基PLC恒压供水系统设计
基PLC恒压供水系统设计
摘
中国社会济飞速发展伴着城市断扩张常驻城市口增生活水日益提高居民民生息息相关城市供水系统稳定性质量节数量求日益增高中种种原传统供水系统需工控制造成量水资源浪费时维护系统变困难需提升系统动化控制水否根法满足现城市居民楼工厂需供水需求设计考虑中城市供水系统状况进行基PLC调速恒压控制供水系统设计
供水系统设计基smart200系列PLC进行工业供水中节问题解决问题文提出基PLC恒压变频供水方案变频器频率输出电压实时控制改变水泵出水量系统设计部分介绍选取软硬件型号绘制软件系统流程图设计程序梯形图动控制供水流程符合供水系统需求基满足日常水需求提高生产水
关键词： PLC恒压供水变频器变频调速编程控制器
Design of constant pressure water supply system based on PLC
Abstract
The rapid development of China＇s social economy is accompanied by the continuous expansion of the city The population of residents in cities has increased and people＇s living standards have also increased Residents＇ demand for stability quality energy conservation and quantity of urban water supply systems closely related to people＇s livelihood has also increased Among them due to various reasons the traditional water supply system needs manual control resulting in a lot of waste of water resources and at the same time it becomes difficult to maintain the system Therefore it is necessary to improve the control level of system automation otherwise it will not be able to meet the needs of existing urban and residential buildings And the water supply needs of the factory This design takes into account the status of the water supply system in small and mediumsized cities and carries out the design of a PLCbased water supply system with speed regulation and constant pressure control
Water supply system design based on smart200 series PLC Aiming at all energy saving problems in industrial water supply a constant pressure variable frequency water supply scheme based on PLC is proposed to solve this problem The frequency of the inverter and the realtime control of the output voltage change the water output of the pump In the part of system design the selection of software and hardware models is introduced and the flow chart of software system and the ladder diagram of design program are drawn automatically controls the water supply process to meet the needs of the water supply system basically meets the daily water demand and improves the production level
Keywords PLC Constant pressure water supply Frequency converter frequency control Programmable Controllers
目 录
1 前言 1
11研究背景意义 1
12设计研究容 1
2 供水系统设计方案 1
21供水系统设计求 1
211 系统设计方案较选择 2
212 调速控制方式选择 3
22变频器 3
221变频器构造分类 3
222变频器选择 4
23 PLC选择 4
24 水泵选取 5
241 选水泵标准 5
25压力传感器选取 5
3 系统硬件配置 6
31特性阐述 6
32 系统组成 6
33系统整体框图 7
34变频器参数设置调试 7
35 PLCIO资源配置 8
4 系统硬件设计 8
41 PLC控制系统端口接线 8
42接触器 10
43令电器 11
44系统硬件连接图 11
5 软件系统设计 12
51手动控制设计 12
52流程图 13
53软元件进行设置 15
54系统设计分析 16
6结 20
参考文献 21
谢辞 22
附录 23
1 前言
11研究背景意义
