1、控制系統設計作者姓名: 古曉龍專業名稱: 電子測量技術與儀器 指導老師: 閆智武 講師摘要現在，城市火災、森林火災出現的頻率較高，怎樣才能減少損失，消防部門責任較大，因此研究高效能的消防給水泵控制系統可以減少財產損失，具有一定的實際應用價值。本論文敘述了用西門子S7-200型PLC實現對消防水泵知道控制的方法。用PLC實現對消防水泵的控制，簡化系統的結構和配線，提高了系統的可靠性，并且增加了傳統繼電器控制系統無法實現的定期主備互投和自動測試功能。本文介紹了以可編程邏輯控制器為核心的控制系統，并對其工作原理、硬件設計、軟件設計進行重點闡述，從而對傳統的消防給水泵系統進行改造，可以有效的解決以前系

2、統故障率高、可靠性差、能源浪費嚴重等一系列問題。同時，系統具有自動和手動兩種控制方式，便于對系統進行維護修理，提高效率，實現自動化消防給水。 日用消防水泵房控制系統采用計算機控制技術，核心部分采用西門子S7-200型PLC，PLC對泵運行的各工藝參數進行采集、處理，實現泵與泵、閘閥等設備之間閉鎖，并可通過設于PLC對泵運行的各工藝參數進行采集、處理，實現泵與泵、閘閥等設備之間閉鎖，并可通過設于印，顯示故障顯示等集中管理。上位機配有與上級管理系統通訊的接口，可與礦局域網相連使上級管理系統實現對日用消防水泵房的監控。當調試、現場檢修或集控系統出現故障時，可由就地按鈕箱上按鈕操作。 關鍵詞：PLC

3、消防給水泵 自動控制 AbstractNow, the city fire, forest fires will appear the frequency is higher, how to reduce losses, fire departments responsibility, so the study of efficient large fire pump control system can reduce property losses, and has certain practical values.control systems work principle, the ha

4、rdware design and software design. Thus transformed the traditional city water-supply system. Effective settlement the system publishes fault rate high, energy series waste such as these problems. Meanwhile, the system has automatic and manual two kinds of control way. Can be convenient maintain and

5、 repairing to the system. Raise the efficiency, realize automation supplies water.In this paper,The author descripts how to use Siemens S7-200 PLC to contorl firefighting pump.Using PLC can simplifiy the system structure,make the system more reliable,and proform fixed period main/backup pump switchi

6、ng and automatic testing that can never be realized before.Daily fire water pumping house control system adopts computer control technology, the core part adopts panasonic Siemens S7-200 type of PLC, PLC of pump operation of various parameters on acquisition, processing, realize pump and pump, gate

7、valve closure, and equipment through between set in the pump running PLC in various process parameters for acquisition, processing, realize pump and pump, gate valve closure, and equipment through between located in print, shows fault display centralized management. PC with superior management syste

8、m and communication with the interface, and ore lans make superior management system to realize the fire water pump in daily monitoring. When commissioning, field repair or set control system malfunction, but by in situ button box on button operation.Keywords:PLC Fire pump Automatically Control目錄摘要I

9、AbstractII目錄III1 緒論1 本課題研究設計背景和目的1 設計任務及內容21.2.1 設計任務21.2.2 設計內容22 可編程序控制器（PLC）的概述4 PLC的定義4 PLC的特點4 PLC的一般組成和基本工作原理5 PLC的一般組成5 PLC的基本工作原理6 PLC的應用設計步驟63 消防給水系統的特性及原理8 給水系統基本特性8 給水系統實現方式9 異步電動機調速的方法及其原理9 變極調速10 變轉差調速10 變頻調速11 水泵調速運行節能原理124 給水泵組及控制要求及控制系統144.1 變頻給水泵組14 泵組的控制要求14 控制系統設計15 系統主回路15 系統的PLC

10、的I/O接線圖164.3.3 系統的二次控制回路174.3.4 控制柜面板指示燈回路17 可編程序控制器PLC的輸出輸入信號18 變頻器的控制回路185 系統硬件選型19 PLC195.2 變頻器19 水壓傳感器20 模擬量轉換模塊22 電動機246 變頻器及電動機參數247 硬件連接268 系統PID設計289 系統程序29 地址分配表29 梯形圖29總結30致謝31參考文獻32附錄331 緒論 本課題研究設計背景和目的在我國目前的經濟、技術條件下,消火栓系統仍是高層民用建筑最基本的滅火設備。發生火災時,消防水泵及時啟動加壓是保證消火栓系統正常運行的重要步驟。為此,有相關規定:臨時高壓給水系

