基于PLC的变频恒压供水系统设计毕业论文2.doc

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1、摘 要 I 毕毕业业论论文文 题 目基于 PLC 的变频恒压供水系统设计 摘摘 要要 随着我国经济的快速发展，城镇化的快速推进，人们生活水平的快速提高， 小区的建设越来越迅速，因此对小区基础设施提出更高要求，本论文根据中国 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。 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

2、设定值附近。本系统通过在西门子 PLC 变频器实训室进行 系统的装调，验证了功能的正确性和完整性。 关键词关键词：小区供水 PLC 变频调速 恒压供水 Abstract III A Abstractbstract With the rapid development of our economy, the rapid development of urbanization, the rapid increase of people living standard, residential construction more and more quickly, thus put forward

3、the higher requirements for small infrastructure, according to the Chinese city water supply requirements, design a set of variable frequency speed constant pressure water supply system based on PLC. The system consists of three pump motor, which comprises a frequency conversion cycle operation mode

4、. The realization of three-phase motor pump soft start and frequency conversion speed adjustment by frequency converter, operation switch adopts the “start stop first“ principle. The pressure sensor detects the current hydraulic pressure signal is sent to the PLC, compared with the set value, PID op

5、eration, so as to control the transducers output voltage and frequency, and then change the water pump motor speed to change the water supply pipe network pressure, finally keep stable around the setting value. Keywords: District water supply PLC variable frequency speed-regulation constant-pressure

6、 water 目 录 目目 录录 摘摘 要要I ABSTRACTII 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 传统供水系统1 1.2 基于 PLC 的变频恒压供水系统1 第二章第二章 可编程逻辑控制器简介可编程逻辑控制器简介.2 2.1 可编程逻辑控制器（PLC）的定义2 2.2 PLC 的组成 .2 2.3 PLC 的工作原理 .3 2.4 西门子 PLC( S7-200)的简介4 第三章第三章 变频器在恒压供水系统中的应用变频器在恒压供水系统中的应用.5 3.1 变频恒压供水的系统组成及特点5 3.1.1 系统组成.5 3.1.2 系统的特点.6 3.2 系统的节能原理6 3.2.1 水泵的扬

7、程特性.6 3.2.2 管路的阻力特性.6 3.2.3 调节流量的方法.7 第四章第四章 恒压供水系统硬件组成恒压供水系统硬件组成.8 4.1 系统的控制要求.8 4.2 主要硬件选择.8 4.3 系统主电路分析及其设计.9 4.3.1 主电路设计分析.9 4.3.2 控制电路设计分析.11 4.3.3 I/O 分配表.11 4.3.4 I/O 接线.12 4.4 变频器参数设置13 第五章第五章 系统软件设计系统软件设计.15 5.1 系统软件设计分析15 5.2 PLC 程序设计 .16 第六章第六章 总结与展望总结与展望.21 致致 谢谢.22 参考文献参考文献.23 附录附录 1 梯形

8、图梯形图24 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 传统供水系统 由于城市的供水管网一般只能保证 6 层以下供水，且随着中国城镇化水平 提高，楼层建设逐渐增高，传统的高楼供水系统已经落后。传统的高层楼房供 水一般有恒速泵直接供水、气压罐供水、高位水塔水箱供水、单片机变频调速 供水系统等方式。这些传统供水方式一般有以下优缺点： 1恒速泵直接供水是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，有的甚至连 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的稳 定。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气压罐供水具有体积小、简单方便，不受高度限制

9、等特点，但此方式调 节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高。且对于用水不 是高峰期时候，泵压力较高，造成浪费。 3高位水塔水箱供水最大的问题是水箱或水塔内会有大量的微生物或藻类， 这是对水质第二次污染，随着对健康的追求更高，这种方式注定淘汰。 4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 基于 PLC 的变频恒压供水系统 自变频器问世以来，变频调速技术便在诸多领域得到广泛应用。变频调速 恒压供水技术以其清洁，高效，安全，高品质的供水

