PLC恒压供水装置 电路图

基于PLC 的恒压供水系统任务设计书基于PLC的恒压供水系统任务设计书一、系统概述众所周知，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。

在此情况下，我们小组讨论并设计了该“基于PLC的恒压供水系统”。

本文根据中国城市小区的供水要求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统。

变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器等构成。

本系统包含三台水泵电机，它们组成变频循环运行方式。

采用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速，运行切换采用“先启先停”的原则。

压力传感器检测当前水压信号，送入PLC与设定值比较后进行PID运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量，最终保持管网压力稳定在设定值附近。

二、总体方案设计PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，该系统的控制流程图如图1所示：图1变频恒压供水系统控制流程图从图中可看出，系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具体为：(l) 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，其中由一台变频泵和两台工频泵构成，变频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；工频泵只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量很大（变频泵达到工频运行状态都无法满足用水要求时）的情况下投入工作。

(2) 信号检测机构：在系统控制过程中，需要检测的信号包括管网水压信号、水池水位信号和报警信号。

PLC控制的变频恒压供水系统引言本系统由三台水泵组构成生活/消防双恒压无塔供水，它们组成变频循环运行方式。

采用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速，三台水泵根据恒压需要，采用“先开先停”的原则接入和退出。

再用水量小的情况下，如果一台水泵连续运行时间超过3小时，则要切换到下一水泵，即系统具有“倒泵功能”。

压力传感器检测到当前水压信号后，送入PLC与预先设定值比较后进行PID运算，通过控制变频器的输出电压和频率，控制水泵电机的转速来改变供水量，最终保持管网压力稳定。

整个系统通过工控机与PLC的连接，通过组态软件完成对系统监控，实现运行状态动态显示及数据、报警、查询等功能。

1.变频恒压供水系统构成市网自来水通过高低水位控制器EQ控制进水阀YV1，自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，YV1打开，自动往水池注水。

水池的高/低水位信号同时送给PLC，作为高/低水位报警信号。

为保证供水的连续性，水位上下限传感器距离较短。

生活用水和消防用水通过三台水泵供水，平时电磁阀YV2断电，此时消防用水关闭，三台水泵可以根据生活用水量的多少，按照设定的控制逻辑运行，维持生活用水的低恒压。

当火灾发生时，电磁阀YV2得电，此时生活用水关闭，三台水泵供消防用水使用，维持消防用水的高恒压。

火灾结束后，三台水泵恢复生活供水（如图1所示）。

图1 恒压供水系统构成2.系统外围设备配置与继电器电器电路系统的操作设有手动控制功能，手动功能在火灾、应急或检修时临时使用。

系统主电路如图2所示，图中接触器KM1、KM2和KM5用于电动机的工频供电，接触器KM2、KM4课KM6用于电动机的变频供电。

图2 系统主电路控制电路如图3所示，图中SA为选择手动及自动运行的转换开关，位于1位时为手动，位于2位时为自动。

图中按钮SB1～SB6分别为手动启动1～3号水泵的按钮，按钮SB7和SB8为手动启停消防供水电磁阀YV2的按钮。

系统设置了各种指示灯和报警音响器件，配置了变频器启动与复位的控制继电器KA。

摘要随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。

一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性。

针对这两方面的要求，这就要求一种新的供水方式，这里采用PLC 控制的恒压供水系统。

系统实现恒压供水的主体控制设备是PLC，控制电路的合理性，程序的可靠性直接关系到整个系统的运行性能。

本系统采用西门子公司S7-200系列PLC，它体积小，执行速度快，抗干扰能力强，性能优越。

对于自动化专业的学生学习可编程控制器是必不可少的。

本设计是以恒压供水系统为控制对象，采用PLC和变频技术相结合技术，设计一套恒压供水系统。

为满足城市需水量日益加大的要求，降低供水能耗，实现全自动、可靠、稳定的供水，需要利用变频恒压供水技术对原供水系统进行自动化改造，采用PLC控制并进行远程监控、管理及故障远程报警。

