西门子S7-200PLC+变频一拖三恒压供水全套工艺图

本科生毕业设计（论文）题目：基于S7-200的变频恒压供水系统学生姓名：张辉系别：信息与计算科学系专业年级：2008级自动化一班指导教师：张明海2012年 6 月 20 日摘要由于传统供水方式的缺陷，本文设计了一套S7-200PLC控制的变频调速恒压供水系统。

恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。

系统由可编程控制器、变频器、水泵电机组、远传压力表等构成。

共三台电机，其中由一台变频器拖动2台大功率电动机的起动、运行与调速，1台小容量电机备用。

控制系统中采用德国SIMENS公司的S7-200可编程控制器来控制水泵电机的投入台数及运行方式；同时利用其中的数字PID控制器，由SFB41将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，实现管网压力的自动调节，使管网压力稳定在设定值附近。

关键字：S7-200;PLC;恒压供水;变频器AbstractBecause the flaw of the tradition water supply system, I designed a PLC control of the Frequency Control Water Supply System.Constant pressure water-supply means that the water supply networks in the event of changeable water consumption, but the exports still remain the same pressure. The component of this system includes the PLC, Drives, pump motor group, and the pressure sensor. This design uses one transducer drivers 2 Motors starting, running and speed control. Another small capacity motor is used to be reserved. The control system used S7-200 programmable controller which be made in Germany SIMENS corporation. Through the PID controllers, pressure will be given the fixed value and processing error of the measurement by SFB41. Using the controllers to control the voltage and frequency of the frequency converter in real-time and then change the pump motor Speed to change the pump outlet flow, the pressure on the pipe network to achieve automatic adjustment so that the pressure pipeline network settings stability in the vicinity.Key words:S7-200;PLC; constant pressure water-supply ; variable frequency speed-regulating目录前言第一章1.2 课题研究的目的和意义 11.3 国内外在该方向的研究现状及分析 11.3.1 变频恒压供水系统的国内外研究现状 11.3.2 可编程序控制器技术国内外发展现状 21.4 主要研究内容 3第二章变频调速恒压供水系统简述2.1 供水系统概述 52.2 供水系统的主要特性 52.2.1 供水系统的主要参数 52.2.2 供水系统的特性与工作点 62.3变频调速的原理及节能原理 72.3.1 变频调速的原理 72.3.2 变频调速运行的节能原理 8 2.3.3 转速控制法节能的3个方面 9 2.4 恒压供水的特点 102.5 本章小结 10第三章恒压供水系统部件选择3.1 系统概述 113.2 S7-300系列PLC简介 113.3 S7-200 的工作方式 113.3.1 S7-200的工作过程 113.3.3 S7-200 CPU 22X 的输入/输出接口 123.3.4 I/O点数扩展和编址 133.3.5 S7-200系列PLC数据存储区及元件功能 133.4变频器的介绍 133.4.1 变频器的基本结构 133.4.2 变频器的工作原理 133.4.3 选择变频器规格 15 3.5 变频器与PLC的连接 173.5.1 开关指令信号的输入 193.5.2 数字信号的输入 193.6 传感器 20第四章恒压供水电控系统设计4.1 变频恒压供水系统的构成及工作原理 214.1.1 变频恒压供水系统控制方案的设计与选择 214.1.2 恒压供水系统构成 224.2 系统设计 234.2.1 系统主电路的设计 234.2.2 PLC控制电路设计 254.2.3 控制系统主程序设计 264.3 PID控制在变频调速恒压供水系统中的应用 284.3.1 PID控制器 284.3.2 PID控制器的应用 29总结 30随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。

西门子S7-200的GPRS恒压供水系统恒压供水在民用、工业领域中应用广泛，但使用老式控制系统难以得到良好的压力控制、难以对远方多个水源选择性控制，并且人机交互能力也比较差，从而管理难度大，操作复杂，造成人力物力浪费。

基于“集中管理，分散控制”的模式，数字化、信息化环保工程的思想，我公司开发了这套基于GPRS的恒压供水控制系统，并着眼于“管控一体化”信息系统的建设，建立一个先进、可靠、高效、安全且便于进一步扩充的集过程控制、监视、无线控制和计算机控制于一体并且具备良好开放性的监控系统，完成对整个工艺过程及全部生产设备的监测与自动控制，实现“现场无人值守，少人值班，智能调节”的目标。

