景和意义 泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需大量消耗能量，提高泵站效率:降低能耗，对国民经济有重大意义。我国泵站的特点是数量大、范围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动能经济观点以及机电产品类型和质量上存在的一些问题等等原因，致使在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。目前，大量的电能消耗在水泵、风机负载上，城乡居民用水设备所消耗的电量在这类负载中占了相当的比例。这一方面是由于我国居民多，用水量大，造成用电量大:另一方面是因为我国供水设备工作效率低，控制方式不够科学合理。造成不必要的能量浪费。因此，研究提水系统的能量模型，找出能够节能的控制策略方法，
基于 PLC 和变频器控制的恒压供水系统设计 赵华军钟波 （广州铁路职业技术学院） 摘要：文章介绍一种基于三菱PLC 和变频器控制恒压供水系统，详细地介绍了硬件的构成和控制流程。系 统较好地解决高层建筑、工业等恒压供水需求。系统具有节能、工作可靠、自动控制程度高、经济易配置等优点。 关键词：变频器；PID；PLC；恒压供水 1 引言 目前，在城市供水系统中，还有很多高楼、生活 小区、边郊企业等采用高位水塔供水方式。这样，由 于用水量具有很大随机性，常常出现在用水高峰时供 水量很小甚至没有水用的问题；且采用高位水塔，很 容易造成自来水的二次污染问题。针对这一情况，本 文设计了一套基于变频器内置PID 功能的恒压供水 系统，采用了PLC 控制及交流变频调速技术对传统 水塔供水系统的技术改造。该系统根据用水量的变 化，经过压力传感器将水压变化情况反馈给系统，使 得系统能自动调节变频器输出频率，从而控制水泵转 速，调节输出数量，使得水量变化时可保持水压恒定； 可取代高位水塔或直接水泵加压供水方式，为城市供 水系统的建设提出了一条极具推广、应用的新途径[1]。 2 工作原理 本文采用的变频器是三菱FR-A540，该变频器内 置PID 控制功能；供水系统方案如图1 所示。 将通往用户供水管中的压力变化经传感器采集 到变频器，与变频器中的设定值进行比 较，根据变频器内置的PID 功能，进行数 据处理，将数据处理的结果以运行频率的 形式进行输出[2]。 当供水的压力低于设定压力，变频器 就会将运行频率升高，反之则降低，且可 根据压力变化的快慢进行差分调节。由于 本系统采取了负反馈，当压力在上升到接 近设定值时，反馈值接近设定值，偏差减小，PID 运算会自动减小执行量，从而降低变频器输 出频率的波动，进而稳定压力。 在水网中的用水量增大时，会出现“变频泵” 效率不够的情况，这时就需要增加水泵参与供水，通 过PLC 控制的交流接触器组负责水泵的切换工作； PLC 是通过检测变频器频率输出的上下限信号，来判 断变频器的工作频率，从而控制接触器组是否应该增 加或减小水泵的工作数量。
课程设计 课题名称变频恒压供水控制系统设计学院(部) 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师(签字)
14 / - 1 - 一、设计概述 变频器是一种新型技术，将变频调速技术用于供水控制系统中，具有高效节能、水压恒定等优点。本课程设计为实现恒压供水功能而按照设计任务书要求完成设计任务。最终实现控制系统的自动稳定运行。 根据设计要求本系统采用西门子PLC300控制系统对变频器进行调速控制和系统输入输出信号的采集以及系统报警功能的实现。本系统内的电机调速由变频器来实现，通过PLC控制变频器和现场压力仪表检测的反馈信号来实现对电机的自动恒压控制功能。 二、设计任务 例如一楼宇供水系统，正常供水20m3/小时，最大供水量35m3/小时，扬程45m。采用变频调速技术组成一闭环调节系统，控制水泵的运行，保证用户水压恒定。当用水量增大或减小时，水泵电动机速度发生变化，改变流量，以保证水压恒定。本恒压供水系统，要求以1.0Mpa的恒定压力对用户进行供水。水泵有2台，由一台变频器驱动。PLC按照压力变送器（PIT）的信号，调节
变频器的输出，使水泵的转速变化，从而保证供水压力的恒定。两台水泵互为备份，可任意选择一台水泵处于变频模式或工频模式。控制系统原理如图1所示： 14 / - 2 - PLC 变频PIT 恒压供水变频控制系统原理图图1 系统设备选型三、 主要电气元件参数指标1，三相异步电动机水泵：35KW1.0Mpa 恒压设定点：，两线制，4-20mA电流输出压力变送器：0-1.6Mpa VVVF变频器变频器： 1）水泵（小时，35m3/根据设计要求水泵正常供水20m3/小时，最大供水量50 ，流量扬程45m扬程。参考相关资料选择型号为IS50-32-125(50m 的水泵即可满足要求。m3/小时) (2)远传压力表结合具体有数据读取表盘等优点，由于远传压力表具有价格低、14 / - 3 - 实际设计，故在此处选择其作为反馈信号。 四、系统控制要求 1、设两台水泵。一台工作，一台备用。正常工作时，始终有 一台水泵供水。当工作泵出现故障时，备用泵自投。 2、两台泵可以互换。 3、给定压力可调，压力控制点设在水泵处。 4、具有自动，手动工作方式，各种保护、报警装置。 5、用PLC为主要器件完成控制系统的设计。
恒压供水技术方案文件编码（GHTU-UITID-GGBKT-POIU-WUUI-8968）