通过使用基于PLC的恒压供水控制系统，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：恒压供水，PLC控制目录摘要 (I)目录 (II)1 引言...................................................................................................................................... - 1 -2 设计内容................................................................................................................................ - 2 -3 工艺分析及控制要求............................................................................................................ - 3 -3.1 工艺分析...................................................................................................................... - 3 -3.2 控制要求...................................................................................................................... - 4 -4 恒压供水控制系统及硬件设计............................................................................................ -5 -4.1网络结构设计............................................................................................................... - 5 -4.2 PLC硬件设计............................................................................................................... - 5 -4.3电气原理图................................................................................................................... - 5 -4.4 I/O地址分配................................................................................................................. - 6 -5 PLC程序设计......................................................................................................................... - 8 -6 总结...................................................................................................................................... - 10 -7 参考文献.............................................................................................................................. - 11 -1 引言传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。

PLC设计双恒压无塔供水控制系统随着我国经济建设的不断变化发展，高层建筑越来越多，供水系统稳定可靠性的要求不断提高；再加上目前淡水资源紧缺，用户对供水要求更高，利用先进的电气技术，设计出能适应不同领域的恒压供水系统已迫在眉睫。

诸暨市技工学校同样处理地理位置比较高，师生生活用水比较紧张，因此采用恒压供水技术也到关重要。

文章采用PLC控制及变频调速供水系统，由PLC进行程序控制，压力凋节由变频器控制，实现自动调节恒压供水。

标签：变频恒压供水；PID调节；PLC；触摸屏1 课题的背景与意义由于诸暨市技工学校位于諸暨市城关老鹰山脚下，地理位比较高，学生人数相对较多，一到每年的5月份～10月份，用水问题成为学校的一大难题，笔者分管后勤工作及机电系工作，多次与当地的自来水公司联系解决这一困境，但始终不能解决，水供应不足的矛盾越来越成为领导们关注的问题。

因此，笔者用自己所学的专业知识，对学校的供水问题提出了方案，同时也与学校的机电工程系老师一起，共同努力，把供水这一困境解决。

本人利用所学知识及人力资源与社会保障部在全国高技能人材广州培训中提升的知识，采用恒压供水，保持供水管网的水压稳定，让水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，用变频器为水泵电机供电，应用到这次的改进当中。

图1为恒压供水系统示意图。

图1 恒压供水系统示意图图中压力传感器用于检测管网中的水压，位置在泵站的出水口。

当用水量大时，水压降低，用水量小时，水压升高。

水压传感器将水压转变为电流或电压的送给PLC，在变频恒压供水系统中，变频器为执行设备。

2 总体设计方案恒压供水一般以中间水池作为水泵供水源，由市自来水公司供给，用高低水位浮球来控制进水阀的进水，自动把水灌满水箱，当水位低于高水位，浮球开关信号送给PLC，通过PLC打开供水管网的进水阀往水箱注水。

同时也作为高/低水位报警信号送给触摸屏报警。

生活用水和消防用水共用三台泵，通常消防出水电磁阀处于断电关闭状态。

变频恒压供水一拖二PLC 程序解析——PLC 步进指令应用实例之一一、变频恒压供水系统主电路和控制线路图：PEL3L2L1源电压指示作电流指示泵变频运行泵变频运行泵工频运行泵工频运行制电源体散热风机此系统是2000年前后，由上海博源自动化有限公司制作的（很想念他们，多年未联系了）。

主电路结构为变频一拖二形式。

控制原理简述如下： 系统由变频器、PLC 和两台水泵构成。

利用了变频器控制电路的PID 等相关功能，和PLC 配合实施变频一拖二自动恒压力供水。

具有自动/手动切换功能。

变频故障时，可切换到手动控制水泵运行。

控制过程：水路管网压力低时，变频器启动1#泵，至全速运行一段时间后，由远传压力表来的压力信号仍未到达设定值时，PLC 控制1#泵由变频切换到工运行，然后变频启动2#泵运行，据管网压力情况随机调整2#泵的转速，来达到恒压供水的目的。

当用水量变小，管网压力变高时，2#泵降为零速时，管网压力仍高，则PLC 控制停掉1#工频泵，由2#泵实施恒压供水。

至管网压力又低时，将2#泵由变频切为工频运行，变频器启动1#泵，调整1#泵的转速，维修恒压供水。

如此循环不已。

需要说明一下的是：变频器必须设置好PID 运行的相关参数，和配合PLC 控制的相关工作状态触点输出。

详细调整，参见东元M7200的说明书。

在本例中，须大致调整以下几个参数。

1、设置变频器启/停控制为外部端子运行；2、设置为自由停车方式，以避免变频/工频切换时造成对变频器输出端的冲击；3、设置PID 运行方式，压力设定值由AUX 端子进入。

