目录
第一章绪论
1.1 现代城市供水的现状及缺陷
1.2 变频恒压供水的优点
1.3 PLC变频技术的发展现状
1.4 PLC变频恒压供水的可行性分析
第二章恒压供水系统的基本构成
2.1 系统工艺，设备简介
2.2 系统电气控制要求
2.3 系统设计
2.4 控制思想
第三章硬件设备选型
3.1 PLC的选择
3.2 变频器的选型
3.2.1 变频器容量的确定
3.2.2 变频控制器的选型
3.2.3 第一水厂变频器其它参数的确定3.3 PID调节器
3.4 电机的选型
3.5 外围设备的选型
3.5.1 电磁阀的选型
3.5.2 接触器的选型
3.5.3 热继电器的选型
3.5.4 液位传感器的选型
3.5.5 压力传感器的接线图
第四章 PLC程序设计
4.1 PLC及其网络概述
4.1.1 PLC的特性
4.2 PLC网络
4.2.1 系统说明
4.3 西门子PLC S7-300功能概述
4.3.1 S7-300系列PLC简介
4.3.2 S7-300PLC的组成
4.3.3 S7-300的系统结构
4.4
4.4.1 S7-300 CPU315-2DP模块
4.4.2 S7-300 CPU SM321数字量输入模块
4.4.3 S7-300CPU SM322数字量输出模块
4.4.4 S7-300CPU SM331模拟量输入模块
4.4.5 S7-300 PS307电源模块
4.5 STEP7的程序结构和编程语言
4.5.1 STEP7的程序结构
4.5.2 STEP7的编程语言
4.6 PROFIBUS现场总线技术
4.6.1 PROFIBUS现场总线简述
4.6.2 PROFIBUS的组成
4.6.3 PROFIBUS的介质存取协议
4.7 PLC控制
4.7.1 手动运行
4.7.2 自动运行
4.8 编程及介绍
4.8.1 总程序的顺序功能图
4.8.2 自动运行顺序功能图
4.8.3 手动模式顺序功能图
4.8.4 程序说明
第五章系统调试
5.1 变频器关键参数设定
5.2 PLC的变频调速恒压供水系统调试
第六章结束语
致谢
参考文献
基于PLC的变频恒压供水系统的设计
第一章绪论
1.1 现代城市供水的现状及缺陷
在现代城市及乡镇供水中，基本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产
生压力使管网中的自来水流动，把供水管网中的水送给用户。但供水泵供水的同时，也消耗大量的能量，如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济意义。
我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有一定水平，但在技术水平、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。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，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂的恒压供水系统。
传统的小区供水方式有：恒压泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，器优缺点如下：
1、恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组长处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大‘而且在用水量较少是，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。
2、水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大。占地面积打，维护不方便，水泵电机为硬启动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。
3、气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且气动频繁，对电气设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵再低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。
4、液力耦合器和电池滑差离合器调速调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。
5、单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。
1.2 变频恒压供水的优点
通常变频恒业供水存在以下6个特点特点：
1、节能，可以实现节点20%-40%，能实现绿色用电；
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，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高；
5、由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头；
6、通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。
1.3 PLC变频器技术的发展现状
变频恒压供水时在变频调速技术发展之后逐渐发展起来的。20世纪80年代
初，日本学者提出了基于刺痛轨迹控制方法。此方法一三相波形的整体生成效果为基础，一逼近电机气息的理想圆形旋转磁场为目的，一次生成两相调制波形，使变压变频VVVF成为变频调速技术的核心。从20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的基于VVVF技术的通用变频器已商品化并广泛应用。1980年德国人在应用微处理器的矢量控制研究中取得了进展，促进了矢量控制的实用化。1992年开始德国西门子公司相继开发了6SE70系列通用变频器，通过FC、VC、SC板可以分别实现频率控制、矢量控制、伺服控制等；至1994年该系列通用变频器的容量就扩展到315kw以上。1985年，德国人提出了基于六边形乃至圆形磁链轨迹的直接转矩控制理论（DSC）。1995年，ABB公司首先推出的直接转矩控制通用变频器，目前已成为其个系列通用变频器的核心技术。
本设计主要针对小区供水系统的运行工艺情况，设计恒压供水控制的硬件电路。研究恒压变频供水的控制方法，完成系统监控调试，实现对系统的高性能控制。解决如何选择变频恒压供水控制方式，如何用变频器构成恒压供水系统及其工作原理，完成可编程逻辑控制器及变频器的选型，对PID调节器进行参数整理，完成PLC的编程。采用PLC控制的变频器调速供水系统，有PLC进行逻辑控制，有变频器进行压力调节，在经过PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压供水。
1.4 PLC变频恒压供水的可行性分析
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用水。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展，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，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减少电流对电网的冲击以及供水对管网系统的冲击；三是能减少水泵、电机自身的机械冲击损耗。
变频恒压供水系统在工业和生活中有很广阔的应用前景，除了具有明显的节能效果外，还具有操作方便、容易维护量小的特点。变频器的软启动功能叶减少了对电网的冲击，使设备运行方式更趋于合理，设备的自动化水平得到提高。在国内外，专门针对供水的变频器集成了PLC或PID，甚至将压力传感器也融入变频组件。同时维护操作也越来越简明显偏高，维护成本也高于国内产品。目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。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便的优点以及显著地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，但是国外变频调速恒压供水控制系统的水压闭环控制的研究还是不够的，因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践中。目前变频供水系统正在向集成化、维护操作简单化方向发展。
第2章恒压供水系统的基本构成2.1系统工艺，设备简介
系统原理2.1
如图2.1，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，三台水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）；变频器室供水系统的核心，通过改变电机的频率实现点击的无极调速、五波动稳压的效果和各项功能。
2.2系统电气控制要求
变频恒压供水构成图2.2
从原理框图2.2，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、人及界面、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.通常这些水泵包括:
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，它们用以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.
