第一篇：实用型变频恒压供水系统方案的设计
实用型变频恒压供水系统方案的设计
实用型的变频恒压供水系统是经得起考验的供水系统，湖南智康科技为此付出了很多，也得到了用户的认可，特此来分享下：
一、引言 在水源地内，多眼井星罗棋布在水库上。为了确保供水生产的安全、可靠、连续。针对水厂制水过程的特点和控制系统的功能要求，我们采用基于西门子PLC的恒压力供水系统。
二、编程控制器概述
例如湖南供水设备厂家智康科技使用的PLC即可编程控制器，是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。国际电工委员会(IEC)对PLC曾作了如下定义：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成一个整体。易于扩充其功能的原则设计。”这段话完全道出TPLC的特点和应用领域。其主要有以下特点：
1.可靠性高。为了满足工业生产对控制设备安全可靠性的要求，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。
2.环境适应性强。PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作，具有很好的抗宅间电磁干扰的能力，它一般对环境温度要求也不高。在环境温度-20至65度、相对湿度为35%至85%情况下仍可正常工作。
3.灵活通用。在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。首先，PLC产品L三经系列化，结构形式多种多样，在机型上又很大的选择余地。其次同一机型的PLC其硬件构成具有很大的灵活性，用户可以根据不同任务的要求，选择不同类型的输入输出模块或特殊功能模块组成不同硬件结构的控制装置。
4.使用方便、维护简单。PLC控制的输入输出模块。特殊功能模块都具有即插即卸功能，连接十分容易。对于逻辑信号，输入输出均采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大;对于模拟信号，输入输出均采用传感器仪表和驱动设备的标准信号。各个输入和输出模块与外部设备的连接十分简单。整个连接过程仅需要一把螺钉旋具即可完成。
三、变频恒压供水系统控翻方案的设计与选择
变频恒压供水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馒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起动以及变频水泵与J：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，有以下方案可供选择：
1.有供水专用的变频器+水泵机组+压力传感器。这种控制系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。它虽然简化了电路结构.降低了设备成本，但对压力设定和压力反馈值的显示比较麻烦，无法自动实现不同时段的不同恒压要求，在调试时，PID调节参数的系统优化比较困难。调节范围小，系统的稳态，动态性能不易保证。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，并且限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合。
2.通用变频器+单片机(包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器。这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时变频器在运行时，将产生干扰。变频器的功率越大，产生的干扰越大，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用F某一特定领域的小容量的变频恒压供水。
3.通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制)+组态软件十压力传感器。这种控制方式灵活方便，具有良好的通信接口，町以方便地与其他的系统进行数据交换：通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和UO的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过Pc机来改变存储器中的控制程序，所以现场调试方便。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出“变频器主电路++PLC(包括变频控制、调节器控制)十组态软件十压力传感器”的控制方式更适合于本系统。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。
四、变颏恒压供水控制器性能特点
1.高效节能。优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行。由电机学公式可知。系统电机功耗与电机转速成立方关系，在压力不变时。水泵出水量与电机转速成上E比。本设备采用恒压量：r作方式。当用水量减小时，系统保持管嗍恒压，通过降低水泵转
速来减少供水量，耗电量按立方特性降低。根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象。
2.设备投资省、占地面积小。本系统与其它供水方式比较，由于主要设备只是控制柜及水泵，省去了大量的设备占地面积，从而大幅度节省了上建投资，而且就设备本身而言，供水量越大，采用变频恒压供水设备的价格优势就越显著。
3.设备运行合理、可靠性高、配置灵活。采用闭环调节控制技术，达到了恒压供水，避免了由于超压供水造成的电能浪费。变频器采用软起动工作方式，消除了直接起动对电网的冲击和干扰，彻底避免了水泵启动时大电流和水压突增的情况，减少对供电电网的冲击，降低了电机及电气元件的故障率。
4.联网功能。采用全中文工控组态软件一Kingview，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。
5.减少污染。由于变频恒压调速宜接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。
五、恒压供水设备的应用场合1.居民区、住宅楼、村镇的集中生活供水系统;
2.高层建筑、宾馆、饭店等生活供水系统;
3.综合市场、写字楼、商务楼宇的生活供水系统：
4.自来水厂、供水加压泵站;
5.工矿企业的生产、生活供水、恒压流量供水工艺流程等。
湖南智康环保节能科技有限公司，联系：0731-84458533，李经理
第二篇：THBAHY-1型 变频恒压供水实训指导书
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
目录
第一章
系统概述与软件使用说明....................................................................................................1
第一节
系统概述.........................................................................................................................1 第二节
GX DeveloPer 7.0软件使用说明与下位机通讯..........................................................5 第三节
上位机工程软件安装与使用.........................................................................................7 第二章
基本实验................................................................................................................................8
实验一
控制屏结构认识与调试实验.........................................................................................8 实验二
单泵控制变频恒压供水实验.......................................................................................11 实验三
双泵切换变频恒压供水实验.......................................................................................13 实验四
生活水系统静态压力控制实验...................................................................................15 实验五
生活水系统动态压力控制实验...................................................................................17 实验六
生活水系统的分时控制实验.......................................................................................19 实验七
夜间休眠模式下的供水实验.......................................................................................21 实验八
消防状态控制实验.......................................................................................................24 实验九
综合控制系统实验.......................................................................................................26 天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
第一章
系统概述与软件使用说明
第一节
系统概述
变频恒压供水系统是现代建筑中普遍采用的一种水处理系统，随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压供水系统的节能特性被广泛地应用于住宅小区、高层建筑的生活及消防供水系统。在智能建筑教学领域，恒压供水系统已成为一个研究的重要课题，其典型结构是由压力传感器、可编程控制器（PLC）、变频器、供水泵组等组成。然而，实际应用的变频恒压供水系统因其结构庞大、分布广、不形象直观，故不适宜直接作为教学实验装置。为满足科研和教学要求，目前市场上也出现不少恒压供水的实验设备，但其性能大多参差不齐，缺乏系统的全面性、集成性。有些厂家生产的恒压供水系统采用继电器接触器控制电路，通过控制水泵的起停和调节泵出水阀的开度来实现恒压供水，这样不但线路复杂，操作麻烦、维护困难，而且由于驱动电机是恒速运转，而水量是靠水泵出水阀开度的控制，这样浪费了大量能源。许多厂家虽然也生产出了变频恒压供水系统的实验装置，但仅模拟了一路管道和一台或几台水泵机组，采用PLC进行简单的逻辑控制。这种过于简化的系统，完全忽略了工程的概念，只是一种简单的单回路控制实验装置，失去了楼层供水的意义；有些厂家虽然也设计出了楼层模型，但其水网仅有一路系统，无法模拟真实的楼层供水系统（包含消防水系统、生活水系统、生产水系统）；在控制系统设计上，仅靠PLC等控制设备独立完成自动控制过程，缺乏牢靠的手动措施，从而使系统投运前的不确定因素无法排除。
“THBAHY-1型 变频恒压供水系统实训装置”满足了变频恒压供水系统中的基本要求，它是一种模拟楼层现场恒压供水系统的实验装置，是由储水系统、动力系统，输送系统、回水系统和控制系统（手动控制、自动控制）组成。它利用流量与转速成正比，而电机的消耗功率与转速的三次方成正比的关系来实现节能，即当需求的压力降低时，电动机转速降低，泵出口流量减少，电动机的消耗功率大幅度下降，从而达到节能的目的。
对象系统由四台不同功率的水泵机组组成，功能上划分为常规变频循环泵（2台）、消防增压泵（1台）、休眠小泵（1台），分别用于模拟正常模式下的生活供水动力系统和夜间小流量的生活供水动力系统以及消防水动力系统；输送系统结构上划分为生活水系统和消防水系统，生活水和消防水两路水系统之间采用特殊的单向影响结构，保证了消防管道在非火灾模式下的内部水压，而消防模式下的消防水压不影响正常的生活供水压力；回水系统采用有机玻璃材料结构，以使实验系统具有可观察性。
控制系统采用手动和自动两种控制方式，在自动控制器失效的状态下，用手动控制系统也能保证系统地可靠运行。在系统投入自动运行前，手动控制还可用于检验动力线路和动力设备的工况。在有变频和工频两种运行状态的设备间，采用机械互锁和逻辑互锁的双重保护设计，以保障设备的安全运行；该系统同时采用过载保护、漏电保护、接地保护等多重保护机制，充分保障了操作者的人身安全和设备的运行安全。天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统一、系统结构
“THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置”采用“PLC+变频器+手动控制器”的控制模式。控制结构如图一：
图一
变频恒压供水系统控制结构
二、对象模型
其对象模型系统主要有4台水泵构成，其中两台为常规变频循环泵，一台为休眠小泵，一台为消防泵。该系统能够模拟供水现场的各种复杂状况，使实验设备更加贴近于实际工程。本实验装置可实现的功能有：
1)生活供水管网的恒压供水；
2)特定时日供水压力控制。每日可设定四段压力运行，以适应供水压力变化的需求； 3)夜间可启动休眠小泵运行，以实现最大限度的节能； 4)火警状态，可自动启动消防泵； 5)可实现上位机控制。对象模型如图二。
对象主要设备的技术指标如下： 1．对象高度：2米； 2．输水管道口径12mm； 3．生活水系统
3.1生活水系统支路出水口（水龙头）数量12个（每层2个），口径12mm 3.2按照每个水龙头出水100ml/s=6L/min=6kg/min计算，需求工作流量1000ml/s=60L/min，额定工作扬程>3m。
3.3生活水动力系统由2台水泵（变频运行）构成，每台功率为370W，扬程12m，流量50L/min，进水口径20mm，出水口径12mm（另有一台小功率工频水泵功率为180W，扬程8m，流量30L/min，进水口径16mm，出水口径12mm，它用于在夜间小流量时对生活管网的供水）。
4．消防水系统
4.1消防供水支路出水口数量6个（每层1个），口径12mm，4.2按照每个消防栓出水100ml/s=6L/min=6kg/min计算，额定工作流量600ml/s=36L/min，需求工作扬程>3m。
4.3消防供水支路水泵功率为370W，扬程12m，流量50L/min，进水口径20mm，出水口径12mm（技术参数与恒压供水支路的2台变频水泵一样）。
注释：以上管径指内径。天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
图二
变频恒压供水对象模型结构 天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
三、控制屏操作说明
1．“三相电源总开关”带有漏电保护器，用于控制整个系统的电源通断状态。2．“启动”、“停止”按钮用于控制“工频输出”端的电源输出和手动/自动开关。3．八只红色运行状态指示灯用于指示系统手、自动状态和水泵的6种工作状态。4．“手动/自动”开关用于系统在手动和自动控制两种状态下的切换。
5．八只手动控制按钮在手动状态下有效（在自动状态下无效），分别用于在手动状态下控制四台水泵。天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
第二节
GX DeveloPer7.0软件使用说明与下位机通讯
本控制系统下位机编程软件采用三菱公司的GX DeveloPer7.0。
一、GX DeveloPer 软件安装
GX DeveloPer安装盘已经被刻录到“THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置”的发货光盘资料内，它作为“THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置”配套附件。将“THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置”的发货光盘放入光驱内打开，可以通过光盘直接安装，也可以将“GX DeveloPer安装盘”拷贝到电脑后，再安装。打开“GX DeveloPer安装盘”，双击里面的“SETUP”安装图标，根据提示完成安装。安装完成后，桌面上会显示“GX DeveloPer” 图标。
注意：通常安装时，需要先点击“GX-DeveloP7中文版EnvMELSET UP”进行环境安装，然后点击“GX-DeveloP7中文版SET UP”进行软件安装。
二、PLC程序下载
1．给 PLC 提供 220V 交流电源，打开实训装置上的船形开关，将 PLC 打到 STOP 的状态。