反馈信号由VIN 端子进入；4、对变频器控制端子——输出端子的设置。

设定RA 、RC 为变频故障时，触点动作输出；设定R2A 、R2C 为变频零速时，触点动作输出；设定DO1、DOG 为变频器全速（频率到达）时，触点动作输出。

变频器零速信号变频器频率到达信手动/自动自动启动自动停止1#泵变频运行2#泵变频运行故障信号输入R200变频器故障信号1#泵工频故障2#泵工频故障变频器运转指令1#泵变频自动运行控制自动/手动控制1#泵工频手动运行控制2#泵变频自动运行控制2#泵工频手动运行控制1#泵变频自动运行2#泵变频自动运行1#泵变频自动运行2#泵变频自动运行1#泵工频运行指示2#泵工频运行指示故障指示上图为PLC 控制接线图。

西门子S7-200型PLC一拖三变频恒压供水电气图设计:彭作珩版权所有人:彭作珩系统控制工艺要求1.供水压力恒定,波动要小,尤其是在换泵时.2.三台泵根据压力的设定采用先开先停的原则.3.能实行自动按时轮换切换泵,防止某一台泵长时间运行而烧坏及防止某一台泵长时间不用而锈死.4.要保护和报警功能5..为了检修方便,设手动功能.6.要水池防抽空功能.7.为防止系统给变频器反送电,造成变频器烧毁,KM1与KM2,KM3与KM4,KM5与KM6必须进行机械互锁.选型1.PLC: 采用西门子S7-200型,CPU224,2.变频器:ABB/ACS400型7.5KW,3.PID:选具有压力显示的PID调节器.工作原理:1.利用变频器的两个可编程继电器输出端口,RO1和RO2进行功能设定,当变频器达到最高频率时,RO1的常开触点RO1B-RO1C闭合, 当变频器达到最低频率时,RO2的常开触点RO2B-RO2C闭合,可以作为CPU224的输入信号,判断是否进行加泵和切泵2.为了节省成本,不采用模拟模块EM235,而采用PID调节器,由于采用了PID调节器,而不用变频器内部的PID,设置变频器时将FACTORY设置成0就可以了3..变频器的运行要根据PLC输出Q1.0 (DCOMI-DI2) 是否闭合来确定,变频器的停止要根据PLC输出Q0.7 (DCOMI-DI1) 是否闭合来确定,设置变频器时将变频器的内部继电器RO1,RO2设置成频率到达就可以了PLC1.201接变频器的DCOM1.202,203接变频器的DI1,DI2.变频器的RO1的常开触点接到PLC的I0.0,RO2 变频器的RO2的常开触点接到PLC的I0.12.KA为自动/手动中间继电器, 中间继电器KA的常开触点接I0.3.3.主程序含调节程序和电机切换程序,加机程序及减机程序,4.子程序实际是清零程序,在PLC上电时,先将VD200,VD201,VD260赋值为零,作为中继的M复位.5.在主程序中T56,T57为变频器的频率上下限到达滤波时间继电器,用于稳定系统,VB200为变频泵的泵号,VB201为工频泵运行的总台数,VD260为倒泵时间存储器.版权所有人:彭作珩。