1、系统构成设计的时候，在确保先进、可靠、开放、安全的前提下，始终坚持控制成本的原则。

本套系统自动化程度高，人机交互能力强。

我公司采用的无线通讯系统组成见图1（系统结构图），硬件主要由以下5部分组成：A、1台主站可编程控制器CPU226 + EM223 + EM222，一台MM430变频器；B、3台从站可编程控制器CPU222 + EM231（1块四路模拟量输人模块）；C、4套GPRS DTU通讯模块 + 4张移动SIM卡；D、1台工业计算机（上位机） + 1套“StoneView”组态软件；E、2面主站操作显示屏+1面主站控制柜+3面从站控制柜。

我公司选择了西门子S7-200系列PLC控制器CPU226和CPU222。

CPU226自身带两个可定义通讯口、24DI／16DO，可扩展7个模块；CPU222带1个可定义通讯口、8DI／6DO，可扩展2个模块(详细内容参见S7—200 编程手册)。

工控机使用PPI协议与主站CPU226 通讯，主站CPU226与从站CPU222采用modbus 协议通过GPRS DTU无线终端进行实时通讯。

图1 系统结构图GPRS恒压供水系统在功能上由三部分组成：调度主站及HMI管理部分、GPRS数据传输部分、远程水源从站部分。

恒压供水一拖三控制系统操作说明书一、自动运行模式自动运行为循环启动模式。

系统开始工作时，进入自动运行，先由变频器启动设定的泵号n 运行，当压力处于压力下限时，延时T1（增泵延时）则停止n 号泵变频，延时T2（固定时间）将n 号泵切换成工频运行，接着延时T3（切换延时）变频器启动n+1 号泵，供水系统处于“1工 1 变”的运行状态。

当压力仍处于压力下限时，延时T1（增泵延时）则停止n+1 号泵变频，延时T2（变转工延时）将n+1 号泵切换成工频运行，接着延时T3（切换延时）变频器启动n+2号泵，使供水系统处于“2 工1 变”的运行状态。

当压力仍处于压力下限时，延时T1（增泵延时）则停止n+2 号泵变频，延时T2（变转工延时）将n+2 号泵切换成工频运行，使供水系统处于“3 工”的运行状态。

如变频器的工作频率已经降到频率下限（端子输入和通讯同时有效）时，则延时T4（减泵延时）切除n 号泵工频，使供水系统处于“2 工1变”的运行状态。

如变频器的工作频率已经降到频率下限（端子输入和通讯同时有效）时，则延时T4（减泵延时）切除n+1号泵工频，使供水系统处于“1 工1 变”的运行状态。

如变频器的工作频率已经降到频率下限（端子输入和通讯同时有效）时，则延时T4（减泵延时）切除n+2号泵工频，使供水系统处于“1 变”的运行状态。

此时只有变频器直接带动一台泵变频运行，使供水管网的压力保持恒定。

以上过程周期循环。

触摸屏具体操作步骤如下：1、开机，系统运行初始界面如图1所示。

鼠标左键单击“启动按钮”，进入如图2所示界面。

启动按钮图1 开机界面2、鼠标左键单击“自动启动”按钮系统进入自动运行状态，运行界面如图3所示。

自动启动图2 全自动恒压供水流程图3、鼠标左键单击“设置”按钮弹出如图4所示的参数设置密码输入提示窗口，只有知道密码的专业人员才可进入参数设置窗口。

设置按钮图3全自动恒压供水自动运行界面4、知道密码的专业人员可鼠标左键在“****”上方单击，弹出如图5所示的密码输入窗口。

采用plc控制的变频器一拖三恒压供水技术方案采用PLC控制的变频器一拖三恒压供水技术方案1. 系统控制要求;1.1 实现变频器一拖三控制并可手动/自动切换;1.2自动状态运行时系统启动一台泵后，当压力无法达到设定压力时，系统自动启动第二台泵，当压力还是无法达到设定压力时，系统自动启动第三台泵;当出口压力高于设定压力时应尽快切除掉一台泵………或两台泵，直到满足设定压力为止。

1.3手动状态时，要求手动启/停每一台泵，用于检修及应急;1.4 低液位时，停所有泵并声音及指示灯报警;1.5 管网压力如果大于设定值上限，所有泵停，直至压力下降然后按设定重新逐一启动水泵。

