毕业设计论文PLC恒压变频供水控制系统设计.doc

摘 要建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。根据生活小区用水时间集中，用水量变化较大的特点，分析了小区原供水系统存在成本高，可靠性低，水资源浪费，管网系统待完善的问题。提出以利用自来水水压供水与水泵提水相结合的方式，并配以变频器、PLC、压力传感器、液位传感器等不同功能的传感器，根据管网的压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适的范围。从而可以解决因楼层太高导致压力不足及小流量时能耗大的问题。 另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省近四成。结合使用可编程控制器，可实现主泵变频，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，较大的延长了电机的使用寿命。关键词：恒压变频供水 变频器 PLC 自动控制ABSTRACTBuilding the conservation-oriented society, the reasonable development, saves and the effective protecting water resources is an arduous task. According to the characteristic of the time to focus on water of the domestic and variation in water consumption ,it analyzes that there are questions that highly cost ,low reliability ,the water-resources waste, and the consummate of  the pipe network system of the old water-supply system in the residential area. So we proposed that we could make use of the way of combining hydraulic pressure water supply of the running water with the water pump, and accompanied by the transducer, PLC, the pressure sensor, the fluid position sensor and so on. According to the pressure of the network management, it could maintain the pressure of the pipe in appropriate range through controlling rotational speed of the water pump through the inverter commands .Thus we may solve the problem that the insufficient pressure caused by the high floor and the high energy consumption when the current is small. Moreover  the electric power consumption of the water pump and the rotational speed of the electrical machinery  is proportional three cubed the relations, therefore the energy conservation effect of  the water pump velocity modulation movement is obvious, the average power consumption usual water supply way saves 40%.Combined with the programmable controller, we may realize the main pump frequency conversion which has the short circuit protection, the overflow protection function stably and the work reliable, thus we extend electrical machinery's service life greatly.Key words: Constant pressure frequency conversion