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。

目录1 绪论............................................................................ .. (3)2 恒压供水系统 (3)2.1 变频供水系统地选择 (5)3 变频恒压供水系统构成及工作原理 (7)3.1 主电路接线图 (7)3.2 系统控制电路图 (8)4 相关器件地选型及接线 (10)4.1 PLC地选型 (10)4.1.1 PLC地特点 (10)4.1.2 PLC I/O端口地说明与接线 (10)4.1.3 PLC地接线 (11)4.2 变频器地选择 (13)4.3 电动机地选型 (14)4.4 PID控制参数整定 (15)4.4.1 泵供水系统地结构 (15)4.4.2 泵供水系统各环节地传递函数 (15)4.4.3 simulink环境仿真及PID参数设定 (16)5 PLC控制及编程 (19)5.1 PLC控制 (20)5.1.1 手动控制 (20)5.1.2 自动控制 (20)参考文献 (21)致谢 (21)第1章绪论众所周知，水是生产生活中不可缺少地重要组成部分，在节水节能己成为时代特征地现实条件下，我们这个水资源和电能短缺地国家，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，水地供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求地现象，而在用水低峰期，水地供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求地情况，此时将会造成能量地浪费，同时有可能导致水管爆破和用水设备地损坏.在恒压供水技术出现以前，出现过许多供水方式.以下为传统地泵供水系统，逐一分析.(1) 一台恒速泵直接供水系统这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，有地甚至连蓄水池也没有，直接从城市公用水网中抽水，严重影响城市公用管网压力地稳定.这种供水方式，水泵整日不停运转，有地可能在夜间用水低谷时段停止运行.这种系统形式简单、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差.(2) 恒速泵+水塔地供水方式这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水.水塔地合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系统所需要压力.水塔注满后水泵停止，水塔水位低于某一位置时再启动水泵.水泵处于断续工作状态中.这种供水方式，水泵工作在额定流量额定扬程地条件下，水泵处于高效能区.这种方式显然比前种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵地开、停时间比、开/停频率等有关.(3)射流泵十水箱地供水方式这种方式是利用射流泵本身地独特结构进行工作，利用压差和来水管粗，出水管细地变径工艺来实现供水，但是由于其技术和工艺地不完善，加之该方式会出现有压无量(流量)地现象，无法满足高层供水地需要.(4) 恒速泵十高位水箱地供水方式这种方式原理与水塔是相同地，只是水箱设在建筑物地顶层.高层建筑还可分层设立水箱.占地面积与设备投资都有所减少，但这对建筑物地造价与设计都有影响，同时水箱受建筑物地限制，容积不能过大，所以供水范围较小.一些动物甚至人都可能进入水箱污染水质.水箱地水位监控装置也容易损坏，这样系统地开、停，将完全由人工操作，使系统地供水质量下降能耗增加.(5)恒速泵十气压罐供水方式这种方式是利用封闭地气压罐代替高位水箱蓄水，通过监测罐内压力来控制泵地开、停.罐地占地面积与水塔水箱供水方式相比较小，而且可以放在地上，设备地成本比水塔要低得多.而且气压罐是密封地，所以大大减少了水质因异物进入而被污染地可能性.但气压罐供水地方式也存在着许多缺点，在介绍完变频调速供水方式后，再将二者作一比较.(6)变频调速供水方式这种系统地原理是通过安装在系统中地压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比较，再通过控制器调节变频器地输出，无级调节水泵转速.使系统水压无论流量如何变化始终稳定在一定地范围内.变频调速水泵调速控制方式有三种:水泵出口恒压控制、水泵出口变压控制、给水系统最不利点恒压控制.①出口恒压控制水泵出口恒压控制是将压力传感器安装在水泵出口处，使系统在运行过程中水泵出口水压恒定.这种方式适用于管路地阻力损失在水泵扬程中所占比例较小，整个给水系统地压力可以看作是恒定地，但这种控制方式若在供水面积较大地居住区中应用时，由于管路能耗较大，在低峰用水时，最不利点地流出水头高于设计值，故水泵出口恒压控制方式不能得到最佳地节能效果.②出口变压控制这种控制方式其实是水泵出口恒压控制地特殊形式.他比水泵出口恒压控制方式能更节能，但这取决于将全天24小时分成地时段数及所需水泵出口压力计算地精确程度.所需水泵出口压力计算得越符合实际情况越节能，将全天分得越细越节能，当然控制地实现也越复杂.③最不利点恒压控制这种方式地节能效果是最佳地，但由于最不利点一般距离水泵较远，压力信号地传输在实际应用中受到诸多限制，因此工程中很少采用.由此可见，变频调速式供水系统具有节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠地优势，具有广阔地应用前景和明显地经济效益与社会效益.随着社会经济地迅速发展，水对人民生活与工业生产地影响日益加强，人民对供水地质量和供水系统可靠性地要求不断提高.把先进地自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统地新要求.由于城市供水量不断加大，对城市管网地实时监测提出了更高地要求.第2章恒压供水系统2.1 变频恒压供水控制方式地选择目前国内变频恒压供水设备电控柜地控制方式有：1．逻辑电子电路控制方式这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节，往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态地方式.因此，控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动时有冲击、抗干扰能力较弱，但其成本较低.2．单片微机电路控制方式这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时，调试较麻烦；追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便.电路地可靠性和抗干扰能力都不太好.3．