变频器恒压供水系统多泵优秀课程设计.docx

成 绩 评 定 表学生姓名班级学号专 业自动化课程设计题目变频器恒压供水系统(多泵)评语组长签字：成绩日期 20 年 月 日课程设计任务书学 院信息科学和工程学院专 业自动化学生姓名班级学号课程设计题目变频器恒压供水系统(多泵)实践教学要求和任务:技术参数及控制要求：（1）工艺参数: 供水系统由3台水泵组成：母管压力H0.8时，一台定速，一台变速，一台备用。母管压力H0.64时，一台定速或变速，二台备用。母管压力H0.52时，一台变速，二台备用。（2）水泵参数： 型号：125H-13额定流量：793 m3/h扬程：32.3 m功率：80.3 KW额定转速：1450 r/min配用电机功率：100KW（3）电动机参数：型号：JD-L-39-4 功率：100KW 额定频率：50Hz 额定电压：380VAC； 额定转速：1470 r/min 额定电流：188.2 A（4）水泵电机起动/停止、正转、调速控制。（5）变频器采取远方控制方法。（6）变频器频率由420mA电流信号控制。（7）变频器运行状态指示（如运行、停止、过流、低压等）。（8）变频器报警处理。设计要求：（1）依据变频器恒压供水系统控制要求，选择变频器型号。 （2）选择其它电器设备型号。 （3）变频器恒压供水系统电气控制线路设计（包含主回路和控制回路）。 （4）电气图按A4大小设计。 （5）电气图形符号和文字符号要符合国家最新标准。进度安排：（1）查阅资料 一天（2）设计 四天（3）试验操作 四天（4）撰写汇报及答辩 一天指导老师： 201 年 月 日专业责任人：201 年 月 日学院教学副院长：201 年 月 日摘 要此次设计采取“一台变频器控制多台水泵”多泵控制系统。在这里利用PLC设计一套变频调速恒压供水系统，该系统可依据管网瞬间压力改变自动调整某台水泵转速和多台水泵投入及退出，使管网主干管出口端保持在恒定设定压力值，并满足用户流量需求，使整个系统一直保持高效节能最好状态。可实现恒压变量、双恒压变量等控制方法，多个启停控制方法，该系统能够经过人意修改参数指令（如压力设定值、控制次序、控制电机数量、压力上下限、PID值、加减速时间等）；含有完善电气安全保护方法，对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊疗并报警。为确保小区供水正常，利用PLC控制变频调速恒压供水系统，根据用户需求按需调整水泵流量，依据夜间用水少能够只开一个小流量泵，并满足用户流量需求，使真个系统一直保持高效节能最好状态。关键词：恒压供水；变频器；可编程控制器目 录1 变频器恒压供水系统介绍11.1 变频恒压供水系统理论分析11.1.1 变频恒压供水系统节能原理11.1.2 变频恒压控制理论模型31.2 恒压供水控制系统组成31.3 变频器恒压供水产生背景和意义52 变频恒压供水系统设计62.1 设计任务及要求62.2 系统主电路设计62.3 系统工作过程73 器件选型及介绍93.1 变频器介绍93.1.1 变频器基础结构和分类93.1.2 变频器控制方法93.2 变频器选型103.2.1 变频器控制方法103.2.2 变频器容量选择113.2.3 变频器主电路外围设备选择123.3 可编程控制器(PLC)143.3.1 PLC定义及特点143.3.2 PLC工作原理163.3.3 PLC及压力传感器选择164 PLC编程及变频器参数设置174.1 PLCI/O接线图174.2 PLC程序174.3 变频器参数设置214.3.1 参数复位214.3.2 电机参数设置214.4 控制系统接线实物图225 监控系统设计235.1 组态软件介绍235.2 监控系统设计235.2.1 组态王通信参数设置235.2.2 新建工程和组态变量245.2.3 组态画面255.2.4 监控系统界面266总 结27参考文件281 变频器恒压供水系统介绍1.1变频恒压供水系统理论分析1.1.1变频恒压供水系统节能原理 供水系统基础特征和工作点扬程特征是以供水系统管路中阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H和流量Q之间关系曲线f(Q)，图1-1所表示。 图1-1供水系统基础特征 图1-2 管网及水泵运行特征曲线 由图能够看出，流量Q越大，扬程H越小。因为在阀门开度和水泵转速全部不变情况下，流量大小关键取决于用户用水情况，所以，扬程特征所反应是扬程H和用水流量Q(u)间关系。而管阻特征是以水泵转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H和流量Q之间关系H J (Qu )。管阻特征反应了水泵能量用来克服泵系统水位及压力差、液体在管道中流动阻力改变规律。