内容摘要
随着我国社会经济的发展，城市建设发展十分迅速，同时也对基础设施建设提出了更高的要求。城市供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到用户的正常工作和生活。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。
本文首先根据管网和水泵的运行特性曲线，阐明了供水系统的变频调速节能原理；具体分析了变频恒水压供水的原理及系统的组成结构，通过研究和比较，得出结论:变频调速是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术。因此本文以采用变频器和PLC 组合构成系统的方式，以某居民小区水泵电动机控制系统为对象，逐步阐明如何实现水压恒定供水。进行了控制系统的主电路设计，控制电路设计。对输入输出点进行了统计，共有13个输入输出点，根据PLC的选型原则，设备选用了在生产中应用最为广泛的西门子公司生产的S7-200系列(CPU222)的PLC和MM430泵类专用的变频器，利用变频器的本身自有的软启动功能实现水泵电机的启动。在控制过程中，电控系统由S7-200完成，PID控制由变频器的内置PID控制方式完成，根据控制系统软硬件设计和控制要求，结合变频器的功能参数表预置了相关的参数，设计了梯形图，实现了高楼供水的恒压变频控制。关键词：
恒压供水变频调速 PLC设计
目录
内容摘要和关键词 (1)
一绪论 (1)
（一）引言 (1)
(二)供水系统的现况及本人的主要工作 (1)
1、国内外变频恒压供水系统的现况 (1)
2、本人的主要工作 (1)
二变频恒压供水的理论分析 (1)
(一)水泵的工作原理 (2)
(二)供水电机的搭配 (2)
(三)水泵的调节方式 (3)
（四）恒压供水系统的能耗分析 (3)
（五）水锤效应的产生与消除 (4)
1、水锤现象的产生 (4)
2、水锤现象的消除 (5)
(六) 延长水泵寿命的其他因素 (5)
三、变频恒压供水控制系统硬件的设计 (5)
（一）变频恒压供水控制系统的构成方案 (6)
（二）变频恒压供水系统的控制方案 (6)
（三）供水设备选择原则 (7)
1、设定供水压力经验数据 (7)
（四）变频器的选择 (7)
（五）压力传感器的选择 (8)
（六）水位传感器的选择 (8)
（七）其他低压电器的选择 (8)
1、断路器的选择 (8)
2、接触器的选择 (9)
3、PLC选型的基本原则 (9)
(八)I／O的分配 (10)
（九）系统硬件线路设计 (10)
四、变频恒压供水控制系统软件的设计 (11)
（一）恒压供水系统梯形图的设计 (11)
五、总结与展望 (15)
参考文献 (15)
致谢 (16)
变频恒压供水系统设计
一、绪论
(一)引言
随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统的可靠性要求不断提高。衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定，因为水压恒定于某些工业或特殊用户是非常重要的，如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，会造成更大的经济损失或人员伤亡.但是用户用水量是经常变动的，因此用水和供水之间的不平衡的现象时有发生，并且集中反映在供水的压力上：用水多而供水少，则供水压力低；用水少而供水多，则供水压力大。保持管网的水压恒定供水，可使供水和用水之间保持平衡，不但提高了供水的产量和质量，也确保了供水生产以及电机运行的安全可靠性。
变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，利用变频技术与自动控制技术相结合，在中小型供水企业实现恒压供水，不仅能达到比较明显的节能效果，提高供水企业的效率，更能有效保证从水系统的安全可靠运行.
（二）供水系统现况及本人的主要工作
1、国内外变频恒压供水系统现况
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。目前国外的恒压供水系统变频器成熟可靠，恒压控制技术先进。国外变频供水系统在设计时主要采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。这种方式运行安全可靠，变压方式更灵活。此方式的缺点必是电机数量和变频的数量一样多，投资成本高。
2、本人的主要工作
本课题主要通过研究PLC来控制变频器实现恒压供水，进行了控制系统的主电路设计、控制电路设计，系统的控制设备选用S7-200系列的PLC（CPU222），变频器选用西门子泵类专用的变频器MM430。进行了控制程序（梯形图）的设计。在控制过程中，电控系统由S7-200完成，PID控制由变频器完成。最后，对变频恒压供水系统进行调试，对该系统在供水中所取得的节约电耗、恒定压力、保护管网等进行了总结，指出变频技术在供水领域所取得的成果及局限性。
二、变频恒压供水的理论分析
（一）水泵的工作原理
供水所用水泵主要是离心泵，普通离心泵如图1所示，叶轮安装在泵2内，并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动，泵壳中央有一液体吸入口4与吸入管5连接，液体经底阀6和吸入管进入泵内，泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。
在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体:启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最
后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。
图1 离心泵结构示意图
（二）供水电机的搭配
供水电机驱动离心泵运行，和离心泵共同组成了供水系统的整体，电机的配置主要以水泵供水负载来决定。电动机的功率应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。选择时应注意以下两点:
(1) 如果电动机功率选得过小，就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电动机被烧毁。