带PID回路调节器或可编程序控制器(PLC)地控制方式该方式变频器地作用是为电机提供可变频率地电源.实现电机地无级调速，从而使管网水压连续变化.传感器地任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足用户需要地水压期望值.压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控后，经可编程控制器内部PID控制程序地计算，输出给变频器一个转速控制信号.还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号.由于变频器地转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出地，所以对可编程控制器来讲.既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口.由于带模拟量输入，输出接口地可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备地成本.若采用带有模拟量输入，数字量输出地可编程控制器，则要在可编程控制器地数字量输出口端另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出地数字量信号转变为模拟量.这样，可编程控制器地成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备地可靠性.如果采用一个开关量输入，输出地可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入，输出地可编程控制器差不多.所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号地产生和输出就成为降低给水设备成本地一个关键环节.4．新型变频调速供水设备针对传统地变频调速供水设备地不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品，如华为地TD2100；施耐德公司地Altivar58泵切换卡；SANKEN地SAMCO— I系列；ABB公司地ACS600、ACS400系列产品；富士公司地GIIS／PIIS系列产品；等等.这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器地功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用地新型变频器.由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量地要求和对PID算法地编程，而且PID参数地在线调试非常容易，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地PID调节器采用了优化算法，所以使水压地调节十分平滑，稳定.同时，为了保证水压反馈信号值地准确、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，使系统地调试非常简单、方便.考虑以上四种方案后，此次设计采用第四种方案.如图2.2所示..E-2图2. 2 供水系统方案图由图可知：水压传感器检测地泵出口水压与给定值比较产生偏差信号，经控制器调节后产生相应控制信号控制变频器地频率.变频器控制电机转速，使水压值位于泵供水系统给定值地允许误差范围内.第3章变频恒压供水系统地构成及工作原理3.1主电路接线图基于PLC地变频恒压供水系统主电路图如图 3.1所示：三台电机分别为M1、M2、M3，它们分别带动水泵1#、2#、3#.接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3地工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3地变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用地热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器和三台水泵电机主电路地隔离开关；FU为主电路地熔断器.本系统采用三泵循环变频运行方式，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵在工频下做恒速运行，在用水量小地情况下，如果变频泵连续运行时间超过3h，则要切换下一台水泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台水泵工作时间过长.因此在同一时间内只能有一台水泵工作在变频下，但不同时间段内三台水泵都可轮流做变频泵.图3.1恒压供水系统主电路图三相电源经低压熔断器、隔离开关接至变频器地R、S、T端，变频器地输出端U、V、W通过接触器地触点接至电机.当电机工频运行时，连接至变频器地隔离开关及变频器输出端地接触器断开，接通工频运行地接触器和隔离开关.主电路中地低压熔断器除接通电源外，同时实现短路保护，每台电动机地过载保护由相应地热继电器FR实现.变频和工频两个回路不允许同时接通.而且变频器地输出端绝对不允许直接接电源，故必须经过接触器地触点，当电动机接通工频回路时，变频回路接触器地触点必须先行断开.同样从工频转为变频时，也必须先将工频接触器断开，才允许接通变频器输出端接触器，所以KM1和KM2、KM3和KM4、KM5和KM6绝对不能同时动作，相互之间必须设计可靠地互锁.为监控电机负载运行情况，主回路地电流大小可以通过电流互感器和变送器将4~20mA电流信号送至上位机来显示.同时可以通过通过转换开关接电压表显示线电压.并通过转换开关利用同一个电压表显示不同相之间地线电压.初始运行时，必须观察电动机地转向，使之符合要求.如果转向相反，则可以改变电源地相序来获得正确地转向.系统启动、运行和停止地操作不能直接断开主电路(如直接使熔断器或隔离开关断开)，而必须通过变频器实现软启动和软停.为提高变频器地功率因数，必须接电抗器.当采用手动控制时，必须采用自耦变压器降压启动或软启动地方式以降低电流，本系统采用软启动器.3.2 系统控制电路图恒压供水系统中要有摸拟量地输入输出，所以要选模拟量扩展模块，根据要求选择；三菱FX0N-3A型号地PLC，它体积小，执行速度快，抗干扰能力强，性能优越.PLC主要是用于实现变频恒压供水系统地自动控制，要完成以下功能：自动控制三台水泵地投入运行；能在三台水泵之间实现变频泵地切换；三台水泵在启动时要有软启动功能；对水泵地操作要有手动/自动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用；系统要有完善地报警功能并能显示运行状况.如图3.2为电控系统控制电路图.图中SA为手动/自动转换开关，SA打在1地位置为手动控制状态；打在2地状态为自动控制状态.