10、质量等优点，在我国迅速 流行发展。基于 PLC 的变频恒压供水系统依据水量的变化自动调节系统的运行 参数，在水量发生变化时保持水压恒定用来满足用水要求，是目前最为先进的， 合理的，高效的节能行供水系统。21 世纪是信息社会，随着电子信息技术的发 展，变频器功能越来越多，操作也日趋简单化，利用变频器的功能，对合理设 计变频调速恒压供水设备，有着重要意义。相对于传统供水系统，基于 PLC 的 变频恒压系统有如下优点： 1配置灵活，自动化程度高，功能齐全，可靠性好。 2占地面积小，投入少，效率高。 3运行合理，采用软启动，可以平均电机轴上的扭矩，减少磨损，从而减 少维修量和维修费用，使泵的寿命大大提

11、高。 4不会有二次污染，可以预防疾病。 5可以通过远程控制，能实现无人职守，减少人的劳动力。 6开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 第二章第二章 可编程逻辑控制器简介可编程逻辑控制器简介 2.1 可编程逻辑控制器（PLC）的定义 可编程逻辑控制，简称 PLC（Programmable Logic Controller） ，是指以计算 机技术为基础的新型工业控制装置。国际电工委员会颁布的 PLC 标准草案对 PLC 做如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操 作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来

12、在其内部存储执行逻辑运 算、顺序运算、计时、计数、和算数运算等操作的指令，并能通过数字式或模 拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备 都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 2.2 PLC 的组成 可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出 单元(I/O)、电源和编程器等几组成。PLC 硬件结构如图 2-1 所示。 图 2-1PLC 的组成 1中央控制处理(CPU) CPU 运算和控制中心 起“心脏”作用。 当从编程器输入的程序存入到用 户程序存储器中，然后 CPU 根据系统所赋予的功能（系统程序

13、存储器的解释编 译程序） ，把用户程序翻译成 PLC 内部所认可的用户编译程序。输入状态和输入 (CPU) EPROM () RAM () I/O I/O I/O PLC EPROM 第二章 xxx 22 3 信息从输入接口输进，CPU 将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然 后由 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 CPU 把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据 存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。CPU 由控制器、运算器和 寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU 通过地址总线、数据总线与 I/O 接口电路相连接。 2存储器 具有记忆功能的半

14、导体电路。 分为系统程序存储器和用户存储器。 系统 程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编 译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM 组成。厂家使用的，内容不可更 改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随 机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池 作为后备电源，寿命一般为 35 年。 3输入/输出接口 （1）输入接口。 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。 发 光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输 入信号变化规律相同的光信号。 光电三级管：在光信号的照射下导通，

15、导通程 度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号 有线性关系。 输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管 在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极 管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号 转化成 PLC 内部所能接受的数字信号。 （2）输出接口 PLC 的继电器输出接口电路 工作过程：当内部电路输出数 字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通 的电流和电压。当内部电路输出数字信号 0，则没有电流流过，继电器线圈没有 电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。

16、也就是通过输出接口电路 把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 3三种类型： 继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载。 晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载。 晶闸管输出：无触点、寿 命长、交流负载 。 4编程器 编程器分为两种，一种是手持编程器，我们实验室使用的就是 手持编程器。二种是通过 PLC 的 RS232 口。与计算机相连。然后敲击键盘。通 过 NSTP-GR 软件（或 WINDOWS 下软件）向 PLC 内部输入程序。 2.3 PLC 的工作原理 PLC 采用“顺序扫描，不断循环的工作方式 如图 2-2。 1每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行

17、刷新。 第二章 xxx 3 2输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有 新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5扫描周期的长短由三条决定。 （1）CPU 执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数 6由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输 入/输出响应延迟。 图 2-2 PLC 工作原理图 2.4 西门子 PLC( S7-200)的简介 创立于 1847 年的西门子股份公司是全球电子电气工程领域的领先企

18、业公 司，它推出很多的 PLC 产品，S7-200 属于小型 PLC ，在 1998 年升级为第二代 产品，2004 年升级为第三代产品，其特点如下： 1功能齐全。S7-200 有强大的性能，最多可以有 38 路模拟量 I/O。 2最优模块化和开放式通讯。 3结构紧凑小巧狭小空间处任何应用的理想选择。 4大容量程序和数据存储器。 5杰出的实时响应在任何时候均可对整个过程进行完全控制，从而提高 了质量、效率和安全性。 接通电源 内部处理 通信服务 CPU 运行 方式 输出处理 输入采样 STOP 模式 Y Y 程序执行 RUN 模式 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 6完善的网上技术支持。