此外，通常一些变频系统还会增设附属小泵，它只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量很小的情况下(例如:夜间)对管网用水量进行少量的补充
（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：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。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系统柜中，包括供水控制器（PLC系统）、变频器和电控设备三个部分。
供水控制器：它是整个变频恒压控制系统的核心。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。
变频器：它是对水泵进行转速控制单元。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。
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视，对报警进行显示。
（5）通讯接口
通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以喝组态软件以及其他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代先进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等。（6）报警装置
作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢水等等造成的故障，因此系统必须要对各种报警量及你想那个检测，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。
2.3 系统设计
主电路图2.3
由图2.3可以看出，合上空气开关，供水系统投入运行。讲手动、自动开关打到自动上，系统进入全自动运行状态，PLC中程序首先接通KM6，并起动变频器。根据压力设定值（根据管网压力要求设定）与压力实际值（来自于压力传感器）的偏差进行PID调节，并输出频率给定信号给变频器。变频器根据频率给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速以保证水压保持在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时变频器在运行频率器的运行频率是否到达信号，由程序判断是否要起动第2台泵（或第3台泵）。当变频器运行频率达到频率上限值，并保持一段时间，则PLC会将当前变频运行泵切换为工频运行，并迅速起动下一台泵变频运行。此时PID会继续通过由远传压力表送来的检测信号进行分析、计算、判断，进一步控制变频器的运行频率，使管压设定值的上、下限偏差范围之内。
增泵工作过程：假定增泵顺序为1、2、3泵。开始时，1泵电机在PLC控制下线投入调速运行，其运行运行速度由变频器调节。当供水压力小于压力预置时变频器输出频率升高，水泵转速上升，反之下降。当变频器的输出频率达到上限，并稳定运行后，如果供水压力仍没达到预置值，则需进入增泵过程。在PLC的逻辑控制下将1泵电机与变频器连接的电磁开关断开，1泵电机切换到工频运行，同时变频器与2泵电机连接，控制2泵投入调速运行。如果还没有达到设定值，则继续按照以上步骤将2泵切换到工频运行，控制3泵投入变频运行。
减泵工作过程：假定减泵顺序依次为3、2、1泵。当供水压力大于预置值时，变频器输出频率降低，水泵速度下降，当变频器的输出频率达到下限，并稳定运行一段时间后，把变频器控制的水泵停机，如果供水压力仍大于预置值，则将下一台水泵由工频运行切换到变频器调速运行，并继续减泵工作过程。如果在晚间用水不多时，当组后一台正在运行的主泵处于低速运行时，如果供水压力仍大于设定值，则停机并启动辅助泵投入调速运行，从而达到节能效果。
2.4控制思想
电机有两种工作模式即：再工频电下运行和在变频电下运行。KM1、KM3、KM5分别为电动机M1、M2、M3工频运行时接通电源的控制接触器，KM0、KM2、KM4分别为电动机M1、M2、M3变频运行时接通电源的控制接触器。
热继电器（FR）是利用电流的热效应原理工作的保护电路，它在电路中的用作电动机的过载保护。
熔断器（FU）是电路中的一种简单的短路保护装置。使用中，由于电流超过允许值产生的热量使串接于主电路中的熔体熔化而切断电路，防止电气设备短路和严重过载。
变频恒压供水系统控制流程图2.4
第三章硬件设备选型
变频恒压供水系统它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及4台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行
3.1PLC的选择
传统的控制方法是采用继电器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通讯技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求。且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。
PLC的一般结构如图3.1所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU （中央处理器）、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。
S7—300PLC 系统结构3.1
(1)中央处理器（CPU）
与通用计算机的CPU一样。PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现他们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此处还有外围芯片、总线接口以及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。
（2）I/O模块
输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。
(3)电源模块（PS）
输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。
PLC主站指标：
PLC主站参数3.2
S7-300PLCDD的中央机架最多可以安装8块I/O模块，根据实际需要我选用了IM361接口模块作为从站，它的指标：
3.2 变频器的选型
3.2.1 变频器容量的确定
变频器容量是变频器的最重要的参数，如何选择变频器容量是变频器选型的关键。
变频器的容量有三种表示方法:①额定电流;②适配电动机的额定功率;③额定视在功率。不管是哪一种表示方法，归根到底还是对变频器额定电流的选择，应结合实际情况根据电动机有可能向变频器吸收的电流来决定。
通常变频器的过载能力有两种:不管是哪一种表示方法，归根到底还是对变频器额定电流的选择，应结合实际情况根据电动机有可能向变频器吸收的电流来决定.通常变频器的过载能力有两种:①12倍的额定电流，可持续1分钟:②1.5倍的额定电流，可持续1分钟:而且变频器的允许电流与过程时间呈反时限的关系。如12(1.5)倍的额定电流可持续lmin;而LS(2.0)倍的额定电流，可持续众sn血。这就意味着:①不论任何时候向电动机提供在lmin(或0.snun )以上的电流都必须在某些范围内。②过载能力这个指标，对电动机来说，只有在启动(加速)过程中才有意义，在运行过程中，实际上等同于不允许过载.