手动运行时，可用按钮SB1~SB6控制三台水泵地启/停；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行.图中地HL10为自动运行状态电源指示灯.对变频器频率进行复位是只提供一个干触发点信号，本系统通过一个中间继电器KA地触点对变频器进行复频控制.图中地Y0-Y5及Y11-Y15为PLC地输出继电器触点.图 3.2 系统控制电路图第4章相关器件地选型及接线4.1 PLC地选型三菱FX0N-3A型4.1.1 PLC地特点归纳可编程控制器主要有以下几方面地优点：1）编程方法简单易学2）功能强，性能价格比高3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强5）系统地设计、安装、调试工作量少6）维修工作量小，维修方便 7）体积小，能耗低.4.1．2 PLC I/O端口说明与接线(1) 由于白天和夜间小区用水量明显不同，本设计采用白天供水和夜间供水两种模式，两种模式下设定地给定水压值不同.白天，小区地用水量大，系统高恒压值运行；夜间，小区用水量小，系统低恒压值运行.(2) 在用水量小地情况下，如果一台水泵连续运行时间超过3h，则要切换下一台水泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台水泵工作时间过长.倒泵只用于系统只有一台变频泵长时间工作地情况下.(3) 考虑节能和水泵寿命地因素，各水泵切换遵循先启先停、先停先启原则.(4) 三台水泵在启动时要有软启动功能，对水泵地操作要有手动/自动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用.(5) 系统要有完善地报警功能.根据以上控制要求统计控制系统中地三菱FX0N-3A型号地PLC地输入输出信号地名称、功能及地址编号如表4.1所示.表4.1 输入输出点代码及地址编号OUT PLC扩展模块输出OUT结合系统控制电路图4.2和PLC地I/O端口分配表4.1，画出PLC及扩展模块地外围接线图，如下图4.2所示：图4.2 PLC及扩展模块外围接线图本变频恒压供水系统有五个输入量，其中包括4个数字量和1个模拟量.压力变送器将测得地管网压力输入PLC地扩展模块FX2N_3A地模拟量输入端口作为模拟量输入；开关SA1用来控制白天/夜间两种模式之间地切换，它作为开关量输入I0.0；液位变送器把测得地水池水位转换成标准电信号后送入窗口比较器，在窗口比较器中设定水池水位地上下限，当超出上下限时，窗口比较其输出高电平1，送入I0.1；变频器地故障输出端与PLC 地I0.2相连，作为变频器故障报警信号；开关SB7与I0.3相连作为试灯信号，用于手动检测各指示灯是否正常工作.本变频恒压供水系统有11个数字量输出信号和1个模拟量输出信号.Y1~Y5分别输出三台水泵电机地工频/变频运行信号；Y11输出水位超限报警信号；Y12输出变频器故障报警信号；Y13输出白天模式运行信号；Y14输出报警电铃信号；Y15输出变频器复位控制信号；AQW0输出地模拟信号用于控制变频器地输出频率.图3.4 只是简单地表明PLC及扩展模块地外围接线情况，并不是严格意义上地外围接线情况.它忽略了以下因素：(1) 直流电源地容量；(2) 电源方面地抗干扰措施；(3) 输出方面地保护措施；(4) 系统地保护措施4.2 变频器地选型通常由变频器主电路（IGBT、BJT、或GTO作逆变元件）给异步电动机提供调压调频电源.此电源输出地电压或电流及频率，由控制回路地控制指令进行控制.而控制指令则根据外部地运转指令进行运算获得.对于需要更精密速度或快速响应地场合，运算还应包含由变频器主电路和传动系统检测出来地信号和保护电路信号，即防止因变频器主电路地过电压、过电流引起地损失外，还应保护异步电动机及传动系统等.根据系统要求选用三菱FR-A540-55K型号变频器,功率为55KW.图4. 3变频器控制特性表格4.3电动机地选型.水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为： n=60f/p （1-s）式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率.从上式可知，三相异步电动机地调速方法有：改变电源频率；改变电机极对数；改变转差率.改变电机极对数调速地调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要使用专门地变极电机有级调速，而且级差比较大，即在变速时转速变化率、转矩变化也大，因此此类调速只适用于特定转速地生产机器.根据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机地转速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地转速.但是，单一地调节电源频率，将导致电机运行性能恶化. 所选电动机与其参数如下：4.4 PID控制参数整定在供水系统地设计中，选用了含PID调节地PLC来实现闭环控制保证供水系统中地压力恒定.在连续控制系统中，常采用Proportional(比例)、Integral(积分)、Derivative(微分)控制方式，称之为PID控制.PID控制是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛地控制方式.具有理论成熟，算法简单，控制效果好，易于为人们熟悉和掌握等优点.本系统是一个单闭环系统，结构框图如图4.4所示.图4.4 恒压供水系统结构框图4.4.1泵供水系统地结构泵供水系统地基本结构如图2..2所示.水压传感器检测地泵出口水压与给定值比较产生偏差信号，经控制器调节后产生相应控制信号控制变频器地频率.变频器控制电机转速，使水压值位于泵供水系统给定值地允许误差范围内.4.4.2泵供水系统各环节地传递函数1.变频器地传递函数在工程实践中可设定为一个小惯性环节[5]，变频器环节可用以下传递函数描述[5].式中：ω1为变频器输出角频率；U为变频器地输入电压；ω1(s)，U(s)分别为ω1，U地拉普拉斯变换； s为复变量；T为常数，一般为几十至几百；k为比例系数，k =ω1/U.2.异步电机地传递函数可以描述为[6]式中ω为转子角速度；ω(s)为ω地拉普拉斯变换；Td为常数，其中式中i为极对数；J为转动惯量；U10，ω10分别为定子电源地电压和角频率在静态工作点上地值；R2为折算到定子侧地转子电阻值；D为摩擦系数；Km为常数.3.水泵管道环节用下列传递函数描述[6]式中p为水压；p(s)，ω(s)分别为p，ω地拉普拉斯变换；Tb为表征水流惯性地时间常数；Kb为常数；Kg为表征水流“反调节”作用地微分系数.4.4.3Simulink环境仿真及PID参数设置用simulink创建系统模型并对系统线性化模型进行仿真，在Simulink环境下改变PID 参数，通过仿真观察输出响应确定PID参数值.增加比例控制器地比例系数可以减小系统稳态误差，提高精度，但系统相对稳定性降低。