19、第三章 变频器在恒压供水系统中的应用 5 7 第三章第三章 变频器在恒压供水系统中的应用变频器在恒压供水系统中的应用 3.1 变频恒压供水的系统组成及特点 3.1.1 系统组成 根据水泵电机多采用三相异步电动机，所以确定转速公式： n = 60f/p(1-s) 公式中：f =电源频率，p =电动机极对数，s =转差率 因此，由公式可知道三相异步交流电动机调速方法有：改变电源频率，改 变电机极对数，改变转差率三种。 改变电动机极对数方法简单，节能显著，但是必须要求专门电动机，且为 有级调速，不能适用日益复杂的控制要求。改变转差率调速为了保证其较大的 调速范围一般采用串级调速的方式，由于线路过于复

20、杂，成本高，能耗损失较 大，因此不适宜恒压供水系统。所以，优异的调速的启动，制动性能，高效率， 高功率因数和节能效果的变频器变得到应用。 变频恒压供水系统的供水部分主要由变频器、PLC、水泵、电动机、管道、 阀门、传感器，调节器等构成。系统构成示意图如图 3-1 所示。如图。恒压供水 控制系统产生水压的设备是水泵，水泵转动越快产生的水压则越高。压力传感 器主要用于检测管路中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压 降低，用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的 变化送给调节器。调节器是一种电子装置，在系统中可以设定管路压力，接收 传感器送来的管路水压的实测值即反馈

21、值，并与给定值进行比较输出调节信号 （一般为模拟信号，020mA 变化的电流信号或 010V 变化的电压信号） ，本 系统此任务由 PLC 控制器承担。 调节器变频器 压力传感器 电源 电动机 用户 水箱 M P 水泵 图 3-1 恒压供水系统的基本构成 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 30 8 第三章 xxx 5 9 3.1.2 系统的特点 1恒压供水技术因采用变频器改变电机电源频率，从而达到调节水泵转速 改变水泵出口压力，相比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管 道阻力大大减少截流损失的效能。 2由于水泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，水泵转速降 低，减少了转轴的磨

22、损和发热，延长了泵和电机的机械使用寿命。 3因实现恒压供水自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳 动程度，节省了人力。 4水泵电机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电机启动时的 电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电机突然加速造成泵系 统的喘振。 5由于水泵工作在变频工作状态，在其运行过程中转速是由外供水量决定 的，故系统在运行过程中可节约电能，其经济效益是十分明显的。 3.2 系统的节能原理 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

23、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 05V 电压信号)或压力变送器(反馈 420mA 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 级调速，无波动稳压的效果。 供水系统的扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表示某 一转速下扬程 H 与流量 Q 之间的关系。 3.2.1 水泵的扬程特性 供水系统的扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，如图 3-2 表示某一转速下扬程 H 与流量 Q 之间的关系。扬程 H c 和流量 Q 之间的关系 Hf（Q） ，称为扬程特性，曲线如图 3-2 所示。曲线 2 和曲线 4 为扬程

24、特性， 曲线 2 为水泵转速较高的情况，曲线 4 为水泵转速降低的情况。 3.2.2 管路的阻力特性 装置的扬程 H c 与管路的流量 Q 之间的关系 H cf（Q） ，称管路的阻力特 性，曲线如图 3-2 所示。曲线 1 为开大管路阀门管阻较小的管阻特性，曲线 3 为 关小管路阀门管阻较大的管阻特性。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 10 10 3.2.3 调节流量的方法 如图 3-2 曲线 1 表示阀门全部打开时，供水系统的阻力特性；曲线 2 表示水 泵额定转速时的扬程特性，则这时供水系统工作在 A 点：流量为 QA，扬程为 HA。电动机的轴功率与面积 OQAAHA 成正比。要将流量