(2) 如果电动机功率选得过大，就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且还会造成电能浪费。
因此，要正确选择电动机的功率， 对恒定负载连续工作方式，如果知道负载的功率(生产机械轴上的功率)
1
p （kW ），可按式(2.1)计算所需电动机的功率P (kW)：
()
112/p p ηη= (2.1)
式中，
1η为生产机械的效率，2η为电动机的效率，即传动效率。
按上式求出的功率，不一定与产品功率相同。因此，所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。 (三)水泵的调节方式
水泵的调速运行，是指水泵在运行中根据运行环境的需要，人为的改变运行工作状况点(简称工况点)的位置，使流量、扬程、轴功率等运行参数适应新的工作状况的需要。水泵的调节方
式与节能的关系非常密切，过去普遍采用改变阀门或挡板开度的节流调节方式，即改变装置管网的特性曲线进行调节。大量的统计调查表明，一些在运行中需要进行调节的水泵，其能量浪费的主要原因，往往是由于采用不合适的调节方式。因此，研究并设计它们的调节方式，是节能最有效的途径和关键所在。
水泵的调节方式可分为恒速调节与变速调节。详细划分如下：
水泵的调节方式
调压调速
异步电机转子串电阻调速异步电机的变极调速异步电机的串极调速
变频调速
液力耦合器的变速调节
油膜转差离合器的变速调节改变传动装置
改变原动机的转速
节流调节
混流式，轴流式泵的动叶调节改变泵的运行台数调节
恒速调节
变速调节
(四) 恒压供水系统的能耗分析
在供水系统中，最根本的控制对象是流量。因此，要讨论节能问题，必须从考察调节流量的方法入手。常见的方法有阀门控制法和转速控制法两种。供水系统中对水压流量的控制，传统上采用阀门调节实现。由于水泵的轴功率与转速的立方成正比，因此水泵用变频器来调节转速能实现压力或流量的自动控制，同时可获得大量节能。闭环恒压供水系统正越来越多地取代高位水箱、水塔等设施及阀门调节。
对供水系统进行的控制，归根结底是为了满足用户对流量的要求。所以，流量是供水系统的基本控制对象。而流量的大小又取决于扬程，但是扬程难以进行具体测量和控制。考虑到动态情况下，管道中水压的大小与供水能力（由流量Q G 表示）和用水要求（由流水量Q U 表示）之间的平衡情况有关。
如：供水能力Q G >用水需求Q U ，则压力上升（P ↑）； 如：供水能力Q G <用水需求Q U ，则压力上升（P ↓）； 如：供水能力Q G =用水需求Q U ，则压力上升（P 不变）。
可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在流体压力的变化上。从而，压力就成为了用来作为控制流量大小的参变量。就是说，保持供水系统中某处的压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水所要达到的目的。 （五）水锤效应的产生和消除 1、水锤效应的产生
异步电动机在全电压启动时，从静止状态加速到额定转速所需要的时间只有在0.25S 。这意味着在0.25S 的时间里，水的流量从零增到额定流量。由于水具有动量和不可压缩性，因此，在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，并产生空化现象。压力冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一样，故称为水锤效应。
水锤效应具有极大的破坏性，压强过高，将引起管道的破裂，反之，压强过低又会导致管道的瘪塌。此外，水锤效应也可能破坏阀门和固定件。在直接停机时，供水系统的水头将克服电动机的惯性而使系统急剧地停止。这也同样会引起压力冲击和水锤效应。
产生水锤效应的根本原因，是在启动和制动过程中的动态转矩太大.在启动过程中，异步电动机和水泵的机械特性如图2a 所示，图中曲线1是异步电动机的机械特性，曲线2是水泵的机械特性，阴影部分是动态转矩T J (即两者之差)。
n
n
N N （a ）全压启动 （b ）变频启动
图2 水泵的全压启动与变频启动
在拖动系统中，决定加速过程的是动态转矩J
T
J M L
T T T =-
由图2.a 可知，水泵在直接启动过程中，拖动系统动态转矩写的大小如阴影部分所示，是很大的。所以，加速过程很快。 ２、水锤效应的消除
采用了变频调速后，可以通过对升速时间的预置来延长启动过程，使动态转矩大为减小，如图2.b 命所示。图中，曲线簇1是异步电动机在不同频率下的机械特性，曲线2是水泵的机械特性，中间的锯齿状线是升速过程中的动态转矩(即不同频率时电动机机械特性与水泵机械特性之差)。
在停机过程中，同样可以通过对降速时间的预置来延长从而延长停机过程，使动态转矩大为减小，彻底消除了水锤效应。 （六）延长水泵寿命的其他因素
水锤效应的消除，无疑可大大延长水泵及管道系统的寿命。此外，由于水泵平均转速下降、
工作过程中平均转矩减小的原因，使:
1、叶片承受的应力大为减小
2、轴承的磨损也大为减小
所以，采用了变频调速以后，水泵的工作寿命将大大延长。
三、变频恒压供水控制系统硬件的设计
（一）变频恒压供水控制系统的构成方案
从变频恒压供水的原理分析可知，该系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，本次设计采用通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制)+压力传感器的构成方案。系统的构成框图如图3所示。
图3 系统构成框图
（二）变频恒压供水系统的控制方案
变频恒压供水系统的控制方案有多种，有1台变频器控制一台水泵的简单控制方案，也有一台变频器控制几台水泵的方案，下面重点介绍一台变频器控制几台水泵的特点。该控制方案的控制原理如图4所示。
13
24
图4 控制原理框图
控制系统的工作原理如下:根据系统用水量的变化，控制系统控制2台水泵按1—2—3—4—1的顺序运行，以保证正常供水。开始工作时，系统用水量不多，只有1号泵在变频器控制下运行，2号泵处于停止状态，控制系统处于状态1。当用水量增加，变频器输出频率增加，则1号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有1台水泵工作己不能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统，1号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器电源启动2号泵电机，控制系统处于状态2。