基于plc的恒压供水系统的设计（恒压供水系统的原理及电气控制要求。

Plc在机电系统中的应用和工作原理.西门子变频器的工作原理MM440。

Plc编程原理及程序设计方法。

电器原理图，接线图。

)一．恒压供水系统的原理1．系统介绍生产生活中的用水量常随时间而变化，季节、昼夜相差很大.用水和供水的不平衡集中体砚在水压上，用水多而供水少则水压低,用水少而供水多则水压高。

以前大多采用传统的水塔、高位水箱或气压罐式增压设备容易造成二次污染，同时也增大了水泵的轴功率和能量损耗.随着电力电子技术的发展变频调速技术广泛应用于送水泵站、加压站、工业给水、小区和高楼供水等供水等领域。

相对于传统的技术而言，它具有节能效益明显、保护功能完善、控制灵活方便等优点。

恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC)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.系统的控制目标是总管的出水压力及系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较,其差值输入CPU运算处理后,发出控制指令,控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速,从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。

恒压供水系统由PLC控制器,变频器,触摸屏显示器，压力变送器，水位变送器，软启动器，水泵电机组，电机保护装置以及其他电控设备等构成，如图1所示。

图1 恒压供水系统示意图2．系统构成系统采用了S7—200型PLC (14个输人点，10个输出点)、MM440型变频器、压力传感器及其他控制设备.系统构成如图2所示。

图2 系统构成图压力传感器将用户管网水压信号变成电信号（4一20mA），送给变频器内部PID控制器，PID控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号控制水泵电动机的电压和频率.当用水量较少时,1＃泵在变频器控制下变频运行。