由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大。因为阀门开度改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户供水能力。所以，管阻特征所反应是扬程和供水流量Qc之间关系H f (Qc )。扬程特征曲线和管阻特征曲线交点，称为供水系统工作点，图中A点。在这一点，用户用水流量Qu和供水系统供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特征，也符合了管阻特征，系统稳定运行。图1-1供水系统基础特征。 变频恒压供水系统供水部分关键由水泵、电动机、管道和阀门等组成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，而且把电机和水泵做成一体，经过变频器调整异步电机转速，从而改变水泵出水流量而实现恒压供水。所以，供水系统变频实质是异步电动机变频调速。异步电动机变频调速是经过改变定子供电频率来改变同时转速而实现调速。在供水系统中，通常以流量为控制目标，常见控制方法为阀门控制法和转速控制法。阀门控制法是经过调整阀门开度来调整流量，水泵电机转速保持不变。其实质是经过改变水路中阻力大小来改变流量，所以，管阻将随阀门开度改变而改变，但扬程特征不变。因为实际用水中，需水量是改变，若阀门开度在一段时间内保持不变，肯定要造成超压或欠压现象出现。转速控制法是经过改变水泵电机转速来调整流量，而阀门开度保持不变，是经过改变水动能改变流量。所以，扬程特征将随水泵转速改变而改变，但管阻特征不变。变频调速供水方法属于转速控制。其工作原理是依据用户用水量改变自动地调整水泵电机转速，使管网压力一直保持恒定，当用水量增大时电机加速，用水量减小时电机减速。由流体力学可知，水泵给管网供水时，水泵输出功率P和管网水压H及出水流量Q乘积成正比；水泵转速n和出水流量Q成正比；管网水压H和出水流量Q平方成正比。由上述关系有，水泵输出功率P和转速n三次方成正比，即： （2.2） （2.3） (2.4) (2.5)式中k、k1、k2、k3为百分比常数。当用阀门控制时，若供水量高峰水泵工作在E点，流量为Q1，扬程为H0，当供水量从Q1减小到Q2时，必需关小阀门，这时阀门摩擦阻力变大，阻力曲线从b3移到b1，扬程特征曲线不变。而扬程则从H0上升到H1，运行工况点从E点移到F点，此时水泵输出功率正比于H1Q2。当用调速控制时，若采取恒压(H0)，变速泵(n2)供水，管阻特征曲线为b2，扬程特征变为曲线n2，工作点从E点移到D点。此时水泵输出功率正比于H0Q2，因为H1H0，所以当用阀门控制流量时，有正比于(H1H0)Q2功率被浪费掉，而且伴随阀门不停关小，阀门摩擦阻力不停变大，管阻特征曲线上移，运行工况点也随之上移，于是H1增大，而被浪费功率要随之增加。所以调速控制方法要比阀门控制方法供水功率要小得多，节能效果显著。1.1.2 变频恒压控制理论模型 变频恒压控制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实际供水压力跟随设定供水压力。设定供水压力能够是一个常数，也能够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，恒压控制目标就是使出口总管网实际供水压力维持在设定供水压力上 从图1-2中能够看出，在系统运行过程中，假如实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率增加值，该值就是为了减小实际供水压力和设定压力差值，将这个增量和变频器目前输出值相加，得出值即为变频器目前应该输出频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提升，在运行过程中该过程将被反复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。假如运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频输出频率将会降低，水泵转速减小，实际供水压力所以而减小。一样，最终调整结果是实际供水压力和设定压力相等。图1-2变频恒压控制原理图1.2恒压供水控制系统组成变频恒压供水系统供水部分关键由水泵、电动机、管道和阀门等组成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，而且把电机和水泵连成一体，经过变频器调整异步电机转速，从而改变水泵出水流量而实现恒压供水。所以，供水系统变频实质是异步电动机变频调速。异步电动机变频调速是经过改变定子供电频率来改变同时转速而实现调速。