下面讨论如何根据电动机负载电流的情况来选择变频器带一台电机时的容量选择。
首先计算出负载电流，然后应考虑三个方面的因素:①用变频器供电时，电动机电流的脉动相对工频供电时要大些;②电动机的启动要求。即是由低频低压启动，还是额定电压、额定频率直接启动.③变频器使用说明书中的相关数据是用该公司的标准电机测试出来的。要注意按常规设计生产的电机在性能上可能有一定差异.故计算变频器的容量时要留适当余量。
3.2.2 变频控制器的选型
目前国内不少变频器均自带PID控制器或采用Pl刀控制器整合方式，两者均可以很好的实现压力反馈控制。由于考虑到一是供水厂参数较多，除了常见压力反馈信号，还需要对清水池液位信号、阀门开启信号等进行处理，因此设计采用PLC控制系统，主要利用PID控制压力恒定，并能控制电机的启动停止和泵口阀门的启闭。在控制量上，经过供水厂信号分析，目前至少有8个模拟量(包括压力量、液位量、流量、水质信号)，8个开关量需要处理(包括电机、阀门状态、报警信号)，考虑到以后的扩展需要，设计要求P比系统的模拟输入/输出在12点以上，开关量输入/输出在10点以上。
3.2.3第一水厂变频器其它参数的确定
经过计算，最终第一水厂变频器的选型需要参考以下要求:
(1)频率要求:由第一水厂电机采用50Hz，380v 电网，因此对变频器采用380V电源，变频范围卜50Hz:
(2)扩展要求:要求能按设计实现一拖二运行，并能扩展为一拖多运行;
(3)环境要求:由于第一水厂泵房温度范围在10℃~40℃，湿度常年保持在在50%以上，因此，对变频器及控制电路要求较高的温湿度要求，在温度.10℃一50℃，湿度在30%~卯%温度环境中要求变频器能正常工作;
(4)保护功能要求:要求具有过电流、短路、过压、欠压、过载、过热、电流保护、主器件自保护功能;
(5)可靠性要求:要求变压器平均无故障时间担TBF)大于2万小时;
(6)谐波抑制:对电网谐波污染必须满足IEEE519一1992的谐波抑制标准;
(7)尺寸要求:变频器及控制电路的尺寸不宜过大，以方便安装在空间较小
的第一水厂送水泵房内。
3.3PID调节器
仅用P动作控制，不能完全消除偏差。为了消除残留偏差，一般采用增加I
动作的PI控制。用PI控制时，能消除由改变目标值和经常的外来扰动等引起的偏差。但是，I动作过强时，对快速变化偏差响应迟缓。对有积分元件的负载系统可以单独使用P动作控制。
对于PD控制，发生偏差时，很快产生比单独D动作还要大的操作量，以此来抑制偏差的增加。偏差小时，P动作的作用减小。控制对象含有积分元件的负载场合，仅P动作控制，有时由于此积分元件的作用，系统发生振荡。在该场合，为使P动作的振荡衰减和系统稳定，可用PD控制。换言之，该种控制方式适用于过程本身没有制动作用的负载。
利用I动作消除偏差作用和用D动作抑制振荡作用，在结合P动作就构成了PID控制，本系统就是采用了这种方式。采用PID控制较其它组合控制效果要好，基本上能获得无偏差、精度高和系统稳定的控制过程。这种控制方式用于从产生偏差到出现响应需要一定时间的负载系统(即实时性要求不高，工业上的过程控制系统一般都是此类系统，本系统也比较适合PID调节)效果比较好。
PID控制框图3.4
通过对被控制对象的传感器等检测控制量(反馈量)，将其与目标值(温度、流量、压力等设定值)进行比较。若有偏差，则通过此功能的控制动作使偏差为零。也就是使反馈量与日标值相一致的一种通用控制方式。它比较适用于流量控制、压力控制、温度控制等过程量的控制。在恒压供水中常见的PID控制器的控制形式主要有两种:
(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用时只需要进行线路的连接和P、I、D 参数及日标值的设定。
(2)软件型：使用离散形式的PID控制算法在可编程序控制器(或单片机)上做PID控制器
此次使用硬件型控制形式。
根据设计的要求，本系统的PID调节器内置于变频器中。
PID控制接线图3.5
3.4电机的选型
选用EJ15-3型电动机
其中“E”表示电动机，“J”表示交流的，15为设计序号，3为最大工作电流。
相关元件主要技术参数及原理如下：
EJ15系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。
(1)额定电压为220V，额定频率为50HZ，功率为2.5KW，采用三角形接法。
(2)电动机运行地点的海拔不超过1000M。工作温度-15—40℃/湿度≦90%。
(3)EJ15系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安
全可靠。其硬件接线如图4：
电机硬件接线图3.6
3.5外围设备选型
外围设备参数3.7
3.5.1 电磁阀的选型
(1)入罐液体选用VF5-50型电磁阀。
其中“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，5表示设计序号，50表示口径（mm）宽度。
相关元件主要技术参数及原理如下：
①材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等
酸碱性的液体；
②使用电压：AC:220V 50Hz/60Hz DC:24V；
③功率：AC: 2.5KW；
④介质温度≤150℃/环境温度-20—60℃；
⑤操作方式：常闭：通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。
（2）出罐液体选用A VF-70型电磁阀。
其中“A”表示可调节流量，“V”表示电磁阀，“F”表示防腐蚀，70表示口径（mm）宽度。
相关元件主要技术参数及原理如下：
①其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空
的效果；
②使用电压：AC: 220V 50Hz/60Hz DC:24V；
③其阀体材料为：聚四氟乙烯，有较强的抗腐蚀能力；
④功率：AC: 5KW。
3.5.2接触器的选型
选用CJ25-10/CJ25-15型接触器
其中“C”表示接触器，“J”表示交流，25表示设计编号，10/15为主触头额定电流。
相关元件主要技术参数及原理如下：
(1)操作频率为1200/h；
(2)机电寿命为1000万次；
(3)主触头额定电流为10/15(A)；
(4)额定电压为380/220(V)；
(5)功率为2.5KW。
3.5.3 热继电器的选型
选用JR16B-60/3D型热继电器其中“J”表示继电器，“D”带断相保护。
相关元件主要技术参数及原理如下：
（1）额定电流为20(A)；
（2）热元件额定电流为32/45(A)。
3.5.4液位传感器的选型
选用LSF-3型液位传感器
其中“L”表示是光电的，“S”表示传感器，“F”表示是防腐蚀的，3为最大工作压力。
LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光电反射折射原理，当没有液体时，光被前端的凌镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制作成单点或多点液位开关。LSF光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。
相关元件主要技术参数及原理如下：