类日常生活需中水电缺资源国水资源实非常短缺合理做节减排更做法供水利水资源做起社会济飞升伴着生活水求提高政府加强城市建设规划部分线城市资源达饱状态城市断增加高楼厦数量传统供水方式满足供水系统运行起节济通变频恒压调速实现恒压供水
伴着变频器发明问世变频调速系统已广泛交流电电源电源应中根户水需求动调整恒压供水系统运行参数年解中国逆变器增长率直保持1215％逆变器技术目前正着专业化模块化集成化智化环境保护方快速发展技术发展提供保证
12设计研究容
根国供水系统现状设计供水系统需求进行研究务做设计容：
（1）构思系统总体设计方案确定整系统功
（2）分析性性需求确定需操作系统需设备
（3）完成系统相关软件安装环境配置
（4）分完成功程序编写进行程序整合
（5）记录调试程中数实现效果进行分析
（6）根作品结果完善系统完成文撰写
2 供水系统设计方案
21 供水系统设计求
（1）开机电正常工作流程工作压力低允许范围水泵开始变频运行
（2）正常运行水泵变频运行果压力低设定值变频泵频率达50超十秒开启水泵变频复位初始水泵变频次判断压力值设定值时切换变频水泵工频运行开启水泵变频运行（错开台水泵变频工频转换）类推正常工作运行
（3）果开机电初始水泵产生障压力低限通判断检测水泵状态障转泵运行障转泵判断障选择否运行
（4）水泵判断障运行时水泵障开始变频运行水泵变频切换工频运行类推
（5）检测水泵初始泵障变频运行时保持初始泵变频运行
（6）压力值低限变频器输出0时延时五秒复位水泵工频根正工作水泵数量工作状态确定什时候停止工作
（7）水泵变频运行超八时复位水泵开启水泵变频运行
211系统设计方案较选择
方案设计专变频器控制器单元控制变频器控制单泵周期控制泵实现动变频工频间切换电动机根水压变化实现供水维持道水压恒定通信传输运行数
系统设计务需求种选择控制方案进行阐述较选出适合控制方案
（1）专变频器控制系统
专变频器带供水基板压力传感器组成信号检测电路控制水系机组设置反馈参考压力值等显示功操作较麻烦法动实现水泵运行实时控制缺点输出接口扩展功缺乏灵巧性数通信困难限制拖动操作力求高容量场
（2）单片机控制系统
单片微处理器通变频器组合作核心控制系统通处理压力传感器反馈电信号控制泵单元运行种方法控制误差算法灵活性价高程序开发需时间长程序运行果出现问题想修正错误困难时变频器运行时必须采取相应抗干扰措施避免干扰确保系统性稳定性知方案佳选择方案
（3）编程序控制器控制
样控制方式端口具灵活扩展优点简化电路结构出现障时方便障排提升系统性抗干扰力知系统供水机组负荷关合类求恒压供水场合 控制系统正采smart200配合西门子MM430变频器
通方案较出第三种控制方案更适合系统设计方案系统核心PLC通变频器变频恒压控制方式通控制水泵机组实现基第三控制方案开展开阐述设计
212 调速控制方式选择
二十年着交流调速技术变频器制造技术迅速发展交流电机调速性性造价等方面直流调速系统媲美实现恒压供水通改变变频器电源频率够调节异步电动机速度改变泵水流量实现通改变电动机磁极ρ数量改变电动机转差率s实现三相异步电动机速度调节
已知三相异步电动机转速公式：
nn11−s60fP(1−s)
公式中n1异步电机步转速电源频率f电动机极数ρ60倍s异步电动机转差率异步电动机步转速n1电动机转子转速n差值步转速n1
式知磁极数P转差率s固定时电机转子转速n定子功率频率f成正连续滑调节异步电动机电源f频率实现恒压供水通控制三相异步电动机速度控制泵循环
22变频器
221变频器结构
变频器通整流滤波逆变原f50Hz交流电变成频率交流电完成电机调速控制交流电电压频率调称直接变频器交直交变频器基结构图图21示
图21变频器结构
222变频器选择
控制系统安全性舒适性济性角度选西门子生产MM430型变频器适类变频调速系统调节水泵风机类负载速度方面具杰出优势选取时候注意问题——必须根变频器手册中说明配备电机水泵容量型号变频器操作面板通讯模块直接手动更换适种变速传动系统装置水泵风机输送系统等
MM430型变频器相MM420型变频器说较输入端子输出端子设计更加优化具利率高稳定性优点操作面板更适工作员操作MM430变频器针场合开发许功变频器部分参数需设置文水泵变频器功仅风机水泵类负荷参数进行设置
23 PLC选择
PLC已领域广泛基逻辑控制网络通讯位置控制处理数闭环控制方面PLC性价应范围直断扩展整控制系统中PLC起核心控制作选择PLC时 选择部满足控制求编程控制器设计实现关重步输入信号包括急停手动动缺水保护水泵1号5号障辅助泵障变频器障等10输入信号水泵变频工频运行辅助泵变频工频运行报警喇叭等13输出信号PLC品牌选择通水电气控制系统功条件斟酌系统市场接受度工作稳性性卓越性价PLC选择型号smart200 sr40
24水泵选取
供水系统运行整系统执行机构通抽水实现正确选择合适水泵影响供水系统运行重素
241选水泵标准
选择水泵时求水泵扬程低实际中标准扬程60防止电动机载电动机容易载产生热量甚烧毁电机
（1）泵流量供水总扬程选择原理应该确保泵效稳定区域工作考虑系统运行期间种原泵输出减少选择水泵扬程值×10511系数选择
（2）应量选效高水泵选市场淘汰产品
（3）根实际供水系统负荷水泵数量等合理确定果台泵必须联运行满足供水需求台泵品牌型号应致
（4）采水泵扬程泵间供水流量致辅泵供水供水泵流量值应该13
25压力传感器选取
系统检测环节中格外紧部分压力传感器检测控制量（水压）反馈系统实现动恒压控制安装出口网压力传感器发送出口压力信号变电压信号（010V间变化）电流信号（420mA间变化）标准信号传输PLC设备模块EM235 PLC机执行数计算处理计算结果定标准值进行较获调整调节参数发送变频器然控制泵速度想维持网中压力保持定值调节系统供水量输入电机电压频率会着供水负荷改变发生变化
供水系统压强Pρgℎ单位估计标准单位ρ10³g98体积重量轻结构简单运行该传感器特点采YTZ150电位器式压力传感器0~1Mpa范围压力转换成010V电信号供水高度般19层楼高系统供水系统输出压力06Mpa水压检测范围检测精度分0~1MPa 001Mpa
3系统硬件配置
31特性阐述
图31显示离心水泵基特性中HQ分表示系统扬程流量图中两条曲线扬程特性曲线道阻力特性曲线