压力变送器给定值变频器水泵用户管网压力+- 图1-3恒压供水系统方框图水压由压力传感器信号4-20mA送入变频器内部PID模块，和用户设定压力值进行比较，并经过变频器内置PID运算将结果转换为频率调整信号，以调整水泵电机电源频率，从而实现控制水泵转速。因为变频器内部自带PID调整器采取了优化算法，所以使水压调整十分平滑，稳定。同时，为了确保水压反馈信号值正确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统调试更为简单、方便。图1-4 供水系统方案图西门子系列PLC编程采取STEP7软件，它是西门子PLC视窗软件支持工具，提供完整编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图和语句表相互转换。系统程序包含主程序和起动子程序，主程序包含参与调整程序和电机切换程序；电机切换程序又包含加电机程序和减电机程序。起动子程序实际上是清零子程序。在主程序中，设置两个变频器频率上下限抵达滤波时间继电器，用于稳定系统。1.3 变频器恒压供水产生背景和意义泵站担负着工农业和生活用水关键任务，运行中需要大量消耗能量，提升泵站效率；降低能耗，对国民经济有重大意义。我过泵站特点是数量大、范围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但因为设计中忽略动能经济见解和机电产品类型和质量上存在部分问题等原因，至使在技术水平、工程标准和经济效益指标等方面和国外优异水平相比，还有一定差距。现在，大量动能消耗在水泵、风机负载上，城镇居民用水设备所消耗电量在这类负载中占了相当大百分比。所以，研究提水系统能量模型，找出能够节能控制策略方法是现在较为关键一件事。以变频器为关键结合PLC组成控制系统含有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等很多特点，变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术和一体。采取该系统进行供水能够提升供水系统稳定性和可靠性，方便实现供水系统集中管理和监控；同时系统含有良好节能性，这在能量日益紧缺今天尤为关键，所以研究设计该系统，对于提升企业效率和人民生活水平、降低能耗等方面含相关键现实意义。2 变频恒压供水系统设计2.1 设计任务及要求本系统是以一个供水系统作为被控对象，PLC和变频器协调控制电机转速和开启和停止。系统控制要求:(1) 工艺参数: 供水系统由3台水泵组成：母管压力H0.8时，一台定速，一台变速，一台备用。母管压力H0.64时，一台定速或变速，二台备用。母管压力H0.52时，一台变速，二台备用。(2) 电动机参数：型号：JD-L-39-4 功率：75KW 额定频率：50Hz 额定电压：380VAC； 额定转速：1470 r/min 额定电流：126.6 A(3) 水泵电机起动/停止、正转、调速控制。(4) 变频器采取远方控制方法。(5) 经过母管压力变送器测得实际压力大小，同时和压力给定组成闭环控制。(6) 变频器运行状态指示（如运行、停止、过流、低压等）。(7) 变频器报警处理。2.2 系统主电路设计图2-1 系统主电路图由恒压供水主电路图可见，接触器1KM2、2KM2、和3KM2用于变频器输出，分别接到水泵M1、M2和M3，而接触器1KM3、2KM3和3KM3将工频电源接到3台水泵。变频器能够对任何一台水泵开启和恒压供水控制。空气开关（QL）是当电动机过载时自动将电动机从电网中止开热继电器（FR）是利用电流热效应原理工作保护电路，它在电路中用作电动机过载保护。2.3 系统工作过程1、减泵过程当用水量降低、水压上升、变频器输出频率低于下限值时，但管网压力仍偏高时，则各泵将依次退出运行，依次退出运行方法有两种。(1)先开先停方法。PLC接收到下限频率抵达信号，延时一定时间后，接触器1KM2失电复位，水泵M1脱离工频电源停止运行。变频器输出频率仍然低于下限值，反复上述过程，水泵M2脱离工频电源停止运行，变频器驱动水泵M3恒压供水，水压稳定在设定值上。这种方法称为循环方法，通常见于各台水泵容量全部相等供水系统中。其优点是能够自动使各泵运行时间比较均衡；缺点是工频运行状态直接停机时，可能因为停机太快而使管网压力发生较大波动。(2)先开后停方法。首先使正在变频运行M3减速停机，然后使变频器输出频率升至50Hz，将M2切换为变频工作，依这类推这种方法通常见于各台水泵容量不相等供水系统中，其优点是水泵停机比较缓慢，管网压力比较稳定；缺点是不能自动地循环变换。2、加泵过程首先由M1在变频控制情况下工作。