2．打开 PC 机(事先装好了GX DeveloPer 和力控组态软件)，通过 WINDOWS 菜单打开三菱 PLC 编程软件环境 GX DeveloPer，如图 2-1 所示。
图2-1 3．打开配套光盘，将下位机工程复制到C盘的根目录，用GX DeveloPer打开C盘下的工天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
程，点击菜单在线->PLC写入,进入下载画面，如图 2-2 所示。
图2-2 4．选择参数加程序，在图2-2窗口中,点击执行，程序被下装到PLC。程序下载完成后，将PLC置为运行状态。在图2-1所示窗口中，单击菜单诊断，在下拉菜单中，点击PLC诊断项，出现图2-3所示的画面。通过这个画面，可以查看PLC的运行状态。诊断完成后，点击关闭按钮。
图2-3 5．关闭编程环境，程序下载完成。天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
第三节
上位机工程软件安装与使用
本系统的上位机基于力控组态软件（PCAauto5.0）设计，使用方法如下：
1．打开资料光盘中的“THBAHY-1上位机工程”文件夹，鼠标双击“SETUP”图标，选择桌面快捷方式，根据提示完成工程安装该软件。当软件与PLC通讯时，会占用计算机的串口（COM1、波特率9600，7位数据位，1位停止位，偶校验）。
2．鼠标双击桌面上的快捷方式“THBAHY-1”图标，运行上位机工程，进入如下界面。
3．使用说明
⑴ 工程正常运行后，会自动与下位机建立连接，连接成功后，自动读取当前下位机内部的参数如上图（日期、时间、PID参数等）。
⑵ “启动”、“停止”按钮用于控制下位机程序的运行。
⑶ “常规控制”、“时段控制”用于控制供水系统的两种运行方式，每次在“启动”前要选择好是哪一种控制方式，具体使用可以参考实验六 生活水系统的分段定时控制。
⑷“历史曲线”按钮用于打开历史画面，查看历史曲线。
⑸“退出” 按钮用于退出工程，退出之前要先“停止”PLC运行。⑹ 每次“启动”之前要先在调节板里设定好PID参数和休眠参数。
⑺ PID控制器和休眠状态参数（比例增益、积分时间、（微分时间权限保留））可以在线实时修改。天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
第二章
基本实验
实验一
控制屏结构认识与调试实验
一、实验目的
1．熟悉内部的控制结构
2．掌握实训装置的基本操作和正确使用方法 3．调试并检验系统的工作状态。
二、实验设备
1．THBAHY-1 变频恒压供水系统实训装置
一台 2．THPHY-2 变频恒压供水系统对象装置
一套 3．PC机一台(配力控组态软件一套)
三、实验内容与步骤
1.控制屏系统结构图
图一
变频恒压供水对象系统主要由四台不同功能的水泵、一只压力变送器和输水系统组成。从上面的结构图上可以看出：PLC控制器实时检测恒压供水对象总管的压力值，然后经过一系列的数据处理和PID运算，控制变频器的输出，从而实现压力的回路控制和状态切换。同时，PLC通过检测外部的火灾信号，完成对消防水泵的启停控制。PLC和上位机监控系统的实时通讯，监控系统提供直观、形象的人机界面，监视和控制系统的运行状态，“手动控制”可以完成对水泵的紧急起停，也可以用于对系统的调试、检修。
2．控制屏启动说明
2.1“三相电源总开关”带有漏电保护器，用于控制整个系统的电源通断。
2.2“启动”、“停止”按钮用于控制“工频输出”端的电源输出和“手动/自动开关”。2.3八只红色运行状态指示灯用于指示系统手、自动状态和水泵的6种工作状态。2.4“手动/自动”开关用于系统在手动和自动控制两种状态下的切换。
2.5八只手动控制按钮在手动状态下有效（在自动状态下无效），分别用于在手动状态下控制四台水泵。
3．工频旁路与热过载保护结构
在THBAHY-1型变频恒压供水系统中有四台水泵，由于其中两台常规泵工作在变频循环方式，所以它们会工作在变频和工频两种状态，如下图所示。天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
变频器输出与工频旁路之间使用带机械连锁装置的交流接触器，以防止变频器输出与工频电源之间引起短路而损坏变频器及相关设备。变频器输出U、V、W应与工频旁路电源L1、L2、L3相序一致。否则，在电机变频向工频切换过程中，会因切换前后相序的不一致而引起电机转向的突然反向，容易造成跳闸甚至损坏设备。
变频器内部有电子热保护开关（用户亦可单独外配过流保护装置），但应注意电机的工频旁路中应有相应的过流保护装置，控制柜底部为四只热过载保护器，分别用于对四台水泵的电机实施过流保护。
4．系统调试
4.1关闭“THBAHY-1”控制屏的总电源，将主电路电源输出”（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接，其它线路不接；
4.2打开控制屏上的电源，然后给“THBAHY-1”实训装置上电，首先将“THBAHY-1”实训装置上“手自动开关”拨到“手动”，然后按下“THBAHY-1”实训装置上的“启动”按钮，然后依次手动启动、停止各台水泵，确定各水泵工频运行指示灯的正常与否。
4.3关闭“THBAHY-1”控制屏的总电源，然后用19芯航空电缆将“THPHY-2对象”和控制屏连接起来。
4.4打开对象中所有阀门，依次手动启动和停止常规泵
1、常规泵
2、休眠泵、消防泵，观察水泵的运转情况。对于运行反转的水泵，断开电源，打开接线盒，调整其中任意两根线序，确定水泵正方向运转（如果四台水泵同时反转，只需调整控制屏电源输入端插头内三相线的相序）。
4.5自动控制接线
4.5.1将变频器上的“电源输入”接“THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（U、V、W分别接U0、V0、W0），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；
4.5.2“THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00”端接“THBAHY-1”实训装置面板上“常规泵1变频控制端（Y1）”端，PLC继天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
电器输出的“COM1、COM2”端短接起来后再接“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端，其它线路不接；
4.6最后将“THBAHY-1”实训装置上“手自动开关”拨到“自动”，然后按下“THBAHY-1”实训装置上的“启动”按钮。（变频器接受电流输入控制方式时，需修改以下参数：P13=2；P79=0；P160=0，P161=1，P182=4这些参数出厂时已经设置好，不需再修改）。
4.7给PLC上电，PLC根据预先设置的启动方式进入监视状态，运行上位机程序，上位机会自动搜寻下面的PLC，PLC内部的系统时间和相关参数会自动显示出来。设置需求压力为15kPa，比例增益为30，积分时间为10。
4.8按下监控界面中的“启动”按钮，启动PLC自动运行。
4.9确定常规泵1在变频自动控制状态下也是正方向运转，如果水泵电机的运转方向不对，则需按下“停止”按钮，然后关闭控制器、变频器和控制器总电源，变频器放电约5分钟后调整变频器输出端其中任意两根线序，然后重新启动运行，此时水泵电机的运转方向已被纠正。
四、注意事项
1．每次（尤其是第一次）操作请严格按照以上实验步骤进行操作，先手动运行，观看系统是否异常，然后再投入自动运行。否则，误操作可能造成水泵电机的反转，变频器输出端与工频电源相连等故障。
2．启动手动控制状态时，为了控制器的安全，需断开PLC与THBAHY-1实训装置的接线或者将PLC停机（在上位机按下“停止”按钮或重新为PLC上电）或者关闭PLC电源，否则会损坏PLC触点和交流接触器。
3．本实验指导书中所有实验项目中的参数设置只是给出一般的参考数值，实验者可根据打开的出水阀门数量具体设置相关的参数。
五、安全警告
1．严禁将变频器的输出端接入工频电源，工频电源接入变频输出后，有爆炸或损坏设备的危险，确认变频器电源完全断开的情况下，才能进行变频器的接线操作，否则有触电的危险。
2．严禁变频器输出相序与工频相序不一致的状态下运行系统。在启动系统前一定要按照上面的方法依次检查系统的工作状态，保证系统启、停正常，并且变频输出的相序和工频输入相序相一致，同时各台水泵在该相序下正方向运转。
3．为保证人身安全，请将该装置和对象系统的外壳可靠接地。天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
实验二
单泵控制变频恒压供水实验
一、实验目的
1．熟悉变频恒压供水系统的实验原理； 2．掌握恒压供水系统的操作步骤和投运方法。
二、实验设备
1．THBAHY-1 变频恒压供水系统实训装置
一台 2．THPHY-2 变频恒压供水系统对象装置
一套 3．PC机一台(配力控组态软件一套)
三、实验原理
变频恒压供水系统是一个包含了单回路定值控制和逻辑状态切换的综合控制系统。单泵控制变频恒压供水的实验，实际上是一个单回路压力定值控制系统的实验，它是变频恒压供水系统中最简单也是最基本的一种控制模式；其逻辑状态的切换是依靠单回路控制中PID运算的结果、时间逻辑（休眠控制）和外部信号（消防控制）输入3种条件的组合进行控制。
四、实验接线
1． 将“THBAHY-1”控制屏上4台水泵接口（U1、V1、W1~U4、V4、W4）分别与“THBAHY-1”实训装置4台水泵的接口（U1、V1、W1~U4、V4、W4）对接，“主电路电源输出”（U、V、W、N）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0、N）对接；
2． 将“PDC-20”变频器上的“~380V电源输入”接THBAHY-1”控制屏上主电源输出（U、V、W分别接U、V、W），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（A、B、C分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；
3． “THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接到“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接后再接到“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。
五、实验内容与步骤
参照“实验一”，做好系统投运前的测试工作，检查系统的工作状态。当各泵运转正常后，按如下步骤进行操作。
1．将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），并将手自动控制开关拨到“手动”。
2．打开生活水系统的总阀和该水系统的所有的支路阀门，消防用水阀门保持关闭状态。3．手动启动“常规泵1”。
4．运行上位机系统，读取当前的管网压力，记下该压力数值（如18~22kPa）。5．手动停止“常规泵1”后，将手自动控制开关拨到“自动”。
6．在第4步测得的压力范围内设置好需求压力值（参考数值为15~20kPa之间），比例增天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
益为80，积分时间为10，微分时间的设置权限保留，默认为0值。
7．按“启动”按钮，系统会自动调整变频器的输出，常规泵1在变频状态下运行。待当前管网压力达到需求压力，且基本稳定不变时，变频器就稳定在一个固定的频率值。
8．系统稳定后，调节用水量大小，（如关闭三、四层的生活用水阀），PLC会自动调节变频器的输出频率，直到新的平衡点为止。天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
实验三
双泵切换变频恒压供水实验
一、实验目的
1．熟悉变频恒压供水系统中常规水泵之间的投切原理； 2．了解常规水泵间的切换过程。
二、实验设备
1．THBAHY-1 变频恒压供水系统实训装置
一台 2．THPHY-2 变频恒压供水系统对象装置
一套 3．PC机一台(配力控组态软件一套)
三、实验原理
双泵切换变频恒压供水实验是依靠单回路控制（PID）的运算结果和时间逻辑来控制两台常规水泵（常规泵1和常规泵2）之间的切换实验。系统启动后，常规泵1变频运行一直到50Hz，如果当前管网压力仍达不到系统需求压力时，系统经过一定的判断时间后，将常规泵1投入工频运行，然后常规泵2变频启动运行（从0Hz上升）直到满足需求压力，这是上切过程。如果当前管网压力大于系统需求压力值时，常规泵2运行频率下降。当运行频率下降到0Hz，当前管网压力仍大于系统需求压力时，系统经过一定的判断时间后，将常规泵2停止，常规泵1投入变频运行（从50Hz向下调整）直到满足需求压力，这是下切过程。
四、实验接线
1． 将“主电路电源输出”（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接；
2． 将变频器上的“电源输入”接THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（U、V、W分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；
3． “THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接到“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接后再接到“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。
五、实验内容与步骤
参照实验一，做好系统投运前的测试工作，当各泵运转正常后，按如下步骤进行操作。1． 将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），并将手自动控制开关拨到“手动”。
2． 打开生活水系统的总阀和该水系统的所有的支路阀门，消防用水阀门保持关闭状态。3． 手动启动“常规泵1”，约10S水泵运行稳定后再手动启动常规泵2。4． 运行上位机系统，读取当前的管网压力，记下该压力数值（如46~50kPa）。5． 手动停止“常规泵1”和“常规泵2”后，并将手自动控制开关拨到“自动”。天煌科技 天煌教仪
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6． 在第4步测得的压力范围内设置需求压力，同时该压力值还必须大于在实验二中（1台常规泵状态下）测得的压力数值约3kPa以上（经验数值为25~40kPa之间），以保证满足上切条件。比例增益为80，积分时间为10，微分时间的设置权限保留，默认为0值。
7． 点击“启动”按钮，系统会自动调整变频器的输出，“常规泵1”变频运行到50Hz后，经过大约3S的判断时间，“常规泵1”投入工频运行，再经过3S“常规泵2”从0Hz变频启动，待当前管网压力达到需求压力，且基本稳定不变时，变频器将稳定在一个固定的频率值。
8． 系统稳定后，减小用水量大小，（逐渐关闭生活用水龙头），使变频器运行频率下降为0Hz，观察水泵下切过程。
注意事项：当水泵上切过程中，有时会出现：“常规泵1”切换到工频，电机正常运转，但却没有压力，这是由于磁力驱动泵电压冲击过大，导致连轴器打滑，出现这种状况时请及时停止实验，并关闭PLC电源，然后重新给PLC上电，再启动运行。天煌科技 天煌教仪
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实验四
生活水系统静态压力控制实验
一、实验目的
1．测试控制系统的稳态性能；
2．了解静态压力控制供水系统在实际工程中的应用。
二、实验设备
1．THBAHY-1 变频恒压供水系统实训装置
一台 2．THPHY-2 变频恒压供水系统对象装置
一套 3．PC机一台(配力控组态软件一套)
三、实验接线
1． 将“THBAHY-1”主电路电源输出（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接；
2． 将变频器上的“电源输入”接到THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接到“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（A、B、C分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；
3． “THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接到THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接；PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接后再接到“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。
四、应用背景
在用户用水量一定的情况下，楼宇供水系统的管网压力和流量也是一定的，供水系统只要保证一定的输出功率，就可以满足系统的供水要求。因此在这种情况下，只要知道了系统的需求压力，水泵机组可以工作在开环控制状态。
由于人群数量和用水时段的不同，楼层用水量通常是变化的，所以恒压供水系统一般要工作在闭环控制状态。楼层用水量恒定只是供水时的一种特殊状态，而通过在闭环控制状态下维持系统的管网静态压力试验，就可以观测系统的稳态性能。从而判别供水闭环控制系统的稳定性。管网静态压力实验就是用来测试控制系统的稳定性。
五、实验内容与步骤