（1）工作温度上限为125℃；
（2）工作压力≥3Mpa；
（3）触点容量为70W；
（4）触点寿命为100万次；
（5）切换电流为0.5A；
（6）开关电压为DC24V。
3.5.5压力传感器的接线图、
压力传感器使用CY-YZ-1001型绝对压力传感器。改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。
该传感器的量程为0～2.5MPa，工作温度为5℃～60 ℃，供电电源为28±3V （DC）
压力传感器的接线图3.8
第四章PLC程序设计
4.1 PLC及其网络概述
PLC(可编程序控制器)及其网络己成为当前工业自动化的支柱单元之一。现在PLC已发展到第四代，具有逻辑控制、定时与计数控制、数据采集、存储与处理、A/D、D/A转换、通信与联网、编程、调试等功能。同时还具有完善的自诊断功能，并正在不断提高和完善网络通信能力，在机电一体化产品中应用范围极广。考虑到起重机自身的特点及其施工工况，其控制系统性能是关系到运行状况好坏进而影响工程进度的重要因素，因此PLC及其网络在大型设备的状态监控及在线诊断中有极好的应用前景。
4.1.1 PLC的特性
PLC是以微处理机(CPU)为核心，用作数字控制的专用计算机，它由硬件系统和软件系统构成。下面对PLC的工作机理及其工作特性作一浅析。
1.准确性高。
PL的工作方式通常用循环扫描方式。PLC对输入输出集中进行I/O处理，也只有在I/O扫描期间，外部状态才会被读入CPU内部，而在扫描周期的其余大部分时间，不改写和刷新外部状态。通常把循环扫描周期控制在200ms之内比较合理，这个时间比PLC所驱动的执行器的机电时间常数小得多，这样，即使在某个扫描周期出现输入输出不一致，但当它还来不及使执行器发生错误动作，下一个扫描周期正确的输出就及时将其纠正，实现了PLC实时控制。
2.集成度高。
PLC集三电(电控、电仪、电传)于一体，在控制装置一级就实现了三电一体化。一台控制装置就能实现所有的控制功能，适合多种规模的自动化系统。
3.可靠性高。
在硬件上它采取了诸如隔离、滤波、屏蔽、接地等一系列措施，在模板机箱进行了完善的电磁兼容性设计，对元器件进行了精心的筛选;更重要的是在软件方面，它们采用了诸如数字滤波、指令复执、程序卷回、差错校验等一系列抗干扰措施、故障诊断、系统一级的冗余配置等技术措施。
4.丰富的I/O接口。
由于工业控制机只是整个工业过程自动化控制系统中的一个控制中枢，为了实现对工业生产过程的控制，他还必须与各种工业现场的设备相连接才能完成控制任务。因此，plc除了具有计算机的基本部分以外，还有丰富的输入与输出接口模块，对不同的工业现场信号（交流、直流、电压、电流、开关量、模拟量等）都有相应的模块与工业现场的器件或设备直接相连。
5.灵活性。有了plc电气工程师不必为每套设备配置专用控制装置。
6.采用模块化结构。
7.便于改进和修改。
8.节点利用率提高。
9.模拟调试。
10.对现场进行监视。
11.快速动作。
课程设计说明书写作要求 1 引言（主要写课题设计的目的、设计内容及要实现的目标） 2 系统总体方案设计 2.1 系统硬件配置及组成原理（要有系统组成图） 2.2 系统变量定义及分配表 2.3 系统接线图设计 3 控制系统程序设计 3.1 控制程序流程图设计 3.2 控制系统的设计思路、程序设计等 3.3 创新设计内容 4 控制系统的上位机设计 4.1 人机界面选择 4.2 人机界面设计（通讯连接，变量设置，画面组态等） 5 系统调试及结果分析 5.1 PLC程序调试及解决的问题 5.2 PLC与上位机联调 5.3 结果分析 结束语（主要写取得的效果、创新点及设计意义） 参考文献 附录：带功能注释的源程序及一些主电路图和PLC的外部接线图。
基于PLC控制恒压供水的设计 ——水泵控制 学生：XXX指导教师：XXX 内容摘要：生活都离不开水。但如果水源离用水场所较远，就需要管路的输送。而将水送到较远或较高的地方，管路中是需要一定的水压的，水压高了，才能将水送到远的或较高的楼层。 产生水压的设备是水泵，水泵转动的越快，产生的水压越高。传统的维持管路的水压是建造水塔，水泵开的时候将水打到水塔中，水泵休息时，借助水塔继续供水。水塔中的水位变化相对水塔的高度来说很小，也就是说水塔能维持的供水管路中水压的基本恒定。 但是，建造水塔需要发费财力，水塔还会造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔来实现恒压供水呢？当然可以，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题。通常的办法是：用量大时，增加水泵的数量或提高水泵的转动速度以保持管网中的水压不变，用水量小时又需做出相反的调节。这就是恒压供水的基本思路。这在电机速度调节技术不发达的年代是不可设想的，但今天办到这一点已变得很容易了，交流变频器的诞生为水泵转速平滑联系调节提供了方便。交流变频器是改变交流电源频率的电力电子设备，输入三相工频交流点后，可以输出频率平滑变化的三相交流电。 鉴于社会的需求，设计一个由三台水泵组构成的生活、消防双恒压无塔供水泵站系统。 如图所示（一），市网自来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀YV1，自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动往水池注水，但是当水池的水位高于高水位上限时，延时一段时间后，由PLC发出信号，关闭注水阀YV1，等到水位低于高水位上限时，过一段时间后，再打开注水阀YV1继续注水（这种情况在处于消防状态时被关闭）。水池的高、低水位信号也直接送给PLC，作为高、低水位的报警。为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离较小。生活用水和消防用水共用三台水泵，平时电磁阀YV2处于关闭状态，生活管网处于接通状态，电磁阀YV3处于失电状态，关闭消防管网，三台水泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，维持生活用水低恒压。当有火灾发生时，电磁阀YV3得电，消防用水管路打开，并同时打开三台水泵供水，管路中的水压为消防用水的高恒压，生活用水管路没有关闭，生活用水的水压由减压阀控制。但是当管路中的水压低于消防用水的高恒压或水池水位已经达到水池低水位下限时，给电磁阀YV2通电，关闭生活用水的管路。火灾结束后，三台水泵改为为生活用水供水。
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
摘要 恒压供水系统设计内容包含了硬件接线图的设计、可编程控制器S7-300的程序编写和WinCC与S7-300的通讯等。 S7-300程序完成了模拟量处理等功能，即把传感器输入的4-20mA的模拟信号转换成0-27648，再根据量程转换到实际工程中水位的实际量程值，系统实现了水箱水位的高低来控制水箱进水阀的开关以及水泵开关状态的控制。系统还实现了两个水泵定时交替运行，运行时间可以更改。 WinCC编辑完成了系统流程图，报警图的绘画，变量实时曲线的记录以及报表记录功能。在画面中可以实现电机的启动，而且当启动时电机会有闪烁效果；还可以更改系统内部参数，比如电压量程，电流量程，水位量程等。水箱水位，管道压力，泵电压，泵电流等关键值会显示在工艺流程画面中；水位增加时，画面能直接显示水位的变动。以上这些功能使操作人员能更加直观的观察到系统的工作状态，便于操作管理。 关键词：恒压供水；可编程控制器；WINCC；S7_300