当用水量增大、水压下降，变频器输出频率上升到50Hz时水压仍然不足，经过短暂延时，将M1切换为工频工作，同时变频器输出频率快速降低为0，然后使M2投入变频运行。当M2也达成额定频率而水压仍不足时，反复开始运行时过程，水泵M2脱离变频器驱动，由工频供电全速运行，变频器驱动水泵M3变频运行，使水压恒定在设定值上。3 器件选型及介绍3.1 变频器介绍3.1.1 变频器基础结构和分类1、变频器基础结构变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成多种频率交流电源，以实现电机变速运行设备。变频器包含控制电路、整流电路、中间直流电路及逆变电路组成。其中控制电路完成对主电路控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算CPU和部分对应电路。 2、变频器分类 变频器分类方法有多个，根据主电路工作方法分类，能够分为电压型变频器和电流型变频器；根据开关方法分类，能够分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；根据工作原理分类，能够分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；根据用途分类，能够分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 3.1.2 变频器控制方法在交流变频器中使用非智能控制方法有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 (1) V/f控制 V/f控制是为了得到理想转矩-速度特征，基于在改变电源频率进行调速同时，又要确保电动机磁通不变思想而提出，通用型变频器基础上全部采取这种控制方法。V/f控制变频器结构很简单，不过这种变频器采取开环控制方法，不能达成较高控制性能，而且，在低频时，必需进行转矩赔偿，以改变低频转矩特征。 (2) 转差频率控制 转差频率控制是一个直接控制转矩控制方法，它是在V/f控制基础上，根据知道异步电动机实际转速对应电源频率，并依据期望得到转矩来调整变频器输出频率，就能够使电动机含有对应输出转矩。这种控制方法，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，所以，这是一个闭环控制方法，能够使变频器含有良好稳定性，并对急速加减速和负载变动有良好响应特征。 (3) 矢量控制 矢量控制是经过矢量坐标电路控制电动机定子电流大小和相位，以达成对电动机在d、q、0坐标轴系中励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达成控制电动机转矩目标。经过控制各矢量作用次序和时间和零矢量作用时间，又能够形成多种PWM波，达成多种不一样控制目标。比如形成开关次数最少PWM波以降低开关损耗。现在在变频器中实际应用矢量控制方法关键有基于转差频率控制矢量控制方法和无速度传感器矢量控制方法两种。 (4) 直接转矩控制 直接转矩控制是利用空间矢量坐标概念，在定子坐标系下分析交流电动机数学模型，控制电动机磁链和转矩，经过检测定子电阻来达成观察定子磁链目标，所以省去了矢量控制等复杂变换计算，系统直观、简练，计算速度和精度全部比矢量控制方法有所提升。即使在开环状态下，也能输出100%额定转矩，对于多拖动含有负荷平衡功效。 (5) 最优控制 最优控制在实际中应用依据要求不一样而有所不一样，能够依据最优控制理论对某一个控制要求进行部分参数最优化。比如在高压变频器控制应用中，就成功采取了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下电压最优波形。 3.2 变频器选型3.2.1 变频器控制方法控制方法是决定变频器使用性能关键所在。现在市场上低压通用变频器品牌很多，包含欧、美、日及国产共约5O多个。选择变频器时不要认为档次越高越好，其实只要按负载特征，满足使用要求就可，方便做到量才使用、经济实惠。下表中参数供选择时参考。表3-1控制方法比较控制方法U/f=C控制电压空间矢量控制矢量控制直接转矩控制反馈装置不带PG带PG或PID调整器不要不带PG带PG或编码器速比I150%200%静态速度精度/%（0.20.3）（0.20.3）0.20.20.020.2适用场所通常风机、泵类等较高精度调速，控制通常工业上调速或控制全部调速或控制伺服拖动、高精传动、转矩控制负荷起动、起重负载转矩控制系统，恒转矩波动大负载故选择U/f=C控制3.2.2 变频器容量选择变频器容量直接关系到变频调速系统运行可靠性，所以，合理容量将确保最优投资。变频器容量选择在实际操作中存在很多误区，这里给出了三种基础容量选择方法，它们之间互为补充。