参照实验一做系统投运前的测试工作，各泵运转正常后，按如下步骤操作。
1． 将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），并将手自动控制开关拨到“自动”。
2． 打开生活水系统总阀，打开生活用水系统的所有阀门，消防用水阀门保持关闭状态。3． 运行上位机系统，在实验二中测得的压力范围内设置需求压力（参考数值为15~20kPa之间）。比例增益为80，积分时间为10，微分时间的设置权限保留，默认为0值。
4． 点击“启动”按钮，系统会自动调整变频器的输出，待当前管网压力达到需求压力，天煌科技 天煌教仪
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且基本稳定不变时，变频器将稳定在一个固定的频率值，系统进入稳态运行。
5． 多次调整比例增益和积分时间（请在给出的参数范围附近调整，如比例增益可在10~100内调整，积分时间可在1~20范围内调整），并重新运行系统，比较每次系统压力基本稳定不变后，测量数值（当前管网压力）与设定数值之间的偏差百分比，偏差较小的几组参数（5%以内）说明控制系统具有较好的稳态性能。天煌科技 天煌教仪
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实验五
生活水系统动态压力控制实验
一、实验目的
1．测试控制系统的动态性能； 2．分析系统的稳态性能和动态性能。
二、实验设备
1．THBAHY-1 变频恒压供水系统实训装置
一台 2．THPHY-2 变频恒压供水系统对象装置
一套 3．PC机一台(配力控组态软件一套)
三、实验接线
1． 将“THBAHY-1”控制屏上“主电路电源输出”（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接。
2． 将变频器上的“电源输入”接THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（A、B、C分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端。
3． “THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接起来后再接“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。
四、应用背景
由于楼层中人群的数量和用水时段的不同，楼层用水量一般是变化的，对应的供水压力也是在不断的变化过程中，所以在管网压力变化过程中，恒压供水系统的闭环控制器一定要能及时地跟踪压力变化过程，这就要求系统不但要有较好的稳态性，而且还要有较好地动态性。通过管网动态压力实训，可以用来测试控制系统的动态性能。
五、实验内容与步骤
1． 将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），将手自动控制开关拨到“自动”。
2． 打开第二、三、四、五、六层的生活用水龙头，所有消防水龙头和第一层生活用水龙头关闭。
3． 运行上位机系统，在实验二中测得的压力范围内设置需求压力（参考数值为15~20kPa之间）。比例增益为80，积分时间为10，微分时间的设置权限保留，默认为0值。
4． 点击“启动”按钮，系统会自动调整变频器输出，系统到达压力设定值并稳定运行一段时间后，同时打开第一层的生活用水龙头。记录下从打开第一层水龙头开始到系统再次进入稳定状态（偏差在5%以内）所需要的时间。
5． 多次调整比例增益和积分时间（请在给出的参数范围附近调整，如比例增益可在10~100天煌科技 天煌教仪
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内调整，积分时间可在1~20范围内调整），仿照上面的操作，记录每次得到的时间。在测出的历时（约40S以内）较短的几组参数下控制系统具有较好的动态性能；
6． 将此次测得的数据和管网压力静态控制实验中测得的数据作比较，在两次实验中都满足要求的数据，用于控制系统时具有较好的稳定性和动态性。
注：实验项目中的PID参数：比例增益为80，积分时间为10，是多次测试过程中比较理想的PID控制器参数，用该参数控制“THPHY-2变频恒压供水对象模型”在多种状态下都具有较好的稳定性和动态性，该参数仅供参考。天煌科技 天煌教仪
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实验六
生活水系统的分时控制实验
一、实验目的
1．熟悉一天内的定时控制功能。2．了解定时控制的实际意义。
二、实验设备
1．THBAHY-1 变频恒压供水系统实训装置
一台 2．THPHY-2 变频恒压供水系统对象装置
一套 3．PC机一台(配力控组态软件一套)
三、实验接线
1． 将“THBAHY-1”控制屏上“主电路电源输出”（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接；
2． 将变频器上的“电源输入”接THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（A、B、C分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；
3． “THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接起来后再接“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。
四、应用背景
生活用水在一天内往往存在着若干个用水高峰和用水低谷区间，如0：00～5：00为夜间休息期间，一般用水量最少；5：00～8：00，11：00～14：00，17：00～21：00为起床、午饭和天煌科技 天煌教仪
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晚饭时间，用水量较大，其余时间用水量一般。为了适应生活供水中的压力/流量波动特性，（如通常白天的3个用水高峰期流量波动，以及其他一些特殊应用，）对此系统提供了最多4段的定时压力给定控制，以满足用户的需要，并能起到节水和节能的作用。一天的流量波动和多段压力控制如上图所示。
五、实验内容与步骤
1． 将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），并将手自动控制开关拨到“自动”。
2． 打开生活水系统总阀和该水系统所有支路阀门，消防用水阀门保持关闭状态。3． 运行上位机系统，在常规控制面板上将比例增益为80，积分时间为10，然后点击“时段控制”按钮，控制面板内的参数显示“时段控制”参数，参数设置举例：依当前时间为8：55为例，参数设置为：T1时刻设置：9：00，T1压力设置：10kPa；T2时刻设置：9：05，T2压力设置：15kPa；T3时刻设置：9：10，T3压力设置：18kPa；T4时刻设置：9：15，T4压力设置：0kPa（要观察实验效果，请根据操作时的具体时间设置时间段）。
4． 按下“启动”按钮，系统会根据上面设置的压力值运行。5． 按下“停止”按钮，系统停止运行。说明：
6． 用户使用时，先确定时间段，分别设定4个时间段。设定过程中必须满足时间关系T1≤T2≤T3≤T4。
7． 设定实时时间时，小时和分钟同时设定，其中前两位表示小时，后两位表示分钟。例如： 设置时间20:08 时，则输入：2008，画面显示：20：8。
注：上面的设置参数只是根据给出的一般参考数值，实验者可根据不同的阀门数量具体设置相关的参数。天煌科技 天煌教仪
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实验七
夜间休眠模式下的供水实验
一、实验目的
1． 熟悉变频恒压供水系统中休眠水泵控制过程； 2． 理解休眠唤醒功能的概念和实际意义。
二、实验设备
1．THBAHY-1 变频恒压供水系统实训装置
一台 2．THPHY-2 变频恒压供水系统对象装置
一套 3．PC机一台(配力控组态软件一套)
三、实验接线
1． 将“THBAHY-1”控制屏上“主电路电源输出”（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接；
2． 将变频器上的“电源输入”接THBAHY-1”控制屏上主电源输出（U、V、W分别接U、V、W），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（A、B、C分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；
3． “THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接起来后再接“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。
四、实验原理
休眠状态控制实训是依靠时间逻辑来控制休眠泵与常规泵（变频泵）之间状态的切换实训。当系统启动后，常规泵用于控制供水系统的正常压力，以满足白天的正常供水需要；休眠泵则用于满足夜间小流量供水，它是一套充分节能的供水系统。休眠泵在设定的休眠期间范围内工作，休眠期间只监测管网的压力，根据压力的变化只做逻辑状态切换，不进行定值控制。休眠泵的工作过程如下：当系统时间进入休眠时间范围后，休眠泵启动，常规泵停止。管网压力在休眠压力的偏差范围内时，只有休眠泵运行。当管网压力低于休眠压力下限时（特殊情况下的用水量增加），系统进入休眠唤醒状态，常规泵投入工作，控制压力稳定在需求压力值的附近；而当管网压力高于休眠设定数值上限时（用水量开始下降），休眠唤醒恢复，再次进入休眠状态，即只有休眠泵工作；当休眠时间结束后，系统进入正常的白天供水模式，即常规泵启动，休眠泵停止，如下图所示。天煌科技 天煌教仪
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自动休眠进入和唤醒示意图
四、实验内容与步骤
参照“实验一”做系统投运前的测试工作，检查系统工作状态，各泵运转正常后，按如下步骤操作。
1． 将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），并将手自动控制开关拨到“自动”。
2． 打开生活水系统总阀，打开生活用水系统第1、6层的阀门，2、3、4、5层关闭，消防用水阀门保持关闭状态。
3． 打开上位机系统，设置好需求压力50kPa，比例增益为100，积分时间为20，微分时间的设置权限保留，默认为0值。
4． 根据当时的系统时间设置约5分种后的时间为休眠开始时间，时间输入格式为：#### 表示## ：##（如916表示9：16），时间周期为24小时方式，约10分钟后的时间为休眠结束时间。休眠压力设置为45kPa，偏差为10kPa。
5． 点击“启动”按钮，系统会自动调整变频器的输出，常规泵1变频运行，待当前管网压力达到需求压力，且基本稳定不变时，变频器将稳定在一个固定的频率值，系统进入稳定运行状态。系统进入休眠时间后，休眠泵运行，常规泵停止。
6． 休眠泵稳定运行后，增加用水量（打开5层生活用水阀），当管网压力低于休眠压力下限（35kPa）时，休眠被唤醒，常规泵1启动。系统压力被补充到休眠压力控制范围内（此时系统按照常规时间控制压力为50kPa）。天煌科技 天煌教仪
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7． 当系统压力稳定后，减小用水量（关闭5层生活用水阀），管网压力增加，并超过休眠压力上限值（55kPa），此时休眠恢复，常规泵停止。系统恢复到休眠状态。
8． 当系统时间到达结束时间时，休眠结束，休眠泵停止，常规泵启动。
注：上面的设置参数只是给出的一般参考数值，实验者请根据不同的阀门数量具体设置相关参数。天煌科技 天煌教仪
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实验八
消防状态控制实验
一、实验目的
1． 熟悉变频恒压供水系统中消防泵的控制过程； 2． 理解消防状态最高优先级的实际意义。
二、实验设备
1．THBAHY-1 变频恒压供水系统实训装置
一台 2．THPHY-2 变频恒压供水系统对象装置
一套 3．PC机一台(配力控组态软件一套)
三、实验接线
1． 将“THBAHY-1”控制屏上“主电路电源输出”（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接；
2． 将变频器上的“电源输入”接THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（A、B、C分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；
3． “THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接起来后再接“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。
四、实验原理
消防状态控制实验是依靠外部中断信号来控制消防泵与常规泵和休眠之间的状态切换。系统的消防状态在系统的各种状态中具有最高的优先级，当消防信号发生时，系统其他状态均停止，即无论系统是处于正常的白天供水状态，还是夜间供水状态，系统强制将其切换到消防状态，只用于控制消防水泵工作。消防泵以工频状态工作，提供最大的消防水压力。消防泵启动后，消防信号消失也不会停止消防泵的工作，消防状态只有当控制系统重新运行后，才可以复位。
五、实验内容与步骤
参照实验一做系统投运前的测试工作，检查系统工作状态，各泵运转正常后，按如下步骤操作。
1． 将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），并将手自动控制开关拨到“自动”。
2． 打开生活水系统总阀和该水系统所有支路阀门，消防用水阀门保持关闭状态。3． 运行上位机系统，在实验二中测得的压力范围内设置需求压力（参考数值为15~20kPa之间），比例增益为80，积分时间为10，微分时间的设置权限保留，默认为0值。
4． 按“启动”按钮，系统会自动调整变频器输出，常规泵1变频运行。待当前管网压力天煌科技 天煌教仪
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达到需求压力值，且基本稳定不变时，变频器将稳定在一个固定的频率值，系统进入稳定运行状态。
5． 系统稳定后，将火警信号开关打开（将开关量输入X00和开关量输入COM短接）。6． 系统立即启动消防泵，并停止所有的常规泵，进入消防状态。7． 消防泵启动后，尽快打开消防用水阀，以防止消防泵长时间堵转。8． 断开火警信号后，按“停止”按钮，停止消防泵停止工作。
9． 休眠状态下的消防泵启动可以参照以上步骤，在进入休眠状态后打开消防信号进行实验，这里不再赘述。
注：上面的设置参数只是给出的一般参考数值，实验者请根据不同的阀门数量具体设置相关参数。天煌科技 天煌教仪
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实验九
综合控制系统实验
一、实验目的
1． 熟悉楼层供水动力系统的设计原则； 2． 熟悉的系统的整个控制流程。
二、实验设备
1．THBAHY-1 变频恒压供水系统实训装置
一台 2．THPHY-2 变频恒压供水系统对象装置
一套 3．PC机一台(配力控组态软件一套)
三、实验接线
1． 将“THBAHY-1”控制屏上“主电路电源输出”（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接；
2． 将变频器上的“电源输入”接THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（A、B、C分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；
3． “THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接起来后再接“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。
四、实验原理
动力系统的临界压力点是系统控制水泵的上切和下切的分界点，它是在一定的管道结构下单台水泵能够提供的最大压力点。最大压力点是动力系统中用于维持压力恒定的所有水泵在一定的管道结构下同时工作在工频状态下所能够提供的最大压力。动力系统临界压力点和最大压力点是设计楼层供水系统的两个关键参数，根据楼层高度和用水流量，准确估算系统的需求压力。在选择动力系统的功率和扬程时，将常规状态下的需求压力设计在临界点与最高压力之间，系统就能够稳定可靠地运行。若将需求压力设置在临界点以下时，另一台常规水泵就可以作为备用泵使用；应避免需求压力太接近临界点，这样系统容易反复切换水泵，造成系统的不稳定；同样如果设置的需求压力超过最高压力点，系统就达不到控制要求。
五、实验内容与步骤
在每次实验前都要根据自己要准备打开和关闭阀门的数量来准确找出临界点和最大压力点然后设置合适的需求压力和休眠压力及休眠偏差容限，这样才可够成功地完成实验。实验样例如下：
1． 将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），并将手自动控制开关拨到“手动”。
2． 打开生活水系统总阀和该水系统所有支路的阀门，消防用水阀门保持关闭状态。天煌科技 天煌教仪
THBBHY-1型 变频恒压供水系统
3． 手动启动常规泵1。
4． 运行上位机系统，读取当前的管网压力，记下该压力数值，即临界压力点（如18~22kPa），然后再手动启动常规泵2；记下此时的压力，即为最大压力点（如46~50kPa）。
