基于PLC的生活小区供水设计

1、 目录摘要 . 3引言 . 4第1章 变频器及变频调速 . 61.1 变频器简介 . 61.2 变频调速的基本原理 . 61.3 变频调速的优点 . 7第2章 变频节能理论及变频恒压供水的工作原理 . 82.1 变频节能理论 . 82.1.1 选取压力控制参数 . 92.1.2 变频器对恒压供水的作用 . 92.2 变频恒压供水的工作原理 . 102.2.1 水泵的特性 . 102.2.2 变频恒压供水系统的特点 . 112.2.3 变频恒压供水系统的节能原理 . 122.2.4 变频调速供水的具体控制方式 . 13第3章 系统的硬件设计 . 143.1 实际系统的设计 . 143.1.1 用

2、户现场情况 . 143.1.2 系统控制要求 . 153.2 设备选型 . 153.2.1 风光jd-bp32-xf型供水变频器 . 153.2.2 plc选型 . 153.2.3 压力传感器 . 163.3 电气控制系统原理图 . 16第4章 系统的软件设计 . 184.1 梯形图的基本绘制规则 . 184.2 控制系统的i/o点及地址分配 . 194.3 plc内部器件及功能 . 194.4 plc控制系统程序 . 204.5 系统总体调试 . 26参考文献 . 27致谢附录基于plc的生活小区供水设计摘要：近年来，随着城市居民小区的不断扩建和改造，楼房层数的不断加高，我国居民用水难的问题

3、越来越突出，原来的自来水管网的压力出现了不足，用水困难给生活带来了极大的不变。为解决上述问题，本文设计了交流变频调速恒压供水控制器，该控制器与变频器，压力传感器等器件有机结合起来，构成了变频恒压供水系统。该系统是以管网水压为设定参数，通过控制变频器的输出频率来自动调节水泵的电机转速，本文根据用水量的大小由plc控制水泵数量及变频器对水泵的调速，实现管网水压的闭环调节，即恒压供水。综上所述，交流变频调速恒压供水是现代化城市和生活小区供水的发展方向，采用plc控制的变频恒压供水具有实现容易，价格低廉等特点，是较理想的控制器。关键词：恒压供水系统；plc；变频器。abstract： in recen

4、t years, with the continuous expansion of urban areas and transform the floors of the building heightened, china's residents the problem of water an increasingly prominent, the original water pipe network in the pressure of the shortage of water to the difficulties of life with an extremely the

5、big change. to address these issues, the paper design of the exchange frequency control water supply controller, the controller and inverter, pressure sensors and other devices combine, constitutes a frequency constant pressure water supply system. the system is network set parameters for the water

6、pressure by controlling the output frequency converter to automatically adjust the pump motor speed, the paper based on water consumption by the plc control the size and number of pumps to pump the speed converter, and the closed-loop network pressure regulation, that is, constant pressure water sup

7、ply. to sum up, exchange frequency control water supply is the modern city life and the direction of development of community water supply, a plc control of the frequency of water supply is constant pressure to achieve easy, low prices, and other characteristics, is an ideal controller. key words: w

8、ater supply system; plc; converter.引言一：课题的意义及应用背景在我国，节电节水的潜力非常大。据有关国际组织发表的资料显示:中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等的4倍左右，消耗的水是他们的2倍左右。我国的大量用电设备中，风机和泵类电机的耗电量占全国发电量的50%左右,若推广新型电机调速技术,可节电40%左右,即可以节约全国发电量的1/5.由于我国人均占有水、电资源相对于别国又少很多,因此,在我国一方面水电供应紧张,而另一方面,水电的浪费又十分惊人.节电节水,不仅潜力巨大,而且意义远。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

9、，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，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。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，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能

10、，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： 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。 新型变频调速供水设备针对传统的变

11、频调速供水设备的不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新产品，如华为的td2100，施耐德公司的altivar58泵切换卡，sanken的samco-i系列，abb公司的acs600、acs400系列，富士公司的g11s/p11s系列等。这些产品将pid调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于pid运算在变频器内部，所以省去了对可编程控制器存储容量的要求和对pid算法的编程，而且pid参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。 供水专用变频器供水专用变频器是将普通变频器和plc控制器集成在一起，内置供水专用