25、调整为 QB，有两种办 法： 1转速不变，将阀门关小，工作点移至 B 点，流量为 QB。电动机的轴功 率与面积 OQBBHB 成正比。 2阀门的开度不变，降低转速后扬程特性曲线图 3-2 中的曲线 4 所示，工 作点移至 C 点，流量仍为 QB，扬程为 H c。电动机的轴功率与面积 OQBCHC 成正比。 可以看出，采用调节转速的方法来调节流量，电动机所取用的功率将大为 减少。 图 3-2 水泵的流量调节曲线 第四章 恒压供水系统硬件组成 7 11 第四章第四章 恒压供水系统硬件组成恒压供水系统硬件组成 4.1 系统的控制要求 1生活供水时系统低恒压运行，消防用水时，三台电机均已工频运行。 2

26、系统共有三台水泵，正常情况下一台水泵工频运行，一台水泵变频运行， 另外一台水泵备用，当连续运行 3 小时，进行轮休，及第二台水泵变频运行， 第三台水泵工频运行，如此循环。当达到最小频率 5Hz 时候，停止该泵运行， 由此控制增减工频运行水泵台数。 3三台水泵在启动时要有软启动功能，对水泵的操作要有手动/自动控制功 能，手动只在应急或检修时临时使用。 4考虑节能和水泵寿命的因素，各水泵切换遵循先启先停、先停先启原则。 5信号检测； （1）报警信号，系统要有完善的报警功能，监控系统是否有异常状态。 （2）水压信号，反应系统管网的压力值，是恒压供水主要反应信号。 4.2 主要硬件选择 PLC 是整个

27、变频恒压供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入信 号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。因此，在 选择 PLC 时候，要考虑 PLC 的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯 接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面。由于恒压更 水系统控制设备较少，因此，PLC 选用德国 Siemens 公司的 S7200 型号。 S7200 型号的 PLC 结构紧凑，价格低廉，较高的性价比，广泛的应用在一些 小型的控制系统。Siemens 公司的 PLC 具有可靠性高，可拓展型好，又有较为 丰富的通信指令，且通信协议简单等优点。PLC 可以上接工业控制计算机，

28、对 自动控制系统进行检测控制。PLC 和上位机的通信采用 PC/PPI 电缆，支持点对 点接口（PPI）协议，PC/PPI 电缆可以方便的实现 PLC 的通信接口 RS485 到 RS232 的转换，用户程序有三级口令保护，可以对程序实施安全保护。 根据控制系统实际所需端子数目，考虑到 PLC 端子数目要有一定的预留量， 因此选用的 S7200 型号 PLC 的主模块为 CPU，器开关量为 16 点，输出形式 为 AC220V 继电器输出：开关量输入 CPU226 为 24 点，输入形式为+24v 直流输 入。由于实际中模量输入点 1 个，模拟量输出点 1 个，所以需要拓展，拓展模 块选择是

29、EM235（图 4-1） ，该模块有 4 个模拟量输入（AIW） ，1 个模拟量输出 （AQW）信号通道，输入输出信号接入端口时能够自动完成 A/D 的转换，标准 输入信号能够转换一个字节长（16bit）的数字信号，输入信号接出端口能够自 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 12 动完成 D/A 的转换，一个字节长（16bit）的数字信号能够转换成标准的输出信 号，EM235 模块可以针对不同的标准输入型号，通过 PID 开关进行设计。 第四章 恒压供水系统硬件组成 9 13 13 在图 4-1 中，演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负 极直接接入 X和 X；对于电流信号，

30、将 RX 和 X短接后接入电流输入信号 的“”端；未连接传感器的通道要将 X和 X短接。 4.3 系统主电路分析及其设计 4.3.1 主电路设计分析 基于 PLC 的变频恒压供水系统主电路图如图 4-2 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 的工频运行；接触器 KM2、KM4、KM6 分别控制 M1、M2、M3 的变频运行；FR1、FR2、FR3 分别为三台水泵电机过载保护用的 热继电器；QF1、QF2、QF3、QF4 分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离 开关；FU 为主电路的熔断器。 本系

31、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，在用水量小的情况下，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 4-1 PLC 的 EM235 模块 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 14 三相电源经低压熔断器、隔离开关接至变频器的 R、S、T 端，变频器的输 出端 U、V、W 通过接触器的触点接至电机。当电机工频运行时，连接至变频器 的隔离开关及变频器输出端的接