5． 假设在休眠状态时：2、3、4、5层的生活用水阀关闭，1、6层开。在此状态下手动启动休眠泵（其它泵关闭），测出休眠压力（如41~45kPa）。
6． 将手自动控制开关拨到“自动”。
7． 将对象上的生活用水阀全部打开，消防用水阀门保持关闭状态；并根据上面测量的数据，设置系统的需求压力为50kPa，系统的休眠压力为45kPa休眠偏差为10kPa，比例增益为80，积分时间为15，微分时间的设置权限保留，默认为0值。
8． 设置好以后按下“启动”按钮，系统会自动调整变频器输出，常规泵1变频运行到50Hz后，经过大约3S的判断时间，常规泵1投入工频运行，在经过2S常规泵2从0Hz变频启动，待当前管网压力达到需求压力，且基本稳定不变时，变频器将稳定在一个固定的频率值。
9． 根据当时的系统时间设置约10分种后的时间为休眠开始时间，约20分钟后的时间为休眠结束时间。
10． 系统稳定后，逐渐减小用水量（关闭2、3、4、5层生活用水阀），使变频器运行频率下降为0Hz，观察水泵下切过程。
11． 进入休眠时间后，休眠泵启动，系统进入休眠状态。
12． 进入休眠状态后，增加用水量（打开5层生活用水阀）休眠唤醒。13． 待系统稳定后，再关闭5层生活用水阀，恢复状态。
14． 打开消防信号，（将开关量输入“X00”与“COM”短接，模拟消防信号），系统将进入消防状态，启动消防水泵。此时打开消防用水阀排水。
15． 断开消防信号后，按“停止”按钮，停止消防泵。16． 关闭控制器电源后，再重新上电，系统恢复到初始状态。
注：上面的设置参数只是给出的一般参考数值，实验者请根据不同的阀门数量具体设置相关参数。天煌科技 天煌教仪
第三篇：节能水泵新技术泵-变频恒压型水泵控制器节能
节能水泵新技术泵-变频恒压型水泵控制器节能
---湖南利圣德节能科技有限公司
“LPC-泵控技术”采用先进的节能控制技术,使用V/F变频节能控制方式，可实现水泵电机的高效率运行、根据负载情况，自动优化，实现节能运行。“LPC-泵控技术”变频恒压型水泵控制器能快速稳定的自动观测用水使用情况，根据用户用水情况自动调节运行方式和输出频率，水泵运行在变频控制方式，电机冲击电流几乎为零。高效节能,节能达到30%以上。
“LPC-泵控技术”变频恒压型水泵智能控制器变频调速技术的基本原理是根据水泵电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n =60 f(1-s)/p，(式中 n、f、s、p 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数)由流体力学可知，水泵流量 Q 与转速的一次方成正比，压力 H 与转速的平方成正比，轴功率 P 与转速的立方成正比，即 Q∝n，H∝n2，P∝n3 当流量减少，水泵转速下降时，其功率下降很多。例如水泵流量下降到 80%，转速也下降到 80%时，则轴功率下降到额定功率的 51%;如流量量下降到 50%，功率 P 可下降到额定功率的 13%，当然由于实际工况的影响，节能的实际值不会有这么明显，即使这样，水泵节能的效果也是十分明显的。因此在水泵的机械设备中，采用“LPC-泵控技术”变频恒压型水泵智能控制保护器来调节流量，在节能上是一个最有效的方法。水泵电机转速与LPC节能率的关系表频率 f(Hz)转速 N% 流量 Q% 压力 H% 轴功率 P% 节电率 根据“LPC-泵控技术”变频恒压型水泵控制器上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。
目前变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。卓越的调速性能、显着的节电效果改善现有设备的运行工况、提高系统的安全可靠性和设备利用率、延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。
第四篇：变频恒压供水系统设计与研究
变频器恒压供水系统设计与研究
[摘要]本设计研究的系统是利用变频器的PID性能设计的一种恒压供水系统。具体是以管网水压（或用户用水流量），利用压力传感器传送的信号值为设定参数，通过微机（PLC可编程控制器）控制变频器的输出频率，从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节（PID），使供水系统自动恒稳，即实现恒压供水的一套系统。采用该设备不需要建造高位水箱、水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水设备，既有广泛的研究与实用推广价值。
[关键字] 变频器
恒压供水PLC PID
前 言
在社会的快速发展下，居民人数的增多，导致很多的城市居民家庭用水困难，特别是那些老式住房的居民，紧紧依靠高位水塔和压力罐来提供水源已不能满足居民的要求。高位水塔占用空间大，距地面较高，容易氧化，最主要的是储存的水量有限对现代居民来说很不方便。压力罐供水原理是利用密封的罐体，使局部增压达到供水目的，具体工作顺序是由水泵将水通过逆变止阀压入罐体使罐体内气体受到压缩，压力逐渐增大，当压力达到指定上限时电接点压力表通过控制柜使泵机自动停止，设备中的水压高于外界压力，自动送至供水管网，当罐体内水位下降，气压减少到指定的下限位置时，电接点压力表通过控制柜使水泵重新启动，如此反复，使设备不停地供水，当罐内气体不足时，补气阀可自动补气。虽然压力罐供水能够满足现代居民的用水量，但在用水高峰时，水泵启动频繁，每次启动都会有较大的电流对电网冲击，水泵的损坏较大，每次进行维修水泵都要花费一笔不小的费用。
随着电力技术的发展，变频器调速技术的日益完善，以变频器为核心的智能供水控制系统取代了以往的高位水箱和压力罐等供水设备，启动平稳，启动电流可限制在额定电流以内，从而避免了启动时对电网的冲击，由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命，可以消除启动和停机时的水锤效应，其稳定安全的运行性能，简单方便的操作方式，以及齐全周到的功能，将使供水实现节水，节电，节省人力，最终达到高效率的运行目的。其工作原理是变频恒压供水控制系统通过测到的管网压力，经变频器的内置PID调节器运算后，调节输出超限信号（一般可作为管网压力极限信号）可适时通知PLC进行变频泵的逻辑切换，为防止水锤现象的产生，泵的启停将联动其出口阀门。
一、方案选定
变频恒压供水系统是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水管网的出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高水位箱、气压罐等设施实现的。
近年来，随着变频调速技术的日益成熟，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在供水系统中得到广泛的应用。变频恒压供水系统对水泵电机实行无级调速，依据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用水要求，是目前最先进，合理的节能供水系统。与传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式比较，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势：
1.高效节能。与传统供水方式相比变频恒压供水能节能30%-60%。2.占地面积小，投入少，效率高。
3.配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。
4.运行合理，由于一天内的平均转速下降，轴上的平均扭矩和磨损减少，水泵的寿命将大为提高。
5.由于能对水泵实现软停和软起，并可消除水锤效应（水锤效应：直接起动和停机时，液体动能的急剧变大，导致对管网的极大冲击，有很大破坏力）。
6.操作简便，省时省力。
变频恒压供水系统以管网水压(或用户用水流量)为设定参数，通过微机控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节(PID)，使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，这样就保证了供水效率用户对水压和水量的要求，同时达到了提高供水品质和供水效率的目的，“用多少水，供多少水”；采用该设备不需建造高位水箱，水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水设备。
二、系统元器件的选择(一)变频器的选择 1.变频器型号
根据不同负载对机械特性的不同要求选择变频器型号有所不同。
（1）风机和泵类负载，由于低速时转矩较小，对过载能力和转速精度要求低可选用简易型的变频器或风机，泵类专用变频器，这类专用变频器具有工频，变频的切换功能，多泵切换功能和PID功能。可通过参数设定完成一些控制任务，易于实现。
（2）恒转矩负载，多数负载具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能等方面一般要求不高。
（3）要求响应快的系统，所谓响应快是指实际转速对于转速指令的变化跟踪的快，从负载变动等急剧外界干扰引起的过渡性速度变化中恢复得快，（4）被控对象具有一定的动态，静态指标要求，这类负载一般要求低速时有较硬的机械特性，并且有一定的调速精度，在动态性能方面无较高的要求就能满足生产工艺对控制系统的动态，静态指标要求，如果控制系统采用开环控制，可选用具有无速度反馈的矢量控制功能的变频器。
（5）被控制对象具有较高的动态，静态指标要求，对于调速精度和动态性能指标都有较高的要求，以及要求精度同步运行等场合，可选用带速度反馈的矢量控制方式变频器。
变频器容量的选择是一项重要而复杂的问题，要考虑变频器容量和电机容量的匹配，容量偏小会影响电动机有效转矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置，而容量偏大则电流的谐波分量会增大，也增加了设备的投资，选择变频器容量时，变频器的电流是一个关键量。变频器的容量应按运行时可能出现的最大工作电流来选择。
选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外应充分考虑变频器的输出含有高次谐波，会造成电动机的功率因数和效率都会变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流增加10％而温升增加约20％。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这中情况，适当留有裕量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。
变频器的选择依据是水泵电机的负载特性和电机的额定参数。2．变频器ACS510及其特点
根据以上选择参考分析，本设计选用ACS510系列变频器。ACS510是ABB又一款杰出的低压交流传动产品，它可以简单地购买，安装，配置和使用，可节省 4
相当多的时间。ACS510传动应用于广泛的工业领域，适用各种类型负载。ACS510还针对风机水泵应用作了特别的优化，典型的应用包括恒压供水，冷却风机，地铁和隧道通风等。该设备具有以下主要特点：
（1）完美匹配风机和水泵：增强的PFC应用，最多可控制7台泵；SPFC循环软启功能可依次调节每个泵；超越模式应用于隧道风机的火灾模式；两个独立的内置PID调节器PID1和PID2，PID1可设置两套参数，通过PID2可控制一个独立的外部阀门。
（2）更经济：噪音最优化，当传动温度降低时增加开关频率，负载降低时自动降低电机磁通，简单安装，容易连接电缆，多种I/O和即插式可选件方便地连接到现场总线上。
（3）更环保：EMC适用于第一及第二环境的RFI滤波器作为标配，变感量电抗器可根据不同负载匹配电感量，抑制和减少谐波。
该系列变频器针对水泵，风机负载设计了多种应用宏，根据不同的控制宏要求，选择相应的宏，变频器有不同的默认设置，可实现接线最少，参数设置最简化的特点。针对该类负载，该系列变频器增设了睡眠控制功能。3.ABB产品信息
ACS400变频器在2.2-37KW的功率范围内，节约能源，控制准确,安全可靠,铸铝件和塑料件的使用,保证了足够的加工精度,ACS400预置了九种应用宏.主电源：230—500V50/60HZ控制电源：115—230V.在励磁部分中采用了最新的IGBT控制技术，不再需要磁场电压匹配变压器，磁场进线熔断器和电抗器也已集成在DCS400模块中。由于磁场部分采用了三相进线供电方式，且直接取自为电枢供电的三相电源，因而DCS400不再需要单独的磁场电源进线。DCS400拥有多种调试工具。在调试向导的引导下进行参数设定，加上全部的自优化调试过程，DCS400的典型调试时间为15分钟。
（二）PLC的的特点及选型 1.PLC特点及应用
可编程控制器（ProgrammableLogicController）是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻 5
辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序(步进)控制，还具有了模拟量控制、闭环过程控制、数据处理和通信联网等功能。
由于可编程控制器可通过软件来改变控制过程，并且编程简单，同时采用了模块化结构设计，易于扩展和拆装，因而具有体积小，功耗低，可靠性高，组装维护方便，控制功能完善和抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，成为当今自动化电气控制的主流。2.可编程控制器的选型
（1）本设计的主要控制过程是利用可编程控制器的A/D,D/A模块和可编程控制器内置的控制模块来控制水泵电机的切换从而调节供水管中水的压力。整个控制系统除了用到PLC逻辑控制、定时控制和计数控制等基本控制功能外，关键是要用到PLC的高级控制单元，主要包括A/D、D/A单元等。
现代大中型的PLC一般都配备了专门的A/D和D/A转换模块，可以将现场需要控制的模拟量通过A/D模块转换为数字量，经微处理器运算处理后，再通过D/A模块转换，变成模拟量去控制被控对象。但现在考虑到系统的安装以及成本问题，故本系统供水泵的自动控制采用的是日本欧姆龙公司的PLC，机器型号为CPM2A-30CDR-A和模拟量控制模块CPM1A-MAD02。其特性简介如下：
（2）CPM2A为系统提供了众多的功能 ①高速计数器能方便地测量高速运动的加工件。②同步脉冲控制可方便地调整时间。③带高速扫描和高速中断的高速处理。
④可方便地与OMRON的PT相连接，为机器操作提供一个可视化界面。
小机壳内汇集了先进的功能和优异的表现。为食品包装行业，传送设备和紧凑型设备的制造商提供更优越的性能和更高的附加值。⑤通过脉冲输出可实现许多基本的位置控制。⑥可进行分散控制和模拟量控制。
三、变频器恒压供水系统的设计
变频器恒压供水系统的主电路及控制电路设计如图3-1及3-2所示
图3-1变频器恒压供水系统主电路图
系统启动时首先闭合空气开关，把转换开关达到变频位置，三相交流电通过开关送到交流接触器和热继电器加载到变频器上，变频器输出驱动变频电机启动运行，如果检测得管网压力大于设定值，则系统不启动，当管网压力小于设定值时，系统启动。（在恒压供水系统中可根据用户用水量的大小实现自动调节电机的转速，达到恒压供水的目的．水泵电机是系统的输出环节，它的转速由变频器控制，实现变水压的恒压控制．变频器接受PID控制器的信号对水泵进行速度控制，PID控制器它以其结构简单，稳定性好，工作可靠，挑战方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控制对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其他技术难以采用时，即当不完全了解一个系统和被控制对象，或不能通过有效的手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术，PID控制，实际中也有PI和PD控制，PID控制器就是根据系统的误差，利用比例，积分，微分计算出量进行控制的。
图3-2变频器恒压供水系统控制电路图
PID控制属于闭环控制，是指将被控制量的检测信号反馈到变频器，与被控制量的目标信号相比较，以判断是否已经到达预定的控制目标。如尚未达到，则根据两者的差值进行调整，直至达到预定的控制目标为止。其特点：PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可以控制了。PID参数较易整定。也就是说，PID的参数K,T,T可以根据过程的动态特性及时整定，如果过程的动态特性变化，如可能由于负载的变化引起系统动态特性的变化，则PID参数就可以重新整定。PID控制器在实践中也不断地得到改进，如结合人工智能系统，模糊控制。采用远传压力表作为压力检测与变送元件，它将管道内的压力值(0-0.4MP)转换为0-10V（0-20MA）的直流电压（电流）信号，经AI2接线端输入变频器。远传压力表在工作原理上相当于一个可变的电阻，将24V直流电压加在两固定端，压力表的指针带到可变电阻的可动端，压力表的满偏量程为1MP,所以当压力在0-0。4MP范围内变化时，压力反馈为0-10V(或0-20MA)。压力传
感器检测管网出水压力，把信号传给PID控制器，通过PID控制器调节变频器的频率来控制水泵电机的转速，压力检测值与压力给定值差距越大，该输出信号变化就越大．一旦管网压力达到了设定值，该输出控制信号就恒定下来，系统稳定运行。）