12、pid调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的pid调节器输入口，而压力设定既可使用变频器的键盘设定，也可采用一只电位器以模拟量的形式送入。每日可设定多段压力运行，以适应供水压力的需要。也可设定指定日供水压力。二：课题研究的内容本课题的主要内容包括恒压供水原理，plc原理，变频调速原理，通过设置几个主要器件i/o参数，实现plc、变频器和压力传感器之间的通讯、控制功能。第一章 变频器及变频调速1.1 变频器简介变频器的功能是将频率固定 (通常为50hz)的交流电变换成频率连续可调的三相交流电源。变频器的输入端接至频率固定的三相交流电

13、，输出端输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电。 变频器主要分为间接变频和直接变频两大类，目前市场上的变频器，大致可分为三类。（1）通用型变频器，通常指没有矢量控制功能的变频器，也称简易变频器。（2）高性能变频器，通常指配备矢量控制功能的变频器。（3）专用变频器，专门针对某种类型的机械而设计的变频器，如水泵、风机专用变频器，电梯专用变频器，起重机械专用变频器，张力控制专用变频器等。用户应根据生产机械的具体情况进行选择。而间接变频又根据中间直流环节的主要储能元件的不同可分为电压型和电流型。 电压型变频器主回路由相控整流器、中间直流环节和逆变器三个部分组成。相控整流器将交流电压整流为可控的直

14、流电压，经滤波由电容cd输出直流电压vd,逆变器将直流ud变换成频率可调的交流电源供给电机进行变频调速。由于中间直流环节是cd低阻抗输出相当于是恒压源，故称电压型。电流型交直交变频器与电压型变频器的差别仅在于中间直流环节中的储能元件用的是电感而不是电容。由于中间直流环节是高阻抗输出相当于电流源，故称电流型。 变频器的主要额定数据有： (1) 输入侧数据： 额定电压：我国中小容量变频器的额定电压多为380v，三相。额定频率：我国为50 hz。 (2) 输出侧数据： 额定输出电压：因为变频器的输出电压是随频率而变的，所以，其额定输出电压只能规定为输出电压中的最大值。 一般情况下，它总是和输入侧的额

15、定电压相等。 额定输出电流：允许长时间运行的最大电流，是用户在选择变频器容量时的主要依据。 额定输出容量：由额定输出电压和额定输出电流的乘积决定。1.2 变频调速的基本原理(1) 异步电动机的等效变换 异步电动机的电磁转矩公式：其中:p为旋转磁场的磁极对数，s为转差率。其原理图如下图所示： u1r1i1e1x1r2x2i0i2u2(2) 变频调速的原理异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生。异步电动机的定子主磁通是以一定的转速旋转，旋转磁场实际是三个交变磁场合成的结果。旋转磁场的转速=60f/p，其中f是电流频率，p是旋转磁场的磁极对数。产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定

16、子磁场的磁力线。因此转子的转速必须低于定子磁场的转速 (即所谓的“异步”)。两者之间的差异可由转差率表示，转差率s=(-)/，根据=60f/p可知，当频率f连续可调时，电动机的同步转速也连续可调，而异步电机的转子转速总是比同步转速略低一点，所以当连续可调时，也是连续可调。1.3 变频调速的优点 用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著。其优点是： 起动平衡，起动电流可限制在额定电流以内，避免了起动时对电网的冲击； 由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命； 可以消除起动和停机时的水锤效应； 一般地说，当由一台变频器控制一台电动机时，只需使变频器的

17、配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。当一台变频器同时控制两台电动机时，原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时，可考虑适当减小变频器的容量，但应注意留有足够的裕量。 虽然水泵在低速运行时，电动机的工作电流较小，但是当用户的用水量变化频繁时，电动机将处于频繁的升、降速状态，而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流，导致电动机过热，因此，电动机的热保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升，变频器内的电子热保护功能是难以起到保护作用的，所以应采用热继电器来进行电动机的热保护。 在主要功能预置方面，最高频率应以电

18、动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在采用pid调节器的情况下，升、降速时间应尽量设定得短一些，以免影响由pid调节器决定的动态响应过程。如变频器本身具有pid调节功能时，只要在预置时设定pid功能有效，则所设定的升速和降速时间将自动失效。 第二章 变频节能理论及变频恒压供水的工作原理2.1 变频节能理论交流电机转速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 为电机转速，f为交流电频率，s 为转差率，p为极对数。电机选定之后s 和p则为定值，电机转速n和交流电频率f 成正比，使用变频器来改变交流电频率，即可实现对电机变频无级调速。 流量与转速成正比： 转矩与转速的平方成正比： 功率与