Abstract This design is targeted by PLC on constant pressure water supply system design, design content includes the wiring diagram of the hardware modifications, S7-300 programming, WinCC and S7-300 communication. S7-300 program completed the analog processing and other functions, namely the sensor input4-20mA analog signal is converted into0-27648, then according to the range conversion to the actual project level actual range values, system realizes the water tank water level control of water tank inlet valve switch and a water pump switch state control. The system also achieved a two pump timing alternating operation, operation time can change. WinCC editing completed the system flow chart, alarm figure painting, variable real-time curve record and report function. In the picture can achieve the motor starting, and when activated motor will have a flashing effect; can also change the system internal parameters, such as voltage range, the range of current water level range, etc.. The water level of the water tank, pipeline pressure, pump pump voltage, current and other key values are shown in the process of the picture; water levels increase, the picture can directly display the water level change. These functions enable the operator to more intuitive to observe the working state of a system, convenient for operation and management. Keywords: constant pressure water supply; Programmable controller; WINCC; S7_300
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。
恒压供水plc程序 恒压供水plc程序的主要功能 1、恒压供水plc程序全自动完成多台水泵机组软启动，变频到工频运行以及停止的全部操作过程 2、恒压供水plc程序根据用水量的变化，变成多台泵组的启动和停止。 3、恒压供水plc程序有压力设定值和实际压力值的LED显示功能。 4、恒压供水plc程序有LED频率指示，变频异常指示，电机故障工况显示。 5、恒压供水plc程序保护功能：具有欠压保护、过压保护、过载保护、短路保护、失速防止、烧损防止等功能。 恒压供水plc程序可增设远程语音报警功能，当设备控制系统出现故障时，系统触发报警拨号系统拨打预先设置好的固定电话或者手机号码，语音通知管理人员设备有故障需要及时检修，以免影响正常用户用水。此控制功能需要占用一条线以便拨号。 多段压力供水模式 恒压供水plc程序随着社会经济技术的发展进步，市政供水系统水质标准逐步提高，供水能力不断增强。为适应社会发展要求，自动给水设备必然朝着一定的目标发展，这个目标就是高效节能、无水源污染、低噪音、操作方便、运行可靠。
恒压供水plc程序系统特点 1、恒压供水plc程序节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行; 2、恒压供水plc程序节水：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、恒压供水plc程序运行可靠：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、恒压供水plc程序联网功能：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。 恒压供水plc程序具有保护特性： 恒压供水plc程序具有过流保护、I2t、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护、接地保护、欠压缓冲、电机欠/过载保护、堵转保护、串行通讯故障保护、AI信号丢失保护等。 恒压供水plc程序外型结构紧凑，恒压供水plc程序安装方便。恒压供水plc程序经过多种电气安全规范认证，符合GE、UL及质量认证体系ISO9001和ISO4001等。 恒压供水plc程序具有变频器独特的直接转矩控制(DTC)主要功能是目前最佳的电机控制方式，恒压供水plc程序可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制，无需速度反馈就可以实现电机速度和转
一．控制的要求： （1）有两台水泵，按设计要求一台运行，一台备用，自动运行时泵运行累计100H轮换一次，手动时不切换； （2）两台水泵分别由M1、M2电动机拖动，电动机同步转速为3000转/min，由KM1、KM2控制； （3）切换后起动和停电后起动须5s报警，运行异常可自动切换到备用泵，并报警； （4）采用PLC的PID调节指令 （5）变频器（使用三菱FR-A540）采用PLC的特殊功能单元FX0N-3A的模拟输出，调节电动机的转速； （6）水压在0～10kg可调，通过触摸屏（使用三菱F940）输入调节； （7）触摸屏可以显示设定水压、实际水压、水泵的运行时间、转速、报警信号等； （8）变频器的其余参数自行设定。 二.软件的设计： 1．I/O分配 （1）触摸屏输入，M500：自动起动；M100：手动1号泵；M101：手动2号泵；M102：停止；M103：运行时间复位；M104：清除报警；D300：水压设定。 （2）触摸屏输出，Y0：1号泵运行指示；Y1：2号泵运行指示，T20：1号泵故障；T21：2号泵故障；D101：当前水压；D502：泵累计运行的时间；D102：电动机的转速。 （3）PLC输入，X1：1号泵水流开关；X2：2号泵水流开关；X3：过压保护。 （4）PLC输出，Y1：KM1；Y2：KM2；Y4：报警器；10：变频器STF。 2．触摸屏画面设： 根据控制要求及I/O分配，按下图1-1制作触摸屏画面。