当系统用水高峰过后，用水量减少时，变频器输出频率减少，若减至设定频率时，表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统，可将1号泵电机停运，2号泵电机仍由变频器电源供电，这时控制系统处于状态3。
当用水量再次增加，变频器输出频率增加，则2号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有1台水泵工作已不能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统的控制，2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器电源启动1号泵电机，控制系统处于状态4。
当控制系统处于状态4时，用水量减少，变频器输出频率减少，若减至设定频率时，表示只有1台水泵工作已能满足系统供水的要求，此时，通过控制系统的控制，2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器启动1号泵电机，控制系统处于状态4，此时，通过控制系统的控制，可将2号泵电机停运，1号泵电机仍由变频器供电，这时，控制系统又回到了状态1。如此循环往复的工作，以满足系统用水的需要。 （三）供水设备的选择原则
在做供水系统时，应先选择水泵和电机，选择依据是供水规模（供水流量）。而供水规模和住宅类型以及用户数有关。 1、设定供水压力经验数据：
平方供水压力P=0.12MPa ；楼房供水压力
P=（0.08+0.04×楼层数）MPa (3.1)
（1）系统设计还应遵循以下的原则： （2）蓄水池容量应大于每小时最大供水量； （3）水泵扬程应大于实际供水高度； （4）水泵流量总和应大于实际最大供水量。
P =（0.08+0.04×楼层数）MPa=0.48MPa
可确定设置供水压力值为0.48MPa 。
根据表3.3确定水泵型号为100DL3，工3台(其中一台做备用)，水泵自带电动机功率为30kW 。 （四）变频器的选择
本系统中，采用MciorMaster430系列变频器，型号为HVAC(风机和水泵节能型)EC01—4500/3，额定电压为380V —500V ，额定功率35kW 。MicroMaster430系列变频器是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家，功率范围7.5kW 至250Kw 。它按照专用要求设计，并使用内部功能互联(BiCo)技术，具有高度可靠性和灵活性，牢固的EMC(电磁兼容性)设计；控制软件可以实现专用功能：多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。
（五）压力传感器的选择
CYYB-120系列压力变送器为两线制4～20mA 电流信号输出产品。它采用CYYB-105系列压力传感器的压力敏感元件。经后续电路给电桥供电，并对输出信号进行放大、温度补偿及非线性修正、V/I 变换等处理，对供电电压要求宽松，具有4～20mA 标准信号输出。主要特点： 1、高稳定性、高精度、宽的工作温度范围； 2、抗冲击、耐震动、体积小、防水；
3、标准信号输出、良好的互换性、抗干扰性强；
4、最具有竞争力的价格。 （六）水位传感器的选择
SL980-投入式液位变送器，广泛用于储水池、污水池、水井、水箱的水位测量，油池、油罐的油位测量，江河湖海的深度测量。接受与液体深度成正比的液压信号，并将其转换为开关量输出，送给计算机、记录仪、调节仪或变频调节系统以实现液位的全自动控制。主要特点是：安装简单，精度高，可靠性高，性能稳定，能实现自身保护等。 （七）其他低压电器的选择 1. 断路器的选择
（1）断路器的作用及额定电流的选择
2
QF 断路器具有隔离,过电流及欠电压等保护功能,当变
频器发生短路或电源电压过低等故障时,可迅速进行保护。考虑变频器允许的过载能力为150%，时间为1min 。所以为了避免误动作，断路器
2
QF 的额定电流
qn
I 应选
()1.3 1.46287
qn n I I ≥*≈ （A ） (3.2)
式中
n
I 为变频器的额定输出电流
所以
2
QF ，
3
QF 选90A 。
（2） 断路器的选择。在电动机要求实现工频和变频切换驱动的电路中，断路器应按电动机在工频下起动电流来考虑，断路器
1
QF 的额定电流
qn
I 应选
2.5 2.560150
qn mn I I ≥*=?=(A)
式中
mn
I 为电动机的额定电流，
mn
I =60A 。
所以
1
QF 选160A 。
2、接触器的选择
接触器的选择应考虑到电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一个档次来选择，由于电动机的额定电流为60A ，所以接触器的触点电流选70A 即可。 3、PLC 选型的基本原则
这是PLC 应用设计中很重要的一步，目前，国内外生产的PLC 种类很多，在选用PLC 时应考虑以下几个方面]。
（1）规模要适当；
（2）功能要相当，结构要合理；
（3）输入，输出功能及负载能力的选择要正确； （4）要考虑环境条件。
根据以上原则，这次设计选择西门子S7-200系列的CPU222AC/DC 。 （八）I/O 的分配
根据功能要求和工艺流程，我们统一了I/O 接点的分配，分配表如表1所示。根据PLC 口的分配，系统的控制要求以及合理利用I/O 口的原则。
表1 I/O 分配表
（九）系统硬件线路设计
供水系统主电路设计如图5所示，采用了一台变频器同时连接两台电动机，所以必须确保开关KM1和KM2电气连锁，连锁功能由软件和硬件实现。在变频水泵出现问题或紧急情况下，可以起用备用水泵。
FU
１
图5 主电路图
系统的控制线路如图6所示。
图6 PLC接线图
四、变频恒压供水控制系统软件的设计
(一)恒压供水系统梯形图的设计