19、转速的三次方成正比：而且变频调速自身的能量损耗极低，在各种转速下变频器输入功率几乎等于电机轴功率，由此可知：在使用变频调速技术供水时，系统中流量变化与功率的关系为：变额额。采用出口阀控制流量的方式，电机在工频运行时，系统中流量变化与功率的关系：阀（.+.）额。其中，为功率、为转速、为流量。 例如设定当前流量为水泵额定流量的，则采用变频调速时变额.额，而采用阀门控制时阀（.+.）额.额，节电（阀-变）阀 ×.。流量（%）分别为100，90，80，70，60，50时，对应的节电率（% ）为0，22.5，41.8，61.5，71.6， 82.1。由此可见：从理论计算结果可以看到节能效果非常

20、显著，而且在实际运行中生活小区变频恒压供水技术比传统的加压供水系统还有自动控制恒压、无污染等明显优势，并且新型的生活小区变频恒压供水系统能自动地控制一至多台主泵和一台休眠泵的运行。在管网用水量减少到单台主泵流量的约1/6-1/8时，系统自动停止主泵，启动小功率的休眠泵工作，保证系统小流量供水，解决小流量甚至零流量供水时大量电能的浪费问题，从运行控制上进一步节能。生活小区变频恒压供水系统通常是由水池、离心泵（主泵+休眠泵）、压力传感器、pid调节器、变频器（主泵+休眠泵）、管网组成。工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20ma或0-10

21、v）反馈到pid调节器，pid调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。2.1.1 选取压力控制参数 合理选取压力控制参数 实现系统低能耗恒压供水的关键在于压力控制参数的选取，通常管网压力控制点的选择有两个：一个是管网最不利点压力恒压控制，另一个是泵出口压力恒压控制。 两者的选择 管网最不利点压力恒定时，管网用水量由qmax减少到q1，水泵降低转速，与用水管路特性曲线a（不变）相交于点c，水泵特性曲线下移，管网最不利点压力h0。而泵出口压力恒压控制时，则ha不变，用水量由qmax减少到q1与ha交于b点，用水管路特性曲线a上移并通过

22、b点，管网最不利点压力变为hb，hb - h0的扬程差即为能量浪费，所以选择管网最不利点的最小水头为压力控制参数，形成闭环压力自控系统，使得水泵的转速与pid调节器设定压力相匹配，可以达到最大节能效果，而且实现了恒压供水的目的。2.1.2 变频器对恒压供水的作用变频器在投入运行后的调试是保证系统达到最佳运行状态的必要手段。变频器根据负载的转动惯量的大小，在启动和停止电机时所需的时间不相同，设定时间过短会导致变频器在加速时过电流、在减速时过电压保护；设定时间过长会导致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢，反应迟滞，应变能力差，系统易处在短期不稳定状态中。为了实现变频器不跳闸保护，现实使用中的许多

23、变频器加减速时间的设置过长，它所带来的问题很容易被设备外表的正常而掩盖，但是变频器达不到最佳运行状态。所以使用时要根据所驱动的负载性质不同，测试出负载的允许最短加减速时间，进行设定。对于水泵电机，加减速时间的选择在0.2-20秒之间。相对与传统的加压供水方式，变频恒压供水系统的优点突出体现在以下几个方面： 变频恒压供水系统的最显著优点就是节约电能，节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。 变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期热水器不能正常使用的情况。 系统实行闭环供水后，用户的水

24、全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。 新型的生活小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、低液位保护、主泵定时轮换控制、密码设定等功能，功能完善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只需派人定期检查、保养。 使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击，消除了

25、水泵的水锤效应。新型的生活小区变频恒压供水系统采用水池上直接安装立式泵，控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地也非常小，可以节省投资。另外不用水塔或天面水池、控制间不设专人管理、设备故障率极低等方面都实现了进一步减少投资，运行管理费低的特点，再加上变频器供水的节能优点，都决定了小区变频恒压供水系统的投资回收期短，一般约2年。2.2 变频恒压供水的工作原理2.2.1 水泵的特性变频恒压供水技术是80年代后期发展起来的，主要用于楼宇高层的加压供水，具有水压恒定、水质好、占地小、无高位水箱、噪音小、节能等一系列优点。该技术能实现水泵的软起动，减小水泵起动时的冲击电流，使水泵的使用寿命延