11、統的每個消火栓處應設置直接啟動消防水泵的按鈕,并應設有保護按鈕的設施,以便迅速遠距離啟動消防泵(設計中較常采用破玻按鈕)。在高層民用建筑自動消防系統設計中(電氣專業),消防水泵的啟動依據就是破玻按鈕的動作。倘若在消防系統運轉過程中出現下列情況(1)有人出于好奇或惡作劇在無火災時啟動按鈕；(2)發生火災時,慌亂中人可能先擊碎破玻按鈕,然后才動用水槍滅火,由于不熟練,在展開水帶、連接搭扣、開啟閥門等步驟中就會延誤一些時間, 或者由于火情危急, 現場中人僅擊碎破玻按鈕而來不及動用水槍滅火。這兩種情況都會導致整個消防管網在沒有投入運行前(無槍出水滅火)消防水泵已經啟動，這必然造成消防管網壓力劇增，產生

12、嚴重超壓現象, 極有可能引起管網爆裂。火災時若發生管網爆裂, 整個消火栓系統就會癱瘓, 后果不堪設想。隨著技術的發展，很多設備需要改造，如啟動方式和元件的升級換代，很多設備的遠程操作和使用方法需要調整，如就地控制改為遠動控制或計算機控制等。對于這些技術的更新，傳統控制回路設計方式所存在的元件數量多、元件使用壽命較短、接線復雜、通用性差等缺點給設備的改造、維護帶來了較多的困難。另外，盡管規范、規章明確要求消防設施，器材應定期維護保養，但是目前消防水泵都不能做到定期試機運行，天長日久就會導致泵體、底閥和單向閥卡死、銹死，所以經常會出現在發生火災時設備不能充分發揮作用，造成不應有的損失。為此，民用建

13、筑水滅火系統設計規程規定超高建筑、一類高層公共建筑的消防泵宜設定時自檢裝置。可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，綜合了微電子技術、計算機技術、自動化技術和通信技術而發展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，具有結構簡單、性能優越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優點，近年來在工業自動控制、機電一體化、改造傳統產業等方面得到了廣泛的應用。目前，世界上許多工業國家把PLC 的使用作為衡量電氣控制水平的標志。因此，本系統采用可編程控制器（PLC）對消防泵組進行控制，實現泵組在備用時定期試運行，撲救火災時自動啟動，從而有效地杜絕消防水泵關鍵時刻不能用的情況。目前，一旦遇到火災都會出現大量的

14、人員傷亡和財產損失，為什么會出現這樣的狀況呢。因為現在一旦火災發生就很難控制，無法及時的撲救和報警。本課題研究的基于PLC的消防給水泵控制系統將在自動撲救火災的環節起到重要的作用。本課題的研究將會給人們的生產生活安全帶來更加強力的保障。采用PLC控制的消防給水泵，有利于及時了解消防泵的實際性能，能解決消防泵的銹蝕卡死問題、保持消防泵良好的工作狀況，也有利于消防管理系統的智能化。它對提高消防給水系統的可靠性具有劃時代的意義。極大的提高了在發生火災時人的生命財產安全。1.2 設計任務及內容 設計任務用西門子S7-200型PLC實現對消防水泵知道控制的方法。用PLC實現對消防水泵的控制，簡化系統的結

15、構和配線，提高了系統的可靠性，并且增加了傳統繼電器控制系統無法實現的定期主備互投和自動測試功能。設計內容通過對現有給水系統的調研和分析，確定以工作可靠、性能穩定、價格合理等特點的西門子S7-200型PLC和西門子變頻器構成的控制核心來設計消防給水系統，確定控制要求，設計控制軟件，并在工程項目實踐中考驗與使用，保證整個系統運行可靠，安全節能，獲得最佳的技術經濟性能。具體的研究內容主要包括以下幾個方面：1、 分析給水系統特性和原理，分析和論證變頻調速方式在消防給水系統中的節能原理和效果。通過對比異步電動機的調速方法后,給水系統中采用的變頻調速節能效果顯著。最后列舉消防給水系統的主要特點。 2、本文

16、就最簡的給水泵組控制系統的設計做了詳細的敘述，包括硬件電路設計，控制軟件的總體方案及程序結構設計，以及相關的控制程序實際。闡述設備的調試及變頻器參數設定。最后還提出了保障系統可靠性的一些措施。2 可編程序控制器（PLC）的概述2.1 PLC的定義 1987年2月，國際電工委員會（IEC）對可編程序控制器的定義是：可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，是專為在工業環境下的應用而設計的。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內部存儲程序、執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術操作等面向消防的指令，并通過數字式或模擬式輸入/輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關外部設備，都按