在控制系统中，变频器通过对电机出厂压力点处设置的压力变送器反馈信号，进行单闭环控制。PLC程序设计的主要任务是接受外部开关信号的输入以及水池水位信号，判断当前的系统状态是否正常，然后执行程序，由输出信号去控制接触器、继电器和变频器等器件，以完成相应的控制任务， PLC主要控制任务就是根据实际情况实现工频和变频的切换。
根据要求设计的梯形图如下：
图7 主程序
总结
本课题主要研究的是某小区的恒压供水。为此设计了一套具有高性能的变频器控制系统来代替原有的手动启动、阀门控制系统。此系统重点是根据系统运行的需求，自动调节输出频率控制电动机的转速，从而保持系统工况压力的稳定。
根据供水的要求，此装置属于一拖二闭环调速系统，且变频器带动的电机可实现无级调速。减少系统波动现象和对电源电网的冲击。此装置在变频器出现故障时，可自动关闭电动阀门，系统退出变频式运行，以避免中断供水。
现有系统实现了供水系统的工况控制、调节和设备状态监控功能，将来还可以通过对更多现场数据的采集与传输，如电压、电流、功率、水压、水位、水流量等，通过开发上位机的数据管理系统，实现具有综合功能的供水自动化控制与管理系统，提高后勤管理能力.这部份工作有待在以后的学习与工作中来进一步开展下去。
参考文献：
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V20变频器PID控制恒压供水操作指南 1.硬件接线 西门子基本型变频器SINAMICS V20 可应用于恒压供水系统，本文提供具体的接线及简单操作流程。 通过BOP设置固定的压力目标值，使用4~20mA管道压力反馈仪表构成的PID控制恒压供水系统的接线如下图所示： 图1-1.V20变频器用于恒压供水典型接线 2调试步骤
2.1 工厂复位 当调试变频器时，建议执行工厂复位操作： P0010 = 30 P0970 = 1 (显示50? 时按下OK按钮选择输入频率，直接转至P304进入快速调试。) 2.2 快速调试 表2-1 快速调试参数操作流程 参数功能设置 P0003 访问级别=3 （专家级） P0010 调试参数= 1 （快速调试） P0100 50 / 60 Hz 频率选择根据需要设置参数值： =0: 欧洲[kW] ，50 Hz （工厂缺省值） =1: 北美[hp] ，60 Hz P0304[0] 电机额定电压[V] 范围：10 (2000) 说明：输入的铭牌数据必须与电机接线 （星形/ 三角形）一致 P0305[0] 电机额定电流[A] 范围：0.01 (10000) 说明：输入的铭牌数据必须与电机接线 （星形/ 三角形）一致 P0307[0] 电机额定功率[kW / hp] 范围：0.01 ... 2000.0 说明：如P0100 = 0 或2 ，电机功率 单位为[kW] 如P0100 = 1 ，电机功率单位为[hp] P0308[0] 电机额定功率因数（cosφ ）范围：0.000 ... 1.000 说明：此参数仅当P0100 = 0 或 2 时可见P0309[0] 电机额定效率[%] 范围：0.0 ... 99.9 说明：仅当P0100 = 1 时可见 此参数设为0 时内部计算其值。 P0310[0] 电机额定频率[Hz] 范围：12.00 ... 599.00 P0311[0] 电机额定转速[RPM] 范围：0 (40000) P0314[0] 电机极对数设置为0时内部计算其值。 P0320[0] 电机磁化电流[%] 定义相对于电机额定电流的磁化电流。 设置为0时内部计算其值。 P0335[0] 电机冷却根据实际电机冷却方式设置参数值 = 0: 自冷（工厂缺省值） = 1: 强制冷却 = 2: 自冷与内置风扇 = 3: 强制冷却与内置风扇
变频恒压供水控制系统 发表时间：2019-01-08T16:21:17.107Z 来源：《电力设备》2018年第24期作者：蒋正锋[导读] （四川理工技师学院四川成都 611130） 1、系统构成 整个系统由一台PLC，一台变频器，水泵机组（3台），一个压力传感器，低压电器及一些辅助部件构成。 2、系统硬件设计 2.1.1 PLC选型 本系统选用FX2N-32MR型PLC。 2.1.2 接线及I/O分配 2.3 变频器选型及接线 2.3.1 变频器选型 根据设计的要求，本系统选用FR-A740系列变频器。 2.3.2变频器的接线 变频器端子 PLC端子功能 STF Y7 电机正转 FU X2 增泵、减泵 OL X3 增泵、减泵 2.6系统主电路设计 系统主电路接线 3 系统的软件设计 （1）自动运行部分 LD M8002 SET M0 LD X015 CJ P0 LD M0 AND X000 RST M0 SET M2 SET M7 SET M8 1）启动1#泵 按下启动按钮，系统检测采用那种运行模式。如果按钮SB7没按，则使用自动运行模式。变频启动1#水泵。 LD M2 AND X002 RST M2 SET M1 SET M4 2）启动1#，2#泵： 接收到变频器上限信号，PLC通过这个上限信号后将1#水泵由变频运行转为工频运行，KM1断开KM0吸合，同时KM3吸合变频启动第2#水泵。 LD M1 AND M4 AND X003 RST M1 RST M4 SET M2 3）启动1#泵： 接到下限信号就关闭KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵变频运行。 LD M1 AND M3 AND M6 AND X003 RST M6 RST M3 SET M4 4）启动1#，2#泵： 输出的下限信号使PLC关闭KM5、KM2，开启KM3，2#水泵变频启动。 LD M1 AND M4 AND X003 RST M4 RST M1 SET M2 5）启动1#泵： 接到下限信号关闭KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵变频运行。
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。