1.6 三台泵均具备软启动功能。

电气原理图:2. 设备选型:2.1 PLC系统选型:选用台湾亚瑞电子(南京)有限公司生产的SR-22MRD 可编程控制器。

该控制器具备14点DC输入，8点模拟量输入端口，模拟量输入端口为DC0—10V(精度为0.1V);8点继电器输出(负载能力为:感性负载2A，非感性负载10A)。

2.2 压力变送器的选择:可选择三线制电压型压力变送器，带LCD数显表头。

压力范围在10Kpa-60Mpa。

2.3 液位开关选用供液电极型液位开关。

2.4 变频器:风机水泵型变频器。

3.电气控制原理及PLC程序说明:3.1 电气控制原理图如图。

3台水泵电机为 M1,M2,M3。

KM1,KM3,KM5分别控制三台泵工频运行;KM2,KM4,KM6分别控制三台泵变频运行。

电路设计为互锁功能。

每台泵均有热继电器作电机过载保护。

QF1-4分别为变频器、泵主回路隔离开关。

QF5为PLC及控制回路提供电源。

SA为手动/自动切换旋纽，打到1位置启动PLC 按设计程序自动运行;打到2位置为手动启动单台泵运行，用于检修、紧急状态下使用。

HL3-HL8为运行状态指示。

HL2为水箱位置报警指示。

3.2 PLC I/0地址及功能如图3.3 程序文字简介:SA旋钮置于自动位置，PLC运行准备。

“一拖三”变频改造方案实现厂区恒压供水摘要针对原供水系统存在的问题，对生产区循环加压泵供水系统进行了变频技术改造，以降低成本，提高供水质量及工作效率。

关键字变频器；水泵；恒压供水；改造1 概述中铝青海分公司供水加压泵站由一、二期泵站构成，共计有加压泵10 台套，一、二期各5 台套，每年供水600多万t。

正常情况下，两个独立控制的泵站的水泵均为三用两备运行状态。

1.1 设备现状一期泵站1986年投产，已连续运行20年。

5台水泵型号为150S78A，流量为144 m3/h，扬程为62 m，配用电机型号为JO2-82-2，功率为40 kW；二期泵站1990年8 月投产，已连续运行16 年。

5 台水泵型号为6SH-6A，流为量180 m3/h，扬程为55 m，配用电机型号为JO2-82-2，功率为45 kW。

1.2 存在问题1）水泵运行年限较长，设备严重老化，故障率高。

由于没有相应的备品备件供应，所以维修困难。

已影响平稳供水，对分公司安全生产构成威胁。

2）JO2 系列电机是非节能产品，是属国家明令淘汰的电机产品。

3）由于用水量不稳定，水压忽高忽低，水压高时易使供水管网破裂，水压低时不能满足生产生活需要。

所以必须及时调整水泵水压，但由于水泵控制分散在两个控制室，造成水泵水压调整不便。

4）由于是两个泵站，所以必须有两组人员看守、操作泵站，存在人力浪费现象。

2 改造方案在基本保持原有加压泵站的功能和出力大小的情况下，将原有的10台套水泵对应更换为ISO系列，流量为150耀180 m3/h，扬程为62 m的新水泵，安装位置与旧水泵对应。

配用电机型号为Y系列2 极，功率为45 kW。

废弃原有水泵的控制系统，对10 台新水泵实施集中控制。

对其中7 台水泵实施工频控制；对剩余的3 台水泵实施“一拖三”的变频控制，实现水压的自动控制调节。

正常情况下，要求以工频控制的水泵运行4 台，备用3台；如果厂区用水量有大幅度的变化，可多开或少开工频控制的水泵，但不管那种情况，都同时投运已实施“一拖三”的变频控制水泵系统，并尽可能使3台变频控制的水泵保持在一工频运行、一变频运行、一备用的状态，以达到自动调节管网的水压，实现恒压供水的目的。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章绪论1.1变频调速恒压供水的目的和研究意义随着我国城乡建设的迅速发展,水、电供应不足的矛盾越来越成为人们关注的问题。

例如,人们日常生活中的用水量越来越大,一天中的用水量的波动也越来越大。

以往的供水系统中,水泵的选取往往是按最大供水量来确定,而实际的用水量在不断变化。

高峰用水时间较短,这样水泵在很长一段时间内有较大余量,不仅水泵效率低,供水压力不稳,而且造成大量电力、水资源的浪费;并且以往依靠手动操作控制泵的启动、停止,也已不能满足要求。