（三菱F940触摸屏的画面制作图1-1）3．PLC的程序： (1).根据控制要求，PLC程序如下图2-1，3-1所示。
（PLCFX2N-48MR的程序梯形图图2-1）
一、绪论 (一) 课题的意义及应用背景 近十年来，变频技术的应用在我国有很大的发展，并取得了良好的效果。采用变频器和可编程控制器等现代控制设备和技术实现恒定水压供水，是供水领域技术革新的必然趋势，以往采用的水塔供水既不卫生又不经济，更重要的是浪费了大量的能源，本文介绍的变频调速恒压供水系统以其有效的实用性，彻底解决了上述问题，是一项颇有实用价值的调速系统，为已有的供水系统技术改造提供了切实可行的途径。 变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单、坚固、易于维护等优点，更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性达到了直流电动机调压调速的特性。由于计算机技术的介入，使得变频器具有丰富的功能和方便好用的特点，因此人们才有可能按照实际要求，自行构成一个适用和可靠的调速系统。 变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，恒压供水调速系统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，充分利用变频器内置的各种功能对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。 变频恒压供水控制系统主要有： (1)带PID回路调节器和/或可编程序控制器(PLC)的控制系统 在该系统中，变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管网水压可控。传感器的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的水压期望值；压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输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，由后者进行运算后，输给变频器一个转速控制信号。 由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所
《PLC应用实验》 课程报告 班级：控制[专研]-17 学号: 2017309030114 姓名：董广亮 日期：2017.11.20
1 设计概述 本系统是以10层高楼小区供水管网为被控对象，使用变频调速技术，通过闭环控制设计一套高层楼房的恒压供水系统，并使用组态技术对系统实施监控，保证系统安全可靠的运行，使供水设备保持在最佳工况，有问题可以迅速解决。 本系统是由可编程控制器（PLC）、水泵机组、变频器、压力变送器和投入式液位变送器等组成一个闭环控制的调节系统。变频器通过变频循环的方式来控制水泵机组中的三个水泵电机，即通常说的变频器一拖三的概念。当1#水泵工作，随着供水官网的压力变小，1#水泵运行到50Hz时，供水量依旧不够，需要增加水泵，系统就让1#水泵脱离变频器进入工频状态，变频器去拖动2#水泵。为了使供水官网的压力保持恒定状态，变频器需要自动在各个水泵之间切换，水泵之间遵循“先启先停”和“先停先启”的要求。 2 系统的设计分析及方案确定 2.2 系统的组成及原理 基于PLC的变频恒压供水是由可编程控制器（PLC）、水泵机组、变频器、压力变送器和投入式液位变送器等组成的，采用的是闭环调节控制方式，该系统的泵站图如图2-1。 图2-1 变频恒压供水系统泵站图 由供水系统的泵站图，可导出供水系统的工作流程图，如图2-2所示。 管网压力信号 图2-2 变频恒压供水系统工作流程图 系统主要分为三大机构：执行机构、检测机构、控制机构，这三个机构的功能如下：
（1）执行机构：它的作用是接收控制器给出的调节信号，调节被控介质。在这里是由水泵机组构成的，它接受控制机构送来的信号调节电机转速来改变供水官网的压力。而这里的水泵机组是由三个变频泵组成的，变频泵通过变频器控制，根据供水官网的压力变化来改变电机的转速。 （2）检测机构：检测分为两个部分，一供水管网的水压，另一个是蓄水池的液位。水压通过压力变送器检测出来的，压力是一种模拟信号，储存在PLC的寄存器中，需要 A/D转换。为了使系统安全可靠，使用电接点压力检测仪表对供水压力的上下限进行检测，其结果可以直接作为数字量输入给PLC进行储存和应用。此外，蓄水池的液位是通过投入式液位变送器检测的，防止水泵空抽而损坏设备。 （3）控制机构：此系统设计的控制机构是由PLC、变频器和电控设备组成的。控制机构是是整个供水系统的核心。在这个系统中，控制器直接接收到变送器输送到寄存器中的压力和液位信号，分析通讯接口的数据并进行运算，得出现场的控制方案，通过执行机构的变频器对水泵机组发出控制指令，直到控制器得到的反馈信号与设定值之间的稳定误差在可允许误差内为止，完成变频恒压供水的任务。 本系统的执行机构是水泵机组，它是由变频器拖动运行的，是先将1#水泵作为调速泵，当这台水泵工作到50Hz时，用户的供水量依旧没有达到要求，那就需要增加第二台水泵，即2#水泵。在2#水泵投入工作前，必须先把变频器从1#水泵中脱出来并且将1#水泵转入工频模式中，才能让变频器继续控制2#水泵变频工作，3#水泵投入工作也是这样。 变频恒压供水是将供水管网作为被控对象，水压作为被控变量，在控制上满足实际水压跟随设定水压。变频恒压供水系统的的结构框图如图2-3。 图2-3 变频恒压供水系统框图 根据系统框图可以知道，系统通过管道上的压力变送器采集实时的供水官网压力，并转换成4～20mA的电信号。因为PLC无法直接识别电信号，因此必须通过PLC内部的 A/D模块将电信号转变成数字量再进行PID运算，运算结束后，再利用D/A模块转换成电信号输送到变频器，从而实现变频恒压的控制。
一.控制得要求: (1)有两台水泵,按设计要求一台运行,一台备用,自动运行时泵运行累计100H轮换一次,手动时不切换; (2)两台水泵分别由M1、M2电动机拖动,电动机同步转速为3000转/min,由KM1、KM2控制; (3)切换后起动与停电后起动须5s报警,运行异常可自动切换到备用泵,并报警; (4)采用PLC得PID调节指令 (5)变频器(使用三菱FR-A540)采用PLC得特殊功能单元FX0N-3A得模拟输出,调节电动机得转速; (6)水压在0～10kg可调,通过触摸屏(使用三菱F940)输入调节; (7)触摸屏可以显示设定水压、实际水压、水泵得运行时间、转速、报警信号等; (8)变频器得其余参数自行设定。 二、软件得设计: 1.I/O分配 (1)触摸屏输入,M500:自动起动;M100:手动1号泵;M101:手动2号泵;M102:停止;M103:运行时间复位;M104:清除报警;D300:水压设定。 (2)触摸屏输出,Y0:1号泵运行指示;Y1:2号泵运行指示,T20:1号泵故障;T21:2号泵故 障;D101:当前水压;D502:泵累计运行得时间;D102:电动机得转速。 (3)PLC输入,X1:1号泵水流开关;X2:2号泵水流开关;X3:过压保护。 (4)PLC输出,Y1:KM1;Y2:KM2;Y4:报警器;10:变频器STF。 2.触摸屏画面设: 根据控制要求及I/O分配,按下图1-1制作触摸屏画面。