TVFE9系列变频器恒压供水调试方案 恒压供水是指在供水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 网系出口压力值是根据用户需求确定的。随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，利用 变频器、PID调节器、单片机、PLC等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压供水。该技术已在供水行业普及。 一、变频恒压供水系统主要特点： 1、节能：变频恒压供水系统的最显著优点就是节约电能，节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。 2、运行可靠：变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定，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。 3、卫生节水：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；系统实行闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、 气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。 4、控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。 5、自我保护功能完善：新型的小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、低液位保护、主泵定时轮换控制等功能，功能完善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只需派人定期检查、保养如某台泵出现故障，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。 6、延长设备寿命、保护电网稳定：使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击，消除了水泵的水锤效应。 二、变频恒压供水系统组成 变频恒压供水系统通常是由水源、离心泵、压力传感器、PID调节器、变频器、管网组 成。工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。
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 (3) 2 变频恒压供水系统设计 (4) 2.1 设计任务及要求 (5) 2.2 恒压供水系统主电路设计 (6) 2.3 系统工作过程 (7) 3 器件的选型及介绍 (9) 3.1 变频器简介 (9) 3.1.1 变频器的基本结构与分类 (9) 3.1.2 变频器的控制方式 (9) 3.2 变频器选型 (10) 3.2.1 变频器的控制方式 (10) 3.2.2 变频器容量的选择 (11) 3.2.3 变频器主电路外围设备选择 (13) 3.3 可编程控制器(PLC) (15) 3.3.1 PLC的定义及特点 (15) 3.3.2 PLC的工作原理 (16) 3.3.3 PLC及压力传感器的选择 (16) 4 PLC编程及变频器参数设置 (18) 4.1 PLC的I/O接线图 (18) 4.2 PLC程序 (18) 4.3 变频器参数的设置 (22) 4.3.1 参数复位 (22) 4.3.2 电机参数设置 (22) 总结 (23) 参考文献 (24)
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为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
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。
问：为什么变频恒压供水设备系统压力不稳容易振荡 答：系统压力不稳，可能有以下几种原因： 1、压力传感器采集系统压力的位置不合理，压力采集点选取的离水泵出水口太近，管路压力受出水的流速影响太大。从而反馈给控制器的压力值忽高忽低，造成系统的振荡。 2、如果系统采用了气压罐的方式，而压力采集点选取在气压罐上，也可能造成系统的振荡。空气本身有一定的伸缩性，而且气体在水中的溶解度随压力的变化而变化，水泵直接出水的反馈压力和通过气体的反馈压力之间有一定的时间差，从而造成系统振荡。 3、控制器的加减速时间与水泵电机功率不相符。一般情况下，功率越大，其加减速时间也就越长。此项参数用户可多选几个数据进行调试。比如，15KW一般为10至20秒之间。 4、控制器和变频器的加减速时间不一致，控制器的加减速时间设定应大于或等于变频器加减速时间。 问：为什么变频恒压供水设备小泵频繁起停 答：此种情况是针对工频工作的小泵而言的。在系统之中，控制器的参数中第23、24项参数“小泵压力正、负误差”设定过小。在所有主泵都关闭以后，当系统的实际压力低于设定压力与小泵压力负误差之和时，小泵则起动。随着系统压力的上升，使得系统的实际压力高于设定压力与小泵压力正误差这两者之和时，小泵则被系统关闭。所以，解决问题的方法是将此项参数调高一定值即可。 问：为什么变频恒压供水设备在水泵切换时，变频器输出不为零 答：用户首先确定控制器给变频器的控制线是否全部接好。如果变频器没有滑行停车输入信号，则必须将变频器设定为自由滑行停车的工作模式。如果变频器有此信号输入则确保和控制器接好。然后，在水泵进行切换动作时，控制器会给变频器一个滑行停车信号，即EMG信号。如果EMG信号线没有接通，会直接导致变频器过载，此类现象要绝对禁止，否则，容易损坏变频器。如果接有EMG信号线，请仔细检查线是否接实。确定接实，没有线路故障后，再用万用表检查控制器的EMG是否有输出。如果当控制器处于切换时，EMG信号没有输出，则说明是控制器有故障.另外，不论控制器的变频器控制方式是何种类型，切换时均为滑行停止模式。 问：变频恒压供水设备模拟输出不正常，变频器运行频率与控制器输出不符，为什么答：首先，应确定是什么硬件出了问题。使控制器进入手动调试状态，分别用万用表量出控制器输出0Hz及50Hz时所对应的模拟量输出值。如果控制器的模拟输出值在0Hz时大于30mV，或在50Hz时小于控制器第10项参数定标的电压值(请确定模拟输出增益为100%)，则说明控制器输出存在问题。如果随着控制器的频率变化，输出一直保持不变，说明控制器的模拟输出电路损坏;如果模拟输出值也是变化的，但不能达到最大值，可通过调节模拟输出增益解决。其次，如果控制器的输出值正常，当控制器输出达到第10项参数定标的电压值时，变频器不能达到50Hz，说明是变频器的设定值存在问题，可调节变频器的频率增益解决。