1、从电流角度：大多数变频器容量可从三个角度表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项，变频器生产厂家由本国或本企业生产标准电动机给出，或随变频器输出电压而降低，全部极难确切表示变频器能力。选择变频器时，只有变频器额定电流是一个反应半导体变频装置负载能力关键量。负载电流不超出变频器额定电流是选择变频器容量基础标准。需要着重指出是，确定变频器容量前应仔细了解设备工艺情况及电动机参数，比如潜水电泵、绕线转子电动机额定电流要大于一般笼形异步电动机额定电流，冶金工业常见辊道用电动机不仅额定电流大很多，同时它许可短时处于堵转工作状态，且辊道传动大多是多电动机传动。应确保在无故障状态下负载总电流均不许可超出变频器额定电流。 2、从效率角度：系统效率等于变频器效率和电动机效率乘积，只有二者全部处于较高效率下工作时，则系统效率才较高。从效率角度出发，在选择变频器功率时，要注意以下几点：（1）变频器功率值和电动机功率值相当初最适宜，以利变频器在高效率值下运转。（2）在变频器功率分级和电动机功率分级不相同时，则变频器功率要尽可能靠近电动机功率，但应略大于电动机功率。（3）当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选择大一级变频器，以利用变频器长久、安全地运行。（4）经测试，电动机实际功率确实有富余，能够考虑选择功率小于电动机功率变频器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。（5）当变频器和电动机功率不相同时，则必需对应调整节能程序设置，以利达成较高节能效果。3、从计算功率角度：对于连续运转变频器必需同时满足以下3个计算公式：(1)满足负载输出：PcnPm (3.1)(2)满足电动机容量：Pcn3KUeIe cos 10-3(3.2)(3)满足电动机电流：IcnKIe(3.3)式中Pcn为变频器容量（单位kW），PM-负载要求电动机轴输出功率（单位kW），Ue为电动机额定电压（单位V），Ie为电动机额定电流（单位A），为电动机效率（通常约为085），cos为电动机功率因数（通常约为075），k是电流波形赔偿系数（因为变频器输出波形并不是完全正弦波，而含有高次谐波成份，其电流应有所增加，通常K约为10511）。将本系统参数带入求得所取变频器容量最低为88KW故取100KW，额定电流139.26A，故取150A。 依据计算所得所需参数能够选择西门子MicroMaster430（风机水泵专业）变频器，具体能够选择MM430-110K型号变频器，她配接电机容量是110kw，额定电流为205A满足使用需求，能够选择。3.2.3 变频器主电路外围设备选择1、断路器当变频器需要检修时，或因某种原所以长时间不用时，将QF切断，使变频器和电源隔离。当变频器输入侧发生短路等故障时，进行保护。选择标准:(1)变频器在刚接电源瞬间，对电容器充电电流可达额定电流（2-3）倍；(2)变频器进线电流是脉冲电流，其峰值常可能超出额定电流；(3)变频器许可过载能力为150%，1min。为了避免误动作，断路器额定电流应选： (3.4)其中为变频器额定电流。故选择断路器额定电流选择210A依据上述数据能够选择断路器DW15400断路器额定电压为380V，额定电流为300满足要求能够选择。2、接触器(1)关键作用：可经过按钮开关方便地控制变频器通电和断电；变频器发生故障时，可自动切断电源。(2)选择标准：因为接触器本身并无保护功效，不存在误动作问题，故选择标准是主触点额定电流，应该大于126.6A,能够选择主触点额定电流为130A接触器。依据上述数据施奈德LC1D150，满足参数要求，能够选择3、主电路线径(1)电源和变频器之间导线通常说来，和同容量一般电动机电线选择方法相同。考虑到其输入侧功率因数往往较低，应本着宜大不宜小标准来决定线径。(2)变频器和电机之间导线因为频率下降时，电压也要下降，在电流相等情况下，线路电压降在输出电压中百分比将上升，而电动机得到电压百分比则下降。这有可能造成电动机带不动负载并发烧。所以，在决定变频器和电动机之间导线线径时，最关键原因便是线路电压降影响。通常要求： (3.5)计算公式是： (3.6)式中：额定相电压，V ； 电动机额定电流，A ； 单位长度（每米）导线电阻，m/m ； 导线长度m ，由上两式可直接求出取值范围。依据Ro值确定导线面积。由公式（3.5）得：11.4）V由公式（3.6）得：0.69 m/m 1.04 m/m 依据表3-2判定所需导线截面积，为了满足控制系统要求，应该选择截面积为16导线。表3-2 常见电动机引出线单位长度电阻值。