32、触器断开，接通工频运行的接触器和隔离开关。 主电路中的低压熔断器除接通电源外，同时实现短路保护，每台电动机的过载 保护由相应的热继电器 FR 实现。变频和工频两个回路不允许同时接通。而且变 频器的输出端绝对不允许直接电源，故必须经过接触器的触点，当电动机接通 工频回路时，变频回路接触器的触点必须先行断开。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 的互锁。为监控电机负载运行情况，主回路的电流大小可以通过电流互感器和 变送器 420mA 电流信号送至上位机

33、来显示，同时可以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的线电压。初 始运行时，必须观察电动机的转向，使之符合要求。如果转向相反，则可以改 变电源的相序来获得正确的转向。系统启动、运行和停止的操作不能直接断开 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。为提高变频器的功率因数，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的方式以降低电流，本系统采用软启动器。 FU N L1 QF1 QF2 QF3 QF4 L1 L2 L3 变频器 U V W M1M2 M3 KM1 KM3 KM5 KM2 KM4

34、KM6 FR2 FR3 FR1 L2 L3 PE 图 4-2 供水系统主电路图 第四章 恒压供水系统硬件组成 15 4.3.2 控制电路设计分析 如图 4-3 为系统的控制电路图，图中的 SA 为手动自动切换，SA 在 1 位 置为手动状态，在 2 的位置为自动控制。手动运行时，可用按钮 SB1-SB6 对三 台泵进行启停控制，自动运行时，系统在 PLC 的程序监控下运行。 4.3.3 I/O 分配表 根据系统的控制要求统计控制系统的输入输出信号的地址的名称、代码及 地址编号如表 4.1 所示。 图 4-3 系统的控制电 路 N L 1 0 2 SB1 SB2 Q0.0 KM2 KM1 Q0.

35、1 FR1 PLC KM1 KM2 SB4 SB3 SB6 QF KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 SB5 Q0.2 KM4 KM3 Q0.3 FR2 KM3 KM4 Q0.4 KM6 KM5 FR3 KM5 KM6 Q0.5 SA 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 表 4.1 输入输出点代码及地址编号 名名 称称代代 码码地址编码地址编码 系统启动SB1I0.0 系统停止SB2I0.1 消防用水I0.2 生活用水 SA I0.3 1#泵过载保护FR1I0.4 2#泵过载保护FR2I0.5 3#泵过载保护FR3I0.6 输输 入入 信信 号号 变频器故障信号I0.7 1#泵

36、工频运行KM1Q0.0 1#泵变频运行KM2Q0.1 2#泵工频运行KM3Q0.2 2#泵变频运行KM4Q0.3 3#泵工频运行KM5Q0.4 3#泵变频运行KM6Q0.5 消防用水指示灯HL1Q1.0 生活用水指示灯HL3Q1.1 变频器故障指示灯HL4Q1.2 输输 出出 信信 号号 系统启动指示灯HL5Q1.3 4.3.4 I/O 接线 根据系统的控制要求设计出 I/O 接线图如图 4-4 所示。 第四章 恒压供水系统硬件组成 17 图 4-4 该系统的 I/O 接线图 4.4 变频器参数设置 若想变频器按照控制系统要求准确可靠运行，必须对其相关参数加以设定， 本控制系统变频器相关参数设

37、定如表 4-2 所示。值得注意的是，在设定参数之前 对变频器中的参数进行复位，复位到出厂时的参数默认值。 表 4-2 恒压供水系统的变频器参数设定 序号序号参数参数设定值设定值参数功能说明参数功能说明 1P00031 2P001030 3P09701 变频器参数复位 4P00101开始快速调试 5P0304以铭牌数据电机额定电压为 6P0305以铭牌数据三台电机额定总电流 7P0307以铭牌数据 0电机额定功率 8P0309以铭牌数据电机的额定效率 FU 2L 1L 220V SA- SB1 SB2 +24V 1M FR FR FR KM2 KM1 Q0.0 Q0.1 KM2 KM1 Q0.2

38、 Q0.3 KM2 KM1Q0.4 Q0.5 KM2 KM1 KM4 KM3 KM6 KM5 3L Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 MM440 20 19 9 4 5 3 24v 24v M M0 L+ I0 A+ Ra CPU 226 CN DC 0-10V EM235 A- I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 1218 9P031050电机的额定频率 第四章 恒压供水系统硬件组成 1319 （续表 4-2） 序号序号参数参数设定值设定值参数功能说明参数功能说明 10P0311以名牌数据电机的额定转速 11