供水系统方案图
变频恒压供水系统构成及工作原理 1系统的构成 图3-1 系统原理图 如图3-1所示，整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，
一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压力变送器(反馈4～20mA电流)；变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。 从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。 (1)执行机构 执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，图2.3中的3个水泵分为二种类型: 调速泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。 恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。 (2)信号检测 在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号: ①水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。 ②报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。 (3)控制系统 供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。 ①供水控制器:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水
课题名称变频恒压供水控制系统设计 学院(部) 电子与控制工程学院 专业电气工程及其自动化 班级 2011320401 学生阿不都热扎克·阿不都拉 _ 学号 06 月 23 日至 06 月 27 日共 1 周 指导教师(签字) 2011年 06 月 7 日
目录 摘要 (3) 一、设计容 (4) 二、设计要求 (4) 三、设计容 1、方案的确定 (5) 2、变频调速恒压供水系统简介及工作原理 (6) 3、水泵的容量计算 (8) 4、水泵/变频器/PLC的选择 (9) 5、变频器参数设定 (10) 6、PID控制器参数选择 (10) 7、PLC外部接线图的设计 (11) 8、主电路的设计 (12) 9、系统的工作原理 (12) 四、设计图纸 (13) 五、操作使用说明书 (14) 六、设计体会 (15) 七、主要参考资料 (16) 附录一/附录二 (17) 附录三 (18) 附录四 (19)
摘要 随着我国社会经济的不断发展，住房制度改革的不断深入，人民生活水平的不断提高，城区中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到小区住户的正常生活与工作，也直接体现了小区物业水平的高低。传统的恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水灯供水方式普遍不通话程度的存在效率低、可靠性差、自动化不高等缺点，难以满足当前经济生活的需要。 论文分析了采用变频调速方式实现恒压供水的工作机理，通过对PID模块的参数预置，利用远传压力表的水压反馈量，构成闭环调节系统，利用变频器与水泵的配合作用实现恒压供水且有效节能。 论文论述了多种供水方案的合理性，同时也指出各种方案存在的问题，通过对比比较给出了比较适合该系统的方案——PLC控制变频恒压供水。 关键字：恒压供水变频调速 PLC
变频恒压供水系统 产 品 说 明 书 XX市XXXXXX有限公司
目录 一、概述 (1) 二、型号规格和表示意义 (2) 三、主要技术参数与设备示意图 (2) 四、变频恒压供水系统安装指引与注意事项 (3) 五、使用注意事项 (3)
一、概述 1、变频恒压供水系统的特点: 变频恒压供水系统是在气压给水设备的基础上开发的一种能直接与自来水管网连接、且对自来水管网不产生任何副作用的成套给水设备。他取代了蓄水池的和屋顶水箱，能充分利用自来水管网的压力直接或间接供水，避免了能源的二次浪费和水质的二次污染，大幅度节约了基建投资并缩短了施工工期。 变频恒压供水系统由智能型变频控制柜、稳流罐、水泵机组、仪表、阀门及管路、基座等组成，适用于一切需要增高水压、恒定流量的给水系统。 特点： (1)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)用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。 (3)变频恒压供水系统设备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)在变频恒压供水设备中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和运行)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时变化的. 2、应用范围： 1)住宅小区、别墅、写字楼、综合楼生活供水。 2)气压给水,地面水池加压等传统供水系统改造。 3)各种锅炉冷水供水系统、锅炉热水。 4)自来水厂的中间加压泵站、自来水二次增压。 5)各工矿企业的生产、生活用水、管网稳压。 6)各种类型的循环水、冷却水供应系统。
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/3217965219.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/3217965219.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。
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。