26、长，在调节水泵流量时，可以节约可观的能量。水泵的输出特性既决定于水泵的种类，也随供水管网系统的阻力特性曲线不同而不同。离心式水泵的特性公式如下：p=khq/      （1）式中，p为水泵的功耗(kw)；q为使用工况点的水泵流量(m3/s)；h为使用工况点的扬程(m)；k为输出介质常数(kg/m3)；为使用工况点的泵效率(%)。图1   离心水泵的h-q曲线 图1给出了离心式水泵的h-q曲线，可见，在水泵的工作过程中，在等于原设计工况(点a)时效率最高，偏离这个工况(点在b、c两点间)效率就会降低。根据水泵理论的相

27、似定律，当水泵的转速发生变化时，它的扬程h、流量q及水泵功率p也随之变化，它们之间的关系可以表示为：q2/q1=n2/n1  h2/h1=(n2/n1)² p2/p1=(n2/n1)³流量q与转速n的一次方成正比；扬程h与转速n的平方成正比；水泵功率p与转速n的立方成正比。图2   供水管网的h-q曲线供水管网的h-q曲线如图2所示,管网特性曲线与泵特性曲线之交点即为泵的正常使用工况点。2.2.2 变频恒压供水系统的特点 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； 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

28、，减少了水的跑、漏现象；  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； 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； 控制灵活：分压供水，手动选择工作方式； 自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动另一台泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。 2.2.3 变频恒压供水系统的节能原理（1）系

29、统的原理图3供水流量变化时的h-q曲线在图3中，水泵额定运行时的工况点d是泵的特性曲线nn与管路阻力曲线r1的交点。传统的利用阀门控制的水泵，由于要减小流量，关小阀门，使阀门的摩擦阻力变大，阻力曲线从r1转移到r1，扬程则从h0升到h1，流量从qn减小到q1，运行工况点从d点转移到a点。而调速控制水泵时，阀门没有开关变化，因此阻力曲线r1不变。为使流量改变，需要改变水泵的转速。如果把速度从nn降到n1，特性曲线也从nn转移到n1。此时，运行工况点从d点转移到c点，扬程从h0下降到h3，流量从qn减小到q1。根据公式(1)求出，运行时，在a点水泵的功耗为，c点水泵的功耗为，两者的差值为：。也就是

30、说，用阀门控制水泵流量时，有p功率被浪费掉了，并且这个损耗随着阀门的关小而增加。（2）系统构成与控制方式选择针对给定的条件进行系统设计，由于各泵容量相等，可只用一个变频器，额定功率稍大于或等于泵的额定功率。由于变频器的价格较高，因此不建议使用变频器的双余度备份，但可在保护和故障容错中做一定投资，以更好地保证系统安全稳定运行。控制器件与控制方案选择如下：现阶段使用较多的控制器件为：微处理器（单片机或dsp）、plc或专用变频器。专用变频器的主要生产厂商有三菱、abb等公司。不同的控制装置在控制的原理上基本是一样的，主要有pid调节器、变频/工频自动切换、水网压力检测环节等。为了保持供水管道的压力

31、恒定，就必须实时检测管道压力并回馈给供水控制器，使其构成压力闭环控制系统。现在最常用的控制器是以pid调节为主要手段，也有的采用了模糊控制等现代控制理论方法。变频调速供水的恒压值一般选用最不利点（管端）恒压控制比较准确，但该压力信号传输距离太长，一方面容易受到干扰，另一方面也容易出现故障，因此在用户对供水精度要求不很高时，常以出水母管出口处压力作为恒压值进行控制。对于专用变频器，由压力传感器检测到的管网压力直接送入变频器中的pid调节器输入口；对微处理器（包括plc）控制的系统，压力设定值以及用户管网压力检测值则送入微处理器中，经内部pid控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号，当变频器频

32、率达到最大时，若仍没有达到压力设定值，就进行变频/工频切换，同时重新给变频器输出一个转速控制信号。压力检测值与压力给定值差距越大，该输出信号变化就越大。一旦管网压力达到了设定值，输出控制信号就恒定下来，系统稳定运行。在专用变频器中，压力给定值可以通过变频器输入设定，也可以通过电位器送入；而微处理器控制系统的压力给定值也可通过相应的装置输入。允许用户在现场设置pid参数，通过调试选出最佳参数，达到系统稳定。一般情况下，pid方式的调节器就能够满足供水管压力的稳定调节。然而，这种类型的闭环系统也存在着一些难以解决的问题，比如在系统的动态运行过程中，水泵电机会出现速度超调甚至不稳定的现象，对整个的供