17、易于與工業控制系統連成一個整體、易于擴充功能的原則設計。2.2 PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性好 PLC在電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸取了生產廠家長期積累的生產控制經驗，主要模塊均采用大規模與超大規模集成電路。I/O系統設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。 （2）控制系統結構簡單，通用性強 PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統。 （3）編程方便，易于使用 PLC是面向消防的設備，PLC的設計者充分考慮到現場工程技術人員的技能和習慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業控制的簡單指令形式。梯

18、形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內學會。 （4）功能完善 PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應與任何形式和性質的開關量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現延時、鎖存、比較、跳轉、和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術運算、數制轉換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監控、打印、及報表生成等功能。 （5）設計、施工、調試的周期短 用繼電接觸器控制完成一項控

19、制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結構，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。 （6）體積小，維護操作方便 PLC體積小，質量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統能夠直觀的反映現場總線信號的變化狀態，還能通過各種方式直觀的反映控制系統的運行狀態。 （7）易于實現網絡化 PLC可連成功能很強的網絡系統。 （8）可實現三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結

20、（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規模和要求的控制系統，以適應各種工業控制的需要。2.3 PLC的一般組成和基本工作原理2.3.1 PLC的一般組成目前PLC種類繁多，功能和指令系統也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業控制的專用計算機，所以其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機相似。一般地PLC主要由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM和ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、電源及其他可選組件構成。前三大部分是PLC完成各種控制任務所必需的，一般稱為PLC的基本組成部分，其它可選組件包括編程器、外存儲器、I/O模塊及通信接口等。2.3.2 PLC的基本工作

21、原理2.4 PLC的應用設計步驟PLC控制系統是以程序形式來體現其控制功能的，大量的工作時間將用在軟件設計，即程序設計上。PLC程序設計可遵循以下六步進行： （1）確定被控系統必須完成的動作及完成這些動作的順序。 （2）分配輸入輸出設備 即確定哪些外圍設備是送信號到PLC，哪些外圍設備是接受來自PLC信號的。并將PLC的輸入輸出口與之進行分配。 （3）設計PLC程序畫出梯形圖。梯形圖體現了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關系。 （4）實現用計算機對PLC的梯形圖的直接編程。 （5）對程序進行調試（模擬和現場）。 （6）保存已完成的程序。顯然，在建立一個PLC控制系統時，必須首先把系統需要

22、的輸入，輸出數量確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關系。確定控制上的相互關系之后，即可進行編程的第二步-分配輸入輸出設備。在分配了PLC的輸入輸出點，內部輔助繼電器，定時器，計數器之后，就可以設計PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時要注意每個從左邊開始的邏輯行必須終止于一個繼電器線圈或定時器，計數器，與實際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計算機并下裝到PLC進行模擬調試，修改直至符合控制要求，這便是程序設計的整個過程。3 消防給水系統的特性及原理給水系統的參數表明了給水的性能。但各參數之間不是靜止孤立的，相互間存在一定的內在聯系和變化規

23、律。這種聯系和變化規律可用給水系統的特性曲線直觀地反映，主要有揚程特性曲線和管阻特性曲線。見圖3.1。水系統的基本特性和工作點揚程特性是以給水系統管路中的閥門開度不變為前提，表明水泵在某一轉速下揚程與流量Q之間的關系曲線f（Q）。由圖3.1可以看出，流量Q越大，揚程H越小。由于在閥門開度和水泵轉速都不變的情況下，流量的大小主要取決于消防的用水情況，因此，揚程特性所反映的是揚程H與用水流量Qv之間的關系。而管阻特性是以水泵的轉速不變為前提，表明閥門在某一開度下，揚程H與流量Q之間的關系H=f(Qv)。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規律。由圖可知，

24、在同一閥門開度下，揚程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，給水系統向消防的給水能力。因此，管阻特性所反映的是揚程與給水流量Qg之間的關系H=f(Qg)。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為給水系統的工作點，如圖3.1中A點。在這一點，消防的用水流量Qv和給水系統的給水流量Qg處于平衡狀態，給水系統既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統穩定運行。圖3.1 給水系統的基本特性實現對給水系統的控制就是為了滿足消防對流量的需求。所以，流量是給水系統的基本控制對象。而流量的大小又取決于揚程，而揚程難以進行具體測量和控制。考慮到動態情況下，管道中水壓的大小是揚程大小的