water supply, the transducer, PLC, automatic control 34目 录 目 录1第1章 绪 论31.1恒压供水问题的提出31.2本课题产生的背景和意义41.3变频恒压供水现况41.3.1国内外恒压供水现况41.3.2变频恒压供水系统应用范围5第2章 变频恒压供水系统的硬件设备62.1变频器62.1.1变频器的基本原理62.1.2变频器结构电路图72.1.3变频器的配线82.2其他低压电器的选择122.3 文本显示器122.4 传感器的应用13第3章 PID调节在恒压供水中的应用143.1概况143.2 PID调节原理143.3 PID参数设置16第4章 恒压供水系统软件设计184.1 梯形图的绘制原则184.2 I/O点的统计184.3 I/O点的分配184.4 PLC的选型基本原则 194.5 组态软件19第5章 恒压供水系统的硬件设计205.1恒压供水系统的构成方案205.2恒压供水系统的控制方案22第6章 恒压供水系统的总结与展望246.1总结246.2展望24致 谢25参考文献26附录1 PLC程序流程图27附录2 PLC程序30附录3 恒压供水画面33第1章 绪论1.1 引言水是生命之源，人类生存和发展都离不开水。在通常的城市及乡镇供水中，基本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流动，把供水管网中的自来水送给用户。但供水机泵供水的同时，也消耗大量的能量，如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济意义。我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有一定水平，但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统的可靠性要求不断提高。衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定，因为水压恒定于某些工业或特殊用户是非常重要的，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，会造成更大的经济损失或人员伤亡.但是用户用水量是经常变动的，因此用水和供水之间的不平衡的现象时有发生，并且集中反映在供水的压力上：用水多而供水少，则供水压力低；用水少而供水多，则供水压力大。保持管网的水压恒定供水，可使供水和用水之间保持平衡，不但提高了供水的产量和质量，也确保了供水生产以及电机运行的安全可靠性。变频调速技术以其显著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。利用变频技术与自动控制技术相结合，在中小型供水企业实现恒压供水，不仅能达到比较明显的节能效果，提高供水企业的效率，更能有效保证从水系统的安全可靠运行。变频恒压供水系统集变频技术、电气传动技术、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，方便地实现供水系统的集中管理与监控。同时可达到良好的节能性，提高供水效率。所以设计基于变频调速的恒定水压供水系统(简称变频恒压供水，如图1.2)，对于提高企业效率以及人民的生活水平，同时降低能耗等方面具有重要的现实意义。 图1.1 传统供水机示意图 图1.2 变频供水机示意图1.2 本课题产生的背景和意义我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化程度低。传统调节供水压力的方式，多采用频繁启/停电机控制和水塔二次供水调节的方式，前者产生大量能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命；后者则需要大量的占地与投资。而变频调速式的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。由此可见，变频调速恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。1.3 变频恒压供水的现况1.3.1 国内外变频供水系统现状变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。目前国外的恒压供水系统变频器成熟可靠，恒压控制技术先进。国外变频供水系统在设计时主要采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。这种方式运行安全可靠，变压方式更灵活。此方式的缺点必是电机数量和变频的数量一样多，投资成本高。目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC 和PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求低的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。