恒压供水技术方案 一、综述 1、概述：以变频器为核心的自动给水设备已经成为当下现代高楼自动供水设备的核心 设备。可以取代传统的高位水箱、气压罐供水，避免水质的二次污染，具有节能、操作方便、自动化程度高的特点。变频调速恒压供水设备可在生产生活用水、锅炉恒压补水、供暖系统、空调系统、定压差循环水、消防用水等方面直接应用。 2、特点： （1）高效节能； （2）可取代高位水箱或者水池，减少土建投资，避免水质二次污染； （3）采用恒压供水，大大提高供水品质； （4）延迟设备使用寿命，采用变频恒压供水，启动方式是软启动，对机械、电气设备冲击小，可大大延迟设备使用寿命，特别是机械设备。 （5）控制系统可根据客户需求配置人机管理系统、中文提示、中文监控操作，极大方便了客户的操作使用和设备维修； （6）全自动控制，无需人工干预； （7）具有完善的保护功能，变频器保护、欠电压保护、过电压保护、短路保护、过载保护、过热保护、缺相保护。 3、适用范围 （1）适用于自来水厂及加压泵站； （2）适用于住宅小区、宾馆、饭店及其它大型公共建筑的生活供水； （3）适用于大中型工矿企业的生产生活用水； （4）适用于居民住宅小区、宾馆、饭店、大型公共建筑和各种工矿企业的消防供水、生产供水； （5）适用于工矿企业恒压、冷却水工会和循环供水系统； （6）适用于热水供水、采暖、空调、通风系统的供水； （7）适用于污水泵站、污水处理中的污水提升系统； （8）适用于农田排灌、园林喷洒、水景和音乐喷泉系统； 二、工作原理
目录 1 变频器恒压供水系统简介 (1) 1.1变频恒压供水系统理论分析 (1) 1.1.1变频恒压供水系统节能原理 (1) 1.1.2 变频恒压控制理论模型 (2) 1.2恒压供水控制系统构成 (3) 1.3 变频器恒压供水产生的背景和意义 (4) 2 变频恒压供水系统设计 (5) 2.1 设计任务及要求 (5) 2.2 系统主电路设计 (5) 2.3 系统工作过程 (6) 3 器件的选型及介绍 (8) 3.1 变频器简介 (8) 3.1.1 变频器的基本结构与分类 (8) 3.1.2 变频器的控制方式 (8) 3.2 变频器选型 (9) 3.2.1 变频器的控制方式 (9) 3.2.2 变频器容量的选择 (10) 3.2.3 变频器主电路外围设备选择 (12) 3.3 可编程控制器(PLC) (14) 3.3.1 PLC的定义及特点 (14) 3.3.2 PLC的工作原理 (15) 3.3.3 PLC及压力传感器的选择 (15) 4 PLC编程及变频器参数设置 (16) 4.1 PLC的I/O接线图 (16) 4.2 PLC程序 (17) 4.3 变频器参数的设置 (21) 4.3.1 参数复位 (21) 4.3.2 电机参数设置 (21) 总结 (22) 参考文献 (23)
1 变频器恒压供水系统简介 1.1变频恒压供水系统理论分析 1.1.1变频恒压供水系统节能原理 供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不 变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f(Q)，如图1-1 所示。 图1-1供水系统的基本特征 由图可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q(u)间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系H J (Qu )。管阻特性反映了水泵的能量用来克服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。由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系H f (Qc )。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，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。图1-1供水系统的基本特征。
变频恒压供水的应用方案 一、前言 随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频供水设备已广泛应用于多层住宅小区生活及高层建筑生活消防供水系统。变频调速供水设备一般具有设备投资少，系统运行稳定可靠，占地面积小，节电节水，自动化程度高，操作控制方便等特点。但在实际应用中若选型及控制不当，不但达不到节能目的，反而“费电”。以下结合我们多年来的实践经验，对几种变频供水系统的应用及其控制方法进行介绍，供同行及用户在设计、改造、选型时参考。 二、一拖二变频供水方式（见图1） 适用一般小区恒压供水，特点：是无需附加供水控制盒，成本低。利用变频器本身内置的恒压PID 控制功能。就能达到2 台水泵循环启停功能。 三、带小流量循环软启动变频供水设备（如3+1 供水模式，见图2） 该类型设备在实际应用中较多，系统由水泵机组、循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调速器，供水盒（PLC+AD 模块+DA 模块），低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵2~3 台，以3 台泵为例，系统的工作情况如下： 平时1 台泵变频供水，当1 台泵供水不足时，先开的泵切换为工频运行，变频柜再软启动第2 台泵，若流量还不够，第2 台泵切换为工频运行，变频柜再软启动第3 台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1 台泵变频恒压供水。 另外系统具有定时换泵功能，若某台泵连续运行超过24h 变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设