39、P39001结束快速调试 12P10002设置频率给定源（2 为模拟输入 1 通道） 13P10805电机运行最小频率为 5Hz 14P108250电机运行最大频率为 10Hz 15P112010电机从静止状态加速最大频率所需时间 16P112110电机从最大频率减速到静止状态所需时间 17P13000控制方式选择（0 为线性 V/F） 18P075700V 对应 0%的标度，即 0Hz 19P07580 20P07591010V 对应 100%的标度，即 50Hz 21P0760100 22P07610死区宽度为 0V 23P00031设置用户参数访问等级为 3 级 24P07002选择命令

40、给定源（2 为 I/O 端子控制） 25P10002设置频率给定源（2 为模拟输入 1 通道） 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 1420 第五章第五章 系统软件设计系统软件设计 5.1 系统软件设计分析 硬件连接确定之后，系统的控制功能主要通过软件实现，结合泵站的控制 要求，对泵站软件设计分析如下： 1由“恒压”要求出发的工作泵组数量管理 为了恒定水压，在水压降落时要升高变频器的输出频率，且在一台水泵工 作不能满足恒压要求时，需启动第二台水泵。判断需启动新水泵的标准是变频 器的输出频率达到设定的上限值。这一功能可通过比较指令实现。为了判断变 频器工作频率达上限值的确实性，应滤去偶然的频率波动

41、引起的频率达到上限 情况，在程序中应考虑采取时间滤波。 2多泵组泵站泵组管理规范 由于变频器泵站希望每一次启动电动机均为软启动，又规定各台水泵必须 交替使用，多泵组泵站泵组的投运要有个管理规范。在本设计中，控制要求中 规定任一台泵连续变频运行不得超过 3h，因此每次需启动新水泵或切换变频泵 时，以新运行泵为变频泵是合理的。具体的操作是：将现行运行的变频器从变 频器上切除，并接上工频电源运行，将变频器复位并用于新运行泵的启动。除 此之外，泵组管理还有一个问题就是泵的工作循环控制，本设计中使用泵号加 1 的方法实现变频泵的循环控制，用工频泵的总数结合泵号实现工频泵的轮换工 作。 3程序的结构及程序

42、功能的实现 由于模拟量单元需要编制初始化及中断程序，本程序可分为三部分：主程 序、子程序和中断程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这 样可以节省扫描时间。利用定时器中断功能实现 PID 控制的定时采样及输出控 制。主程序的功能最多，如泵切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综 合及报警处理等都在主程序。白天、夜间模式的给定压力值不同，两个恒压值 是采用数字方式直接在程序中设定的。程序中使用的 PLC 元件及其功能 如表 5.1 所示。 表 5.1 程序中使用的 PLC 元件及其功能 器件地址器件地址功能功能器件地址器件地址功能功能 VD100过程变量标准值T37工频泵增泵滤波时

43、间控制 VD104压力给定值T38工频泵减泵滤波时间控制 VD108PID 计算值M0.0故障结束脉冲信号 VD112比例系数 KM0.1水泵变频启动脉冲（增泵） 第五章 系统软件设计 21 VD116采样时间 TsM0.2水泵变频启动脉冲（减泵） 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 22 VD120积分时间 TiM0.3倒泵变频启动脉冲 VD124微分时间 T dM0.4复位当前变频泵运行脉冲 VD204变频运行频率下限值M0.5当前泵工频运行启动脉冲 VD208变频运行频率上限值M0.6新泵变频启动脉冲 VD250PID 调节结果存储单元M2.0泵工频/变频转换逻辑控制 VD300变频工作泵

44、的泵号M2.1泵工频/变频转换逻辑控制 VD301工频运行泵的总台数M2.2泵工频/变频转换逻辑控制 VD310变频运行时间存储器M3.0故障信号汇总 T33工频/变频转换逻辑控制M3.1水池水位越限逻辑 T34工频/变频转换逻辑控制 T35工频/变频转换逻辑控制 5.2 PLC 程序设计 PLC 控制程序采用 SIEMENS 公司提供的 STEP 7-Micro WIN-V40 编程软件 开发。该软件的 SIMATIC 指令集包含三种语言，即语句表(STL)语言、梯形图 (LAD)语言、功能块图(FWD)语言。语句表(STL)语言类似于计算机的汇编语言， 特别适合于来自计算机领域的工程人员，

