plc变频器控制恒压供水系统Word格式.docx

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PLC具有体积小、设计周期短、数据处理和通信方便、易于维护和操作、明显降低成本等优点，可满足城市供水系统的控制要求。

除此以外，PLC作为城市

供水控制系统使设计过程变得更加简单，可实现的功能变得更多。

由于PLC勺CPU强大的网络通信能力，是城市供水系统的数据传输与通信变得可能，并且也可以实现其远程监控。

利用PLC乍为控制器的城市供水系统主要涉及两个方面：

一是信号输入；

二是控制输出信号。

（1）信号输入城市供水系统信号输入检测方面主要涉及两类信号的检测，主要包括：

按钮的输入检测和管内压力的输入检测。

按钮输入检测大多数为人工方式控制的输入检测，主要有自动按钮、手动按钮、水泵工频启动按钮、水泵变频运行按钮，以及变频加、减按钮等。

管内压力输入按钮：

管内压力输入为模拟量输入，通过压力传感器安置于适当的位置上，将检测值反馈到PLC中，通过运算输出控制水泵的转速信号，当压力值偏低时，供水量不够，导致用户无法正常用水，因此需要增加水泵转速以增加供水量，当压力值偏高时，导致管内压力过大，用户用水较少，容易对管道造成损害，因此减少水泵转速以减少供水量，最终是管内的水压保持在一定的范围内。

（2）控制输出信号

信号输出部分主要包括两个方面，一个是数字量输出，即各类设备的接触器，另一个是通信信号，即通过RS-485来控制变频器。

数字量输出控制各类设备的启动和停止，包括：

所有水泵的工频运行和变频运行等接触器，以及进水阀门的开启与关闭。

通信输出通过PLC中PID运算后的数据转换成标准值，该控制信号输入到变频器的通信端口上，改变变频器的输出频率，从而控制水泵的转速，最后达到控制水管压力的要求。

二、总体设计方案

恒压供水控制系统的设计主要包括两个方面：

一方面是机械结构的设计，另一方面是PLC电气控制方面的设计，机械结构是控制系统的基础，是实现控制功能的前提；

PLC电气控制系统是实现控制功能的核心部分。

1、主要组成部分

恒压供水系统的组成部分比较简单，主要是一些管道、水泵、变频器等，以及其他辅助设备构成，其机械主要组成部分如下图所示：

机械组成部分示意图

（1）水压变化：

作为系统的控制输入量，能否准确采集该信号决定控制系统的精度及可靠性；

（2）控制器：

是整个控制系统的核心，通过对外界输入状态进行检测，输出控制量，对外界输入的数据进行运算处理后，输出相应的控制量。

例如单片机、可编程逻辑控制器、计算机等；

（3）调速器：

作为核心控制器的后续控制单元，对终端设备进行控制，最终达到控制要求，例如多段调速、变频器调速等；

（4）水泵：

供水系统的执行机构，通过调速器控制其电动机的转速，最后达到控制水泵流量大小的要求。

2、电气控制系统

电气控制系统主要包括操作面板、电气控制柜等单元。

由于在该系统中需要检测较多的数字输入量，并且还要检测模拟量的输入，然后根据设定的程序进行数据处理，输出控制信号，因此系统的控制逻辑与时序就需要严格按照检测信号的输入进行控制，其示意图如下所示：

3、控制系统总体框图

恒压供水系统的总体框图如图所示，PLC为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器的输入，以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。

恒压供水系统电气控制系统总体图

4、工作过程

城市供水系统在手动状态下，各类设备的控制根据操作面板上的按钮输入来控制，无逻辑限制，即不根据传感器的状态进行控制。

在自动方式下，进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停、调速控制，气工作过

程如下：

主要工作过程示意图

（1）首先，采集压力传感器反馈的信号，将该传感器输出的模拟信号状换为PLC可处理的数字信号；

（2）其次，PLC艮据压力反馈值，以及变频器输出频率，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，来实现对驱动器的控制。

这样就完成了一个工作过程。

三、硬件系统配置

以上介绍了城市恒压供水系统的机械结构及其相关设备，根据其工作原理和控制系统的功能要求，本节主要介绍如何设计城市供水系统的控制系统和所所需的各种硬件设备，因此可以设计出城市供水系统的电气控制系统框图，如下图

所示，在此控制系统中的核心处理器是PLC，其输入和输出量主要为数字量，只有一组模拟量的输入。

1、PLC选型

根据城市供水电气控制系统的功能要求，从经济性、可靠性等方面来考虑，选择西门子S7—200系列PLC作为城市供水电气控制系统的控制主机。

由于城市供水电气控制系统的输入/输出端口较少，而其控制过程相对复杂，因此采用CPU224作为该控制系统的主机。

由于使用的数字量输入点较多，因此除了PLC主机自带的I/O夕卜，还需要扩展一定数量的I/O扩展模块，在此使用EM221输入扩展模块，8点DC输入型，可以满足控制系统的I/O需求。

