变频恒压供水系统

基于plc的变频恒压供水系统摘要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，设计出一种在这三个方面都有所提高的PLC控制的恒压供水系统。

恒压变频供水系统是当今应用最广泛的节能型供水系统。

本文通过对供水系统运行特征及工作状态的分析，阐述了系统的节能原理，介绍了系统的基本构成及特点。

并从实际出发，通过对PLC，变频器，离心水泵等原理的介绍，阐述了整个系统实现的理论基础，通过具体编制PLC程序，实现了控制要求，较好的满足了工艺要求。

本文所做的研究对同类系统的研究和再开发具有一定的参考价值。

关键词：变频调速；节能； PLC控制目录1.恒压供水原理及工艺 (1)1.1 任务 (1)1.2 工艺要求 (1)1.3 系统的组成和基本工作原理 (1)2 PLC概述 (3)2.1 PLC组成 (3)2.1.1 PLC的输入 (3)2.1.2 PLC的输出 (3)2.1.3 PLC的控制机制 (3)3 系统硬件设计 (6)3.1 恒压供水系统的基本构成 (8)3.2 系统控制要求 (10)3.3 控制系统的I/O点及地址分配 (10)3.4 系统选型 (12)3.5 PLC模拟量模拟量控制单元的配置以及应用 (12)3.5.1 EM235模拟量工作单元性能指标 (13)3.5.2 校准及配置 (14)3.5.3 EM235的安装使用 (14)3.5.4 EM235工作程序编制 (15)3.5.5 电气控制系统原理图 (16)4．系统程序设计 (19)4.1 由“恒压“要求出发的工作泵组数量控制管理 (19)4.2多泵组泵站泵组管理规范 (19)4.3 程序的结果以及程序功能的实现 (19)参考文献 (34)致谢 (35)1.恒压供水原理及工艺1.1任务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的障碍；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在发生火灾时能可靠供水。

针对这两方面的要求，新的供水方式和控制系统应运而生，这就是PLC控制的恒压无塔供水系统。

恒压无塔供水系统包括生活用水的恒压控制和消防用水的恒压控制——即双恒压系统。

恒压供水保证了供水的质量，以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。

1.2 工艺要求对三泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：（1）生活供水时，系统应底恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行。

（2）三台泵根据恒压的需要，采用“先开先停”的原则介入和退出。

（3）在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行的时间超过3H，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长。

（4）三台泵在启动时要有软启动功能。

1.3 系统的组成和基本工作原理以一个三泵生活/消防双恒压无塔供水系统为例来说明其工艺过程，市网来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀TV1，它们自动把水注满储水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。

水池的高/低水位信号也直接送给PLC，作为低水位报警用。

为了保障供水的持续性，水位上下限传感器高低距离不是相差很大。

生活用水和消防用水共用三台泵，平时电磁阀YV2处于失电状态，关闭消防管网，三台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，使生活用水的恒压状态（生活用水底恒压值）下进行；当有火灾发生时，电磁阀YV2得电，关闭生活用水管网，三台泵共消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态（消防用水高恒压值）下进行。

火灾结束后三台泵再改为生活供水使用。

2 PLC概述2.1 PLC组成2.1.1 PLC的输入通过对继电器控制特点的介绍和最初通用汽车公司提出的要求分析。

PLC要想取代继电器控制，首先要解决外部设备的直接输入问题。

由于当时主要集中在开关量控制，也就是开关量（触点的开闭状态）如何直接接入PLC并被PLC所识别，对此就需要解决以下几个问题：有源接入，无源接入，绝缘问题，隔离问题和互相干扰问题。

PLC就是一个计算机控制系统，在其发展过程，人们曾将计算机直接用于工业控制，但是由于以下两大问题没有解决好而难以发展：一是I/O （输入/输出）问题，计算机不能直接和工业现场设备连接现在了应用；二是计算机的I/O功能，开关逻辑处理不够丰富和强大。