33、水设备具有很大的破坏性，还会减小整个系统的效率。这些问题只能通过选定最优的pid参数或修改pid算法来解决。2.2.4 变频调速供水的具体控制方式变频调速恒压供水系统的核心在于使用一台或几台变频器对供水系统的水泵进行变频控制，使供水水泵尽量工作在最佳效率状态。恒压供水的起动与停机：在水泵出口母管处装设压力变送器和流量变送器，将压力和流量信号送入控制器，控制器将接收到的信号进行比较、运算，并发出指令，对变频器进行控制。如果检测得管网压力大于设定值，则系统不起动，当管网压力小于设定值时，系统起动。变频器带1泵软起动,此时1泵处于变频调速运行状态，变频器根据收到的信号随时调整水泵的转速。当1泵达到额

34、定转速仍不能满足水压值要求时，则该水泵自动切换到工频状态下运行，变频器则控制2水泵，使之软起动并运行。依此类推，直到管网压力满足压力设定要求。第三章 系统的硬件设计3.1 实际系统的设计众所周知，恒压供水系统对于生活小区是非常重要的，例如在生活小区供水过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响居民生活。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大损失和人员伤亡,所以,生活小区采用生活/消防双恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。基于上述情况，现对某生活小区供水系统进行改造，采用西门子plc作为主控单元，利用山东新风光电子科技发展有限公司推出的供水变频器，根

35、据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的。改造提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果。3.1.1 用户现场情况如图3.1所示，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，则自动向水箱注水。水池的高低水位信号也直接送给plc，作为水位报警。为了保持供水的连续性，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二台泵，平时电磁阀yv2处于失电状态，关闭消防管网，二台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yv2得电，关闭生活用水管网，二台泵供消防用水使用，并维持消防用水的高恒

36、压值。火灾结束后，二台泵改为生活供水使用。图3.1     生活/消防双恒压供水系统示意图   现场设备参数如下:型号65315（i）a流量56m3/h扬程110m效率56%转速2900r/min电机功率37kw3.1.2 系统控制要求用户对二台泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是:   生活供水时，系统低恒压值运行，消防供水时高恒压值运行;   二台泵根据恒压的需要，采取先开先停的原则接入和退出;   在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过1天，则要切换

37、下台泵，系统具有倒泵功能，避免一台泵工作时间过长;    二台泵在启动时都要有软启动功能;    要有完善的报警功能;    对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时使用。3.2 设备选型3.2.1 风光jd-bp32-xf型供水变频器  jd-bp32-xf型是山东新风光电子科技发展有限公司推出的供水专用变频器，使用空间电压矢量控制技术,适用于各类自控场合。在恒压供水中可以采用这类变频器。jd-bp32-xf型变频器除具有变频器的一般特性外，还具有以下特性:水压高、水压低输出接口，变频器运行上限、下限频率(可以任意

38、设定)，可以方便地进行双压力控制，内置智能pi控制，以上功能非常适用于供水控制要求。在本设计中选用jd-bp32-37f(37kw)风光供水变频器拖动用户水泵。 3.2.2 plc选型simatic s7-200系列plc具有极高的可靠性，丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通信能力，丰富的扩展模块，适用于各行各业，各种场合中的检测，监测及自动化控制的需要。s7-200cpu将一个微处理器，一个集成电源和数字量i/o点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型plc，在下载了程序之后，s7-200将保留所需的逻辑，用于监控应用程序中的i/o设备。s

39、7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相互联成网络皆能实现复杂控制功能，因此s7-200系列具有集高的性能/价格比。它的特点有： 可靠性高。由于可靠性是用户选用的首位依据，因此，每个plc生产厂都将可靠性作为第一指标而加以研制，以单片机为核心，在硬件和软件上采取大量的抗干扰措施，使plc的平均无故障时间达到30万小时以上，使用寿命更长。 控制功能强。plc具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、记忆、四则运算和数据传送等功能，可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和过程控制等。 编程方便，易于使用。plc采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较直观，易懂易编，深受电气技术人员和电工的

40、欢迎，容易推广应用。plc可取代原继电器控制系统，有利于对老设备的技术改造。 可使用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。 具有各种接口，与外部设备连接非常方便。 采用积木式结构或模块式结构，具有较大的灵活性和可扩展性，扩展灵活方便。 维修方便。plc上有i/o指示灯（led），哪个i/o元件有故障，一目了然。 可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序进行在线修改，不用更改硬件接线，灵活性大，适应性强。本设计选用s7-200型plc，系统共有开关量输入点8个，开关量输出点10个,选用西门子主机cpu222(8入6继电器输出)1台，加上扩展模块em222(8继电器输出)1台，即可满足用户供水控制要求。