在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成城市公用管网水压浮动较大。

由于每天不同时段用水对供水的水位要求变化较大，仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。

这种情况造成用水高峰期时水位达不到要求,供水压力不足，用水低峰期时供水水位超标,压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患（例如压力过高容易造成爆管事故）。

这里,介绍一种基于S7-200的变频控制的恒压供水控制系统,它既能解决人工操作的繁杂劳动和精神压力,又能节约能源本控制系统将PLC、变频器、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，发挥各自优势，并设计了配套的界面美观、操作方便的自动控制系统，使得系统调试和使用都十分方便，而且大大简化了水厂在管理、数据统计和分析等方面的工作量。

实践证明，本系统不仅满足了生产的需要，提高了整个水厂的整体管理水平，而且仅节约用电一项就为水厂创造了巨大的经济效益，并且保障了用户的用水要求。

由于中小型自来水厂的自动化技术改造在我国有着广泛的前景，本控制系统具有较大的发展潜力和使用价值。

1.2变频调速技术的特点及应用作为高性能的调速传动，直流发电机－电动机调速控制方法长期以来一直应用广泛。

但是直流电动机由于换向器和电刷维护保养很麻烦，价格也相当昂贵。

使异步电机实现性能好的调速一直是人们的理想。

基于S7—200PLC的恒压供水控制系统的设计作者：马爱迪何宝泉来源：《中国科技博览》2013年第19期[摘要]：用PLC与变频器控制的恒压供水系统，采用PLC 进行逻辑控制，变频器进行压力调节。

PLC 与变频器作为系统控制的核心部件，时刻跟踪管内压力与给定压力的偏差变化，经PLC内部PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，自动控制水泵投入的台数和电机转速，实现闭环自动调节恒压变量供水，在保持恒压下，达到控制流量的目的。

[关键词]：PLC 恒压供水变频调速1.引言近几年最为常用的变频恒压供水系统能根据压力变化情况及时调整电机转速，将供水压力控制在一定范围之内，既满足了变化的用水需求，也起到了节能降耗的目的。

基于PLC和变频器的恒压供水系统以其环保、节能和高品质等特点，广泛应用于厂矿建筑及生活建筑中、消防供水中。

变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，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，以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。

变频恒压供水系统能适用生活用水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求。

2.恒压供水系统组成及工作原理恒压供水是指用户端不管用水量大小，总保持管网中水压基本恒定，这样既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。

为实现上述目标，需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号，调节水泵转速，从而达到控制管网中水压恒定的目的。

该系统主要由1个电磁阀、1个水位控制器、2台水泵、1台变频器、一台PLC及压力传感器、等组成。

水位控制器用于检测水池的水位，在储水池中只要水位低于高水位，则通过电磁阀YV自动往水池注水，水池水满时电磁阀关闭。

当水池水满时允许启动水泵抽水，压力传感器用于检测用户管网的压力。

PLC 控制各台电机的运行状态（如工频运行、变频运行、停止），从而控制水泵的运行台数和运行速度，进而控制供水的流量。

城市恒压供水系统一、前言1、供水系统概述城市规模的不断扩大，高层建筑的不断增长，对于高层的用户来说，在白天或者用水高峰时供水系统的电动机负荷最大，常常需要满负荷或超负荷运行，而在晚上或休闲是,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。

所以需要根据不同的需求条件来调节电动机的转速以实现恒压供水。

在供水系统中，当用水量需要变化时，传统的调节方法是通过人工改变阀门的开度来调整, 但是此类方法无法对供水管道内的压力和水位变化做出及时、恰当的反应，往往会造成用水高峰期时供水压力不足，用水低峰期时供水压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患（例如压力过高容易造成爆管事故）。

因此无法满足城市供水系统的要求。

采用变频调速的供水系统可以有效解决以上的问题。

根据用水量的大小，控制水泵的转速，即用水量增大时，调高变频，使水泵转速升高，增加供水量。

当用水量超过一台水泵的供水量时启动新的水泵以增加供水量，当用水量减少时，使水泵转速降低或减少投入运行的水泵数量，减少供水量。

2、供水系统功能城市供水系统的主要功能是在用水量不断变化的情况下，维持管内的压力在一定范围内,既能满足用水的需求,又能最大程度节约能源,延长设备寿命。

变频供水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，为实现城市供水系统简单、高效、低能耗的功能，并且实现自动化的控制过程，采用PLC作为核心控制器是个较好的方案。