图31 供水系统基特征
曲线出供水系统水头H越道供水流量Q越道阻力特性基泵速度恒定前提表示系统扬程H定开度流量Q间关系阻力特性反映水头H供水流量QG间关系泵速度阀门开合程度变时户时间段水量决定流量扬程特性反映水流量Qn扬程H间关系Hf(Qn)Hf(QG)曲线交点图31中点A示称供水系统工作点时户供水系统水量QnQG处衡状态系统运行稳定供水系统时符合扬程特性道阻力特性
32系统组成
般说供水控制系统结构包括机械部分电气控制系统机械部分供水系统网系统系统重部分电气控制系统控制电路PLC变频器信号检测电路——压力传感器压力控制器执行电路——水泵机组组成
33系统整体框图
供水电气控制系统整体框图图32示通CPU周期收集种信号压力传感器信号相关模拟信号进行算术处理获输出响应控制变频控制器完成相关设备运行停止速度控制
图32供水电气控制系统总体框图
34变频器参数设置调试
参数滤选择户访问级—P0010P0003变频器两重参数（参数设置值P00101然选取变频器快速调试）MM430专家标准拓展三户访问级少量参数数参数数值变频器进行快速调试时候较低访问级导致动计算者缺省设置结果
P00101：变频器快速调试P0003：利户访问级选取参数运户定义参数表设定P39001前完成快速调试步骤样方便计算电动机相关数快速调试法设定P39001时结束调试余全部参数全部复原参数缺省设置状态P00101外
设定P39001时完成快速调试变频器运行（快速调试时成立）
根控制系统需求变频器参数设置表表31示
表31 变频器参数设置表
参数设置值
参数标号
说明
21
P0005
显示实际运行频率
5
P0700
端子排控制
5
P1000
模拟设定值
实际选电动机设置
P0300
电动机类型（异步步）
实际选电动机设置
P0304
确定电机UN
实际选电动机设置
P0305
确定电机IN
实际选电动机设置
P0310
电动机额定频率（50Hz）
实际选电动机设置
P0311
确定电机额定转速
实际情况中变频器中参数复位出厂时缺省设置值需
35 PLCI0资源配置
通系统功条件面选型分析PLCI0进行配置
（1）数字I0信号
该供水系统控制信号包括数字输入例种钮旋钮开关设计PLC种总 9数字量输入11输出口 PLC IO口分配表32示
表32 IO口分配
输入信号址
输入设备
输出信号址
输出设备
I00
急停
Q00
变频命令源
I01
手动动
Q01
1#泵变频KA1
I02
缺水保护
Q02
1#泵工频KA2
I03
1#泵障
Q03
2#泵变频KA3
I04
2#泵障
Q04
2#泵工频KA4
I05
3#泵障
Q05
3#泵变频KA5
I06
4#泵障
Q06
3#泵工频KA6
I07
5#泵障
Q07
4#泵变频KA7
I12
变频器障
Q10
4#泵工频KA8
Q11
5#泵变频KA9
Q12
5#泵工频KA10
Q15
报警喇叭
（2）模拟量输信号
需扩展模拟输入输出模块收集压力传感器反馈数信号具体IO分配输入址AIW0输入设备压力传感器
4系统硬件设计
41 PLC控制系统端口接线
设计接线图基控制系统功求IO口分配PLC控制系统端口组件图41示
图41 控制系统端口硬件连线图
42接触器
三相交流异步电动机启停工频变频切换等控制直接受交流接触器控制通断电控制文设计系统五台电机5#泵手动模式手动工频动控制变频运行1#~4#辅助泵进行工频变频转换泵手动动控制相互独立干扰
需选12交流接触器分编号：1#泵工频KA22#泵工频KA43#泵工频KA64#泵工频KA85#工频KA101#泵变频KA12#泵变频KA33#泵变频KA54#变频5#变频配置见表31图32接触器配置含义表41示
表41 接触器配置
接触器编号
含义
途
1#泵工频KA2
1#泵连接交流电网接触器
通PLC输出信号址Q01状态控制泵处停止状态工频运行状态
2#泵工频KA4
连接2#泵交流电网接触器
通PLC输出信号址Q04状态控制泵处停止状态工频运行状态
3#泵工频KA6
连接3#泵交流电网接触器
通PLC输出信号址Q06状态控制泵处停止状态工频运行状态
4#泵工频KA8
4#泵连接交流电网接触器
通PLC输出信号址Q10状态控制泵处停止状态工频运行状态
5#泵工频KA10
5#泵连接交流电网接触器
通PLC输出信号址Q12状态控制泵处停止状态工频运行状态
1#泵变频KA1
1#泵接变频器接触器
输出信号址Q01通PLC状态控制泵处停止状态工频运行状态
2＃泵变频器KA3
连接2#泵变频器接触器
通PLC输出信号址Q03状态控制泵处停止状态工频运行状态
3#泵变频KA5
3#泵变频器连接接触器
输出信号址Q05通PLC状态控制泵处停止状态工频运行状态
4＃泵变频器KA7
连接4#泵变频器接触器
通PLC输出信号址Q07状态控制泵处停止状态工频运行状态
5＃泵变频器KA9
连接5#泵变频器接触器
通PLC输出信号址Q11状态控制泵处停止状态工频运行状态
43 令电器
接通断开电路令电器作手动控制动控制系统时起位置保护系统切换等功常令电器开关钮行程开关等文控制系统令电器钮开关
手动控制系统钮控制系统进行调制启动时选择转换开关点动钮作动控制系统急停钮系统暂停工作钮选择旋转复位钮旋转钮动弹起复位系统处手动启动控制状态时选旋转钮起调节作
44 系统硬件连接图
定供水系统硬件连接图根PLC变频器水泵压力传感器接触器等设备确定图42示
图42系统硬件连接图
5软件系统设计
软件设计采STEP7MicroWIN SMART软件编写程序第五节中第做设计需求功画流程图然根流程图编写相应程序
51手动控制设计
设备准备启停钮样独立控制台设备状态手动模式情况手动控制流程图图51示
图51 手动控制模式流程图
52流程图
供水系统控制求画出流程图
（1）水池水位监测流程图
（2）动控制工作流程图
（3）工频运行泵切流程图
图52 水池水位检测工作流程图
图53动运行工作流程图
54 工频运行泵切流程图
53 软元件进行设置
节IO资源配置需求设计供水系统功中会软元件前先列出软元件便程序修改编写表51示
表51 元件设置
元件
意义
元件
意义
M00
手动动HMI