项目四恒压供水系统调试与运行 恒压供水系统一般由水箱、水泵、电动机、压力传感器、控制器、变频器等组成。采用多台水泵及电机比单台水泵及电机节能而可靠。恒压供水的 主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就需要用变频器为水泵电机供电。数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。如图4-1所示。 图4-1 恒压供水控制系统 学习完本项目后，你将能够： ●了解恒压供水系统的组成及各部分的作用； ●掌握恒压供水基本原理，控制器的闭环工作过程； ●熟悉模拟量模块EM235的性能指标、接线、校准及配置； ●掌握变送器的选择与应用； ●掌握模拟量地址设置、采集、变换及滤波； ●理解PID控制各部分的作用，熟悉PID指令； ●熟悉PID控制各参数的工业常用范围； ●掌握变频器通信控制的接线与参数设置；
●熟练应用USS协议控制西门子MM420变频器； ●熟练搭建西门子触摸屏组态环境； ●熟练应用西门子触摸屏建立项目、组态元件、下载调试； ●掌握系统选型、图纸绘制、系统接线； ●熟练编制手动子程序，配合触摸屏调试硬件系统； ●熟练编制自动子程序，实现恒压控制； ●熟练组态触摸屏，进行界面切换、参数设置、操作控制。 4.1 恒压供水系统认知 4.1.1 实训的目的和要求 1. 实训的目的 （1）了解恒压供水系统的组成。 （2）理解各组成部分在作用。 2. 实训的要求 （1）观察系统，说明各部分作用。 （2）打开控制柜，说明每个器件的作用，说明每根接线的作用。 （3）拆卸控制柜。 4.1.2 基本原理 恒压供水系统可分为控制柜和执行机构两大部分。控制柜有电源、显示仪表、控制器、中间继电器、接触器、变频器、压力传感器、变送器、互感器、按钮、转换开关、触摸屏等组成，执行机构一般由水箱、水泵、止回阀、电动机、阀门等组成。如图4-2所示。 水泵 水箱 图4-2 变频恒压供水系统的基本构成
变频恒压供水系统组成及工作原理变频恒压供水最简单的方式：一台变频器，一个电接点压力表。变频器是电子元件，没有机械运动；水泵总的转速还是跟水量成比例的。另外，供水系统对水压没精度要求，况且压力波动不会超过0.02MPa(设定0.3MPa时）。变频器在恒压供水系统中的应用变频恒压供水主要有分为：恒压变流量和变压变流量两大类。 一、变频恒压供水系统组成 系统为变频恒压的供水系统，分为冷水、热水两大供水系统，系统为1拖1的恒压供水，两台电机为互备，可选择使用1#泵或2#泵运行，KM3、 KM8为手动工频运行选择，作为变频的维修系统备用，KM2 ，KM3、 KM7，KM8为机械互锁的接触器，保证选择变频运行和工频运行的正确切换。 变频恒压供水的基本原理:以压力传感器和变频器组成闭环系统，根据系统管网的压力来调节电机的转速，实现高峰用户的水压恒定，和低峰时的变频的休眠功能，得到恒压供水和节能的目的。 二、系统硬件参数 热水系统： 电机参数： Pe=15kw Ue=380v Ie=26.8A Ne=1490rpm 变频器型号： 6SE64430-2AD31-8DA0 Pe=18.5kw Ie=38A 压力传感器： GYG2000 反馈信号4-20mA 供电+24V 量程0-0.5Mpa 冷水系统： 电机参数： Pe=22kw Ue=380v Ie=39.4A Ne=2940rpm 变频器型号： 6SE64430-2AD33-7EA0 Pe=30.5kw Ie=62A 压力传感器： GYG2000 反馈信号4-20mA 供电+24V 量程0-0.5MPa 三、PID闭环控制功能原理及调试方法 变频器的内置PID功能，利用装在水泵附近的主出水管上的压力传感器，感受到的压力转化为4-20mA电信号作为反馈信号。根据变频恒压的层高设定压力值作为给定值，变频器内置调节器作为压力调节器，调节器将来自压力传感器的压力反馈信号与出口压力给定值比较运算，其结果作为频率指令输送给变频器，调节水泵的转速使出口压保持一定。即当用水量增加，水压降低时，调节器使变
变频恒压供水系统文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
供水系统方案图 变频恒压供水系统构成及工作原理 1系统的构成 图3-1 系统原理图 如图3-1所示，整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压力变送器(反馈4～20mA电流)；变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。 从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系 统、人机界面、以及报警装置等部分组成。 (1)执行机构 执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，图中的3个水泵分为二种类型: 调速泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。 恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。 (2)信号检测 在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号:
①水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。 ②报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。 (3)控制系统 供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。 ①供水控制器:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵)进行控制。 ②变频器:它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。 ③电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。 (4)人机界面 人机界面是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面，使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。人机界面还可以对系统的运行过程进行监示，对报警进行显示。 (5)通讯接口