但在大功率大容量变频器上，国产变频器有待于进一步改进和完善。1.3.2 变频供水系统应用范围变频恒压供水系统在供水行业中的应用，按所使用的范围大致分为三类:(1) 小区供水(加压泵站)变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于包括工厂、小区供水、高层建筑供水、乡村加压站，特点是变频控制的电机功率小，一般在135kW以下，控制系统简单。由于这一范围的用户群十分庞大，所以是目前国内研究和推广最多的方式。(2) 国内中小型供水厂变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于中小供水厂或大中城市的辅助供水厂。这类变频器、电机功率在135kV320kW之间，电网电压通常为220V或380V。受中小水厂规模和经济条件限制，目前主要采用国产通用的变频恒压供水变频器。(3) 大型供水厂的变频恒压供水系统这类变频供水系统用于大中城市的主力供水厂，特点是功率大(一般都大于320kW)、机组多、多数采用高压变频系统。这类系统一般变频器和控制器要求较高，多数采用了国外进口变频器和控制系统。第2章 变频恒压供水控制系统硬件的设计2.1 变频器2.1.1 变频器的基本原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流环节、中间直流环节、逆变环节和控制环节4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。从理论上可知电机的转速N与供电频率f有以下关系： ( q-电机极数 s-转差率) （2-1） 由上式可知，转速n与频率f成正比，如果不改变电动机的级数，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。变频器在工频以下和工频以上工作时的情况：（1）变频器小于50Hz时，由于I*R很小，所以U/F=E/F不变时，磁通为常数，转矩和电流成正比，这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载（转矩）能力，并成为恒转矩调速。（2）变频器50Hz以上时，通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速。 (T=Te, P<=Pe)变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速。下面用公式来定性的分析一下频率在50Hz时的情况。众所周知，对一个特定的电机来说, 其额定电压和额定电流是不变的。如变频器和电机额定值都是: 15kW/380V/30A, 电机可以工作在50Hz以上。    当转速为50Hz时，变频器的输出电压为380V，电流为30A。 这时如果增大输出频率到60Hz，变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A。 很显然输出功率不变。所以我们称之为恒功率调速。    这时的转矩情况怎样呢？由于功率是角速度与转矩的乘积。因为功率不变，角速度增加了，所以转矩会相应减小。我们还可以再换一个角度来看：从电机的定子电压 (I-电流，R-电子电阻，E-感应电势) （2-2） 可以看出，U、I不变时，E也不变。而 (k-常数，f-频率，X-磁通) （2-3）所以当f由50->60Hz时，X会相应减小。对于电机来说， (K-常数，I-电流，X-磁通) （2-4）因此转矩T会跟着磁通X减小而减小。结论：当变频器输出频率从50Hz以上增加时，电机的输出转矩会减小。2.1.2 变频器结构电路图主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路部分组成。变频器结构图如图2-1所示。 图2-1变频器结构图2.1.3 变频器的配线1、主回路端子台的配线图如图2-2所示。图2-2 变频器配线图2、控制回路端子（1）控制回路端子图变频器实际应用中接线端子排列如图2-3所示。图2-3 变频器端子图（2）控制回路端子功能说明变频器中所用的各个端子说明如表2-1所示。JP1跳线说明：电源：1-2短接，V+输出5V/50mA。电源：2-3短接，V+输出10V/10mA。表2-1 变频器端子功能表种类端子符号端子功能备 注模拟输入V+向外提供+5V/50mA电源或+10V/10mA电源由控制板上JP1选择V-向外提供-10V/10mA电源VI1频率设定电压信号输入端1010VVI2频率设定电压信号输入端2-1010VII频率设定电流信号输入正端（电流流入端）020mAGND频率设定电压信号的公共端（V+、V-电源地），频率设定电流信号输入负端（电流流出端）控制端子X1多功能输入端子1多功能输入端子的具体功能由参数L-63 L-69设定，端子与CM端闭合有效X2多功能输入端子2X3多功能输入端子3X4多功能输入端子4X5多功能输入端子5X6多功能输入端子6X7多功能输入端子7，也可作外部脉冲信号的输入端子 FWD正转控制命令端与CM端闭合有效，FWD-CM决定面板控制方式时的运转方向。