定，可按要求随时调整。这样可均衡各泵的运行时间，延长整体泵组的寿命，防止个别水泵因长时间不工作而锈死。 当变频供水系统在小流量或零流量的情况下，比如在夜间用水低谷时，系统内的用水量很小，此时水泵在低流量下运行，会造成水泵效率大大降低，不能达到节能的目的，水泵功率越大用电越多。例如对300~1000 户的多层住宅小区或600 户左右的小高层住宅楼群（12 层以内）的生活用水系统，生活主泵功率一般在15kW 左右，系统的零流量频率fo 一般为25~35Hz 故在夜间小流量时，采用主泵变频供水效率较低。 这就涉用供水系统在小流量或零流量时的节电问题，一般可以采取4 种方案：a 变频主泵+工频辅泵；b 变频主泵+工频辅泵+气压罐； c 变频主泵+气压罐； d 变频主泵+变频辅泵。从节能、投资角度看第4 种方案更为适宜，该方案即在原变频主泵基础上，再配备1~2 台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，一般选择小泵流量为3~6m3/h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5~3kW，小泵的扬程按主泵的扬程或略低扬程即可。 四、深水井变频供水设备
第一篇 一、接线： 按图所示的电路，连接空气开关、漏电开关、电源，检查接线无误后，合上空气开关，变频器上电，数码管显示0.0。 关掉电源，电源指示灯熄灭后，再连接电机、起停开关、远程压力表、限流电阻等，变频器和电动机接地端子可靠接地，并仔细检查。 压力表选用YTZ-150电位器式远程压力表，安装在水泵的出水管上，该压力表适用于一般压力表适用的工作环境场所，既可直观测出压力值，又可以输出相应的电信号，输出的电信号传至远端的控制器。压力表有红、黄、蓝三根引出线。 压力表电气技术参数：电阻满量程：400Ω（蓝、红）；零压力起始电阻值：≤20Ω （黄、红）；满量程压力上限电阻值：≤360Ω（黄、红）；接线端外加电压：≤10V（蓝、红） 二、开环调试： 检查接线无误后，合上空气开关和漏电开关，变频器上电，数码管显示0.0，按JOG键，检查水泵的转向，若反向，改变电机相序。 按运行键RUN，运行指示灯亮（绿色），顺时针方向旋转键盘旋钮，输出频率上升，观察压力表的压力指示，同时用万用表直流电压档测量变频器端子VF 和GND之间电压值，随着变频器输出频率升高，压力增加，VF和GND之间的反
馈电压上升，记录下将要设定的恒定压力（比如5Kg）对应的反馈电压值（比如 3.1V）。按停车键STOP，变频器减速停车。 三、闭环变频恒压运行： 合上起停开关，变频器运行指示灯亮，输出频率从0.0Hz到达30.0Hz后，根据用水情况自动调节，保证出水口的压力恒定为5Kg。增大F4.06的参数设定值，出水口的压力增加，减小F4.06的参数设定值，出水口的压力降低。 第二篇 一、前言 目前，应用最广泛的变频恒压供水系统是水泵出口压力恒定系统，其工作原理是在水泵出水口安装压力传感器，将测定的压力值转换成电信号输入压力控制器，压力控制器根据设定压力值与测定压力之间的差值，通过PI调节运算后，控制变频器，调节水泵的转速，使水泵出口压力保持恒定。 这种控制系统电控部分较简单，国内外采用广泛。缺点是仍有小量能量浪费且不能反映水流通过给水管网时，管网阻力持性的变化。所以当用水低峰时，虽然由于转速的改变水泵扬程能保持恒定不再升高，但管道最末端的出口水压将高于其所需的流出水头。 采用泵出口变压力控制系统，则可解决以上的不足，即泵出口的设定压力随用水量的变化而变化，使管道最末端的出口水压恒定在其所需的流出水 头。 ABB公司的ACS510系列变频器是专为风机、水泵控制系统设计的，其中参数“给定增量8103、8104和8105”可完成泵出口变压力控制功能。 二、ACS510中的变压力控制部分参数设置 在多台并联泵供水系统中，随着泵的运行数量的增加，流量会成倍的增大，管道阻力会迅速增高。如果随着流量的变化，增减恒压控制系统的设定压力，做到小流量小压力，大流量大压力，则可以最大限度的较少管道阻力对管道出口压力的影响，并且提高了节能比例。ABB公司的ACS510系列变频器就提供了上述功能。 在ACS510中，参数8103、8104、8105是给定增量参数，他们的作用是每多
变频调速恒压供水系统，该系统能够根据运行负荷的变化自动调节供水系统水泵的数量和转速，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。 本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、能耗严重、可靠性低的缺点加以研究，开发出一种新型的并在这三个方面都有所提高的变频式恒压供水自动控制系统。全文共分为四章。第一章阐明了供水系统的应用背景、选题意义及主要研究内容。第二章阐明了供水系统的变频调速节能原理。第三章详细介绍了系统硬件的工作原理以及硬件的选择。第四章详细阐述了系统软件开发并对程序进行解释。 关键词：变频器；恒压供水系统； PLC
Frequency conversion constant pressure water supply system, the system is capable of automatically adjusting water supply system based on load changes of quantity and speed of the pump, always maintain the high efficiency and energy saving the best state of the This article primarily for current there is a high degree of automation in the water supply system, serious disadvantages, reliability, low energy consumption