M151
唤醒标志位
M01
手动动
M153
总载报警
M02
动开始
T47
变频延时命令源
M03
动停止
T51
zd变频延时命令源
M05
爆
T106
爆定时器
M06
变频障
VD1000
检测压力0量程
M10
PID手动动转换
VD1010
手动值
M11
缺水保护
VD1036
休眠频率设定
M12
1#水泵障
VD1042
低频率设定
M13
2#水泵障
VD1048
压力波动范围
M14
3#水泵障
VD1110
爆压力设定
M15
4#水泵障
VD1120
休眠压力
M16
5#水泵障
VD1128
唤醒压力
M96
休眠选择
VD1146
前频率
M97
爆记忆
VD1154
水高峰压力值
M100
手动变频
VW512
换泵时间
M101
手动工频
VW1014
动变频频率
M132
压力限
VW1016
手动变频频率
M146
换泵信号
VW1140
变频休眠频率
M147
障复位
VW1142
休眠延时
M150
休眠标志位
VW1144
唤醒延时
54系统设计分析
系统选五台电机实现供水系统需求四水泵五号泵泵进行工变频转换五号泵工频进行变频手动动控制相互独立相互干扰系统通面板设置系统参数供水压力设定换泵频率等图55示系统模式分动模式手动软启模式手动工频模式手动工频模式图56示
图55 面板基供水参数设置
图56 手动工频模式
（1）系统正常运行
系统正常运行时系统正常工作分五档正常开机电压力值果低允许范围（±004MPa）时开启仅5号泵变频运行五号泵泵变频运行程中果变频泵频率达50HZ压力值低设定限值（004MPa）十秒复位五号水泵变频启动号水泵变频时号水泵变频运行号泵变频运行时判断压力否低压力限变频泵频率达50HZ延迟10秒复位号水泵变频复位号变频延时05秒开启号水泵工频二号水泵变频（样做目错开台泵变频工频转换）类推直四号水泵变频运行三泵工频运行
（2）系统产生障时
五号泵运行产生障时时候压力低限变频泵频率达50HZ果延迟10秒水泵情况表52示
表52 水泵障时运行情况
1#泵没障
转号泵变频运行
5#1#泵障2#泵没障
转2#变频运行
5#1#2#泵障3#泵没障时
转3#泵变频运行
5#1#2#3#泵障4#泵没障
转4#变频运行
号泵变频运行时压力低压力限变频频率满频50HZ时延时10秒时二号水泵没障复位号水泵变频复位号变频延时5秒开启二号变频号工频时两水泵运行果二号水泵障三号泵没障复位号水泵变频延时05秒跳二号水泵开启三号泵变频号水泵工频时13泵工作果二号三号水泵障四号泵障时复位号泵变频延时05秒号水泵切换成工频运行时开启四号泵变频运行果二三四号泵障号泵变频运行
二号泵泵变频运行压力低压力限变频泵频率达50HZ延时超10秒水泵情况表53示
表53 2#变频运行时障情况
水泵障情况
续操作
出现情况
3#泵没障
复位2#变频复位2#变频 05S开启2#工频开启3#变频
a12#泵工频三号泵变频运行
b2#泵工频三号泵变频运行
3#泵障4#泵没障时
复位2#变频复位二号变频05S开启2#工频开启4#变频
a12#泵工频4号泵变频运行
b1#工频4号泵变频运行
c4号泵变频运行
234#障时
保持2#泵变频变压力低压力限变频泵频率达50HZ超10S
1#工频没起动时起动1#工频压力够2# 工频没运行时延时启动2#工频
三号泵变频运行时压力低压力限变频泵频率达50HZ超10秒时：
（1）果四号水泵障复位三号泵变频05秒开启四号变频
（2）果四号水泵障三号泵变频运行变压力低压力限变频泵频率达50HZ超十秒分检测剩水泵果号泵没障号泵工频没启动开启号泵工频运行果压力低压力限时变频泵频达50HZ超十秒二号泵工频没启动开启二号泵工频
四号泵变频运行时突然产生障二三号泵中台泵工频运行时水泵情况续运行程表53示
表53 水泵4障时解决方案
情况
解决方案
A
1#泵没障时
复位1#泵工频05S切换1#泵变频运行果时压力低压力限变频泵频率达50HZ超10S时进行轮循环（时产生问题：果压力始终达会1#变频复位2#变频开启1#工频复位2#变频开起3#变频样水泵快进行轮循程轮循次会停
B
1#障时2#没障时
复位2#泵工频05S切换2#泵变频运行果时压力低压力限变频泵频率达50HZ超10S时进行轮循环
C
12#障3#没障时
复位3#泵工频切换3#泵变频果4#变频运行时压力低压力限变频泵频率达50HZ超10S1#工频没起动时起动1#工频压力够时23没工频启动时延时次开启仅1台泵变频运时突然台泵产生障机器恢复刚开始工作循环状态
（3）机器复位程
首先检测变频器输出频率0压力值显示已超压力值限时延时5秒仅号二号三号泵中1台泵变频运行时开启5号泵否情况先复位号泵工频然根工作档位次延时停掉水泵工频运行
（4）8时轮换工作
号水泵变频运行果超8时复位号变频时开启二号泵变频二号泵变频运行超8时三号泵没运行时复位二号泵变频开启三号泵变频类推水泵变频运行超八时首先复位水泵变频运行然开启水泵变频运行达轮换工作目减少水泵超载负荷减少风险
6结
次设计题目基PLC恒压供水系统设计选择西门子MM430风机水泵专变频器实现系统恒压供水需求通变频器相较水泵风机类负载进行调速够节省60运行费选择西门子SMART 200CPU SR40型号PLC控制器YTZ150电位器式压力传感器作系统硬件设备编程方面西门子STEP 7MicroWIN SMART作编程软件梯形图完成
次设计基实现预先设计包含功中包括供水系统变频运行变频工频切换水泵电机换机水泵障时系统检测运行机器复位功时触摸屏监控进行设计功完善控制供水系统更保证
系统通控制面板进行选择动模式手动工频模式控制面板中设定参数压力设定低频率增减泵频率变频工频切换延时爆压力设定等等设计供水系统中采五台电机水需求增加时水泵运行频率水泵运行数量时增加水泵额定输出功率然达水需求标准时水泵变频转换工频运行启动台水泵
参考文献
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附 录
PLC程序梯形图
程序
动换泵加减泵
障：
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基PLC恒压供水系统设计