课 程 设 计 2015 年 6 月 21 日 题 目 恒压供水控制系统设计 学 院 物流工程学院 专 业 物流工程 班 级 物流xz1202 姓 名 尹国泰 指导教师 于蒙
课程设计任务书 学生姓名：尹国泰专业班级：物流xz1202 指导教师：于蒙工作单位：物流工程学院 题目:变频恒压供水控制系统设计 初始条件： 1)PLC型号：西门子公司S7系列，S7-300 2)编程环境：SIMATIC Manager /Step7 V5.5 3)根据控制要求分配PLC I/O地址，画出PLC与控制对象的接线图，设计控制流程，按照模块化的方式设计程序，既可以采用LAD编程，也可以采用STL编程，还可以采用组合方式编程。 4)编写的需要输入PLC，调试通过。 要求完成的主要任务: 系统控制要求对三泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是： 1)生活供水时，系统应低恒压值运行，消防供水时系统高恒压值运行； 2)三台泵根据恒压的需要，采取“先开后停”的原则接入和退出； 3)在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过3小时，则要切换到下系统“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长； 4)三台泵在起动时要有软起动功能； 5)要有完善的报警功能； 6)对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
本科生课程设计成绩评定表 指导教师签字： 2015年06 月16 日
基于S7-300-PLC控制的恒压供水系统的设计 摘要 随着经济与技术的发展，对PLC的应用不断扩大到各个领域，从生产制造到日常应用，逐渐形成了一系列以PLC为核心的系统。将PLC应用到恒压供水控制系统中，可以实现恒压供水系统的自动控制，降低整套系统的运行及维护费用，并且提高整套系统的安全性和可靠性。PLC在恒压供水控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。在此我们以PLC控制技术为核心，采用了德国西门子公司出产的SIMATIC S7-300系列的PLC，并在此基础上结合传感器技术，论述了恒压供水控制系统的软硬件设计方案及其控制原理，实现了恒压供水系统在生活供水时的低恒压运行和消防供水时的高恒压运行之间的自动转换，以及紧急情况或检修时的手动控制。通过软件的仿真运行，说明了所设计的恒压供水控制系统运行可靠，能够满足实际需要。 关键词：PLC应用；恒压供水；S7-300；运行转换
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
摘要 随着改革开放的不断深入，我国中小城市的城市建设及其经济迅猛发展，人民的生活水平不断提高；同时，城市需水量日益加大，对城市供水系统提出了更高的要求。供水的可靠性、稳定性、经济节能性直接影响到城区的建设和经济的发展，也影响到城区居民的正常工作和生活。本文根据城区供水管网改造工程设计了一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机等主要设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统，具有自动工频/变频恒压运行、可实现远程自动控制和现场手动控制等功能。论文分析了采取变频调速方式实现恒压供水相对于传统的阀门控制恒压供水方式的节能机理。通过对变频器内置PID模块参数的预置，利用远传压力表的水压反馈量，构成闭环系统，根据用水量的变化，采取PID调节方式，在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，实现恒压供水且有效节能。论文论述了采用多泵并联供水方案的合理性，分析了多泵供水方式的各种供水状态及转换条件，分析了电机由变频转工频运行方式的切换过程及存在的问题。给出了实现有效状态循环转换控制的电气设计方案和PLC控制程序设计方案。系统有效地解决了传统供水方式中存在的问题，增强了系统的可靠性。并与计算机实现了有机的结合，提升了系统的总体性能。 关键词：PLC；变频调速；恒压供水；变频工频切换 Abstract With the continuous deepening of reforming and opening up, the construction and economy of small and medium-sized cities in China have developed rapidly. People's living standards have improved constantly. The water supply system is demanded more as city water consum ption increasing. The urban construction and economic development and also people’s daily work and life are impacted directly by the reliability, stability and the economical of energy conservation of the water supply system.An autom atic conversion and voltage constant Water Supply and remote monitoring system, which consist of the PLC, the converter, the remote transition pressure gauges, the multi-pumps unit, the computer and so on. It is of automatic line-frequency /conversion function, remote and local automatic control. In this paper, the mechanism of energy