study developed a new and increased in these three areas of automatic control system of frequency conversion constant pressure water supply. The text is divided into four chapters. Chapter I sets out the water supply system of main research topics on background, meaning and content. Chapter II sets out the principle of variable frequency speed adjusting energy saving of water supply systems. Chapter III details the working principle of system hardware and hardware choices. The fourth chapter elaborates system software development and to explain the procedures Key words：Cam、high deputy、automation
PLC与变频器控制的自动恒压供水系统 1 系统简介 为改善生产环境，沱牌公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。 鉴于以上特点，从技术可靠 和>'https://www.doczj.com/doc/1815921938.html,/jingjilunwen/' target='_blank' class='infotextkey'>经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递 较>'https://www.doczj.com/doc/1815921938.html,/jingjilunwen/' target='_blank' class='infotextkey'>经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。 2 系统方案 系统主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成（见图1）。 2.1 抽水泵系统 整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台 150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作在50HZ，管网压力仍然低于系统设定的下限时，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高限时，自动停掉工频运行电机。一次主电路接线示意图见图2所示。
恒压供水 接线： 按图五所示的电路，连接空气开关、漏电开关、电源，检查接线无误后，合上空气开关，变频器上电，数码管显示0.0。 关掉电源，电源指示灯熄灭后，再连接电机、起停开关、远程压力表、限流电阻等，变频器和电动机接地端子可靠接地，并仔细检查。 压力表选用YTZ-150电位器式远程压力表，安装在水泵的出水管上，该压力表适用于一般压力表适用的工作环境场所，既可直观测出压力值，又可以输出相应的电信号，输出的电信号传至远端的控制器。压力表有红、黄、蓝三根引出线。 压力表电气技术参数： 电阻满量程：400?（蓝、红） 零压力起始电阻值：≤20?（黄、红） 满量程压力上限电阻值：≤360?（黄、红） 接线端外加电压：≤6V（蓝、红） 图五 恒压供水接线图 开环调试： 检查接线无误后，合上空气开关和漏电开关，变频器上电，数码管显示0.0，按JOG键，检查水泵的转向，若反向，改变电机相序。 按运行键RUN，运行指示灯亮（绿色），顺时针方向旋转键盘旋钮，输出频率上升，观察压力表的压力指示，同时用万用表直流电压档测量变频器端子VF和GND之间电压值，随着变频器输出频率升高，压力增加，VF和GND之间的反馈电压上升，记录下将要设定的恒定压力（比如5公斤）对应的反馈电压值（比如3.1V）。按停车键STOP，变频器减速停车。
参数设定： F1.01出厂值为0.0，设定为1 F1.23出厂值为0，设定为30.0 F2.05出厂值为0，设定为1 F2.19出厂值为0，设定为1 F4.00出厂值为0，设定为1 F4.06出厂值为0，设定为3.10 按电机名牌设定电机参数：F1.21、F5.00～F5.04 闭环变频恒压运行： 合上起停开关，变频器运行指示灯亮，输出频率从0.0Hz到达30.0Hz后，根据用水情况自动调节，保证出水口的压力恒定为5KG。增大F4.06的参数设定值，出水口的压力增加，减小F4.06的参数设定值，出水口的压力降低。
PLC 控制恒压供水系统 国家职业资格全省统一鉴定 维修电工技师 （国家职业资格二级） 所在省市：江苏省常州市 摘要：本设计是针对居民生活用水 /消防用水而设计的。由变 频器、 PLC 控制系统，调节水泵的输出流量。电动机泵组由三 台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水 系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组之间的切换 及速度，使系统运行在最合理的状态，保证按需供水。采用 PLC 控制的变频调速供水系统，由PLC 进行逻辑控制，由 变频器进行压力调节。通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压供水。运行结果表明，该系统具有压力稳 定，结构简单，工作可靠操作方便等优点。