41、3.2.3 压力传感器在供水系统中，压力传感器既可以采用压力变送器，也可以采用远传压力表。在本例中采用远传压力表，压力表相应接线端子接到变频器主控板3脚、4脚、5脚即可。3.3 电气控制系统原理图电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及plc外围接线图三部分。(1) 主电路图图3.2所示为电控系统主电路。二台电机分别为m1、m2，接触器km1、km3分别控制m1、m2的工频运行;接触器km2、km4分别控制m1、m2的变频运行;fr1、fr2分别为二台水泵电机过载保护用的热继电器;qs1、qs2和qs3分别为变频器和二台泵电机主电路的隔离开关;fu1、fu2为主电路的熔断器;bpq为风光供

42、水专用变频器。 (2) 控制电路图 图3.4所示为电控系统电路。图中sa为手动/自动转换开关，sa打在左边的位置为手动控制状态，打在右边的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮sb1sb6控制二台泵的起/停和电磁阀yv2的通/断;自动运行时，系统在plc程序控制下运行。图3.4中的hl8为自动运行状态电源指示灯。 (3) plc接线图图3.3所示为plc及扩展模块外围接线图。火灾时，火灾信号sa1被触动，i0.0为1。图3.2   主电路图图3.3   双恒压供水控制系统及扩展模块的外围接线图图3.4 电控系统控制电路图第四章 系统的软件设计4.1 梯

43、形图的基本绘制规则（1）编程顺序梯形图按照从上到下，从左到右的顺序控制。每个逻辑行开始于左母线，一般来说，触点要放在左侧，线圈和指令盒放在右侧，线圈和指令盒右侧不能有触点，整个梯形图形成阶梯形结构。（2）编号分配对于外接电路的各元件分配编号，编号的分配必须是主机或者扩展模块本身实际提供的，而且可以用来编程，两个设备不能共用一个输入输出点。（3）触点的使用次数和线圈的使用次数在plc的梯形图中，触点的使用次数可能用无数次，而线圈的使用次数只能是一次，否则，容易引发系统出现意外的事故。（4）线圈的连接使用一个条件驱动多个线圈时，不能串联，只能并联。4.2 控制系统的i/o点及地址分配根据图1所示及

44、控制要求，统计控制系统的输入、输出信号的名称，代码及地址编号如下表所示。水位上、下限信号分别为i0.1、i0.2。4.3 plc内部器件及功能名称代码地址编码输入信号手动和自动消防信号sa1i0.0水池下限信号slli0.1水池上限信号slhi0.2变频器报警信号sui0.3消铃按钮sb7i0.4试灯按钮sb8i0.5水压低信号sy1i0.6水压高信号sy2i0.7输出信号1#泵工频运行接触器及指示灯km1,hl1q0.01#泵变频运行接触器及指示灯km2,hl2q0.12#泵工频运行接触器及指示灯km3,hl3q0.22#泵变频运行接触器及指示灯km4,hl4q0.3变频器开停机控制ka2q

45、0.5生活/消防供水转换电磁阀，压力转换yv2,ka1q1.0水池水位下限报警指示灯hl5q1.1变频器报警指示灯hl6q1.2火灾报警指示灯hl7q1.3报警指示灯haq1.4plc内部器件及功能如下表所示：器件地址功能vb400变频工作泵的泵号vb401工频运行泵的台数vd410倒泵时间存储器t33工/变频转换逻辑控制t34工/变频转换逻辑控制t37工频泵增泵判断时间控制t38工频泵减泵判断时间控制t39工/变频转换逻辑控制m0.0故障结束脉冲信号m0.1泵变频启动脉冲m0.2m0.3倒泵变频启动脉冲m0.4复位当前变频泵运行脉冲m0.5当前泵工频运行启动脉冲m0.6新泵变频启动脉冲m2.0泵工/变频转换逻辑控制m2.1泵工/变频转换逻辑控制m2.2泵工/变频转换逻辑控制m3.0故障信号汇总m3.1水位下限故障逻辑m3.2水位下限故障消铃逻辑m3.3变频器故障消铃逻辑m3.4火灾消铃逻辑 生活/消防双恒压的两个恒压值是山东新风光电子科技发展有限公司生产的风光供水专用变频器直接设定的。在本设计中，根据用户要求，生活压力设定为0.35mpa,消防压力设定为0.60mpa。压力低、压力高信号分别由变频器内部主控板14脚、15脚给出。供水运行下限频率、供水运行上限频率由变频器程序设定。在本设计中，运行下限频率设为20hz, 运行上限频率设为50hz。4.4 pl