当变频器出现故障时，为了不影响居民用水，我们就要进行临时手动工频供水。首先要切断加在变频器上的三相电源，将电源连接在工频中，由于水泵电机的容量一般较大，直接启动时，将会出现很大的起动电流，这样对电机的使用寿命有一定的影响，为减小起动电源常采用补偿降压起动，补偿电压起动是大容量三相异步电动机常用的起动方法之一，按下启动按钮后，降压动作，即接触器KM1,KM2和时间继电器得电，主电路上的接触点KM1,KM2闭合电机从自藕变压器中间抽头霍德尔80%或60%额定电压降压起动，以达到减小起动电流的目的，当电机的转速上升到一定值时，时间继电器KT动作，KM1,KM2主触点断开，KM3 接触器得电，KM3 主触点闭合，电机加额定电压进入全压运行状态，即达到临时手动供水目的。
四、变频器恒压供水系统分析
（一）变频恒压供水系统
变频调速技术原理是把工频50HZ的交流电转换成频率和电压可调的交流电，通过改变交流电动机定子绕组的供电频率，在改变变频率的同时也改变电压，从而达到调节电动机转速的目的。此处变频调速是根据用户在单位时间内用水量的的多少来调速。在水流量小的时候变频控制水泵的转速缓慢，或变频器处于睡眠状态。一旦水流量大时，变频器则控制水泵快速运行，以达到管网压力一直处于稳定状态。始终保持供求关系为：供水=用水。
（二）供水系统工作原理
1.变频器恒压恒压供水采用变频器的PID控制功能实现恒压控制。2.变频恒压供水原理是指变频器接受PID控制器的信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给PID控制器，通过PID控制器调节变频器的频率来控制水泵电机的转速，从而实现恒压供水。
变频器与外部设备有九根接线除去与电动机相连的三根导线外其余分别是：模拟是接地端AGND、24V直流电源、压力反馈输入端AI2，变频器起动与停止控 9
制端AI6（得电启动、失电停止）、用于故障保护的继电器RO3的一对触点B-C端。
转换开关SA1置手动操作位置，即工频接电源，变频为断开状态，按下启动按钮SB2，接触器KM1,KM2和时间继电器KT线圈通电，主电路中KM1，KM2的主触点闭合，电机开始降压起动，控制电路常开出点KM1断开实现互锁，KM1的常开触点闭合实现自锁，同时时间继电器KT开始延时，一段时间后，其常开触点KT闭合，中间继电器KA线圈通电，KA的常闭触点断开，使KM1，KM2，KT线圈断电，触点KM1恢复闭合，KA的两个常开触点闭合，上面一个实现自锁，下面的常开触点接通KM3线圈，KM3线圈得电KM3的常闭触点断开，工频停止指示灯熄灭，KM3的常开触点闭合，工频运行指示灯点亮。同时其主触点闭合，电机切断降压运行状态进行全压运行。
电机在工作状态下，按一下停止按钮SB1,可使KM3线圈断电电机停止工作。转换开关SA1置自动操作位置，即变频运行，水泵的起动与停止，即可通过变频器面板控制，也可以通过外部开关控制。
通过变频器的面板控制起动，是指用用水量来通过定时器DS决定线路是断开还是闭合，在用水量较大时用定时器DS设定时间控制开关闭合，而在用水量小或不用水时定时器DS控制开关为断开状态，水泵停止运行。一般设定的时间为五点至二十三点是闭合状态，电机正常工作。其余时间是断开状态，水泵停止工作。也就是说变频器进入睡眠功能。变频器的睡眠功能是指在无人用水或用水流量很小时的情况下，所有工频泵均已停止运行，只有变频泵运行在下限频率，且用户管网压力仍然偏高则变频泵停止运行，辅助泵投入运行，没有辅助泵的系统则变频泵进入休眠状态，所有水泵均停止运行，由气压罐或自来水管网维持压力。睡眠功能更有利于实现节能运行。
通过外部开关控制起动，是指直接将转换开关SA2转换为闭合，变频线路得电。这样起动电机会浪费电能，减少电机的使用寿命，因为在深夜用水量小时或不用水时，电机还是在运行。开关闭合后，线圈KM4通电，KM4的常闭点断开变频停止指示灯熄灭，KM4的常开触点闭合变频运行指示灯点亮，同时主电路中的KM4主触点闭合，变频器得电并运行。
五、变频恒压供水系统特点和优点及适用范围
（一）变频恒压供水特点
1.采用可编程控制器，程序灵活多变，精度高，可靠性强，功能多，反映速度块。
2.均配有稳压泵或稳压罐稳压，在用水量小到一定值时，主泵可停止运转，减少水泵电机的机械磨损并且节约电能。
3.对水泵均为软启动，延长设备寿命，消除了启动电流对电网的冲击。4.根据用水量的变化，水泵循环变频运行，先启的先停，使水泵均衡工作。当一台泵运转六小时或二十四小时，自动切换到另一台。
5.最大的特点为双恒压控制，生活消防可公用的一套设备，为用户节约投资。而且一机两用，大大的提高了使用效率。
6.结构紧凑，占地面积小，安装块，投资省，运行稳定。无污染。
（二）变频恒压供水优点
1.启动平衡，启动电流可限制在额定电流以内，从而避免了启动时对电网的冲击．
2.由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命． 3.可以消除启动和停机时的水锤效应．在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率．
4.节约电能。水泵的负载转矩与转速的平方成正比，输出功率与转速的立方成正比．根据所需流量变频器自动调节转速，这样就可以大量节约电能．
5.节约用水．采用变频器进行变频恒压供水，管道保持恒压，可杜绝崩管现象，减少跑、冒、滴、漏等情况，从而节约用水．
6.延长系统的使用寿命．利用供水专用变频器进行变频恒压供水，可保持系统水压恒定，不会出现水压过高的现象，管道的压力一直可维持在合理的范围内，延长了设备更换周期，减少了维修的投入，并且避免了管道崩裂事故． 7.无需储水箱，避免了水箱内长期沉积污垢及滋生微生物对水体质量的污染。
（三）适用范围
1.各种类型的自来水厂，供水站。
2.工业与民用建筑的生活、生产、消防用水系统。
3.公共设施宾馆，饭店的生活热水，空调供水系统。
4.油田的输油管道，油泵站恒压输送系统和工厂、矿山通风机风压调节系统。5.热水锅炉定压及热水管道的定压系统。
结 论
经过这一个多月的毕业设计和对相关资料的收集，使我更加了解了变频器的结构和功能，同时也明白了变频器在恒压供水方面的作用，可以这样说变频器在恒压供水系统中充当着整个系统的灵魂，它是该系统的核心。变频器在恒压供水系统方面为人们的生活水平作出了巨大的贡献，不仅仅为人们解决了用水的困难，保证水随时都能用上水，而且还为人们节省了很多的金钱比如水泵的经常性维修费用等。该系统设计结构简单对环境要求的条件低，在变频器出现故障点的时候还可以临时启用补偿降压系统供水保证居民有足够的水源。该系统是现代社会发展的一个重要标志。在设计该过程中我遇到很多的困难，特别是对变频器参数的设定，变频器生产厂家的不同，也就决定变频器的参数也是不同的，在我们所学的课程中变频器一直为三菱的FR-510，现在突然要用ABB-ACS510变频器多少有点不适应，在陈老师所给的ACS510变频器说明书中经过慢慢的学习，总算是把其参数设定好，由于个人水平限制的原因，在编写设计过程中陈老师给了很多的帮助，真的很感谢。
这次设计让我了解到变频器在生活中的重要性，它与社会的发展是紧密结合的，变频器在恒压供水方面只是它用处的冰山一角。现代机械生产是离不开变频器的，为了能够让变频器更好的为人类服务，我们应该要进一步对变频器学习。
致 谢
本论文在刘静老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体构思和内容，无不凝聚着老师的心血和汗水，在三年的大学学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意！
这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。这也使我认识到没有一件事是真正容易的，每一件事，不论它简单还是复杂？做好都是要付出艰辛的，都是要认真对待的，不能眼高手低，否则一个小小的浪花也能颠覆大帆船。我希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。并且感谢他们在百忙之中抽出宝贵的时间，对我予以帮助。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向烟台技师学院，机电系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。他们不但教会我各科知识，也教会我做人和为人处事的道理，这将伴随我一生，也必将使我受用一生
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第五篇：基于PLC的变频调速恒压供水系统
毕 业 设 计 任 务 书
指导老师 ；
张继涛
基于PLC的变频调速恒压供水系统 引言
在供水系统中，恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。本文采用计算机(PC)、可编程控制器(PLC)、变频器组成变频恒压供水监控系统，通过变频调速实现恒压供水、满足节能降耗的要求，而且有利于实现生产的自动化及远程监测。用水量变化具有随机性，用水高峰时水压不足，低谷时又造成能量浪费。变频恒压供水系统根据公共管网的压力变化，通过PLC和变频器自动调节水泵的增减、水泵电机的运行方式及电机的转速，实现恒压供水，既防止了能量空耗，又避免出现电机启动时冲击电流对设备的影响。工作原理
变频恒压供水系统采用一台变频器拖动两台大功率电动机，可在变频和工频两种方式下运行;一台低功率的电机，作为辅助泵电机
启动方式:为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。启动前变频器要复位。
变频调速:根据供水管网流量、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令1号泵自动切换到工频电源运行，待1号泵完全退出变频运行，对变频器复位后，2号泵投入变频运行。
多泵切换:根据恒压的需要，采取无主次切换，即“先开先停”的原则接入和退出。在PLC的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数，由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。在用水量较小的情况下，采用辅助泵工作。为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变频运行超过3小时。当工频泵台数为零，有一台运行于变频状态时，启动计时器，当达到3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵上。当有泵运行于工频状态，或辅助泵启动时，计时器停止计时并清零。
故障处理:能对水位下限，变频器、PLC故障等报警。PLC故障，系统从自动转入手动方式。PLC控制电路
系统采用S7-200PLC作下位机。S7-200PLC硬件系统包含一定数量的输入/输出(I/O)点，同时还可以扩展I/O模块和各种功能模块。输入点为6个，其中水位上、下限信号分别为I0.0、I0.1。输出点为10个，O0.0-O1.0对应PLC的输出端子。对变频器的复位是由输出点O1.0通过一个中间继电器KA的触点来实现的。根据控制系统I/O点及地址分配可知，系统共有5个开关量输入点，9个开关量输出点;1个模拟量输入点和1个模拟量输出点。可以选用CPU224PLC(14DI/10DO)，再扩展一个模拟量模块EM235(4AI/1AO)。PLC通信程序
S7-200PLC硬件功能完善，指令系统丰富。可为用户提供多种通讯方式:PPI方式，MPI方式，自由通讯口方式等。应用自由通讯口方式，使S7-200PLC可以与任何通信协议已知，具有串口通讯的智能设备和控制器(如打印机、变频器、上位PC机等)进行通信，也可以用于两个CPU之间简单的数据交换。该通信方式使可通信的范围大大增大，使控制系统配置更加灵活、方便。
采用PLC自由通讯口方案，PLC工作于从站，PC处于主站模式，PLC从站只响应来自主站的申请。主站向PLC从站发送指令格式的报文，读指令00为向从站PLC申请产生于PLC的数据，读取水压，频率，变频泵号，工频台数，辅助泵状态等数据;写指令01为向PLC传送产生于主站的数据，包括压力设定值和控制器输出值。在自由口通信模式下，通信协议完全由用户程序控制。通过设定特殊存储字节SMB30(端口0)或SMB130(端口1)允许自由口模式，用户程序可以通过使用发送中断、接收中断、发送指令(XMT)和接收指令(RCV)对通信口操作。
马勇 2010-4-27
第1章 绪论
目录
1.1 PLC的变频调速恒压供水系统的目的和意义 1.2 恒压供水的特点
1.2.1 恒压供水方式讨论 1.2.2 恒压供水的实现
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 1.3.2 变频供水系统应用范围 1.3.3 变频供水系统的发展趋势
第2章 变频调速恒压供水分析
2.1 变频恒压供水的工艺调节过程介绍
2.2 调速系统的构建 2.2.1 调速原理
2.2.2 调节系统的计算方法
2.2.3 变频恒压供水频率变化分析
2.3 节能分析
2.3.1 水泵的基本参数和特性 2.3.2 水泵调速运行的节能原理
第3章 恒压供水系统
3.1 系统概述
3.2 控制系统的组成
3.2.1 供水系统的组成 3.2.2 系统功能说明
3.3 恒压供水系统的机理及调速泵的调速原理 3.3.1 恒压供水系统的工作原理 3.3.2 调速泵系统构成
3.4 变频器
3.4.1 变频器输入输出接口 3.4.2 变频器外围设备的选择及保养
3.5 变频调速恒压供水系统的特点
第4章 可编程控制器PLC
4.1 的定义
4.2 的发展阶段及发展方向 4.3 的特点与应用领域
4.3.1 可编程序控制器的特点
4.3.2 可编程序控制器与继电器控制系统的比较 4.3.3 可编程序控制器的应用领域
4.3.4 在现代自动控制系统应用中所面临的问题
4.4 我国常用 的性能比较研究
4.4.1 的一般结构 4.4.2 基本工作原理
4.5 我国常用 的性能特点
4.5.1 SIMATIC S7系列
4.5.2 S7-200系列可编程序控制器 4.5.3 控制系统设计内容 4.5.4 控制系统设计步骤 4.5.5 控制系统的硬件设计
4.6 控制系统的软件设计
4.6.1 软件设计概述 4.6.2 软件设计
4.6.3 程序设计的常用方法 4.6.4 程序设计步骤
第5章 PLC控制系统的设计
5.1 概述
5.2 输入输出 分配
5.2.1 输入口 5.2.2 输出口 5.2.3 辅助触点
5.3 控制系统功能介绍
5.4 恒压供水系统的流程图 5.5 控制系统的可靠性及应用程序设计
5.5.1 程序的优化设计 5.5.2 应用程序的设计
5.5.3 故障检测程序的设计
第6章 系统调试
6.1 变频器关键参数的设定
6.2 PLC的变频调速恒压供水系统调试
参考文献··········································
附录··········································
第一章
绪论
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，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。
对于大多数采用供水企业来说，传统供水机泵存在日常运行费用太高，供水 成本居高不下，单位供水的能耗偏大的问题，寻求供水与能耗之间的最佳性价比，是困扰企业的一个长期问题。目前各供水厂的供水机泵设计按最大扬程与最大流 量这一最不利条件设计，水泵大多数时间在设计效率以下运行。导致电动机与水 泵之间常常出现大马拉小车问题(如图 1.1)。因此，如何解决供水与能耗之间的 不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各供水解水企业关心的焦点问题 之一。
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.变频恒水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。所以研究设计基于PLC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。
1.1PLC的变频调速恒压供水系统的目的和意义
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。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于 需求量，出现水压降低供不应求的现象;而在用水低峰期，水的供给量常常高于 需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时会造成能量的浪费，同时还有可能 造成水管爆裂和用水设备的损坏。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。且由于是二次供水，不能保证供水质的安全与可靠性。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。
1.2恒压供水的特点
恒压供水是指用户段不管用水量大小，总保持管网水压基本恒定，这样，既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。而变频恒压供水的工艺调节过程特点； 1.2.1 恒压供水方式讨论
泵组的切换开始时，若硬件、软件皆无备用（两者同时有效时硬件优先），1＃泵变频启动，转速从 开始随频率上升，如变频器频率到达，而此时水压还在下限值，延时一段时间（由 内部时间继电器控制，目的是避免由于干扰而引起误动作）后，1＃泵切换至工频运行，同时变频器频率由 滑停至，2＃泵变频启动，如水压仍不满足，则依次启动3＃、4＃泵；若开始时1＃泵备用，则直接启2＃变频，转速从０开始随频率上升，如变频器频率到达，而此时水压还在下限值，延时一段时间后，2＃泵切换至工频运行，同时变频器频率由 滑停至，3＃泵变频启动，如水压仍不满足，则启动4＃泵；若1＃、2＃泵都备用，则直接启3＃变频，具体泵的切换过程与上述类同。1.2.2 恒压供水的实现