关 第一章概 述??????????????????????（1）1-1常的供水方式及恒 的??????????（1） 二、水的一般性原 ????????????????（1） 1-2PLC 、器控制的恒供水系方 案?????????（3） 二、方案特 点??????????????????????（3）四、型及目 的???????????????????（4） 硬件 ??????????????????????（6）二、器介 ?????????????????????（7）二、方 式??????????????????????（7）机速方案的比 ????????????????（9） 二、模供水系的
定?????????????????（10 ） 一、路介 ??????????????????????（11 ）三、入出元件与 PLC 地址照 表????????????（ 15） 程序????????????????????（17）???????????????????????? ?（ 20） 致 ???????????????????????? ?（ 21） 参考文 献???????????????????????（ 22 ）第一章概述 供水的一种典型方式是恒供水。恒供水使用器的速 功能通供水的水的速，以持供水始端力，使之保持相 的恒定，故又称恒供水。在供水以逐步渗透到各种行，品 种也从一的恒供水向多功能和高的、供水及能化控 制的方向展。 基于触摸屏和PLC 作控制器作速的恒供
目录 1变频器恒压供水系统简介 ................................................................... 错误！未定义书签。 1.1变频恒压供水系统节能原理 .................................................... 错误！未定义书签。 1.2变频恒压控制理论模型 ............................................................ 错误！未定义书签。 1.3恒压供水控制系统构成 ............................................................ 错误！未定义书签。 1.4恒压供水系统特点 .................................................................... 错误！未定义书签。 1.5恒压供水设备的主要应用场合 ................................................ 错误！未定义书签。2变频恒压供水系统设计 ....................................................................... 错误！未定义书签。 2.1设计任务及要求 ........................................................................ 错误！未定义书签。 2.2系统主电路设计 ........................................................................ 错误！未定义书签。 2.3系统工作过程 ............................................................................ 错误！未定义书签。 2.3.1减泵过程 ....................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.2加泵过程 ....................................................................... 错误！未定义书签。 3 器件介绍及选型 .................................................................................. 错误！未定义书签。 3.1变频器介绍 ................................................................................ 错误！未定义书签。 3.2变频器的种类 ............................................................................ 错误！未定义书签。 3.3变频器选型 ................................................................................ 错误！未定义书签。 3.3.1变频器的控制方式 ....................................................... 错误！未定义书签。 3.3.2变频器容量的选择 ......................................................... 错误！未定义书签。 3.3.2变频器主电路外围设备选择 ......................................... 错误！未定义书签。 3.4可编程逻辑控制器（PLC）..................................................... 错误！未定义书签。 