基PLC恒压供水系统设计
摘
中国社会济飞速发展伴着城市断扩张常驻城市口增生活水日益提高居民民生息息相关城市供水系统稳定性质量节数量求日益增高中种种原传统供水系统需工控制造成量水资源浪费时维护系统变困难需提升系统动化控制水否根法满足现城市居民楼工厂需供水需求设计考虑中城市供水系统状况进行基PLC调速恒压控制供水系统设计
供水系统设计基smart200系列PLC进行工业供水中节问题解决问题文提出基PLC恒压变频供水方案变频器频率输出电压实时控制改变水泵出水量系统设计部分介绍选取软硬件型号绘制软件系统流程图设计程序梯形图动控制供水流程符合供水系统需求基满足日常水需求提高生产水
关键词： PLC恒压供水变频器变频调速编程控制器
Design of constant pressure water supply system based on PLC
Abstract
The rapid development of China＇s social economy is accompanied by the continuous expansion of the city The population of residents in cities has increased and people＇s living standards have also increased Residents＇ demand for stability quality energy conservation and quantity of urban water supply systems closely related to people＇s livelihood has also increased Among them due to various reasons the traditional water supply system needs manual control resulting in a lot of waste of water resources and at the same time it becomes difficult to maintain the system Therefore it is necessary to improve the control level of system automation otherwise it will not be able to meet the needs of existing urban and residential buildings And the water supply needs of the factory This design takes into account the status of the water supply system in small and mediumsized cities and carries out the design of a PLCbased water supply system with speed regulation and constant pressure control
Water supply system design based on smart200 series PLC Aiming at all energy saving problems in industrial water supply a constant pressure variable frequency water supply scheme based on PLC is proposed to solve this problem The frequency of the inverter and the realtime control of the output voltage change the water output of the pump In the part of system design the selection of software and hardware models is introduced and the flow chart of software system and the ladder diagram of design program are drawn automatically controls the water supply process to meet the needs of the water supply system basically meets the daily water demand and improves the production level
Keywords PLC Constant pressure water supply Frequency converter frequency control Programmable Controllers
目 录
1 前言 1
11研究背景意义 1
12设计研究容 1
2 供水系统设计方案 1
21供水系统设计求 1
211 系统设计方案较选择 2
212 调速控制方式选择 3
22变频器 3
221变频器构造分类 3
222变频器选择 4
23 PLC选择 4
24 水泵选取 5
241 选水泵标准 5
25压力传感器选取 5
3 系统硬件配置 6
31特性阐述 6
32 系统组成 6
33系统整体框图 7
34变频器参数设置调试 7
35 PLCIO资源配置 8
4 系统硬件设计 8
41 PLC控制系统端口接线 8
42接触器 10
43令电器 11
44系统硬件连接图 11
5 软件系统设计 12
51手动控制设计 12
52流程图 13
53软元件进行设置 15
54系统设计分析 16
6结 20
参考文献 21
谢辞 22
附录 23
1 前言
11研究背景意义
