基于PLC的恒压供水控制系统设计

摘要进入21世纪以来，中国经济水平和总量得到了极大的提高，人民的生活水平和生活质量不断提高，对与民生息息相关的城市基础设施建设提出了更高的要求，而供水又是其中最为重要的一环，供水系统的好坏直接关系到城市的稳定和可持续发展。传统的人工供水方式，由于人工控制的不精确性,会造成水资源的大量浪费；缺乏自动化控制，根本无法满足现在城市供水需求。本文通过化PLC控制变频器的输出频率，再由变频器控制水冢电机的转速来实现的恒压供水控制系统，对PID控制设计中的参数进行选择，达到最优控制。恒压供水系统设计的关键在于保持管网水压基本恒定，由于巧户较多并且用水时间不确定，管网水压波动较大，使用PID方法数学模型进行设计，并在实际应用中得到了满意的效果。关键词：恒压供水,变频控制,PLC前言水资源的珍贵，大家众所周知。既然水资源必不可少，那么大家就应该有节水意识。而且我们国家水资源相对于庞大的人口来说是十分短缺的。但是我们国家在城市供水方面却并没有实现高度自动化，造成了宝贵水资源的极大浪费。随着城市居民对供水要求的日益增加，传统的供水方式已不能满足人民的需求。而且随着国家经济的不断发展，城镇人口爆发式增长，人民对生活越来越高的要求，这时候人们对供水设施有了更高的要求。有鉴于此，本文针对A小区恒压供水系统目前存在的一些问题提出了合理的解决措施，旨在保证恒压供水系统运行稳定、抗干扰能力强。1.1研究的背景近几年，我国经济发展的速度逐渐加快，能源问题对经济发展所产生的影响较大，拉闸限电这一问题在多个省市都具有一定的显著性，因此不仅对人们的正常生活产生较大的影响，同时对企业的发展也产生了一定的限制。若该问题要得到全面的解决，就不能够仅仅注重能源节约，同时也要对新能源的开发给予较大的重视。本文所研究的选题为在供水系统方面所存在的能源损耗，目的在于促进能量利用率的提升。依照相关的数据信息能够明显看到，水泵的耗能较高，在全国耗能中占比多达21%，除了水泵耗能需要较高的成本，同时设备后续维护也需要一定的成本，因此，供水行业在发展的过程中需要较高的成本支持。目前，我国所存在的供水系统大多都是通过电力拖动的方式来完成对水泵的控制，并且供水系统的设计方案在实际运行中并不具有较高的可行性，因此产生了水泵耗能高、效率低的问题，同时在供水系统的水流量方面，实际值和设计值二者之间存在较大的差距。传统的供水方式通过对阀门的使用完成对水流量的调节，但该方式也具有一定的不足之处，具有显著性的是能源浪费过于严重这一问题，除此之外，电机在启动的过程中，不需要过多的启动时间，因此管道内往往会出现欠压或者过压问题，从而促进了“水锤效应”的形成，在管道过压的状态下，往往会产生福门破裂、管道崩裂的问题，而在管道低压的状态下，往往会产生管道塌瘪的问题，但无论在哪一种状态下都会产生附加的噪声，对人们的生活产生影响。所以，在提高能力利用率的过程中，必须注重对供水方式做出改进和优化。1.2研究的意义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。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着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，特别是在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、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。1.3恒压供水系统研究现状恒压供水系统在国外大多国家应用时基本上是一台变频器对应一台水泵机组，多台水泵机组被一台变频器拖动的情况则非常少见，使得工程系统造价就比较高。随着变频器技术和PLC技术的发展，特别是在恒压供水系统中的运用大力推动了变频恒压供水系统的发展。国内外不少厂家比如ABB等，不断研发推出了一些实用的供水变频器。他们生产的新型设备具有PID调节器，配合上简单的PLC控制器就能实现较好的控制效果，使得其应用范围不断扩大。由于在变频器中嵌入了PID调节器，既不需要用户额外单独编写相应的控制算法，降低了其应用难度；同时也不用再对PLC的内存有所要求，并且可以对调节器参数进行灵活的在线调试。供水管道中的水压也可以用PID调节器来进行算法优化，并且能保持稳定不过压。为了简化调试系统，必须换算反馈信号，通过对滤波的常数进行调整，可以保证给出精确反馈信号。虽然其价格要比普通的变频器稍贵一些，但是总体来说要比普通的变频器更具实用性。日本三垦公司研发出了一款被称为恒压供水基板的产品，它的基板上面集成了硬件PLC和PID调节器，可以对它进行编程或者通过调试PLC或者PID参数来实现自动控制，再辅以恒压供水的相关器件，可以控制多个内置的电磁接触器，从而构成一个完成的供水系统。这种产品在相当程度上优化了集成电路，节省了设备的成本。但是另一方面来看，它的输出接口不可扩展，这降低了整个系统的稳定性和可扩展性；在数据通信的方面，与其他的系统兼容性低，在实际的使用过程中将会受到很多的限制。