3.4.1 PLC的工作原理 ........................................................... 错误！未定义书签。 3.4.2 PLC及压力传感器的选择 ........................................... 错误！未定义书签。4PLC编程及变频器参数设置............................................................ 错误！未定义书签。 4.1 PLC的I/O接线图 ............................................................... 错误！未定义书签。 4.2 PLC .......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.3 变频器参数的设置 ................................................................. 错误！未定义书签。总结 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 .................................................................................................. 错误！未定义书签。
【前言】 变频调速恒压供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化(实际上为供水管网的压力变化)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要求，是当今先进、合理的节能型供水系统。普传科技作为具有电机设计生产基础的变频器专业制造商，为市场和客户考虑，开发出多泵供水控制系统软件，配合高性能普传变频器，在恒压供水系统中得到广泛应用。 【特点】 采用普传变频器与普传多泵供水系统专用控制器构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。 【系统优点】 1.恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，具有降低管道阻力，大大减少截流损失的效能。 — 2.由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。 3.水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。 4.由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能（平均25％以上），系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。 1.供水系统配线图（以4泵供水为例）
2.变频器与供水板之间的连接示意图：
摘要 本设计是专门对日常用水而设计的恒压供水控制系统。根据国内外的研究现状以及系统的控制要求，制定出了一套适合此系统的控制方案。控制方案中，硬件设计主要对可编程控制器（PLC）机型、变频器机型以及电机泵组的机型做出了选择，同时还对系统的输入输出点进行了规划和分配。在软件设计部分，针对控制要求画出了系统的流程图，并且还对每一部分的流程图进行了功能的解释，使读者能更加轻松的了解整个系统的软件设计情况。在此课题中，还采用了MCGS组态软件，对控制系统进行监视与模拟运行，很直观的再现了现场的实际情况。最后，还对整个系统进行了运行调试，运行结果表明该系统具有水压稳定、硬件组成简单、运行可靠和操作方便等优点。 关键词：恒压供水；可编程控制器；变频器；组态软件
Abstract This design is specially designed for water constant pressure water supply control system. According to the requirements of the current research at home and abroad and the system control, develop a set of control scheme suitable for the system. In the control scheme, the hardware design is mainly to the programmable logic controller (PLC) model , frequency converter and motor pump set model made a choice, but also on the system input and output points of planning and allocation. In software design part, according to draw the flow chart of the system, and the required control and flow chart of every part of the function of explanation, so that readers can more easily understand the software design of the whole system. In this topic, also adopted the MCGS configuration software, to monitor and control system’s simulate, intuitive reproduce the actual situation of the scene. Finally, the debugging of the whole system running, the results on the surface of the system has stable pressure, simple structure, reliable operation and convenient operation. Key words: Constant pressure water supply；Programmable logic Controller；Inverter；Configuration software