现在的PLC成功的解决了这两个方面的问题，可以让PLC和外部设备直接进行物理的连接。

计算机的内部提供了丰富的从位逻辑到双字运算的强大的运算功能，使其能够完成复杂的控制功能，这也是PLC能够迅速发展的原因。

2.1.2 PLC的输出输出问题主要是接点的驱动能力问题，或者说是带负载能力和输出方式的问题。

输出动作次数的限制，是保证PLC的输出接点能否驱动接触器、电磁阀这样的控制执行元器件的问题至少要能直接驱动中间继电器。

现在的PLC产品已经完全有能力驱动这些元器件,并提供了多种输出方式且动作次数可保证万次无故障的产品。

2.1.3 PLC的控制机制PLC已经完全取代继电器控制系统。

只要对其控制机制有了准确的理解，才能对其持续的开发并创造性的使用它。

I/O电路已经保证了PLC与现场设备的直接连接，并在内部寄存器存储了这些状态。

但是，为了取代继电器的控制，更重要的是如何组织和使用这些开关量，从而达到软件程序代替硬件连线的目的。

在这里通过对继电器的控制的电路的特点的介绍，已经知道继电器控制电路的特点在于各个控制单元是否动作是由其接点条件控制的，并不受其前后位置的影响。

同一时刻，可有多个不同的控制单元继电器的动作（翻转），控制的结果、逻辑动作顺序也是由接点条件来控制的。

这于计算机顺序执行的工作的特点是矛盾的。

主要体现在：一是乱序，只要条件满足就执行；而另一个是顺序执行。

PLC 充分利用了计算机存储程序的思想和高速的特点，采用了控制系统中的离散控制方式，使它的控制能够完全代替继电器的控制。

具体的说就是将连续的控制用离散的控制代替，如下式：Y(n)=f(x(n-1),y(n-1))式中，Y（n）为某一时间段的输出值；Y（n-1）为上一时间段的输出值；X（n-1）为上一时间段某一时刻的输入值；F为他们应满足的控制关系。

即某一时间段的输出完全取决于上一时间某一时刻的输入和上一时间段的输出。

至于上一时间段的输出，在参加计算的时候，只是存储在映像寄存器中的输出结果，执行运算过程中并不修改端子的输出值。

真实的输出已表现在端子的接点上，并要保持一个时间段，也就是采取集中输出的方式，在计算的过程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不会对先阶段的输出产生影响。

这样只要时间段足够短，并且PLC周而复始的运行着就完全可以模仿继电器的控制并且取代它。

由于采用集中I/O的思想，其I/O状态存储在寄存器中，可以充分发挥计算机的强大逻辑家能力，以完成更复杂的控制功能。

如图1所示，PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。

其完成控制的实质是按一定算法进行I/O变换，并将这个变换物理实现，应用与工业现场。

（1）输入寄存器输入寄存器可按为进行寻址，每一为对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由相互如开关量驱动，并保持一个扫描周期。

CPU可以读其值，但是不可以写或进行修改。

（2）输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值，而程序循环执行开始时的输出寄存器的值，表明的是上一时间段的真实输出值，在程序执行过程中，CPU可以读其值，并作为条件参加控制，还可以修改其值，而中间的变换仅仅影响寄存器的值。

只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。

（3）存储器存储器分为系统存储器和用户存储器。

系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能修改，PLC要在系统程序的管理下运行。

用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。

（4）CPU单元CPU单元控制着I/O寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中的程序的解释执行工作，是PLC的大脑。

（5）其他单元接口其他单元接口用语提供PLC与其他设备和模块进行连接通信的物理条件系统存储器用户存储器CUP其他接口电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．输入电路输出寄存器输出电路输入寄存器输入量图2-1 PLC的组成3 系统硬件设计学习PLC的硬件系统、指令系统和编程方法以后，对于设计一个较大的PLC 控制系统时，要全面考虑多种因素，不管所设计的控制系统的大小，一般都要用以下设计步骤来进行系统设计。

随着PLC功能的不断完善和提高，PLC几乎可以完成工业领域的所以控制任务。

但是PLC还是有最适合它的应用场合，所以接到一个控制任务以后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制设备来完成该任务最合适。

其实现在的可编程不仅处理开关量，而且对模拟量的处理能力也很强。

所以在很多情况下也可以取代工业控制计算机（IPC）作为主控器控制对象以及控制装置确定后，还要进一步确定PLC的控制范围。

一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC控制来完成。

当某一个控制任务决定由PLC来完成后。

选择PLC就成为最重要的事情。

一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC以及外设。

对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O模拟量I/O以及这些I/O点的性质。

I/O点是性质主要是指他们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压。

控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有直流24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点有可能大于实际点数。

因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组的输出只能有一个电源的种类和等级。

对于第二个问题，则有以下几个方面要考虑：（1）功能方面所有PLC一般都具有常规的功能，但是对于某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。

如对PLC与PLC、PLC与智能仪表以及上位机之间灵活方便的通讯要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量有特殊要求的；或对PLC的位置控制有特殊要求等。

这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。

（2）价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。

在使用PLC较多的情况下，这样的差价必须是需要考虑的。

（3）个人喜好方面 有些工程技术人员对某种品牌的PLC 熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。