同样，如水压在上限值，若３台泵（假设为1＃、2＃和3＃）运行时，3＃泵变频运行降到，此时水压仍处于上限值，则延时一段时间后使1＃泵停止，3＃泵变频器频率从 迅速上升，若此后水压仍处于上限值，则延时一段时间后使2＃泵停止。这样的切换过程，有效地减少泵的频繁启停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡。以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常是采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式，理论上要比直接切工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁启停，从而减少设备的使用寿命。而我们这次的设计的系统中，要求直接停工频泵，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止水压的大范围波动及水压太低时的短时缺水现象，提高供水品质。
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，因而投资成本高。国外生产的变频器，特别是供水厂用变频器，相对于国产变频器而言，价格明显偏高，维护成本也高于国内产品。
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.如希望集团(森兰变频器)推出的恒压供水专用变频器(5.sk认叹22kw)。(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135kV沐320kw之间，电网电压通常为ZOOV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
犯OKW)、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。如利德福华的一些高压供水变频器 在本文中，研究和设计的变频器是以第二种应用范围为基础。
目前国内，除了高压变频供水系统，多数恒压供水变频系统均声称只要改变 容量就可以通用于各种供水范围，但在实际运用中，不同供水环境对变频器的要 求和控制方式是不一致的，大多数变频器并不能真正实现通用。以中小水厂供水 环境来说，由于其包括了自来水生产系统，其温湿度及腐蚀程度都大于常见小区 和加压泵站，在水泵组搭配上、需要处理的信号(如水质信号停机管理)也多于小 区供水系统，所以在部分条件复杂的中小水厂，采用通用的恒压供水变频系统并 不能完全满足实践要求，现部分中小水厂已认识到这一情况，并针对实际情况对 变频恒压供水系统加以改进和完善.1.3.3变频供水系统的发展趋势
变频供水系统目前正在向集成化、维护操作简单化方向发展
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或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求的变频供水领域，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r仆网
第二章
变频调速恒压供水分析
2.1变频恒压供水的工艺调节过程介绍
变频恒压供水所用水泵主要是离心泵，而普通离心泵如图2.1所示:叶轮安装在泵壳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蜗形泵壳。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。
2.2 调速系统的构建
水泵的调速运行构建，是指水泵在运行中根据运行环境的需要，人为的改变运行工作状况点(简称工况点)的位置，使流量、扬程、轴功率等运行参数适应新的工作状况的需要。水泵的工况点是由水泵的性能曲线和管网的特性曲线的交点确定的。因此，只要这两条曲线之一的形状或位置有了改变，工况点的位置也就随之改变。所以，水泵的调节从原理上讲是通过改变水泵的性能曲线或管网特性曲线或二者同时改变来实现的。
水泵的调节方式与节能的关系非常密切，过去普遍采用改变阀门或挡板开度 的节流调节方式，即改变装置管网的特性曲线进行调节。这种调节方式虽然简便 易行，但往往造成很大的能量损失。大量的统计调查表明，一些在运行中需要进 行调节的水泵，其能量浪费的主要原因，往往是由于采用不合适的调节方式。因 此，研究并改进它们的调节方式，是节能最有效的途径和关键所在[l0]41气
水泵的调节方式可分为恒速调节与变速调节系统。详细划分如下:
目前常见的调节方法有节流调节、动叶调节、改变泵的运行台数调节、液力 祸合器调节、绕线式异步电动机的串极调速、变极调速、变频调速等
2.2.1 调速原理
水泵的恒速调节主要有节流调节、动叶调节、改变泵的运行台数调节三种.(1)节流调节
节流调节是在水泵的出口或进口管路上装设阀门或挡板，通过改变阀门或挡板的开度，使装置需要扬程曲线发生变化，从而导致水泵工作点位置的变化。
节流调节优点是调节简单、可靠、方便，且调节装置的初投资很少，故以前各种离心泵多采用这种调节方式。缺点是能量损失很大，目前正逐渐被其它调节方式所取代。
(2)动叶调节
采用动叶调节的水泵，在泵的轮毅内部安装动叶调节机构，从而使动叶调节得以实现。对于大型的泵，可以采用液压传动调节.动叶调节的优点是:在调节过程中其效率变化很小，能在较大范围保持高效率。缺点是:动叶调节机构复杂，控制自动化程度低;成本高，通常适用大容量水泵，对中小供水厂的水泵通常不适用。
(3)改变机泵运行台数调节
改变机泵运行台数调节是根据不同的流量要求，采用不同数量和型号的机泵进行并联运行，来满足供水量要求.优点是:它不改变电机和水泵的电气及机械结构，在水泵台数众多、搭配合理的情况下，可以达到较好的调节效果。缺点是:不能实现连续调节、需要大量的机泵进行合理搭配、随着供水量的变化要不断启停电机;电能损失较大。因此，目前此种方法虽大量使用，但正逐步被新的流量调节方式取代。
从恒速调节的分析可以看出，由于恒速调节要不结构复杂，要不能量损失很大，因此，正逐步被变速调节所取代.这里所指的速度是水泵的转速.水泵的变速调节可分为变速传动装置调节和变电动机转速调节。
(1)变速传动装置
定速电动机驱动的水泵可以通过传动装置来实现变速调节。变速传动装置按其工作特性可分为两类。一类是有级变速装置，如齿轮变速等;另一类是无级变速装置，主要有液力祸合器、油膜转差离合器、电磁转差离合器等。液力祸合器、油膜转差离合器及电磁转差离合器在传动变速时具有一个共同的特点:传动装置产生的传动损失在其所传递功率中所占的比例与水泵的转速变化的大小成正比，转速变化越大，传动损失所占的比例也越大，因此，这类变速调节方式也被称为低效变速调节方式。
1)液力祸合器
水泵通过液力祸合器实现变速调节，从液力藕合器的特性来看，其调节效率等于转速比，故当调节量越大，其转速比越低，传动效率也越低。
调速型液力祸合器用于叶片式水泵的变速调节时，主要具有以下优点:可以输出连续的、无级的、变化的转速;可以平稳的启动、加速;电动机能空载或轻载启动，降低启动电流，节约电能;液力祸合器是无级调速，故便于实现自动控制，适用于各伺服系统控制:与阀门节流调节相比较，节能效果显著。
液力祸合器的缺点:在电动机额定转速较低的场合，要求同样的转矩而采用较小的转速时，液力祸合器的工作腔直径将加大，这不但增加了造价，而且还会使祸合器调速的延迟时间增加;大功率的液力祸合器设备复杂;在运转中随着负载的变化，转速比也相应变化，因此不可能有精确的转速比:液力祸合器一旦产生故障，水泵也不能继续工作。
2)电磁转差离合器
电磁转差离合器又称电磁离合器、涡流联轴器等。电磁调速电动机的主要优点是:可靠性高，只要把绝缘处理好，就能长期无检修运行;控制装置的容量小;结构简单、加工容易，价格便宜。
电磁调速电动机的缺点是:存在转差损失，尤其是对凡较低的电磁调速电动机，运行经济性较低;调速时响应时间较长:噪声较大。
(2)变电动机转速
由电机学得知，交流电动机的同步转速n，与电源频率fl、极对数p之间的关系式为: 由式2.4可以看出，要实现交流电动机的调速，可以通过改变磁极对数p和改变电源频率fl实现，下面就两种变速调节方式进行比较1161一即气1)异步电动机的变极调速
变极调速原理:异步电动机在正常运行时，通常其转差率5很小，则由式2.4知，在电源频率fl不变的情况下，改变电动机绕组的极对数，就可改变同步转速n: 从而改变异步电动机的转速no 变极调速的主要优点是:调速效率高，仅是因在设计变极电动机时要兼顾不同转速时的性能指标，与普通的全速电动机相比较，其效率和功率因数要稍低一些:调速控制设备简单，仅用转换开关或接触器;初投资低，特别是中小型变极电动机价钱和定速电动机相差不是很大:维护方便，除轴承外，不需要特别的维修，可靠性较高，在相当恶劣的环境下可使用。
变极调速的主要缺点是:有级调速，不能进行连续调速。此外，变极电动机在变速时电力必须瞬间中断，不能进行热态变换，因此在变速时电动机有电流冲击现象发生.高压电动机若需进行频繁地切换变速时，则其切换装置的安全可靠性尚需进一步完善提高。因此，变极调速目前应用较少。
2)异步电动机的变频调速
由式2.4可知，极对数p一定的异步电动机，在转差率变化不大时，转速基本上与电源频率成正比。因此，只要能设法改变fl.即可改变n。基于这个原理，变频调速就是用晶闸管等变流元件组成的变频器作为变频电源，通过改变电源频率的办法，实现转速调节。图2.2为变频调速系统的示意图。
在对变速传动装置和变电动机调节方式进行比较时，我们以两者的代表，也是目前运用最广的两种变速方式:液力祸合器调速和变频器调速进行对比，如表21，从中可以看出，采用变频器进行转速调节，具有较大的优势。
2.2.3调节系统的计算方法 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。(l)阀门控制法:即通过关小或开大阀门来调节流量，而转速保持不变(通常为额定转速)。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24所示，设用户所需流量为Ox为额定流量的印喊即Ox=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Q以=Ox);扬程增加为H。;由式(26)知，供水功率Pa与面积。DEJ成正比，其中Cp为比例常数，Q为流量。
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。据有关资料介绍，水泵工作效率相对值
(1)水泵工作效率的近似计算公式 丫的近似计算公式如(2.17): 流量和转速的相对值:
(2)不同控制方式时的工作效率 由式(2.1刀可知，当通过关小阀门来减小流量时，由于转速不变，n’=1，比值，可见，随着流量的减小，水泵工作的效率降低十分明显。
在转速控制方式时，由于在阀门开度不变的情况下，流量Q*和转速n’是成正比的，比值Q’/n’不变。就是说，采用转速控制方式时，水泵的工作效率总是处于最佳状态。
所以，转速控制方式与阀门控制方式相比，水泵的工作效率要大得多.这是变频调速供水系统具有节能效果的方面之一121冲3].从电动机的效率看节能
在设计供水系统时，由于:(1)对用户的管路情况无法预测:(2)管阻特性难 以精确计算:(3)必须对用户的需求留有足够的余地。因此，在决定额定扬程和额定流量时，通常裕量较大。
所以，在实际的运行过程中，即使在用水流量的高峰期，电动机也常常处于轻载状态，其效率和功率因数都较低。采用了转速控制方式后，可将排水阀完全打开而适当降低转速。由于电动机在低频运行时，变频器具有能够根据负载轻重调整输入电压的功能，从而提高了电动机的工作效率。这是变频调速供水系统具有节能效果的另外一个方面1川4311.图 2.5“两种常见调速方式效率曲线”为典型的液力偶合器和常见变频器的效率一转速曲线，随着输出转速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低(例如: 额定转速时效率0.95，75%转速时效率约0.72，20%转速时效率约019)，而变频器在输出转速下降时效率仍然较高(例如:额定转速时效率住97，了5%以上转速时效率大于0.95，20%以上转速时效率大于0.9)。
从曲线数据看，当输出转速降低时，液力偶合器的效率比变频调速的效率下降快得多，因此变频调速的低速特性比液力祸合器要好。当然，有一点我们应该看到，就是用于水泵(风机)类负载时，由于其轴功率与转速的三次方成正比，当转速下降时，虽然液力偶合器效率正比下降，但电动机综合轴功率还是随着转速的下降成二次方比例下降，因此也能起到节能作用。
2.2.3 变频恒压供水频率变化分析
由于变频恒压供水基本上都采用了变频启动，启动频率低，启动电流小，因 此，除了对供水机泵和供水管网有保护作用，对供水电机和电网也有良好的保护作用。供水系统电机直接启动与变频启动的对比表如表2.2所示。
2.3 节能分析
恒压供水系统的基本特性。根据扬程特性曲线和管阻特性曲线可以看 出用水流量和供水流量处于平衡状态时系统稳定运行。在供水系统中采用变频调速是由于水泵的功率与转速的立方成正比，所以调速控制方式要比阀门控制方式节能效果显著.最后从理论上分析了采取变频恒压供水方式对供水安全积极作用:可以消除水锤效应，减少电机电网冲击，延长系统的运行寿命。
2.3.1 水泵的基本参数和特性
在变频恒压供水系统中，供水压力是通过对变频器输出频率的控制来实现的。
确定供水压力和输出频率的关系是设计控制环节控制策略的基础，是确定控制算法的依据。送水泵站所采用的水泵是离心泵，它是通过装有叶片的叶轮高速旋转来完成对水流的输送，也就是通过叶轮高速旋转带动水流高速旋转，靠水流产生的离心力将水流甩出去。离心泵也因此而得名。在给水排水工程中，从使用水泵的角度来看，水泵的工作必然要和管路系统以及许多外界条件联系在一起.在给水排水工程中，把水泵配上管路以及一切附件后的系统称为 “装置”，在控制系统的设计中，真正对系统的分析和设计有价值的也是这种成为系统的装置，而不是单单的孤立水泵。在水泵结构和理论中，有一些评价水泵性能的参数，供水系统的主要参数如下:流量(Q):单位时间内流过管道内某一截面的水流量，在管道截面不变的情况下，其大小决定于水流的速度。常用单位是时/m访。
供水系统把水从一个位置上扬到另一位置时水位的变化量，数值上等于对应的水位差。其常用单位是m。轴功率(几):水泵轴上的输入功率(电动机的输出功率)，或者说是水泵取用的功率。
供水功率(几):供水系统向用户供水时所消耗的功率几你叨，供水功率与流量和扬程的乘积成正比:
式中Cp一 比例常数。
工作效率为，):水泵的供水功率Pc和轴功率界之比，如式2.6所示。这里所说的水泵工作效率，实际上包含了水泵本身的效率和供水系统的效率。其根据实际供水的扬程和流量算得的功率，是供水系统的输出功率。
其中有效功率是指单位时间内通过水泵的液体从水泵那里得到的能量叫做有效功率。转速(n卜水泵叶轮的转动速度。
根据水泵理论，如图2.3所示.2.3.2 水泵调速运行的节能原理
由于水泵在送水过程中，清水池水位一般高于水泵的测量点，所以不存在进水口抽真空，所以在进水口的真空值为0.水泵进水口与出水口都沿水平方向放置，位置差为0。水泵在正常工作时，动能的变化相对较小。考虑这些具体情况，上式可以改写为:
由于水泵是由一台交流感应电动机带动运行的，电机的转速与水泵的转速相同。电机的输出有效功率与水泵的轴功率相等。在电机理论中，感应电机的机械
功率为:
在变频调速时，由于磁通中m不变，从电机公式(212)可以看出，要使主磁 通中m保持不变，则UI/fl必须保持不变。
因此在变频调速过程中.电压应该与频率成正比例变化，设 代入式(2.n)得
根据能量守恒定律，有
水泵装置在变频调速的工作状态下运行时，有: 其中杯为电机的效率。所以，从上式可以看出，当变频器的输出频率一定的情况下，当用户用水量增大，从而Q增大时，压力表的读数将会变小，即管网供水压力将会降低。为了保持供水压力，就必须增大变频器的输出频率以提高水泵机组的转速;当用户的用水量减小时，Q减小，在变频器输出频率不变的情况下，管网的供水压力将会增大，为了减小供水的压力，就必须降低变频器的输出频率.由于用户的用水量是始终在变化的，虽然在时段上具有一定的统计规律，但对精度要求很高的恒压控制来讲，在每个时刻它都是一个随机变化的值。这就要求变频器的输出频率也要在一个动态的变化之中，依靠对频率的调节来动态地控制管网的供水压力，从而使管网中的压力恒定。
第3章
恒压供水系统
3.1 系统概述
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，有以下几种方案可供选择。
(1)有供水基板的变频器+水泵机组+压力传感器
这种控制系统结构简单，它将Pm调节器和P比 可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC 和PID等电控系统的功能。它虽然简化了电路结构，降低了设备成本，但在压力设定和压力反馈值的显示方面比较麻烦，无法自动实现不同时段的不同恒压要求，在调试时，PID调节参数寻优困难，调节范围小，系统的稳态、动态性能不易保证。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，并且限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合。
(2)通用变频器十单片机(包括变频控制、调节器控制)十人机界面+压力传感器;这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时变频器在运行时，将产生干扰，变频器的功率越大，产生的干扰越大，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用于某一特定领域的小容量的变频恒压供水中。