REV逆转控制命令端RST故障复位输入端CM控制端子的公共端+24向外提供的+24V/50mA的电源 （CM端子为该电源地）模拟输出AM可编程电压信号输出端，外接电压表头（由参数b-10设定）最大允许电流1mA输出电压010VFM可编程频率信号输出端，外接频率计（由参数b-11设定）最高输出信号频率50KHz、幅值10VAM-AM、FM端子的公共端内部与GND端相连OC 输出OC1OC2可编程开路集电极输出，由参数b-15及b-16设定最大负载电流50mA，最高承受电压24V故障输出TATBTC变频器正常：TA-TB闭合TA-TC断开变频器故障：TA-TB断开TA-TC闭合触点容量：AC250V 1A阻性负载RS485通讯ABRS485通讯端子3、变频器的基本配线图如图2-4所示。图2-4 变频器基本配线图4、故障诊断与对策当变频器有故障时，1泵故障输入置1，1泵停止，具体故障如表2-2。表2-2 变频器故障对策表故障代码故障说明可能原因对 策Er.01加速中过流1. 加速时间过短2. 转矩提升过高或V/F曲线不合适1. 延长加速时间2. 降低转矩提升电压、调整V/F曲线Er.02减速中过流减速时间太短增加减速时间Er.03运行中过流负载发生突变减小负载波动Er.04加速中过压1. 输入电压太高2. 电源频繁开、关1. 检查电源电压2. 用变频器的控制端子控制变频器的起、停Er.05减速中过压1. 减速时间太短2. 输入电压异常1. 延长减速时间2. 检查电源电压3. 安装或重新选择制动电阻Er.06运行中过压1. 电源电压异常2. 有能量回馈性负载1. 检查电源电压2. 安装或重新选择制动电阻Er.07停机时过压电源电压异常检查电源电压Er.08运行中欠压1. 电源电压异常2. 电网中有大的负载起动1. 检查电源电压2. 分开供电Er.09变频器过载1. 负载过大2. 加速时间过短3. 转矩提升过高或V/F曲线 不合适4.电网电压过低1. 减小负载或更换成较大容量变频器2. 延长加速时间3. 降低转矩提升电压、调整V/F曲线4. 检查电网电压Er.10电机过载1. 负载过大2. 加速时间过短3. 保护系数设定过小4. 转矩提升过高或V/F曲线 不合适1. 减小负载2. 延长加速时间3. 加大电机过载保护系数（H-2）4. 降低转矩提升电压、调整V/F曲线Er.11变频器过热1. 风道阻塞2. 环境温度过高3. 风扇损坏1. 清理风道或改善通风条件2. 改善通风条件、降低载波频率3. 更换风扇Er.12输出接地1. 变频器的输出端接地2. 变频器与电机的连线过长 且载波频率过高1. 检查连接线2. 缩短接线、降低载波频率Er.13干扰由于周围电磁干扰而引起的误动作给变频器周围的干扰源加吸收电路Er.14输出缺相变频器与电机之间的接线不良或断开检查接线Er.15IPM故障1. 输出短路或接地2. 负载过重1. 检查接线2. 减轻负载Er.16外部设备故障变频器的外部设备故障输入端子有信号输入检查信号源及相关设备Er.17电流检测错误1. 电流检测器件或电路损坏2. 辅助电源有问题向厂家寻求服务Er.18PID反馈故障1. PID反馈信号线断开2. 用于检测反馈信号的传感器发生故障3. 反馈信号与设定不符1. 检查反馈通道2. 检查传感器有无故障3. 核实反馈信号是否符合设定要求2.2 其他低压电器的选择1. 断路器的选择（1） ，选择。断路器具有隔离,过电流及欠电压等保护功能,当变频器的输入侧发生短路或电源电压过低等故障时,可迅速进行保护。考虑变频器允许的过载能力为150%，时间为1min。所以为了避免误动作，断路器的额定电流应选 （A） （2-5）式中为变频器的额定输出电流。所以，选90A。 （2） 断路器选择。在电动机要求实现工频和变频切换驱动的电路中，断路器应按电动机在工频下起动电流来考虑，断路器的额定电流应选 (A) （2-6）式中为电动机的额定电流，=60A。所以选160A。 2. 接触器的选择接触器的选择应考虑到电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一个档次来选择，由于电动机的额定电流为60A，所以接触器的触点电流选70A即可。2.3 文本显示器在PLC程序设计中，有一些参数需要根据实际情况变动，这时如果再重新改变程序的话，会增加出错率。这时通过串口线把PLC的RS232端口和文本显示器的RS232端口连接起来，显示器中设置的参数和PLC里设定的特定寄存器值相对应。通过屏幕键盘的操作可该变程序里寄存器的数值。文本显示器面板如下图所示。 图2-5 文本显示器面板2.4 传感器的应用1. 压力传感器CYYB-120系列压力变送器为两线制420mA电流信号输出产品。