标称截面/mm21.01.52.54.06.010.016.025.035.0/(m/m)17.811.96.924.402.921.731.100.690.494、制动电阻正确计算制动电阻值十分麻烦，在实际工作中基础不用。很多变频器使用说明书上给了部分计算方法，也有直接提供了供用户选择制动电阻规格。但按说明书上选择电阻时须注意下面问题，变频器生产厂家为了降低制动电阻档次，常常对若干种不一样容量电动机提供相同阻值和容量制动电阻。选择时，应注意依据生产机械具体情况进行调整。对同一挡中电动机容量较小者，制动转矩和额定转矩比值偏大。为了减小能量消耗，应依据制动过程缓急程度和飞轮力矩大小，考虑能否选择阻值较大制动电阻。对同一挡中电动机容量较大者，制动转矩和额定转矩比值偏小。在部分飞轮力矩较大，又要求快速制动场所，或如起重机械那样，需要释放位能场所，上述制动电阻有可能满足不了要求，靠考虑选择阻值较小一挡制动电阻。3.3 可编程控制器(PLC)3.3.1 PLC定义及特点 在PLC发展过程中，美国电气制造商协会（NEMA）经过4年调查，于1980年把这种新型控制器正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），英文缩写为PC，并作以下定义：“可编程序控制器是一个数字式电子装置。它使用可编程序存放器来存放指令，并实现逻辑运算、次序控制、计数、计时和算术运算功效，用来对多种机械或生产过程进行控制。PLC特点以下：1、高可靠性(1)全部I/O接口电路均采取光电隔离，使工业现场外电路和PLC内部电路之间电气上隔离。(2)各输入端均采取R-C滤波器，其滤波时间常数通常为1020ms.(3)各模块均采取屏蔽方法，以预防辐射干扰。(4)采取性能优良开关电源。(5)对采取器件进行严格筛选。(6)良好自诊疗功效，一旦电源或其它软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措 施，以预防故障扩大。(7)大型PLC还能够采取由双CPU组成冗余系统或有三CPU组成表决系统,使可靠性更深入提升。2、丰富I/O接口模块 PLC针对不一样工业现场信号，如： 交流或直流； 开关量或模拟量； 电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有对应I/O模块和工业现场器件或设备，如： 按钮 行程开关 靠近开关 传感器及变送器 电磁线圈 控制阀直接连接。另外为了提升操作性能，它还有多个人-机对话接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多个通讯联网接口模块，等等。3、采取模块化结构 为了适应多种工业控制需要，除了单元式小型PLC以外，绝大多数PLC均采取模块化结构。PLC各个部件，包含CPU，电源，I/O等均采取模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统规模和功效可依据用户需要自行组合。4、编程简单易学 PLC编程大多采取类似于继电器控制线路梯形图形式，对使用者来说，不需要含有计算机专门知识，所以很轻易被通常工程技术人员所了解和掌握。5、安装简单，维修方便PLC不需要专门机房，能够在多种工业环境下直接运行。使用时只需将现场多种设备和PLC对应I/O端相连接，即可投入运行。多种模块上全部有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。因为采取模块化结构，所以一旦某模块发生故障，用户能够经过更换模块方法，使系统快速恢复运行。3.3.2 PLC工作原理PLC采取循环扫描工作方法，在PLC中用户程序按前后次序存放，CPU从第一条指令开始实施程序，直到碰到结束符后又返回第一条，如此周而复始不停循环。PLC扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序实施、程序输出多个阶段。全过程扫描一次所需时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序实施、程序输出，一直循环扫描工作。3.3.3 PLC及压力传感器选择 水泵M1、M2、M3可变频运行，也可工频运行，需要6个输出点，依据系统设计要求需要五个输入点，则选择西门子S7-200系列PLC。 压力传感器采取CY-YZ-1001型绝对传感器。该传感器采取硅压阻效应原理实现压力测量力-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，敏感芯体内硅片上惠斯登电桥输出电压发生改变，信号调理电路将输出电压信号作放大处理，同时进行温度赔偿、非线性赔偿，使传感器电性能满足技术指标要求。传感器量程为02.5MPa，工作温度为560，输出电压为05V，作为本系统反馈信号供给PLC。