45、它使用指令助记符创建用户程序，属 于面向机器硬件的语言。梯形图(LAD)语言最接近于继电器接触器控制系统中的 电气控制原理图，是应用最多的一种编程语言，与计算机语言相比，梯形图可 以看作是 PLC 的高级语言，几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑， 因此，它很容易被一般的电气工程设计和运行维护人员所接受，是初学者理想 的编程工具。功能块图(FWD)的图形结构与数字电路的结构极为相似，功能块图 中每个模块有输入和输出端，输出和输入端的函数关系使用与、或、非、异或 逻辑运算，模块之间的连接方式与电路的连接方式基本相同。 PLC 控制程序由一个主程序、若干子程序构成，程序的编制在计算机上完 成

46、，编译后通过 PC/PPI 电缆把程序下载到 PLC，控制任务的完成，是通过在 RUN 模式下主机循环扫描并连续执行用户程序来实现的。 PLC 主程序主要由系统初始化程序、水泵电机起动程序、水泵电机变频/工 频切换程序、水泵电机换机程序、模拟量(压力、频率)比较计算程序和报警程序 等构成。 1系统初始化程序 第五章 系统软件设计 1523 在系统开始工作的时候，先要对整个系统进行初始化，即在开始启动的时 候，先对系统的各个部分的当前工作状态进行检测，如出错则报警，接着对变 频器变 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 1624 频运行的上下限频率、PID 控制的各参数进行初始化处理，赋予一定的初值

47、，在 初始化子程序的最后进行中断连接。系统进行初始化是在主程序中通过调用子 程序来是实现的。在初始化后紧接着要设定白天/夜间两种供水模式下的水压给 定值以及变频泵泵号和工频泵投入台数。 2增、减泵判断和相应操作程序 当 PID 调解结果大于等于变频运行上限频率（或小于等于变频运行下限频 率）且水泵稳定运行时，定时器计时 5min（以便消除水压波动的干扰）后执行 工频泵台数加一（或减一）操作，并产生相应的泵变频启动脉冲信号。 3水泵的软启动程序 增减泵或倒泵时复位变频器为软启动做准备，同时变频泵号加一，并产生 当前泵工频启动脉冲信号和下一台水泵变频启动脉冲信号，延时后启动运行。 当只有一台变频泵

48、长时间运行时，对连续运行时间进行判断，超过 3h 则自 动倒泵变频运行。 4各水泵变频运行控制逻辑程序 各水泵变频运行控制逻辑大体上是相同的，现在只以 1#水泵为例进行说明。 当第一次上电、故障消除或者产生 1#泵变频启动脉冲信号并且系统无故障产生、 未产生复位 1#水泵变频运行信号、1#泵未工作在工频状态时，Q0.1 置 1，KM2 常开触点闭合接通变频器，使 1#水泵变频运行，同时 KM2 常闭触点打开防止 KM1 线圈得电，从而在变频和工频之间实现良好的电气互锁，KM2 的常开触点 还可实现自锁功能。 5各水泵工频运行控制逻辑程序 水泵的工频运行不但取决于变频泵的泵号，还取决于工频泵的台

49、数。由于 各水泵工频运行控制逻辑大体上是相同的，现在只以 1#水泵为例进行说明。产 生当前泵工频运行启动脉冲后，若当前 2#泵处于变频运行状态且工频泵数大于 0，或者当前 3#泵处于变频运行状态且工频泵数大于 1，则 Q0.0 置 1，KM1 线 圈得电，使得 KM1 常开触点闭合，1#水泵工频运行，同时 KM1 常闭触点打开 防止 KM2 线圈得电，从而实现变频和工频之间实现良好的电气互锁，KM1 的 常开触点还可实现自锁功能。 6报警及故障处理程序 本系统中包括水池水位越限报警指示灯、变频器故障报警指示灯白天模式 运行指示灯以及报警电铃。当故障信号产生时，相应的指示灯会出现闪烁的现 象，同