25、反映，而揚程與給水能力(由流量Qg表示)和用水需求(由用水流量Qg表示)之間的平衡情況有關。若：給水能力Qg用水需求Qv，則壓力P上升;若：給水能力Qg用水需求Qv，則壓力P下降;若：給水能力Qg用水需求Qv，則壓力P不變。由此可見，流體壓力P的變化反映了給水能力Qg與用水需求Qv之間的矛盾。從而，選擇壓力控制來調節管道流量大小。這說明，通過恒壓給水就能保證給水能力和用水流量處于平衡狀態，恰到好處地滿足了消防所需的用水流量。將來消防需求發生變化時，需要對給水系統做出調節，以適應流量的變化。這種調節就是以壓力恒定為前提來實現的。常用的調節方式有閥門控制法和轉速控制法兩種。1、閥門控制法轉速保持不

26、變，通過調節閥門的開度大小來調節流量。實質是水泵本身的給水能力不變，而通過改變水路中的阻力大小來強行改變流量大小，以適應消防對流量的需求。這時的管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性則不變。2、轉速控制法閥門開度保持不變，通過改變水泵的轉速來調節流量。實質是通過改變水泵的給水能力來適應消防對流量的需求。當水泵的轉速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。3.3 異步電動機調速的方法及其原理通過轉速控制法實現恒壓給水，需要調節水泵的轉速。水泵通過聯軸器由三相異步電動機來拖動，因此水泵轉速的調節，實質就是異步電動機轉速的調節910。異步電機的轉差率定義為： （3.1） 異步電機的同步速

27、度為： （3.2） 異步電機的轉速為： （3.3） 其中：s為轉速差；n1為異步電機的理想空載轉速，r/min；n為異步電機轉子轉速，r/min；f是異步電機的定子電源頻率；p為異步電機的極對數。可知調速方法有：變極調速、變轉差調速和變頻調速。3變極調速在電源頻率一定的情況下，改變電動機的磁極對數，實現電機轉速的改變。磁極對數的改變通過改變電機定子繞組的接線方式來實現。這種調速方式只適用于專門的變極電機，而且是有極調速，級差大，不適用于給水系統中轉速的連續調節。3變轉差調速通過改變電動機的轉差率實現電機轉速的改變。三相異步電動機的轉子銅損耗為： （3.4）該損耗和電機的轉差率成正比，又稱為轉差

28、功率，以電阻發熱方式消耗。電動機工作在額定狀態時，轉差率很小，相應的轉子銅損耗小，電機效率高。但在給水系統中由轉速控制法實現恒壓給水時，為適應流量的變化，電機一般難以工作于額定狀態，其轉速值往往遠低于額定轉速，此時的轉差率增大，轉差功率增大，電機運行效率降低。雖然變轉差調速中的串級調速法能將增加部份的轉差功率通過整流、逆變裝置回饋給電網，但其功率因數較低，低速時過載能力低，還需一臺與電動機相匹配的變壓器，成本高，且增加了中間環節的電能損耗。因此變轉差調速方法不適用于恒壓給水系統中的轉速控制法。3變頻調速從公式(3.3)可知，當極對數p不變時，電機轉子轉速n與定子電源頻率f成正比，因此連續調節異

29、步電機供電電源的頻率，就可以連續平滑地調節電機的同步轉速，從而調節其轉子的轉速。這種調速方式需要專用的變頻裝置，即變頻器。最常用的變頻器采取的是變壓變頻方式的，簡稱為VVVF (Variable voltage Variable Frequency)。在改變輸出頻率的同時也改變輸出電壓，以保證電機磁通基本不變，其關系為：U1/f1=常數式中：U1為變頻器輸出電壓；f1為變頻器輸出頻率。變頻調速方式時，電動機的機械特性表達式： （3.5） 式中：m1為電機相數；r1為定子電阻；X1為定子漏電抗；x2為轉子漏電抗折算值。頻率f從額定值fn往下調時，電機機械特性的變化情況，如圖3.2所示。圖中Fnf

30、1f2f3f3f4。圖3.2 變頻調速機械特性水泵調速運行節能原理在給水系統中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉速控制法。閥門控制法是通過調節閥門開度來調節流量，水泵電機轉速保持不變。其實質是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨著閥門開度的改變而改變，但其揚程特性不變。由于實際用水中，需水量是變化的，若閥門的開度在一段時間內保持不變，必然要造成超壓或欠壓現象的出現。轉速控制法是通過改變水泵電機的轉速來調節流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動能改變流量。因此，揚程特性將隨水泵轉速的改變而改變，但管阻的特性不變。變頻調速給水方式屬于轉速控制。其工作原理是根據