(三菱F940触摸屏得画面制作图1-1) 3.PLC得程序: (1)、根据控制要求,PLC程序如下图2-1,3-1所示。
(PLCFX2N-48MR得程序梯形图图2-1)
高级技师职业资格鉴定论文 文章题目：PLC在控制恒压供水系统的应用 姓名：刘恩龙 所在省市：山东省济宁市兖州区 所在单位：山东省济宁兖州通力轮胎有限公司职业（工种）：维修电工
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。 关键词：供水系统变频器 PLC
目录 第一章概述 (1) 1-1 常见的供水方式及变频恒压调节的 (1) 一、原理 (1) 二、水泵选择的一般性原则 (1) 1-2 PLC、变频器控制的恒压供水系统方案 (3) 一、恒压供水系统组成及主要自控设备的作用 (3) 二、方案特点 (3) 三、变频-工频双回路恒压供水方案优点 (3) 四、设备选型及目的 (4) 第二章硬件部分设计 (6) 2-1硬件选择 (6) 一、PLC介绍 (6) 二、变频器介绍 (7) 2-2变频驱动方式和传感变频器的使用 (7) 一、驱动方式 (7) 二、调节方式 (7) 三、关于压力传感变频器的使用 (8) 2-3 电动机调速方案的比较 (9) 一、电动机的选择 (9) 二、模拟供水系统的拟定 (10) 第三章主电路设计 (11) 3-1 硬件电路 (11) 一、电路介绍 (11) 二、控制流程图 (14) 三、输入输出元件与PLC地址对照表 (15) 第四章软件系统设计 (17) 4-1 PLC程序设计 (17) 总结 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22)
恒压供水系统的PLC控制【毕业设计】 中文摘要 本文介绍了恒压供水的基本原理以及系统构成的基础，说明了可编程控制器
恒压供水PLC程序 恒压供水PLC程序工作原理 恒压供水PLC程序以管网水压(或用户用水流量)为设定参数，通过控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节(PID)，使供水系统自动保持于设定的压力值;即用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大;用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，这样就保证了供水效率用户对水压和水量的要求，同时达到了提高供水品质和供水效率的目的。 电接点压力表广泛应用于石油、化工、冶金、电站、机械等工业部门或机电设备配套中测量无爆炸危险的各种流体介质压力。通常，仪表经与相应的电气器件(如继电器及变频器等)配套使用，即可对被测(控)压力的各种气体与液体介质经仪表实现自动控制和发信(报警)的目的。那么在恒压供水PLC程序中是否可以电接点压力表呢?首先我们要了解恒压供水PLC程序和电接点压力表的工作原理。 恒压供水PLC程序的控制原理 通过安装在总出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成4～20mA 标准信号送入变频器内置的PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，得到4～20mA参数，4～20mA信号送至变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，根据用水量的不同，变频器调节水泵的转速不同、工作频率也就不同，在变频器设置中设定一个上限频率和下限频率检测，当用水量大时，变频器迅速上升到上限频率，此时，变频器输出一个开关信号给PLC;当用水处于低峰时，变频器输出达到下限频率，变频器也输出一个开关信号给PLC;两个信号不会同时产生。当产生任何一个信号时，信号即反馈给PLC，PLC通过设定的内部程序驱动I/O 端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。 恒压供水PLC程序无负压、全封闭、稳流功能试验 1.无负压功能试验设备运行正常后，逐渐关小进水口闸阀，在进水量小于用水量时，观察设备进水口负压表的指示情况，其结果应具有无负压功能。 2.全封闭试验用肉眼查看、手试等方法，在设备储水和向用户补水的不同运行状态下，检查设备各部件、各连接处等的密封情况，结果整套设备全封闭无污染，并且设备在全封闭的基础上，稳流补偿器中的储备水在来水量小于用水量时应能及时补充到用户。 3.稳流补偿功能试验在以上无负压、全封闭试验的基础上，继续进行稳流补偿功能试验。设备运行正常后，同时记录下进水口和出水口流量计的累积流量起始数据，逐渐关小进水口闸阀，用进水口和出水口流量计在线测量设备来水和用水的瞬时流量值，使来水量小于用水量,此时设备应能正常工作，设备运行一段时间，直至稳流补偿器中无水停机后，通过流量计读数计算出设备的总来水量和总用水量，将总用水量减去总来水量，此差为正数。 小流量停机保压功能试
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：电气传动自动控制系统 设计题目：变频给水设备的恒压给水控制系统院系：电气工程及其自动化 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016年1月11日- 2016年1月16日 哈尔滨工业大学教务处
哈尔滨工业大学课程设计任务书
一、控制系统总体设计方案 该设计题目要求利用西门子S7 200 PLC和G120变频器，以及刨台运动模拟器，设计一个变频给水设备的恒压给水系统，并通过实验调试实现该系统的各种设计功能。 1.1变频给水系统的结构和工作原理 变频给水设备由变频控制柜、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，恒定流量的供水系统。其简化结构图如图1所示：从市政管网来的低压水源，经过水泵增压后，为用户提供稳定的供水。 图1变频给水系统简化结构 变频给水能自动24小时维持恒定压力，并根据压力信号自动启动备用泵，无级调整压力，供水质量好。在工业和民用中应用十分广泛。变频给水系统采用一个电位器设定压力（也可采用面板设定压力），采用一个压力传感器检测管网中压力，压力传感器将信号送入变频器PID 回路，PID 回路处理之后，送出一个水量增加或减少信号，控制水泵马达的转速。为了节约成本同时提高水泵效率，系统中一般配有多台水泵。只有一个泵由变频器供电，工作于变频调速状态，其他泵或不运行，或直接连接到电网上运行于工频状态。 当用水量较小时，只有一个泵工作于变频状态，在PID 控制下自动调节给水压力，如在一定延时时间内，压力还是不足，则对该泵进行变频/工频切换（即将该泵与变频器脱开，直接连接到电网上运行），然后利用变频器启动另一台水泵，提高供水量使实际管网压力与设定压力相一致。随着用水量的减少，变频器自动减少输出频率或切除某一个工频运行的水泵，减少供水量，使实际管网压力仍然与设定压力相一致。 1.2恒压给水控制系统的组成 为了实现无人值守自动供水，可采用PLC（CPU224 XP）和变频器（G120），组成恒压给水自动控制系统，其结构如图2所示。工作时，变频器内部的PID调节器根据由电位器设定的压力给定，以及从用户管路中检测的实际压力，经运算后调节变频器输出频率，从而自动调节水泵的供水量，使实际压力与给定压力一致。PLC的作用是：根据操作面板上的发令元件（如启动按钮）启动变频器，并根据变频器计算的压力超限指示信号，结合合理的控制逻辑发出控制指令到泵站，决定哪台泵启动，是工频运行还是通过变频器变频运行。