1.1恒压供水PLC控制系统 一、实验目的 1.学习西门子PLC的使用； 2.掌握闭环调速原理； 3.掌握变频器的使用方法； 4.了解PLC控制变频恒压供水原理。 二、实验容 1.变频器参数设置 端子号参数的设定值缺省的操作V/F曲线选择/ C003=‘1’ 最高电压设定/ C004=‘380’ 基准频率设定/ C005=‘50’ 最大频率设定/ C010=‘50’ 运行控制选择/ C012=‘1’ 2.控制要求 1）单泵控制恒压供水，当需水量不是很大，用一个泵通过PID控制进行恒压供水； 2）双泵控制恒压供水，当需水量大时，当一个泵满足不了用水需求时，进行双泵切 换恒压供水； 3）PLC模拟量控制变频开环控制； 4）分时控制，定时轮换，可以有效地防止水泵长期不用而发生的锈死现象，提高了 设备的综合利用率，降低了维护费用。 三、实验步骤 1.单泵控制恒压供水 1）按照接线图接好线路，确保接线无误，以免损坏变频器和PLC的各个模块。 2）接好总电源，打开漏电保护器，此时电压表显示电压。按下启动按钮，电压指示灯亮起。 3）把模式选择开关打到手动位置，此时手动状态指示灯亮起。检查各水泵的运行情况，确定水泵能能正常运行。 4）把模式选择开关打到自动位置。 5）打开S7-200软件把程序写到PLC中，关闭软件。 6）把PLC的开关达到RUN位置。 7）打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。在主画面中选择“闭环控制”打开闭环控制画面。
8）在闭环控制模式下单击单泵运行，并单击PID设定，设定给定压力SP，进行PID参数整定。
9）单击实时曲线可观察各参数的变化。 2.双泵控制恒压供水 1）打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。在主画面中选择闭环控制打开闭环控制画面。
PLC 变频恒压供水的背景和意义泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需大量消耗能量，提高泵站效率: 降 低能耗，对国民经济有重大意义。我国泵站的特点是数量大、范围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动能经济观点以及机电产品类型和质量上存在的一些问题等等原因，致使在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。目前，大量的电能消耗在水泵、风机负载上，城乡居民用水设备所消耗的电量在这类负载中占了相当的比例。这一方面是由于我国居民多，用水量大，造成用电量大: 另一方面是因为我国供水设备工作效率低，控制方式不够科学合理。造成不必要的能量浪费。因此，研究提水系统的能量模型，找出能够节能的控制策略方法，这里大有潜力可挖，是减少能耗，保障供水的一个很有意义的工作。 以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控; 同时系统具有良好节能 性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于 提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。 国内外研究概况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。即1968 年，丹麦的丹佛斯公司发明并首家生产变频器（丹佛斯是传动产品全球五大核心供应商之一）后，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，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像瑞典、瑞士的ABB集团推出了HVAC变频技术，法国的施耐德公司就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式” ，“变频泵循坏方式”两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC 和PID 等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机（泵）的供水系统。这类设备虽然说是微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统（如BA 系统）和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。 目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外品牌的变频器控制水泵的转速，水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器（PLC）及相应的软件予以实现; 有