类日常生活需中水电缺资源国水资源实非常短缺合理做节减排更做法供水利水资源做起社会济飞升伴着生活水求提高政府加强城市建设规划部分线城市资源达饱状态城市断增加高楼厦数量传统供水方式满足供水系统运行起节济通变频恒压调速实现恒压供水
伴着变频器发明问世变频调速系统已广泛交流电电源电源应中根户水需求动调整恒压供水系统运行参数年解中国逆变器增长率直保持1215％逆变器技术目前正着专业化模块化集成化智化环境保护方快速发展技术发展提供保证
12设计研究容
根国供水系统现状设计供水系统需求进行研究务做设计容：
（1）构思系统总体设计方案确定整系统功
（2）分析性性需求确定需操作系统需设备
（3）完成系统相关软件安装环境配置
（4）分完成功程序编写进行程序整合
（5）记录调试程中数实现效果进行分析
（6）根作品结果完善系统完成文撰写
2 供水系统设计方案
21 供水系统设计求
（1）开机电正常工作流程工作压力低允许范围水泵开始变频运行
（2）正常运行水泵变频运行果压力低设定值变频泵频率达50超十秒开启水泵变频复位初始水泵变频次判断压力值设定值时切换变频水泵工频运行开启水泵变频运行（错开台水泵变频工频转换）类推正常工作运行
（3）果开机电初始水泵产生障压力低限通判断检测水泵状态障转泵运行障转泵判断障选择否运行
（4）水泵判断障运行时水泵障开始变频运行水泵变频切换工频运行类推
（5）检测水泵初始泵障变频运行时保持初始泵变频运行
（6）压力值低限变频器输出0时延时五秒复位水泵工频根正工作水泵数量工作状态确定什时候停止工作
（7）水泵变频运行超八时复位水泵开启水泵变频运行
211系统设计方案较选择
方案设计专变频器控制器单元控制变频器控制单泵周期控制泵实现动变频工频间切换电动机根水压变化实现供水维持道水压恒定通信传输运行数
系统设计务需求种选择控制方案进行阐述较选出适合控制方案
（1）专变频器控制系统
专变频器带供水基板压力传感器组成信号检测电路控制水系机组设置反馈参考压力值等显示功操作较麻烦法动实现水泵运行实时控制缺点输出接口扩展功缺乏灵巧性数通信困难限制拖动操作力求高容量场
（2）单片机控制系统
单片微处理器通变频器组合作核心控制系统通处理压力传感器反馈电信号控制泵单元运行种方法控制误差算法灵活性价高程序开发需时间长程序运行果出现问题想修正错误困难时变频器运行时必须采取相应抗干扰措施避免干扰确保系统性稳定性知方案佳选择方案
（3）编程序控制器控制
样控制方式端口具灵活扩展优点简化电路结构出现障时方便障排提升系统性抗干扰力知系统供水机组负荷关合类求恒压供水场合 控制系统正采smart200配合西门子MM430变频器
通方案较出第三种控制方案更适合系统设计方案系统核心PLC通变频器变频恒压控制方式通控制水泵机组实现基第三控制方案开展开阐述设计
212 调速控制方式选择
二十年着交流调速技术变频器制造技术迅速发展交流电机调速性性造价等方面直流调速系统媲美实现恒压供水通改变变频器电源频率够调节异步电动机速度改变泵水流量实现通改变电动机磁极ρ数量改变电动机转差率s实现三相异步电动机速度调节
已知三相异步电动机转速公式：
nn11−s60fP(1−s)
公式中n1异步电机步转速电源频率f电动机极数ρ60倍s异步电动机转差率异步电动机步转速n1电动机转子转速n差值步转速n1
式知磁极数P转差率s固定时电机转子转速n定子功率频率f成正连续滑调节异步电动机电源f频率实现恒压供水通控制三相异步电动机速度控制泵循环
22变频器
221变频器结构
变频器通整流滤波逆变原f50Hz交流电变成频率交流电完成电机调速控制交流电电压频率调称直接变频器交直交变频器基结构图图21示
图21变频器结构
222变频器选择
控制系统安全性舒适性济性角度选西门子生产MM430型变频器适类变频调速系统调节水泵风机类负载速度方面具杰出优势选取时候注意问题——必须根变频器手册中说明配备电机水泵容量型号变频器操作面板通讯模块直接手动更换适种变速传动系统装置水泵风机输送系统等
MM430型变频器相MM420型变频器说较输入端子输出端子设计更加优化具利率高稳定性优点操作面板更适工作员操作MM430变频器针场合开发许功变频器部分参数需设置文水泵变频器功仅风机水泵类负荷参数进行设置
23 PLC选择
PLC已领域广泛基逻辑控制网络通讯位置控制处理数闭环控制方面PLC性价应范围直断扩展整控制系统中PLC起核心控制作选择PLC时 选择部满足控制求编程控制器设计实现关重步输入信号包括急停手动动缺水保护水泵1号5号障辅助泵障变频器障等10输入信号水泵变频工频运行辅助泵变频工频运行报警喇叭等13输出信号PLC品牌选择通水电气控制系统功条件斟酌系统市场接受度工作稳性性卓越性价PLC选择型号smart200 sr40
24水泵选取
供水系统运行整系统执行机构通抽水实现正确选择合适水泵影响供水系统运行重素
241选水泵标准
选择水泵时求水泵扬程低实际中标准扬程60防止电动机载电动机容易载产生热量甚烧毁电机
（1）泵流量供水总扬程选择原理应该确保泵效稳定区域工作考虑系统运行期间种原泵输出减少选择水泵扬程值×10511系数选择
（2）应量选效高水泵选市场淘汰产品
（3）根实际供水系统负荷水泵数量等合理确定果台泵必须联运行满足供水需求台泵品牌型号应致
（4）采水泵扬程泵间供水流量致辅泵供水供水泵流量值应该13
25压力传感器选取
系统检测环节中格外紧部分压力传感器检测控制量（水压）反馈系统实现动恒压控制安装出口网压力传感器发送出口压力信号变电压信号（010V间变化）电流信号（420mA间变化）标准信号传输PLC设备模块EM235 PLC机执行数计算处理计算结果定标准值进行较获调整调节参数发送变频器然控制泵速度想维持网中压力保持定值调节系统供水量输入电机电压频率会着供水负荷改变发生变化
供水系统压强Pρgℎ单位估计标准单位ρ10³g98体积重量轻结构简单运行该传感器特点采YTZ150电位器式压力传感器0~1Mpa范围压力转换成010V电信号供水高度般19层楼高系统供水系统输出压力06Mpa水压检测范围检测精度分0~1MPa 001Mpa
3系统硬件配置
31特性阐述
图31显示离心水泵基特性中HQ分表示系统扬程流量图中两条曲线扬程特性曲线道阻力特性曲线