（完整word版）plc变频器控制恒压供水系统PLC具有体积小、设计周期短、数据处理和通信方便、易于维护和操作、明显降低成本等优点，可满足城市供水系统的控制要求.除此以外，PLC作为城市供水控制系统使设计过程变得更加简单，可实现的功能变得更多。

由于PLC的CPU强大的网络通信能力，是城市供水系统的数据传输与通信变得可能,并且也可以实现其远程监控.利用「1。

无锡科技职业学院毕业设计（论文）设计题目S7-200PLC的恒压供水系统学生姓名薛松＿＿系别机电工程系专业电气自动化技术班级电气0702指导教师张如萍摘要恒压供水系统是以PLC控制技术为核心，变频器技术为基础，PLC 将压力的设定值和测量值比较，经PID运算后得到的信号送到变频器中，，控制变频器。

通过变频器对频率的调节来完成对抽水泵转速的调节，实现恒压供水的目的。

这样，既可满足用户的需求，又不会使点击空转，造成电能的浪费。

关键词：PLC、变频器、PID运算第一章第二章第三章第四章第五章第一章引言1.1、课题的背景和意义日常的生活用水经常随时间而变化的，因季节、昼夜相差很大，因此用水和供水的不平衡集中表现在水压上，即用水多而供水少则水压低，用水少而供水多则水压高。

保持供水压力可以保持供、用水的平衡。

以往采用水箱和水塔或气罐加压方法，往往容易造成水的二次污染、造成水质不好。

由于电力电子技术的发展，变频调速技术在自动恒压供水方面获得了广泛的应用。

该系统是集传感器技术、PLC、变频器技术，自动控制原理等学科为一体的综合应用系统。

1.2、PLC的研究现状当今PLC的发展相当迅速，产品更新换代周期为3年左右，其结构不断改进、功能日益增强、性能价格比越来越高。

目前全世界PLC制造商有200多家，产品有400多个系列。

按地域影响力可以分为三大派，即欧洲产品以西门子（SIEMENS）PLC为代表；美国产品以A-B （Allen-Bradley）PLC为代表；日本产品以欧姆龙（OMRON）和三菱FX系列PLC为代表。

它们在我国均得到了广泛使用。

在我国设备技术改造和国产设备生产中大多使用上述公司的PLC。

1.3、变频器的研究现状变频器是运动控制系统中的功率变换器。

当今的运动控制系统包含多种学科的技术领域，总的发展趋势：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。

因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。

1 引言随着电力电子及自动控制技术的快速发展，变频调速技术日益成熟，并以其优越的调速性能和强大的控制功能在各个领域得到了广泛的应用。

利用变频调速技术的恒压供水设备因为其高品质的供水质量、稳定的工作性能以及节约能源等优点，目前已经在供水行业得到了普遍的应用。

西门子mm430是一款专门为风机和水泵设计的变频器，具有丰富的软件设置参数，可以扩展实现多种功能，能够适应各种复杂工况下的需要。

通过对mm430的pid参数设定，可以在不增加任何外在设备的条件下，实现供水压力的恒定，提高供水质量，同时减少能量损耗。

以往的恒压供水设备，往往采用带有模入/模出的可编程控制器或pid调节器，pid算法编程难度大，设备成本高，调试困难。

mm430系列变频器内置的pid功能，可以进行精确的pid控制，不仅节省了安装调试时间，还有效的降低了设备成本，是进行此类控制的首选。

威英智通公司是专门从事节电技术研究、节电产品开发的技术型公司。

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2 pid调节的原理恒压供水的最终目标就是要使末端压力稳定在一个压力点上，由于用水量是不定时变化的，这就要求供水量要实时跟随用水量变化，并对此做出快速响应，普通的开环控制无法满足这一要求，必须采用一种快速响应的闭环控制方法来实现。

pid调节是实现这种要求的最好方法。

pid控制是比例、积分、微分控制的简称，因为其控制的稳定性好，结构简单，参数调整方便，在工程控制中广泛应用。

pid调节是根据反馈值与设定值之间的差异，按照预先设定好的比例、积分、微分参数，自动计算输出一个最合适的值来驱动系统工作，从而减少这个差异，直至反馈值与设定值相同，误差为零，也就是使负载最终稳定在一个工作点上，它是一个自动跟踪的闭环控制系统。