4 PLC编程及变频器参数设置4.1 PLCI/O接线图K1K2K3K4K5K6220VACSB1SB2SB3SB4SD1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0. 3Q0.4Q0.5NL1S7-200 PLC1MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4ML+图4-1 PLCI/0接线图 输出端接中间继电器控制电机工频和变频工作状态转换，输入点I0.0控制系统电机停止工作，I0.1控制系统电机工作及变频器工作开始。I0.2点用于在一号泵有故障时手动启用三号泵替换一号泵工作。I0.4为当变频器输出频率达成上限值时手动闭合，使电动机切换为工频工作。4.2 PLC程序开启变频器工作PLC接收压力变送器反馈值，和设定值进行以系列计算以后输出一个值控制变频器输出频率，同时依据输出AC0值判定电动机工作台数和状态。其中压力变送器反馈值为05，内部数据为032767，对应进行转换以后经过下面程序进行判定，以控制电动机运行。判定反馈值为H0.8，则使一号水泵定速工作，同时使二号水泵变速工作。判定反馈值为0.52H0.64，则一号变频器定速或变速，当变频器输出频率达成上限值时则手动输入有效水泵变为定速运行，不然变速运行。判定反馈值为H0.52时，则一号水泵变速运行。停止按钮按下，全部水泵停止供水此段程序功效为在一号水泵有故障时，经过手动切换使三号水泵替换一号水泵工作。达成稳定供水。4.3 变频器参数设置4.3.1 参数复位1、P00033(选择等级为教授级)2、设定P0010303、设定P09701（设定P09701后变频器将自动进入参数恢复程序，大约要1020秒钟后才能将全部参数恢复为出厂缺省值，恢复过程中变频器显示busy(忙)字样并闪烁。）4、显示P0970则复位操作完成4.3.2 电机参数设置P0010=1 (快速调试)P0100=0(功率单位为KW；f缺省值为50Hz)P0304=380(电动机额定电压)P0305=126.6(电动机额定电)P0307=75（电动机额定功率）P0310=50(电动机额定频率)P0311=1470（电动机额定转速）P0700=2(变频器命令源选择为模入端子/数字输入)P1000=2(模拟设定值)P1080=5(电动机最小频率)P1082=50(电动机最大频率)P1120=10（电动机从静止停车加速到最大电动机频率所需时间）P1121=10（电动机从最大频率减速到静止停车所需时间）P3900=1(结束快速调试)控制系统接线实物图4.4 控制系统接线实物图 图4-2控制系统接线实物图 （a） 图4-2控制系统接线实物图（b）图4-2控制系统接线实物图（c）5 监控系统设计5.1 组态软件介绍 组态软件通常有图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件和控制功效组件组成。图形界面系统用于生成现场过程图形画面；实时数据库系统用于实时存放现场控制点参数；第三方程序接口组件用于组态软件和其它应用程序交换数据；控制功效组件用于生成监控所需控制策略。本设计中选择北京亚控企业“组态王”软件制作监控系统。5.2 监控系统设计5.2.1 组态王通信参数设置本设计中用S7-200PPI编程电缆实现计算机和CPU模块通信。因为使用串行通信接口1，故双击工程浏览器设备文件夹中“COM1”图标，在出现对话框中设置波特率为19200bit/s，图5.1所表示。图5-1 串行通信接口参数设置选中“COM1”后，双击右侧工作区出现“新建”图标，在出现对话框“PLC”文件夹中选择西门子S7-200系列，通信协议为PPI（见图5-2），设置好单击“下一步”直至“完成”，这么在右侧会出现刚生成“新IO设备”图标，通信设置结束。图5-2 通信协议设置5.2.2 新建工程和组态变量图5-3 定义变量对话框双击“组态王6.52”开启工程管理器，新建一个工程，名为“恒压供水系统”，双击新建工程打开工程浏览器，点击工程浏览器中“数据词典”图标，右面工作区会出现系统定义好内存变量。双击最下面“新建”图标，弹出“定义变量”对话框（见图5-3），开始定义输入输出变量。用一样方法组态全部变量（见图5-4）。5.2.3 组态画面(1) 建立新画面单击工程浏览器左侧“画面”图标，双击工作区“新建”图标，弹出“新画面”对话框，输入名称点击确定进入组态王开发系统。图5-4 数据词典中变量列表(2) 制作动态监控画面利用工具箱中各画图工具绘制监控系统界面，然后进行动画连接。(3) 编写控制步骤程序双击工程浏览器左边窗口“文件命令语言应用程序命令语言”进行编程。(4) 按钮、指示灯组态设定按钮或文字链接对