图31 供水系统基特征
曲线出供水系统水头H越道供水流量Q越道阻力特性基泵速度恒定前提表示系统扬程H定开度流量Q间关系阻力特性反映水头H供水流量QG间关系泵速度阀门开合程度变时户时间段水量决定流量扬程特性反映水流量Qn扬程H间关系Hf(Qn)Hf(QG)曲线交点图31中点A示称供水系统工作点时户供水系统水量QnQG处衡状态系统运行稳定供水系统时符合扬程特性道阻力特性
32系统组成
般说供水控制系统结构包括机械部分电气控制系统机械部分供水系统网系统系统重部分电气控制系统控制电路PLC变频器信号检测电路——压力传感器压力控制器执行电路——水泵机组组成
33系统整体框图
供水电气控制系统整体框图图32示通CPU周期收集种信号压力传感器信号相关模拟信号进行算术处理获输出响应控制变频控制器完成相关设备运行停止速度控制
图32供水电气控制系统总体框图
34变频器参数设置调试
参数滤选择户访问级—P0010P0003变频器两重参数（参数设置值P00101然选取变频器快速调试）MM430专家标准拓展三户访问级少量参数数参数数值变频器进行快速调试时候较低访问级导致动计算者缺省设置结果
P00101：变频器快速调试P0003：利户访问级选取参数运户定义参数表设定P39001前完成快速调试步骤样方便计算电动机相关数快速调试法设定P39001时结束调试余全部参数全部复原参数缺省设置状态P00101外
设定P39001时完成快速调试变频器运行（快速调试时成立）
根控制系统需求变频器参数设置表表31示
表31 变频器参数设置表
参数设置值
参数标号
说明
21
P0005
显示实际运行频率
5
P0700
端子排控制
5
P1000
模拟设定值
实际选电动机设置
P0300
电动机类型（异步步）
实际选电动机设置
P0304
确定电机UN
实际选电动机设置
P0305
确定电机IN
实际选电动机设置
P0310
电动机额定频率（50Hz）
实际选电动机设置
P0311
确定电机额定转速
实际情况中变频器中参数复位出厂时缺省设置值需
35 PLCI0资源配置
通系统功条件面选型分析PLCI0进行配置
（1）数字I0信号
该供水系统控制信号包括数字输入例种钮旋钮开关设计PLC种总 9数字量输入11输出口 PLC IO口分配表32示
表32 IO口分配
输入信号址
输入设备
输出信号址
输出设备
I00
急停
Q00
变频命令源
I01
手动动
Q01
1#泵变频KA1
I02
缺水保护
Q02
1#泵工频KA2
I03
1#泵障
Q03
2#泵变频KA3
I04
2#泵障
Q04
2#泵工频KA4
I05
3#泵障
Q05
3#泵变频KA5
I06
4#泵障
Q06
3#泵工频KA6
I07
5#泵障
Q07
4#泵变频KA7
I12
变频器障
Q10
4#泵工频KA8
Q11
5#泵变频KA9
Q12
5#泵工频KA10
Q15
报警喇叭
（2）模拟量输信号
需扩展模拟输入输出模块收集压力传感器反馈数信号具体IO分配输入址AIW0输入设备压力传感器
4系统硬件设计
41 PLC控制系统端口接线
设计接线图基控制系统功求IO口分配PLC控制系统端口组件图41示
图41 控制系统端口硬件连线图
42接触器
三相交流异步电动机启停工频变频切换等控制直接受交流接触器控制通断电控制文设计系统五台电机5#泵手动模式手动工频动控制变频运行1#~4#辅助泵进行工频变频转换泵手动动控制相互独立干扰
需选12交流接触器分编号：1#泵工频KA22#泵工频KA43#泵工频KA64#泵工频KA85#工频KA101#泵变频KA12#泵变频KA33#泵变频KA54#变频5#变频配置见表31图32接触器配置含义表41示
表41 接触器配置
接触器编号
含义
途
1#泵工频KA2
1#泵连接交流电网接触器
通PLC输出信号址Q01状态控制泵处停止状态工频运行状态
2#泵工频KA4
连接2#泵交流电网接触器
通PLC输出信号址Q04状态控制泵处停止状态工频运行状态
3#泵工频KA6
连接3#泵交流电网接触器
通PLC输出信号址Q06状态控制泵处停止状态工频运行状态
4#泵工频KA8
4#泵连接交流电网接触器
通PLC输出信号址Q10状态控制泵处停止状态工频运行状态
5#泵工频KA10
5#泵连接交流电网接触器
通PLC输出信号址Q12状态控制泵处停止状态工频运行状态
1#泵变频KA1
1#泵接变频器接触器
输出信号址Q01通PLC状态控制泵处停止状态工频运行状态
2＃泵变频器KA3
连接2#泵变频器接触器
通PLC输出信号址Q03状态控制泵处停止状态工频运行状态
3#泵变频KA5
3#泵变频器连接接触器
输出信号址Q05通PLC状态控制泵处停止状态工频运行状态
4＃泵变频器KA7
连接4#泵变频器接触器
通PLC输出信号址Q07状态控制泵处停止状态工频运行状态
5＃泵变频器KA9
连接5#泵变频器接触器
通PLC输出信号址Q11状态控制泵处停止状态工频运行状态
43 令电器
接通断开电路令电器作手动控制动控制系统时起位置保护系统切换等功常令电器开关钮行程开关等文控制系统令电器钮开关
手动控制系统钮控制系统进行调制启动时选择转换开关点动钮作动控制系统急停钮系统暂停工作钮选择旋转复位钮旋转钮动弹起复位系统处手动启动控制状态时选旋转钮起调节作
44 系统硬件连接图
定供水系统硬件连接图根PLC变频器水泵压力传感器接触器等设备确定图42示
图42系统硬件连接图
5软件系统设计
软件设计采STEP7MicroWIN SMART软件编写程序第五节中第做设计需求功画流程图然根流程图编写相应程序
51手动控制设计
设备准备启停钮样独立控制台设备状态手动模式情况手动控制流程图图51示
图51 手动控制模式流程图
52流程图
供水系统控制求画出流程图
（1）水池水位监测流程图
（2）动控制工作流程图
（3）工频运行泵切流程图
图52 水池水位检测工作流程图
图53动运行工作流程图
54 工频运行泵切流程图
53 软元件进行设置
节IO资源配置需求设计供水系统功中会软元件前先列出软元件便程序修改编写表51示
表51 元件设置
元件
意义
元件
意义
M00
手动动HMI