在该控制系统中，还需要采集模拟量的功能要求，因此需要再扩展一个模拟量输入/输出扩展模块。

西门子公司专门为S7—200系列PLC配置了模拟量输入/输出模块EM235，该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力，可以满足控制系统的功能要求。

2、PLC的I/O资源配置

根据系统的功能要求，对PLC的I/O进行配置，具体分配如下所示。

（1）数字量输入部分

在此控制系统中，所需要的输入量基本上都属于数字量，主要包括各种控制按钮、旋钮等数字输入，共有15个数字输入量，如下表所示：

表1数字输入量地址分配

输入地址

输入设备

I0.0

急停

I1.0

r2#泵变频启动

I0.1

手动启动

I1.1

3#泵工频启动

I0.2

自动启动

I1.2

3#泵变频启动

I0.3

I1.3

电动机加速

10.4

I1.4

电动机减速

10.5

1#泵工频启动

I1.5

「水池进水阀门

I0.6

1#泵变频启动

11.6

变频器复位

I0.7

2#泵工频启动

（2）数字量输出部分

在这个控制系统中，主要输出控制的设备有各种接触器、阀门等，共有7

个输出点，其具体分配如表2所示。

数字输出量地址分配

输出地址

输出设备

Q0.0

1#泵工频接触器

Q0.4

3#泵工频接触器

Q0.1

1#泵变频接触器

Q0.5

3#泵变频接触器

Q0.2

2#泵工频接触器

Q0.6

水池阀门

Q0.3

2#泵变频接触器

3、模拟量输入部分

由于需要采集一个压力传感器所反馈的数据，因此扩展了一个模拟量输入/输出模块，

模拟量输入地址分配

AIW0

压力传感器

根据控制系统的功能要求，以及I/O分配情况，下图所示为城市恒压供水控制系统的硬件连接图。

AIW0EM235

城市供水控制系统的硬件连接图

4、其他资源配置

要完成系统的控制功能除了需要PLC主机及其扩展模块之外，还需要各种开关、接触器和变频器等仪器设备。

（1）接触器

在变频恒压供水控制系统中，其中所有设备的运行都不是连续的，而是根据控制面板上的按钮情况或者根据传感器的反馈值进行动作的，因此需要PLC根据当前的工作情况，以及按钮的情况来控制所有设备的起停，共需要6个接触器：

1#泵工频接触器、2#泵工频接触器、3#泵工频接触器、1#泵变频接触器、2#泵变频接触器、3#泵变频接触器。

1#泵工频接触器：

1#泵工频接触器是连接1#泵到工频电网的接触器，通过PLC输出的指令控制泵的工频运行或者停止；

2#泵工频接触器：

2#泵工频接触器是连接2#泵到工频电网的接触器，通过PLC输出的指令控制泵的工频运行或者停止；

3#泵工频接触器：

3#泵工频接触器是连接3#泵到工频电网的接触器，通过PLC输出的指令控制泵的工频运行或者停止；

1#泵变频接触器：

1#泵变频接触器是连接1#泵到变频器的接触器，通过PLC输出的指令控制泵的变频运行或者停止；

2#泵变频接触器：

2#泵变频接触器是连接2#泵到变频器的接触器，通过PLC输出的指令控制泵的变频运行或者停止；

3#泵变频接触器：

3#泵变频接触器是连接3#泵到变频器的接触器，通过PLC输出的指令控制泵的变频运行或者停止；

（2）变频器

该系列中的MM430变频器是一种风机水泵负载专用变频器，能适用于各种变频驱动系统，尤其适合用于工业部门的水泵和风机，主要优点有以下几个方面：

1、体积小，结构紧凑；

2、采用模块化结构，组态灵活；

3、采用较高的脉冲开关频率，运行时噪声较小；

4、具有完善的电动机和变频器保护功能；

5、具有较高的输出转矩；

6、具有旁路功能，可安全地将电动机直接切换为电源供电；

7、具有节能功能，可最大限度地节约能源；

8、如果对水泵进行驱动时，可以对无载（泵内无水）空转状态进行监测；

9、3组驱动数据，可使变频器在3组驱动数据下工作；

10、复合制动功能可实现快速制动；

11、可设置跳转频率，可在驱动系统出现谐振时将机械所受应力降到最低；

12、捕捉再启动功能，可使变频器与正在转动的电动机连接时所受冲击力最小；

13、变频器根据PTC/KTY的输入信号对电动机进行过温度控制，保护电动机；

14、可介入网络中。

（3）各类按钮在这个控制系统的自动操作中，采用三种机械按钮，控制供水系统的调试和运行，手动/自动按钮使用按钮，即旋到一边接通，旋到另一边就断开；

自动启动按钮采用触电触发式按钮；

急停按钮使用旋转复位按钮，按下后系统停止，旋转后自动弹起复位。

在手动控制状态时，对于每个设备都对应设置一个按钮，采用触电触发式按钮，即按下接通，松开复位。

（4）人机界面该系统采用西门子公司的TD200文本显示器，该显示器可适用于