它采用CYYB-105系列压力传感器的压力敏感元件。经后续电路给电桥供电，并对输出信号进行放大、温度补偿及非线性修正、V/I变换等处理，对供电电压要求宽松，具有420mA标准信号输出。一对导线同时用于电源供电及信号传输，输出信号与环路导线电阻无关，抗干扰性强、便于电缆铺设及远距离传输，与数字显示仪表、A/D转换器及计算机数据采集系统连接方便。CYYB-120系列压力变送器新增加了全密封结构带现场数字显示的隔爆型产品。可广泛应用于航空航天、科学试验、石油化工、制冷设备、污水处理、工程机械等液压系统产品及所有压力测控领域。主要特点：（1）高稳定性、高精度、宽的工作温度范围；（2）抗冲击、耐震动、体积小、防水；（3）标准信号输出、良好的互换性、抗干扰性强；（4）最具有竞争力的价格。2. 液位传感器的选择SL980-投入式液位变送器，广泛用于储水池、污水池、水井、水箱的水位测量，油池、油罐的油位测量，江河湖海的深度测量。接受与液体深度成正比的液压信号，并将其转换为开关量输出，送给计算机、记录仪、调节仪或变频调节系统以实现液位的全自动控制。主要特点是：安装简单，精度高，可靠性高，性能稳定，能实现自身保护等。第3章 PID调节在恒压供水中的应用3.1 概况在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。西门子变频器的西门子变频器的PID控制属于闭环控制，是使控制系统的被控量迅速而准确地无限接近目标值的一种手段。即实时地将传感器反馈回来的信号与被控量的目标信号相比较，以判断是否达到预期的目标，变频器内置调节器作为压力调节器，调节器将来自压力传感器的压力反馈信号与出口压力给定值比较运算，其结果作为频率指令输送给变频器，调节水泵的转速使出口压保持一定。即当用水量增加，水压降低时，调节器使变频器输出频率增加，电机拖动水泵加速，水压增大；反之，当用水量减少，水压上升，调节器使变频器输出频率减少，电机拖动水泵减速，水压减小。3.2 PID调节原理仅用P动作控制，不能完全消除偏差。为了消除残留偏差，一般采用增加I动作的 P+I控制。用 PI控制时，能消除由改变目标值和经常的外来扰动等引起的偏差。但是，I动作过强时，对快速变化偏差响应迟缓。对有积分元件的负载系统可以单独使用P动作控制。 对于PD控制，发生偏差时，很快产生比单独D动作还要大的操作量，以此抑制偏差的增加。偏差小时，P动作的作用减小。控制对象含有积分元件的负载场合，仅P动作控制，有时由于此积分元件的作用，系统发生振荡。在该场合，为使P动作的振荡衰减和系统稳定，可用PD控制。换言之，该种控制方式适用于过程本身没有制动作用的负载。利用I动作消除偏差作用和用D动作抑制振荡作用。在结合P动作就构成了PID控制，本系统就是采用了这种方式。采用PID控制较其它组合控制效果要好，基本上能获得无偏差、精度高和系统稳定的控制过程。这种控制方式用于从产生偏差到出现响应需要一定时间的负载系统（即实时性要求不高，工业上的过程控制系统一般都是此类系统，本系统也比较适合PID调节）效果比较好。PID调节器的动作规律是 （3-1）或 （3-2）式中 ：调节器的比例系数 ：调节器的积分时间 ：调节器的微分时间 ：比例带，它是惯用增益的倒数e : 调节器的偏差信号U ：输出PID调节器的传递函数是 （3-3）不难看出，由上式表示的调节器动作规律在物理上是不能实现的。工业上实际采用的PID调节器的传递函数一般为 （3-4）其中；式中带（）的量是调节器参数的实际值，不带的为参数的刻度值。F成为相互干扰系数：为积分增益；为微分增益.3.3 PID参数设置1. PID 设定值信号源(P2253) 在 MM4 系列变频器中，主设定值的给定主要通过以下几种方式： 模拟输入 固定 PID 设定值 已激活的 PID 设定值 2. 反馈通道设定 （P2264）通过各种传感器、编码器采集的信号或者变频器的模拟输出信号，均可以作为闭环系统 的反馈信号，反馈通道的设定同主设定值相同3. PID控制器的设计PID比例增益系数P(P2280)的作用使得控制器的输入输出成比例关系, 一一对应。一有偏差立即会产生控制作用当偏差为0时控制作用也就为0。因此,比例控制是基于偏差进行调节的是有差调节。为了尽量减小偏差同时也为了加快响应速度,缩短调节时间就需要增大P, 但是P又受到系统稳定性的限制，不能任意增大,如果系统容易遭受突然跳变的反馈信号。一般情况下应将比例项P设定为较小的数值（0.5）。注意,如果在P2280为零的情况下，积分项的作用是误差信号的平方。PID的积分作用 I(P2285)是为了消除静差而引入的,然而, I 的引入使得响应的快速性下降,稳定性变差,尤其在大偏差阶段的积分往往使得系统响应出现过大的超调，调节时间变长。因此可以通过增大积分时间来减少积分作用，从而增加系统稳定性。注意当积分时间 P2285为零的情况下，并不投入积分项。微分作用D(P2274)的引入使之能够根据偏差变化的趋势做出反应, 加快了对偏差变化的反应速度 ，能够有效地减小超调,缩小最大动态偏差，但同时又使系统容易受到高频干扰的影响。