M151
唤醒标志位
M01
手动动
M153
总载报警
M02
动开始
T47
变频延时命令源
M03
动停止
T51
zd变频延时命令源
M05
爆
T106
爆定时器
M06
变频障
VD1000
检测压力0量程
M10
PID手动动转换
VD1010
手动值
M11
缺水保护
VD1036
休眠频率设定
M12
1#水泵障
VD1042
低频率设定
M13
2#水泵障
VD1048
压力波动范围
M14
3#水泵障
VD1110
爆压力设定
M15
4#水泵障
VD1120
休眠压力
M16
5#水泵障
VD1128
唤醒压力
M96
休眠选择
VD1146
前频率
M97
爆记忆
VD1154
水高峰压力值
M100
手动变频
VW512
换泵时间
M101
手动工频
VW1014
动变频频率
M132
压力限
VW1016
手动变频频率
M146
换泵信号
VW1140
变频休眠频率
M147
障复位
VW1142
休眠延时
M150
休眠标志位
VW1144
唤醒延时
54系统设计分析
系统选五台电机实现供水系统需求四水泵五号泵泵进行工变频转换五号泵工频进行变频手动动控制相互独立相互干扰系统通面板设置系统参数供水压力设定换泵频率等图55示系统模式分动模式手动软启模式手动工频模式手动工频模式图56示
图55 面板基供水参数设置
图56 手动工频模式
（1）系统正常运行
系统正常运行时系统正常工作分五档正常开机电压力值果低允许范围（±004MPa）时开启仅5号泵变频运行五号泵泵变频运行程中果变频泵频率达50HZ压力值低设定限值（004MPa）十秒复位五号水泵变频启动号水泵变频时号水泵变频运行号泵变频运行时判断压力否低压力限变频泵频率达50HZ延迟10秒复位号水泵变频复位号变频延时05秒开启号水泵工频二号水泵变频（样做目错开台泵变频工频转换）类推直四号水泵变频运行三泵工频运行
（2）系统产生障时
五号泵运行产生障时时候压力低限变频泵频率达50HZ果延迟10秒水泵情况表52示
表52 水泵障时运行情况
1#泵没障
转号泵变频运行
5#1#泵障2#泵没障
转2#变频运行
5#1#2#泵障3#泵没障时
转3#泵变频运行
5#1#2#3#泵障4#泵没障
转4#变频运行
号泵变频运行时压力低压力限变频频率满频50HZ时延时10秒时二号水泵没障复位号水泵变频复位号变频延时5秒开启二号变频号工频时两水泵运行果二号水泵障三号泵没障复位号水泵变频延时05秒跳二号水泵开启三号泵变频号水泵工频时13泵工作果二号三号水泵障四号泵障时复位号泵变频延时05秒号水泵切换成工频运行时开启四号泵变频运行果二三四号泵障号泵变频运行
二号泵泵变频运行压力低压力限变频泵频率达50HZ延时超10秒水泵情况表53示
表53 2#变频运行时障情况
水泵障情况
续操作
出现情况
3#泵没障
复位2#变频复位2#变频 05S开启2#工频开启3#变频
a12#泵工频三号泵变频运行
b2#泵工频三号泵变频运行
3#泵障4#泵没障时
复位2#变频复位二号变频05S开启2#工频开启4#变频
a12#泵工频4号泵变频运行
b1#工频4号泵变频运行
c4号泵变频运行
234#障时
保持2#泵变频变压力低压力限变频泵频率达50HZ超10S
1#工频没起动时起动1#工频压力够2# 工频没运行时延时启动2#工频
三号泵变频运行时压力低压力限变频泵频率达50HZ超10秒时：
（1）果四号水泵障复位三号泵变频05秒开启四号变频
（2）果四号水泵障三号泵变频运行变压力低压力限变频泵频率达50HZ超十秒分检测剩水泵果号泵没障号泵工频没启动开启号泵工频运行果压力低压力限时变频泵频达50HZ超十秒二号泵工频没启动开启二号泵工频
四号泵变频运行时突然产生障二三号泵中台泵工频运行时水泵情况续运行程表53示
表53 水泵4障时解决方案
情况
解决方案
A
1#泵没障时
复位1#泵工频05S切换1#泵变频运行果时压力低压力限变频泵频率达50HZ超10S时进行轮循环（时产生问题：果压力始终达会1#变频复位2#变频开启1#工频复位2#变频开起3#变频样水泵快进行轮循程轮循次会停
B
1#障时2#没障时
复位2#泵工频05S切换2#泵变频运行果时压力低压力限变频泵频率达50HZ超10S时进行轮循环
C
12#障3#没障时
复位3#泵工频切换3#泵变频果4#变频运行时压力低压力限变频泵频率达50HZ超10S1#工频没起动时起动1#工频压力够时23没工频启动时延时次开启仅1台泵变频运时突然台泵产生障机器恢复刚开始工作循环状态
（3）机器复位程
首先检测变频器输出频率0压力值显示已超压力值限时延时5秒仅号二号三号泵中1台泵变频运行时开启5号泵否情况先复位号泵工频然根工作档位次延时停掉水泵工频运行
（4）8时轮换工作
号水泵变频运行果超8时复位号变频时开启二号泵变频二号泵变频运行超8时三号泵没运行时复位二号泵变频开启三号泵变频类推水泵变频运行超八时首先复位水泵变频运行然开启水泵变频运行达轮换工作目减少水泵超载负荷减少风险
6结
次设计题目基PLC恒压供水系统设计选择西门子MM430风机水泵专变频器实现系统恒压供水需求通变频器相较水泵风机类负载进行调速够节省60运行费选择西门子SMART 200CPU SR40型号PLC控制器YTZ150电位器式压力传感器作系统硬件设备编程方面西门子STEP 7MicroWIN SMART作编程软件梯形图完成
次设计基实现预先设计包含功中包括供水系统变频运行变频工频切换水泵电机换机水泵障时系统检测运行机器复位功时触摸屏监控进行设计功完善控制供水系统更保证
系统通控制面板进行选择动模式手动工频模式控制面板中设定参数压力设定低频率增减泵频率变频工频切换延时爆压力设定等等设计供水系统中采五台电机水需求增加时水泵运行频率水泵运行数量时增加水泵额定输出功率然达水需求标准时水泵变频转换工频运行启动台水泵
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附 录
PLC程序梯形图
程序
动换泵加减泵
障：
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