(3)通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制卜人机界面+压力传感器这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换;通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上，只需确定P比 的硬件配置和拍 的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于P比 的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。3.2 控制系统的组成
供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(P比 系统)、变频 器和电控设备三个部分:(1)供水控制器:它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(即水泵成行控制.(2)变频器:它是对水泵进行转速控制的单元.变频器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，变频器有如下两种工作方式: 1)变频循环式: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。
2)变频固定式:变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行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。
3.2.1 供水系统的组成
供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(P比 系统)、变频 器和电控设备三个部分组成。
3.3 恒压供水系统的机理及调速泵的调速原理
恒压供水系统的控制方案有多种，有1台变频器控制1台水泵的简单控 制方案，也有1台变频器控制几台水泵的方案，下面将分别加以叙述.(l)单台变频器控制单台水泵
单台变频器控制单台水泵的控制方案在国内通常是指是一台变频器控制一台水泵。由于全部变频系统中，变频器、控制器、电机均无备份设备，出现问题无法切换，故目前多适用于用水量不大，对供水的可靠性要求不高的场合。该控制方案的控制原理框图见图3.2，电路见图3.3。
值得一提的是，在国外或国内少数大企业，也有一种每台变频器只带一 台水泵的运行方式，但它的控制方式与上面是不同的，这些泵站往往是同时配备了多台变频器配多台水泵，采用集中控制的办法，这种变频系统与国内水泵站常用的一台变频器控制单台水泵的工作方式是完全不一样的。在这种系统中，由于有多台变频器，各水泵既可以同时变频运行，也可以分别工频运行，使其可靠性、安全性、可调节性大大优于国内常见的各种控制方式，不过在成本上，也远远高于目前国内的常用的变频恒压供水系统。(2)单台变频器控制多台水泵
利用单台变频器控制多台水泵的控制方案适用于大多数供水系统，是目前应用中比较先进的一种方案。下面以单台变频器控制2台水泵的方案来说明。该控制方案的控制原理见图3.4。
3.2.2 系统功能说明
控制系统的工作原理如下:根据系统用水量的变化，控制系统控制2台水泵按1一2一3一4一1的顺序运行，以保证正常供水。开始工作时，系统用水量不多，只有 1号泵在变频器控制下运行，2号泵处于停止状态，控制系统处于状态 1。当用水量增加，变频器输出频率增加，则1号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有1台水泵工作己不能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统，1号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器电源启动
3.3.1 恒压供水系统的工作原理
根据系统用水量的变化，控制系统控制2台水泵按1一2一3一4一1的顺序运行，以保证正常供水。开始工作时，系统用水量不多，只有 1号泵在变频器控制下运行，2号泵处于停止状态，控制系统处于状态 1。当用水量增加，变频器输出频率增加，则1号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有1台水泵工作己不能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统，1号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器电源启动。2号泵电机，控制系统处于状态2.当系统用水高峰过后，用水量减少时，变频器输出频率减少，若减至设定频
率时，表示只有 1台水泵工作已能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统，可将 1号泵电机停运，2号泵电机仍由变频器电源供电，这时，控制系统处于状态3。
当用水量再次增加，变频器输出频率增加，则2号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有1台水泵工作已不能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统的控制，2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器电源启动1号泵电机，控制系统处于状态4.当控制系统处于状态4时，用水量又减少，变频器输出频率减少，若减至设定频率时，表示只有1台水泵工作已能满足系统供水的要求，此时，通过控制系统的控制，2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源，而变频器电源启动1号泵电机，控制系统处于状态4。
当控制系统处于状态4时，用水量又减少，变频器输出频率减少，若减至设定频率时，表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求，此时，通过控制系统的控制，可将2号泵电机停运，1号泵电机仍由变频器供电，这时，控制系统又回到了状态1。如此循环往复的工作，以满足系统用水的需要。(3)单台变频器控制单台水泵以及其他水泵
单台变频器控制单台水泵以及其他水泵启停的控制方案与控制方案2有许多相同之处，只是方案2中，变频器可在水泵电机间轮换工作，而控制方案3则不同，变频器只控制某1台泵，不能去控制其它泵，其它泵工作在普通电源的控制下.下面以2台泵中的1台由变频器供电，另外1台由普通交流电源供电的恒压供水系统来加以说明。
2台水泵中，1台是由变频器供电的变速泵，另外 1台为普通交流电压供电的定速泵。当系统用水量较小时，可以只用变频器供电的变速泵，当变频器供电的频率达到最大时，表明1台水泵己不能满足系统用水要求，此时需要启动1台定速泵，由1台变速泵与1台定速泵同时工作。当系统用水量减小到使变频器的输出频率低于某一设定值时，此时控制系统就将定速泵停运，只应用变速泵工作。当变频器供电的频率再次达到最大时，又表明1台水泵已不能满足系统用水要求。
此时又需要启动1台定速泵，由1台变速泵与1台定速泵同时工作，循环往复。这种控制方式的优点是结构简单，安装调试方便.但在整个供水过程中由变频器供电的变速水泵总在工作，该水泵一旦出现故障将会影响整个系统的供水。
采用变频恒压供水，如果变频器出现故障，应及时报替，并使整个供水过程中由变频器供电的水泵改又普通交流电压供电，使水泵全速运行。为了应付这种事情的发生，在选用水泵时就应考虑到用水系统管网的承受压力，选用流量扬程曲线平缓型的水泵，使管网能够承受水泵全速运行时的全扬程水压.当由多台水泵组成恒压供水系统时，对于控制系统也有一定的要求，应选用功能强大的控制器如Pm调节器及用可编程序控制器进行控制。按照先启动先停止，后启动后停止的原则运行，使水泵能循环运行，通过可编程序控制器的编程，使各台水泵的运行概率相同，避免出现某台水泵经常工作，而其他水泵经常停歇，甚至受潮和生锈的情况I32H3slo
3.3.2 调速泵系统构成
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。
(2)通用变频器十单片机(包括变频控制、调节器控制)十人机界面+压力传感器;通过变频恒压供水系统我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构信 号检测、控制系统、人机界面、通讯接口以及报警装置等部分组成。如图3.1.3.1供水泵系统组成
3.4 变频器
变频器是一种改变交流频率的仪器。变频器的电控设备它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成.用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换及就地集中等工作。3.4.1 变频器输入输出接口
(1)有供水基板的变频器+水泵机组+压力传感器(2)通用变频器十单片机(3)通用变频器+PLC 3.4.2 变频器外围设备的选择及保养
在停机过程中，同样可以通过对降速时间的预置来延长停机过程，使动态转 矩大为减小，从而彻底消除了水锤效应。
此外，由于水泵平均转速下降、工作过程中平均转矩减小的原因是(1)叶片承受的应力大为减小。(2)轴承的磨损也大为减小。
(3)克服电动机的惯性而使系统急剧地停止。
3.5 变频调速恒压供水系统的特点
这种控制系统结构简单，它将Pm调节器和P比 可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC 和PID等电控系统的功能。它虽然简化了电路结构，降低了设备成本，但在压力设定和压力反馈值的显示方面比较麻烦，无法自动实现不同时段的不同恒压要求，在调试时，PID调节参数寻优困难，调节范围小，系统的稳态、动态性能不易保证。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，并且限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合。
(包括变频控制、调节器控制)十人机界面+压力传感器;这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时变频器在运行时，将产生干扰，变频器的功率越大，产生的干扰越大，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用于某一特定领域的小容量的变频恒压供水中。
具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换;通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上，只需确定P比 的硬件配置和拍 的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于P比 的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。
第四章
可编程控制器PLC
4.1 的定义
可编程控制器PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它可以采用可以编程的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术等操作的指令，并能通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于拓展其 功能的原则而设计。
4.2 的发展阶段及发展方向
全世界几乎80%以上不同品牌的PLC是不能通用的。一个品牌就要使用对应的编程器。有多少种品牌的PLC，就要有多少种编程器。（国内现在出了一些国产PLC，是仿制国外一些品牌PLC的，这些是可以使用被仿制品牌的编程器的。）
手提编程器价格昂贵，而且编程使用指令操作（不能用梯形图），可读性不高，非常不方便。
所以，做工程的人大多会使用电脑来对PLC编程。需要说明的是，使用电脑编程还需要有配套的程序下载连线。也是每个品牌都有专门线的（互不通用）。但是这种连线比起手持编程器来说，不知道便宜多少。
任何一款手提电脑都可以用来做PLC编程，前提是 1 支持串行通讯安装相应品牌PLC的编程软件。
4.3 的特点与应用领域
最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
4.3.1
可编程序控制器的特点 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。
4.3.2
可编程序控制器与继电器控制系统的比较
维修方便，可在现场修改程序；维修方便，最好是插件式；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；可将数据直接送入管理计算机；在成本上可与继电器控制竞赛；输入可以是交流115V；输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；在扩展时，原有系统只要很小变更；用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。
4.3.3
可编程序控制器的应用领域
PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。例如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
4.3.4
在现代自动控制系统应用中所面临的问题
全世界几乎80%以上不同品牌的PLC是不能通用的。一个品牌就要使用对应的编程器。有多少种品牌的PLC，就要有多少种编程器。（国内现在出了一些国产PLC，是仿制国外一些品牌PLC的，这些是可以使用被仿制品牌的编程器的。）
手提编程器价格昂贵，而且编程使用指令操作（不能用梯形图），可读性不高，非常不方便。
所以，做工程的人大多会使用电脑来对PLC编程。需要说明的是，使用电脑编程还需要有配套的程序下载连线。也是每个品牌都有专门线的（互不通用）。但是这种连线比起手持编程器来说，不知道便宜多少。
4.4
我国常用的性能比较研究
目前我国主要使用和研究用松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士等。各个应用PLC的厂家都会保护自己的程序不被别人抄写，和设备厂家为了能控制使用和回收货款.在程序内设定一些参数进行控制。各厂家都有各自的加密方式：三菱PLC的解密最简单，其中以西门子S7-200CN的加密最复杂，只有拆机从芯片破解。
4.4.1 的一般结构
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
I/O模块
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
常用的I/O分类如下：
开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
电源模块
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。
底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
PLC系统的其它设备
编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。
人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
PLC的通信联网
依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出“网络就是控制器”的观点说法。
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。
4.4.2
基本工作原理
最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。它采用可以编制的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
4.5
我国常用的性能特点
具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。
4.5.1
SIMATIC S7系列
SIMATIC S7系列主要有S7—200、S7—300、S7--400、m7等。
4.5.2
S7-300系列可编程序控制器
S7--300周而复始地执行应用程序，控制一个任务或过程。利用STEP 7--Micro/WIN可以创建一个用户程序并将它下载到S7--300中。STEP 7--Micro/WIN软件中提供了多种工具和特性用于完成和调试应用程序。
4.5.3
控制系统设计内容
EN/ENO的定义 EN（使能输入）是LAD和FBD中盒的布尔输入。要使盒指令执行，必须使能流到达这个输入。在STL中，指令没有EN输入，但是要想使STL指令执行，堆栈顶部的逻辑值必须是“1”。
ENO（使能输出）是LAD和FBD中盒的布尔输出。如果盒的EN输入有能流并且指令正确执行，则ENO输出会将能流传递给下一元素。如果指令的执行出错，则能流在出错的盒指令处被中断。
在STL中没有使能输出，但是STL指令象相关的有ENO输出的LAD和FBD指令一样，置位一个特殊的ENO位。这个位可以用AND ENO（AENO）指令访问，并且可以产生与盒的ENO位相同的作用。