第二种是专用恒压供水控制器，一般采用单片机等作为控制器。这种控制系统可以将PID或模糊控制等方法来当作控制的算法，能够比较好的做到恒压控制。在数据通信的方面，它与其他的系统兼容性高，并且可以实时的采集当前水泵信息，能够同时控制多台水泵，还可以实现分段控制、消防供水控制等，功能强大，性能稳定。第三种是基于PLC的PID控制，该种控制方式要求电机电源的频率能够根据需要进行相应的改变，以满足对电机转速实时连续的调节，来控制供水管道网络内的水的压里。压力传感器能将管网里面的水压转变成电信号，然后经过转换传送到可编程控制器中。经过PID处理器，将管压信号模拟到变频器中。调节水源泵的转动速度，可以控制管道网络里面的水的压力，最终实现恒压供水闭环控制。系统还可以根据当前运行状况，来判断是否需要增加或者减少水泵的数量。比如某公司研发了一套变频调速供水设备，采用变频进行调速，也配备了可编程控制器。该系统可以保持供水系统水压的恒定，而且具有实时监控的功能，可以自动检查、排除故障。可以通过对信号进行分析，当其达到设定的某一条件以后就可以自动启动运行；还可以通过远程的控制启动以及定时启动等等。日本一公司推出的恒压供水装置，采用“泵固定模式”以及模型的“循环”准备，其PLC位于变频器控制板，并且集成了可编程PID控制器的硬件，通过写入代码来实现PLC和PID控制系统的功能，再加上恒压供水相配套的一些设备，就可以实现恒压供水。

变频恒压供水系统的理论分析2.1水泵的工作原理供水所用水泵主要是离心泵，普通离心泵如图2-1所示，叶轮安装在泵2内，并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动，泵壳中央有一液体吸入口4与吸入管5连接，液体经底阀6和吸入管进入泵内，泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体:启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。图2-1普通离心泵2.2电动机的调速原理水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为：(2-1)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，三相异步电动机的调速方法有：(l)改变电源频率(2)改变电机极对数(3)改变转差率改变电机极对数调速的调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有级调速，而且级差比较大，即变速时转速变化较大，转矩也变化大，因此只适用于特定转速的生产机器。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，其最大优点是它可以回收转差功率，节能效果好，且调速性能也好，但由于线路过于复杂，增加了中间环节的电能损耗[7]，且成本高而影响它的推广价值。下面重点分析改变电源频率调速的方法及特点。根据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速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的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电机运行性能恶化。随着电力电子技术的发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，它们促进了变频调速的广泛应用。2.3变频恒压供水的能耗分析在供水系统中，最根本的控制对象是流量。因此，要讨论节能问题，必须从考察调节流量的方法入手。常见的方法有阀门控制法和转速控制法两种。供水系统中对水压流量的控制，传统上采用阀门调节实现。由于水泵的轴功率与转速的立方成正比，因此水泵用变频器来调节转速能实现压力或流量的自动控制，同时可获得大量节能。闭环恒压供水系统正越来越多地取代高位水箱、水塔等设施及阀门调节。(1)阀门控制法：通过关小或开大阀门来调节流量，而转速保持不变。阀门控制法的实质是水泵本身的供水能力不变，而是通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量，以适应用户对流量的要求。这时，管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但是扬程特性不变。如图2.2所示，设用户所需流量QX为额定流量的60%(即QX=60%QN)。当通过关小阀门来实现时，管阻特性将改变为曲线③，而扬程特性则仍为曲线①，故供水系统的工作点移至E点，这时，流量减小为QE(=Qx)；扬程增加为HE；供水功率PC与面积ODEJ成正比。图2-2调节流量的方法与比较(2)恒压控制法：即通过改变水泵的转速来调节流量，而阀门开度保持不变，也称为转速控制法。