摘要 随社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。 本设计是针对居民生活用水而设计的。由变频器、PLC、PID调节器和组成控制系统，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的速度和切换，使系统运行在最合理状态，保证按需供水。 本文介绍了采用PLC控制的变频调速供水系统，由PLC进行逻辑控制，由变频器进行压力凋节。在经过PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压变量供水。运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等特点。 关键词：变频调速；恒压供水；PID调节；PLC
目录 摘要 (1) 1 绪论 (1) 1.1变频恒压供水产生的背景和意义 (1) 1.2变频恒压供水系统的国内研究现状 (3) 1.3课题来源及本文的主要研究内容 (5) 1.4本论文中所做的工作 (5) 2 恒压供水系统的基本构成 (6) 3 变频器和压力传感器 (8) 3.1 变频器的基本结构 (8) 3.2 变频器的分类及工作原理 (11) 3.3 变频器的操作方式及使用 (12) 3.4 变频器硬件选择 (13) 3.5 压力传感器 (14) 4 PLC选择及应用 (16) 4.1 PLC在恒压供水泵站中的主要任务 (16) 4.2 PLC模拟量扩展单元的配置及应用 (16) 4.2.1 模拟量输入模块的功能及与PLC系统的连 接 (17) 4.2.2 模拟量输入模块缓冲存储器（BFM）的分配 (18) 4.2.3 模拟量输出模块的功能及PLC系统连接 (20)
高级技师职业资格鉴定论文文章题目：PLC在控制恒压供水系统的应用 姓名：恩龙 所在省市：省市兖州区 所在单位：省兖州通力轮胎有限公司 职业（工种）：维修电工
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，工作可靠操作便等优点。 关键词：供水系统变频器PLC
目录 第一章概述 (1) 1-1 常见的供水式及变频恒压调节的 (1) 一、原理 (1) 二、水泵选择的一般性原则 (1) 1-2 PLC、变频器控制的恒压供水系统案 (3) 一、恒压供水系统组成及主要自控设备的作用 (3) 二、案特点 (3) 三、变频-工频双回路恒压供水案优点 (3) 四、设备选型及目的 (4) 第二章硬件部分设计 (6) 2-1硬件选择 (6) 一、PLC介绍 (6) 二、变频器介绍 (7) 2-2变频驱动式和传感变频器的使用 (7) 一、驱动式 (7) 二、调节式 (7) 三、关于压力传感变频器的使用 (8) 2-3 电动机调速案的比较 (9) 一、电动机的选择 (9) 二、模拟供水系统的拟定 (10) 第三章主电路设计 (11) 3-1 硬件电路 (11) 一、电路介绍 (11) 二、控制流程图 (14) 三、输入输出元件与PLC地址对照表 (15) 第四章软件系统设计 (17) 4-1 PLC程序设计 (17) 总结 (20)
变频恒压供水一拖二PLC程序解析 变频恒压供水一拖二PLC程序解析 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；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。 上图为PLC控制接线图。水泵和变频器的故障信号未经PLC处理，而是汇总给继电器KA2。其手动/自动的切换控制继电器KA1来切换。变频/工频的运行由接触器触点来互锁，以提运行安全性。可以看出，R2A和DO1是PLC的两个关键输入信号。在PLC的控制动作输出中，对变频到工频的切换是通过DO1（变频器零速信号）来进行的；对工频到变频的切换是通过R2A（变频器频率到达信号）来进行的。 二、PLC的步进程序图： 因为一拖二形式，控制上相对比较简单。实际上经S20到S23四个步骤，就完成了一个循环。变频切换工频和工频切换变频的时间是可调的，由FX1S型的PLC外附两只电位器D8030,D8031来调节的。两只电位器的值是直接放入 上述两只寄存器的。这样方便了对切换时间的调整。另外，对变频器的启/停控制，是将输出端连接的交流接触器是先接通，然后再给出变频器运转命令；须变频切换工频，变频器需停机时，是先给出变频器停止命令，变频器停掉后，再断开接触器的。其中有0.5s 的时间间隙，较好地避免了对变频器的冲击。 程序是用步进指令配合着置位、复位指令来做的。步进控制实际上只有两个指令的。STL，步控制开始。所有的步进控制都结束后，用一个返回指令RET，返回到开始步S0，再往下循环。从一个STL开始，到下一个STL之间，是一个“步”；SET是置位指令，将线圈置1状态——“得电吸合”，RST为复位指令，将线圈复位为0状态——“失电释放”；ZRST是批次复位指令，如将Y0—Y5等五个输出线圈一下子全部复位；M8002是一个特殊继电器，其触
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。如需水量加大，压力传感器在管网端测的水压偏小，则变频器输出频率上升，直到50Hz。这时1#泵由变频切换为工频运行状态。同时系统对2#泵进行变频起动和调节。如果两台泵供水仍不能满足供水要求，则系统将2#泵投人工频进行，将3#泵投人变频运行。供水量增大，加泵情况依次类推。如用水量减少，变频器的频率会下降。当变频器频率下降至下限值时，PLC将最先工频运行的水泵停掉如果频率下限值仍持续出现，PLC再停止第2台工频运行的水泵。系统按先开起的泵先切除的顺序逐台切换泵，以维持管网水压恒定。 3．系统原理 系统控制原理结构如图3:压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过PLC （s7-200）PID模块PI调节后发出控制电压信号，送到变频器MM440的模拟电压信号与连接到变频器MM440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照三个电机就可以完全满足供水要求。 图3系统闭环控制原理框图 系统中采用了数字PID控制技术，使PID的参数整定和调整实现在线控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统分时操作。实现系统了快速、稳定的输出。将管网的实际压力经反馈后送到比较器的愉人端与给定压力进行比较，当管网压力不足时，通过对参