通常情况下，并不投入微分项，即 P2274=0。 4. PID参数的预置由于SIEMENS MM430变频器自带了PID模块，我们不需要进行PID调节器的设计，只需进行简单的参数设置就可以了。首先将设置模拟输入的DIP开关1拨到ON位置，选择为420mA输入，将DIP开关2拨到OFF位置选择电动机的频率，OFF位置为50Hz。其它参数的设置如表3.7所示。表3.1 MM430参数预置表参数名称参数名称P0003=2用户访问级别为专家级P2255=100PID的增益系数P0004=22参数滤过，选择PID应用宏P2256=100PID微调信号的增益系数P0700=2选择命令源，选择为端子控制P2257=10SPID设定值的斜坡加速时间P1000=2频率设定选择为模拟设定值P2258=10SPID设定值的斜坡减速时间P1080=5Hz最小频率R2260=100%显示PID的总设定值P1082=50Hz最大频率R2261=3SPID设定值的滤波时间常数P2200=1闭环控制选择，PID功能有效R2262=100%显示滤波后的PID设定值P2231=1允许存储P2240的设定值P2265=3SPID反馈立场拨时间常数P2240=75%键盘给定的PID设定值P2267=100PID反馈信号的上限值P2253=2250:0选择P2240的值作为PID给定P2268=0PID反馈信号的下限值P2250=100%显示P2240的设定值输出P2269=100%PID反馈信号的的增益P2254=0.0缺省值，对微调信号没有选择P2291=100PID输出的上限P2292=0.00PID输出的下限P2280=3.00PID的比例增益系数P2285=7.00SPID的微分时间P2294=100%实际的PID控制器输出第4章 PLC的选型及端口分配4.1 PLC选型的基本原则这是PLC应用设计中很重要的一步，目前，国内外生产的PLC种类很多，在选用PLC时应考虑以下几个方面。（1）规模要适当；（2）功能要相当，结构要合理；（3）输入，输出功能及负载能力的选择要正确；（4）要考虑环境条件。根据以上原则，这次设计选择西门子S7-200系列的CPU222AC/DC。4.2 I/O点的统计恒压变频供水控制系统的输入输出点的统计如表所示。表4-1 I/O统计表输入器件输出器件编号符号名称编号符号名称1SB1启动1KM11#泵变频2SB2停止2KM22#泵变频3S1液位传感器3KM31#泵工频4S2变频器达到上限4KM42#泵工频5S3变频器达到下限5KM5备用泵工频6S41#水泵故障6L1报警指示灯7S52#水泵故障8S6变频器故障4.3 I/O的分配根据功能要求和PLC程序流程图（见附录一），我们统一了I/O接点的分配，分配表如表3.6所示。根据PLC口的分配，系统的控制要求以及合理利用I/O口的原则。表4-2 I/O分配表输入器件输出器件I0.0启动（SB0）Q0.0驱动KM1（1#泵变频）I0.1停止（SB1）Q0.1驱动KM2（2#泵变频）I0.2液位传感器Q0.2驱动KM3（1#泵工频）I0.3变频器达到上限Q0.3驱动KM4（2#泵工频）I0.4变频器达到下限Q0.4驱动KM5（备用泵工频）I0.51#水泵故障Q0.5报警指示灯I0.62#水泵故障I0.7变频器故障4.4 梯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。根据以上原则编写的程序见附录二4.5 组态软件 组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。“组态(Configure)”的含义是“配置” 、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。“监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。 组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。 工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。 组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容。考虑到运行速度和可靠性，本系统主机采用联想4处理器机，通讯协议为标准的Modbus协议。组态软件采用的是北京三维力控科技有限公司的力控软件。软件的实时监控画面见附录三。第5章 恒压供水系统的硬件设计5.1 恒压供水控制系统的构成方案从变频恒压供水的原理分析可知，该系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，本次设计采用通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器的构成方案。系统的构成框图如图5.1所示。图5.1 系统构成框图这种