转速控制法的实质是通过改变水泵的供水能力来适应用户对流量的要求。当水泵的饿转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性不变。以用户所需流量等于60%Qn为例，当通过降低转速使得Qx=60%Qn时，扬程特性仍为曲线②，故工作点移向C点。这时流量减小为QE（=Qx），扬程减小为Hc，供水功率PC与面积0DCK成正比。比较上述两种调节流量的方法可以看出，在所需流量小于额定流量(Qx<100%QN)的情况下，转速控制时的扬程比阀门控制方式小得多，所以转速控制方式所需的供水功率也比阀门控制方式小得多。两者之差△P便是转速控制方式节约的供水功率，它与面积KCEJ成正比。这是变频调速供水系统具有节能效果最基本的方面。对供水系统进行的控制，归根结底是为了满足用户对流量的要求。所以，流量是供水系统的基本控制对象。而流量的大小又取决于扬程，但是扬程难以进行具体测量和控制。考虑到动态情况下，管道中水压的大小与供水能力（由流量QG表示）和用水要求（由流水量QU表示）之间的平衡情况有关。如：供水能力QG>用水需求QU，则压力上升（P↑）；如：供水能力QG<用水需求QU，则压力下降（P↓）；如：供水能力QG=用水需求QU，则压力不变（P不变）。可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在流体压力的变化上。从而，压力就成为了用来作为控制流量大小的参变量。就是说，保持供水系统中某处的压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水所要达到的目的。2.4变频恒压供水系统组成及原理图2.4.1变频恒压供水系统的组成及原理图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2-3所示：图2-3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：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，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。管网水压信号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。此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行A/D转换。另外为加强系统的可靠性，还需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测，检测结果可以送给PLC，作为数字量输入；水池水位信号反映水泵的进水水源是否充足。信号有效时，控制系统要对系统实施保护控制，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。此信号来自安装于水池中的液位传感器；报警信号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.控制机构：供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。供水控制器是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的压力、液位、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(即水泵机组)进行控制；变频器是对水泵进行转速控制的单元，其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。根据水泵机组中水泵被变频器拖动的情况不同，变频器有两种工作方式即变频循环式和变频固定式，变频循环式即变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统先将变频器从该水泵电机中脱出，将该泵切换为工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机；变频固定式是变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统直接启动另一台恒速水泵，变频器不做切换，变频器固定拖动的水泵在系统运行前可以选择，本设计中采用前者。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、供水水源中断造成故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，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。变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。