4.5.4
控制系统设计步骤
1．熟悉被控对象，制定控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对 PLC控制系统的控制要求。
2．确定I／O设备 根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的I／O点数。
3．选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I／O模块、电源的选择。
4．分配PLC的I／O地址
根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入／输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。
5．设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。
6．联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。开始时，先不带上输出设备（接触器线圈、信号指示灯等负载）进行调试。利用编程器的监控功能，采分段调试的方法进行。各部分都调试正常后，再带上实际负载运行。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部分程序即可，全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改则应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
7．整理技术文件 包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。4.5.5
控制系统的硬件设计
本系统的硬件结构如图2所示，它由6台水泵、17个远程I／O分站、1个控制柜(包括变频器、PLC、4个16点DI模块、2个16点DO模块、3个8点AI模块、1个8点AO模块和1个以太网模块等)、1套压力传感器、各种保护装置以及供电主回路等构成。其中，PI。C模块和变频器模块是系统的控制核心。
4.6
控制系统的软件设计
根据功能要求, PLC控制系统的软件设计方案主要采用顺序控制继电器指令,软件设计主要包括加速、恒速、减速三段梯形图。其中主程序流程图如图6所示,加速部分流程图如图7所示;恒速部分采用P ID算法,减速部分与加速部分类似。
4.6.1 软件设计概述
网络结构采用环型拓扑型式，总体结构采用三层网络结构模式，分别为调度指挥控制中心以太网、1 000 M工业以太网及接入系统网络。系统由主干千兆光纤工业以太环网、调度指挥控制中心骨干路由网关、工业以太网交换机以及连接用光纤、光配等组成。
4.6.2
软件设计 系统软件设计主要包括上位机监控软件设计和下位机PI。C控制软件设计。上位机与下位机之间通过以太网方式通信，共同完成整个控制系统的现场流程控制和远程监测管理功能。上位机控制系统主要实现远程监测和管理功能，利用组态软件进行组态，通过具体运行工况动态显示、实时数据获取及显示、历史数据存储与打印、故障报警等功能，实现整个系统的集中监测和控制。由于供水系统是一个惯性较大的系统，不需要过高的响应速度，因而在PI。C程序的设计思想上查询方式为主，中断方式为辅。其具体程序流程如图3所示。核心技术
该恒压系统采用PID控制，具体结构如图4所示。其流程如下所述：当系统开始工作时，首先接通变频器，然后通过接触器把水泵电机接入变频输出电路，实现电机软启动；同时，安装在供水管网出水I：1的压力传感器将水压转换为4～20 mA的电信号，PLC根据给定值与测量值的偏差大小，按照
PID控制器的控制策略选择原则，在压力允许范围内，由变频器调整电机转速达到调节压力的目的。在超出压力允许的范围内，通过结构调整，再结合变频达到调节压力的目的。
当用户用水量增加时，使得水管压力下降，此时PLC输出相应控制信号，使变频器带动水泵电机升速，直至变频器输出至工频，把更多的水送往出水管网。电机由变频到工频的转换时间应尽可能短。而电机脱离变频后，在水压的作用下，电机转速下降很快，转换时间过长，会导致电机启动电流增加。因此，应在电路设计与软件设计中，考虑变频与工频接触器的互锁。通常，PID连续控制算法表达式为
具体到本例中，K。一0．18，K．=o．08，Kd=1，压强设定值为0．32 MPa，则其控制效果曲线如图5所示。
此外，根据日用水量变化情况，用水高峰集中在早、中、晚3个时段，而在深夜用水量处于低谷。因此，如果改变不同时段的压力给定值，就能更进一步地起到节能的作用。
4.6.3
程序设计的常用方法
主干网络的布置以调度室和水厂的交换机为核心，其它子系统交换机为系统以后的改造、信号的上传预留接口，所有交换机形成环网，并通过光纤彼此相连，从而使得各个子系统的信号可以汇总传送到调度室交换机上，系统网络平台结构如图1所示。
图1
4.6.4 程序设计步骤
初始化程序: LD SM0.0 // 开机始终为ON MOVB
16#9,SMB30
file://自由口通信，选择9600波特，8位数据位，无校验 MOVB
16#2, VB0 file://预设PLC地址 MOVD
&VB1000, VD20
file://设置接收缓冲区，将其首地址传给指针VD20 MOVD
&VB1200, VD30
file://设置发送缓冲区，将首地址传给VD30 MOVD
VD20, VD24 file://指针值保存 MOVD
VD30, VD34 MOVB
8, SMB34
file://设置8ms的定时器0时基中断
ATCH
0,8
file://接收字符连接到中断0，连接静止线定时器和接收器 ATCH
1,10 file://定时中断0，连接到中断1 ENI
file://开中断
为了保证通讯接收的可靠性，程序采用前导符，PLC地址，静止线接收，结束字符。首字符的确认可通过设置前导符来完成，并且通过比较还可以剔除部分干扰字符。首字符确认: Network 1
file://判断前导符 LD
SM0.0 AB<>
SMB2, 16#40
file://不是前导符则跳出中断 RETI Network 2
file://终止定时中断 LD
SM0.0 DTCH
file://断开时基中断 Network 3
file://是前导符则连接中断3 LD
SM0.0 AB=
SMB2, 16#40 ATCH
3, 8 静止线是通讯过程中的一个检测用时间，即设定的数据传输过程中无任何数据的任意2点的间隔时间。静止线的设计和处理包括长度的确定及定时器和接收器的设计。INT_
// 静止线定时器 LD
SM0.0 ATCH 1, 10
file://静止线定时器采用8ms的时基中断。INT_1
// 静止线接收器 LD
SM0.0 ATCH 2, 8 file://开始接收字符 尾字符的确认和校验处理: Network 1 // 接收及计算校验码 LDN M0.0 LDB<>
SMB2, 16#2A
// 判断是否为第一个结束符 MOVB
SMB2，*VD24
file://不是则保存数据并计算异或值 XORW
SMW1, AC0 INCD
VD24 INCD
VB40 Network 2
file://如果是第一个结束符，则对M0.0置位，并跳出中断，file://接收下一个字符，看是否为第二个结束符 LDN
M0.0 AB＝
SMB2,16#2A S M0.0, 1 MOVB
SMB2, AC1 RETI Network3 LD M0.0 AB<> SMB2, 16#0A
file://判断第二个结束符，如不是则继续执行
AB<> SMB2,16#2A
file://判断又是第一个结束符？不是则执行保存数据，file://异或运算，并对M0.0复位。XORW
AC1, AC0 MOVB
VB300, *VD24 INCD
VD24 MOVB
SMB2, *VD24 XORW
SMW1, AC0 INCD
VD24 INCD
VB40 INCD
VB40 R M0.0, 1 RETI Network 4
file://如果又是第一个结束符，则上一个是有用的数据，需要保存 LD M0.0 AB= SMB2, 16#2A XORW AC1, AC0 MOVB VB1300, *VD24 INCD VD24 MOVB SMB2, AC1 RETI Network 5
file://如前一个为2A，现在接收到0A，则接收完毕，启动延时中断 LD
M0.0 AB= SMB2, 16#0A DTCH
file://断开接收状态，准备组织发送 MOVB
20, SMB34 ATCH
5, 10
第5章 PLC控制系统的设计
5.1 概述
与传统的继电器-接触器控制系统相比，PLC控制系统具有更好的稳定性，控制柔性，维修方便性，随着PLC的普及和推广，其应用领域越来越广泛。特别是在许多新建项目和设备的技术改造中，常常采用PLC作为控制装置。
5.2 输入输出分配
PLC输入端子板是将机床外部开关的端子连接转换成I/O模块所需的针形插座连接，从而使外部控制信号输入至PLC中。同样，PLC输出端子板是将PLC的输出信号经针形插座转换外部执行原件的端子连接。
5.2.1 输入口
其输入口I模块组的的输入元件组成是由;控制按钮、行程开关、接近开关、压力开关、玩控开关组成。输入又分为如图5-15；
5.2.2 输出口
其输入口O模块组的的输入元件组成是由；接触器、继电器、来组成的。而输出方式又分为如图；
5.2.3 辅助触点
主要用于二次回路中，容量小，分常开触电和常闭触电两种，主要用于控制、测量、仪表、信号、保护等回路。我们在进行操作时，就是利用小小的辅助触电去接通和断开主触点去接通和断开主触点的线圈，从而控制主回路。
5.3 控制系统功能介绍 最大限度的满足被控对象的控制要求。
在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。
保证控制系统安全可靠。考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。
5.4 恒压供水系统的流程图
5.5 控制系统的可靠性及应用程序设计
该系统逻辑控制采用PLC控制变频器实现恒压调速供水，使用方便，工作可靠，系统压力恒定，具有较好的控制效果。
5.5.1 程序的优化设计
增加主泵是将当前主泵由变频转工频，同时变频起动一台新水泵的切换过程。当变频器输出上限频率，水压达到压力下限时，PLC 给出控制信号，PLC 的Y0 失电，变频器的FWD端子对CM 短接，变频器的自由制动停车，切断变频器输出，延时500ms 后，将主水泵与变频器断开，延时300ms(防止变频器输出对工频短路)，将其转为工频恒速运行，再延时200～300ms PLC 的Y0 得电，变频器以起始频率启动一台新的主水泵。这段程序设计时要充分考虑动作的先后关系及互锁保护。
5.5.2 应用程序的设计
在系统开始工作的时候，先要对整个系统进行初始化，即在开始启动的时 候，先对系统的各个部分的当前工作状态进行检测，如出错则报警，接着对模拟量(管网压力、液位等)数据处理的数据表进行初始化处理，赋予一定的初值。
5.5.3 故障检测程序的设计
对水位过低、水压上下限报警、变频器故障等故障给出报警，并做出相应的故障处理。
(1)欠水位故障：进入P0 处理模块，停止全部的电机运行，防止水泵空转。当欠水位信号解除后，延时一段时间，自动执行以下程序。
(2)压力上下限报警：输出报警信号，报警信号30s 内未解除，则进入P0 处理模块，停止全部的电机运行。信号解除则自动运行以下程序。
(3)变频器故障：变频器出现故障时，对应PLC 输入继电器X5 动作，系统自动转入自动工频运行模块。此时变频器退出运行，三台主泵电机均工作于工频状态。该方式下的水泵的投入和切除顺序和自动变频恒压运行方式时的大致相同，只是原来运行在变频状态下的电机改为了工频运行。由于没有了变频器的调速和PID 调节，水压无法恒定。为防止出现停开一台水泵水压不足而增开一台水泵又超压造成系统的频繁切换，通过增加延时的方法来解决。设定延时时间为20 分钟。
第6章 系统调试
6.1 变频器关键参数的设定
运用变频器加减速时间—加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间，减速时间是从最大频率下降到0所需时间。通常频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求；将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是；防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。减速时间设定要点是；防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先预定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳的加减速时间。
6.2 PLC的变频调速恒压供水系统调试
(1)对五台供水系统进行PLC自动控制改造，实现供水的远程控制和生产设备的集中控制。
(2)在改造原有系统的基础上，将供水系统电机的直接启动控制方式改为变频控制，减小对系统电网的冲击和节约能源。
(3)制定具体实施的控制方式、设备启停步骤、软件功能、通讯方式、功能扩充、报警系统（故障诊断、显示、排除）。
(4)采用相应的控制算法，实现供气的恒定，提高供气质量和效率，保证供水系统的安全供水。
（二）系统控制功能要求如下：
(1)实现调度指挥操作生产自动化；
(2)实现设备顺序控制，减少供水起、停时间，并对各设备的运行状态进行自动检测，实现设备的故障自动诊断和保护，从而提高生产效率；(3)实现供水组的自动控制，这主要包括：单台供水系统的自动启停，电机组的顺序启停控制，空压机组的集中控制和保护，提高生产效率；
(4)增强软、硬件功能，保证整个系统的安全性和可靠性，并具有一定的先进性和代表性。
（三）集控系统要求如下：
1、集控系统的基本功能
1)系统的控制方式
为方便灵活地对所有设备进行控制，主要工艺流程设备的运行采用五种控制方式：
远程自动控制：由集控室开启设备起、关闭命令，实现现场相关设备的按流程变频恒压供水控制；
远程单遥控：由集控室发出单台设备起、关闭命令，实现设备之间单个切换运行，用于特殊设备的单个起、关闭控制；
紧急关闭：当现场或集控室出现故障，需要立即对分系统停车关闭时，由程序或现场实现紧急停车控制，在现场操作与在集控室操作PLC的执行是等价的。需在集控室进行复位后才能重新开启。
2)集控系统的顺序启、停控制步骤
开启前的操作
a、控制方式选择：集控方式下，PLC执行用户程序的全部控制功能。单个方式下，PLC仅执行模拟显示功能。
b、流程选择：当选定自动控制流程后，PLC将检测有关输入状态，判断参与该流程控制的恒压供水系统，设备工作方式，以及保护点状态等是否满足开启条件，若条件具备，则先发出信号“系统准备开启”。否则将对所检测出的故障点，作出多方位报警。
c、远动设备：对不需参予时序起动，或难以进入顺序开启过程的设备，可以在开启前按闭锁关系远动控制起动该设备。开启过程控制
a、当前述指令操作完毕，系统准备就绪，发出开启指令，所选PLC变频恒压供水系统在指定的开启方式下进入供水控制过程。
b、在供水过程中出现故障时，供水指令自动撤除并报警，已起设备保持运行，在短时间排除故障后，可从故障设备继续起车；否则可全部停车。c、对供水过程的时间累计并显示。
系统运行的闭锁控制
a、在运行过程中出现故障时，系统闭锁保护、报警。b、对系统有效工作时间自动统计，显示。c、对各种保护、运行参数实时检测。
供水过程控制
a、当系统对任一流程供水停车指令后，PLC将按用户程序完成停车功能控制。b、对供水过程累计时间及总停车时间显示。
3)故障报警系统
a.当设备发生故障或运行条件不满足时，能根据闭琐关系控制设备供水，并在监控操作站上显示故障原因。b.报警方式：现场使用电笛报警、集控室内使用语音报警，并能够即时显示报警清单。如图;
结束语
传统恒压控制系统的供水管网能耗大、设备损耗快、对电网要求高，随着变频技术的发展与应用及PLC技术的应用普及，PLC控制的变频调速恒压供水系统已成为供水系统网络应用的主流，恒压供水系统解决了传统高压供水系统与水塔式供水系统的不足。
采用变频调速和可编程控制器控制的恒压供水系统可以根据根据系统设定压力自动调整水泵电机转速，从而调节水泵流量，利用其控制系统可以优化泵组的调速运行，自动调整供水水泵的台数，完成供水系统的自动控制。致谢；
感谢老师对我们的指导以及对变频恒压供水系统是现代建筑中普遍采用的一种水处理系统的了解和认识。随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压供水系统的节能特性使得其越来越广泛用于工厂、住宅、高层建筑的生活及消防供水系统。恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小，总能保持网管中水压的基本恒定。变频恒压供水系统利用PLC、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使管网压力保持恒定，代替了传统的水塔供水控制方案，具有自动化程度高，高效节能的优点，在高速科技发展的今天使得小区供水和工厂供水控制中得到广泛应用，并取得了明显的经济效益。
此致
敬礼
参考文献··········································
《变频调速技术与应用》
编著丁斗章
机械工业出版社
《变频器调速系统设计与应用》
编著 王树
机械工业出版社
《典型自动化设备及生产线应用与维护》
编著鲍风雨
机械工业出版社 《可编程控制器原理于应用》
编著 史增芳
中国林业出版社
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