变频恒压供水系统的结构框图如图2-4所示：图2-4变频恒压供水系统框图恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为4—20mA的电信号，此检测信号是实现恒压供水的关键参数。由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速，进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频恒压供水。变频恒压供水系统控制流程如下:1.系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，首先启动变频器拖动变频泵M1工作，根据压力变送器测得的用户管网实际压力和设定压力的偏差调节变频器的输出频率，控制Ml的转速，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间Ml工作在调速运行状态。2.当用水量增加水压减小时，压力变送器反馈的水压信号减小，偏差变大，PLC的输出信号变大，变频器的输出频率变大，所以水泵的转速增大，供水量增大，最终水泵的转速达到另一个新的稳定值。反之，当用水量减少水压增加时，通过压力闭环，减小水泵的转速到另一个新的稳定值。3.当用水量继续增加，变频器的输出频率达到上限频率50Hz时，若此时用户管网的实际压力还未达到设定压力，并且满足增加水泵的条件(在下节有详细阐述)时，在变频循环式的控制方式下，系统将在PLC的控制下自动投入水泵M2(变速运行)，同时变频泵M1做工频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止。如果用水量继续增加，满足增加水泵的条件，将继续发生如上转换，将另一台工频泵M3投入运行，变频器输出频率达到上限频率50Hz时，压力仍未达到设定值时，控制系统就会发出水压超限报警。4.当用水量下降水压升高，变频器的输出频率降至下限频率，用户管网的实际水压仍高于设定压力值，并且满足减少水泵的条件时，系统将工频泵M2关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值。当用水量继续下降，并且满足减少水泵的条件时，将继续发生如上转换，将另一台工频泵M3关掉。2.4.2水泵切换条件分析在上述的系统工作流程中，我们提到当变频泵己运行在上限频率，此时管网的实际压力仍低于设定压力，此时需要增加水泵来满足供水要求，达到恒压的目的；当变频泵和工频泵都在运行且变频泵己运行在下限频率，此时管网的实际压力仍高于设定压力，此时需要减少工频泵来减少供水流量，达到恒压的目的。那么何时进行切换，才能使系统提供稳定可靠的供水压力，同时使机组不过于频繁的切换呢?由于电网的限制以及变频器和电机工作频率的限制，50HZ成为频率调节的上限频率。另外，变频器的输出频率不能够为负值，最低只能是0HZ。其实，在实际应用中，变频器的输出频率是不可能降到0HZ。因为当水泵机组运行，电机带动水泵向管网供水时，由于管网中的水压会反推水泵，给带动水泵运行的电机一个反向的力矩，同时这个水压也在一定程度上阻止源水池中的水进入管网，因此，当电机运行频率下降到一个值时，水泵就己经抽不出水了，实际的供水压力也不会随着电机频率的下降而下降。这个频率在实际应用中就是电机运行的下限频率。这个频率远大于0HZ，具体数值与水泵特性及系统所使用的场所有关，一般在20HZ左右。所以选择50HZ和20HZ作为水泵机组切换的上下限频率。当输出频率达到上限频率时，实际供水压力在设定压力上下波动。若出现时就进行机组切换，很可能由于新增加了一台机组运行，供水压力一下就超过了设定压力。在极端的情况下，运行机组增加后，实际供水压力超过设定供水压力，而新增加的机组在变频器的下限频率运行，此时又满足了机组切换的停机条件，需要将一个在工频状态下运行的机组停掉。如果用水状况不变，供水泵站中的所有能够自动投切的机组将一直这样投入—切出—再投入—再切出地循环下去，这增加了机组切换的次数，使系统一直处于不稳定的状态之中，实际供水压力也会在很大的压力范围内震荡。这样的工作状态既无法提供稳定可靠的供水压力，也使得机组由于相互切换频繁而增大磨损，减少运行寿命。另外，实际供水压力超调的影响以及现场的干扰使实际压力的测量值有尖峰，这两种情况都可能使机组切换的判别条件在一个比较短的时间内满足。所以，在实际应用中，相应的判别条件是通过对上面两个判别条件的修改得到的，其实质就是增加了回滞环的应用和判别条件的延时成立。实际的机组切换判别条件如下：加泵条件：且延时判别成立(2.6)减泵条件：且延时判别成立(2.7)式中：：上限频率：下限频率：设定压力：反馈压力。在自动方式下进行开环控制，系统根据检测到外部传感器的状态如下:1）其次，采集压力传感器反馈的信号，将该传感器输出的模拟信号转换成PLC可处理数字信号。2）再次，PLC根据压力反馈值，以及变频输出，对模拟量进行数据处理。3）最后，在PLC中数据经过计算后，产生控制信号来实现对驱动的控制。就是工作过程。启动运行启动运行测量压力反馈值调节规律计算检测变频器输出输出控制驱动器一个过程结束图2-5自动工作过程变频恒压供水系统的硬件设计3.1PLC3.1.1PLC概述PLC主要以计算机的微处理器为基础，综合计算机的应用技术、通讯技术以及自动控制技术而发展起来的一种通用控制器。虽然PLC由较为复杂的微处理器组成，但是在实际应用过程中，完全不必了解微处理器的内部结构。最初，PLC还仅是作为继电器接触器控制系统的替代品，而自从进入电气控制系统领域后，凸显了其独有的优越性，以其自身强大的抗干扰能力、自诊断功能等，提高了电气控制系统的可靠性，基本解决了普通继电器及接触器中常见的故障问题。3.1.2PLC的特点现代可编程控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数学处理、运动控制、模拟量PID控制、通信网络等功能。在发达的工业化国家，可编程控制器已经广泛的应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。归纳可编程控制器主要有以下几方面的优点：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.系统的设计、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。3.2变频器3.2.1变频器概述变频器是一种将交流电源整流成直流后再逆变为频率、电压可变的交流电源的专用设备。目前，通用变频器的制造商很多。在我国西口子、欧姆龙、H菱等厂家生产的变频器使用率相对比校离。变频器选取原则：一是满足系统控制要求，即类型和容量；二是考虑设备成本，选化性价比最优的品牌和型号。通过市场调研发现，西口子变频器工作性能稳定，市场占有率也比较高，性价比高。本文选用的变频器是西口子公司的MM430型。它采用模块化设计，具有风机和粟类专用功能，与通用变频器相比较，对水泉、风机类负载进行调速能够节省60％运行费用。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。图3-1变频器的构成1.主电路给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。图3-2所示是典型的电压逆变器的例子，其主电路由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆变时产生的电压脉动的“平波回路”以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。另外，异步电动机需要制动时，有时要附加“制动回路”。2.整流器最近大量使用的是二极管的交流器，图3-2所示，它把工频电源变换为直流电源。可用两组晶体管交流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。3.平波回路在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电压吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路的构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。4.逆变器同整流器相反，逆变器的作用是将直流功率变换为所需要频率的交流功率，根据PWM控制信号使6个开关器件导通、关断，就可以得到三相频率可变的交流输出。5.制动回路异步电动机在再生制动区域使用时（转差率为负），再生能量储存于平波回路电容器中，使直流电压升高。一般说来，由机械系统（含电动机）惯量积蓄的能量比电容能储存的能量大，需要快速制动时，可用由逆变流器向电源反馈或设置制动回路（开关和电阻）把再生功率消耗掉，以免直流电路电压上升。图3-2典型的电压型逆变器一例3.2.2变频器的参数设置1.参数复位表3-1变频器参数复位序号参数及设定参数功能1P0003=1设置用户参数访问等级2P0010=30工厂设定值3P0970=1开始参数复位2.设置电机参数表3-2设置电机参数序号参数及设定参数功能1P0010=1开始快速调试2P0304=220电动机额定电压3P0305=1.93设定电机额定电流4P0307=0.37设定电机额定功率5P0310=50设定电机额定频率6P0311=1400设定电机额定转速7P3900=1结束快速调试3.设置电机控制参数表3-3设置电机控制参数序号参数及设定参数功能1P0003=3设置参数访问等级3级2P0700=1用面板控制启停3P1000=1用面板控制频率4.设置变频器频率参数表表3-4设置变频器参数序号参数及设定参数功能1P1080=10下限频率设定值2P1082=60上限频率设定值3P1091=30跳跃频率设定值4P1101=2跳跃频率宽度设定值5.设置电机启动制动参数表3-5设置电机启动制动参数序号参数及设定参数功能1P1120=3.0加速时间设定2P1121=3.0减速时间设定3P1130=3.0斜坡上升曲线起始段4P1133=3.0斜坡下降曲线起始段6.设置数字量功能参数表3-6设置数字量功能参数数字输入端子端子编号参数编号出厂设置出厂功能DIN15P07011正转控制DIN26P070212反转控制DIN37P07039故障复位DIN48P070415固定频率直接选择DIN516P070515固定频率直接选择DIN617P070615固定频率直接选择3.3.3变频器内部PID调节西门子变频器的内置PID控制功能可用图3-3来说明:通过对水压设定值与压力传感器的反馈信号进行比较，产生差值，其偏差值由变频器内部PID调节器按预先规定的调节规律进行运算，得出调节信号，用来控制变频器的输出电压和频率，从而改变。水泵的转速以保持管网恒定的水压。图3-3变频器内置PID控制功能图3.3系统的主电路设计系统主电路如图3-4所示，其中QF1、QF2、QF3、QF4、QF5去分别是接通和断开总电路、变频器和王台变频系工频运行的空气开关；M1、M2、M3分别为Ｈ台水粟电机，交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制H台电动机的变频／工频运行模式；电机的工频／变频运行模式即可由PLC程序控制也能手动控制：FR1、FR2、FR3为热继电器，分别对H台水泵电机的进行过载保护。图3-4变频主电路3.4PLC的I／O端口分配及外围接线图基于PLC的变频恒压供水系统设计的基本要求如下：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，两种模式下设定的给定水压值不同。白天，小区的用水量大，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.在用水量小的情况下，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的情况下。3.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。4.三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。5.系统要有完善的报警功能。根据以上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。表3-7PLC的I/O口分配表名称代码地址编号输入信号供水模式信号(1-白天，0-夜间)SA1I0.0水池水位上下限信号SLHLI0.1变频器报警信号SUI0.2试灯按钮SB7I0.3压力变送器输出模拟量电压值UpAIW0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、HL4Q0.33#泵工频运行接触器及指示灯KM5、HL5Q0.43#泵变频运行接触器及指示灯KM6、HL6Q0.5输出信号水池水位上下限报警指示灯HL7Q1.1变频器故障报警指示灯HL8Q1.2白天模式运行指示灯HL9Q1.3报警电铃HAQ1.4变频器频率复位控制KAQ1.5变频器输入电压信号UfAQW0结合系统控制电路图和PLC的I/O端口分配表画出PLC及扩展模块外围接线图，如图所示：图3-5PLC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。压力变送器将测得的管网压力输入PLC的扩展模块EM235的模拟量输入端口作为模拟量输入；开关SA1用来控制白天/夜间两种模式之间的切换，它作为开关量输入I0.0；液位变送器把测得的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的上下限，当超出上下限时，窗口比较其输出高电平1，送入I0.1；变频器的故障输出端与PLC的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。Q0.0~Q0.5分别输出三台水泵电机的工频/变频运行信号；Q1.1输出水位超限报警信号；Q1.2输出变频器故障报警信号；Q1.3输出白天模式运行信号；Q1.4输出报警电铃信号；Q1.5输出变频器复位控制信号；AQW0输出的模拟信号用于控制变频器的输出频率。只是简单的表明PLC及扩展模块的外围接线情况，并不是严格意义上的外围接线情况。它忽略了以下因素：直流电源的容量、电源方面的抗干扰措施、输出方面的保护措施、系统的保护措施等。

变频恒压供水系统的软件设计4.1PLC系统软件设计流程图图4-1系统软件流程图流程图4-1的说明如下；1.给系统通电，进行初始化参数配置，从而保证了自动状态的正常运行。2.操作人员根据需要对系统的运行模式（消防/生活）进行选择。在自动运行模式下，系统自动运行，水泵运行、工作频率的选择均由系统根据控制要求来决定。3.在自动运行状态下，检测系统的数字量输入信号，主要包括水泵运行时间、变频器的运行和故障检测及报警信号、消防信号等。当变频器发生故障时，其故障报警信号接通，通过PLC控制变频器停止工作。4.2供水系统的监控