31、消防用水量的變化自動地調整水泵電機的轉速，使管網壓力始終保持恒定，當用水量增大時電機加速，用水量減小時電機減速。圖3.3 管網及水泵的運行特征曲線用閥門控制時，若給水量高峰期水泵工作在E點，流量為Q1，揚程為H0，當給水量從Q1減小到Q2時，必須關小閥門，這時閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從3移到1，揚程特性曲線不變。而揚程則從H0上升到H!，運行的工況點從E點移到F點，此時水泵輸出功率用圖形表示為(,Q1 ,F ,H1)圍成矩形部分，其值為:（3.6） 用調速控制時，若采用恒壓(H0)、變速泵(n2)給水，管阻特性曲線為2，揚程特性變為曲線n2，工作點從E點移到D點。此時水泵輸出功率用圖形表示

32、為(,Q2 ,D ,H0)圍成的矩形面積，其值為： （3.7） 可見，改用調速控制，節能量為(H0,D ,F ,H1)圍成的矩形面積，其值為： （3.8） 所以，當用閥門控制流量時，有功率被浪費掉。并且隨著閥門的不斷關小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運行工況點也隨之上移，于是增大，而被浪費的功率要隨之增加。根據水泵變速運行的相似定律，變速前后流量Q、揚程H、功率P與轉速N之間關系為：； ； （3.9）式中，Q1、H1、P1為變速前的流量、揚程、功率，Q2、H2、P2為變速后的流量、揚程、功率。 由公式(3.9)可以看出，功率與轉速的立方成正比，流量與轉速成正比，損耗功率與流量成正

33、比，所以調速控制方式要比閥門控制方式給水功率要小得多，節能效果顯著。4 給水泵組及控制要求及控制系統 變頻給水泵組 變頻給水泵組通常由24臺相同功率及類型相同的水泵并聯運行，為維修、安裝及減振需要，每臺泵的進出水管上必須裝有閥門、止回閥、橡膠接頭等配件。由4臺水泵構成的變頻泵組實例如 下圖：圖4.1 變頻給水泵組1、自來水進水閥 2、液壓水位控制閥 3、浮球閥 4、儲水箱 5、閥門 6、橡膠接頭7、水泵 8、橡膠接頭 9、止回閥 10、閥門 11、出水總管 泵組的控制要求對變頻給水泵組的控制要求是PLC程序設計的依據，因此在設計控制系統及程序之前必須確定具體的控制要求。為節省控制成本，可采用一

34、臺變頻器對4臺水泵進行變頻控制。常規的變頻器均集成有PID閉環控制功能，如使用變頻器的PID功能，則PLC就僅負責控制水泵的切換。控制系統為閉環控制系統，通過壓力傳感器對消防管網壓力進行實時采樣，并與設定壓力值比較，根據壓力偏差來控制變頻泵的速度及定量泵的啟、停，實現恒壓、變量的供水，以達到節能、恒壓的目的。其控制要求是：當消防管網壓力低于設定壓力時，控制器通過壓力傳感器檢測，輸出控制信號啟動其中一臺水泵作變頻運行，通過控制變頻泵使消防管網壓力與設定壓力值相等。如消防用水量較大，變頻器輸出頻率達到50Hz , 變頻泵達到最高轉速，而消防管網壓力仍然低于設定壓力，控制器將變頻泵切換成工頻運行，待

35、變頻器輸出頻率下降至最低值時再變頻軟啟動另一臺水泵，由一臺工頻泵和一臺變量泵同時供水。經過變量泵的切換調節，如管網壓力仍低于設定值，控制器則以同樣的方式將運行頻率為50Hz的變頻泵切換成工頻運行，而后繼續軟啟動另外一臺水泵作變頻運行，直至滿足消防用水要求為止。當消防用水量較少，變量泵轉速降到一定程度時，控制器自動停止最先運行的定量泵，并根據管網壓力調整變量泵轉速，使管網壓力始終保持恒定。這樣，每臺水泵的啟動均經變頻器控制，全部機組實現循環軟啟動，即每臺泵的啟動頻率都從設定的最低頻率開始逐漸上升。停機時遵循“先開的泵先停，先停的泵先開”的原則。各泵循環輪換工作，使水泵均衡運行。設備還可以通過時控

36、器控制水泵的強行切換。 控制系統設計4系統主回路圖4.2 變頻控制系統主回路圖中：QL：空氣開關；1KM、3KM、5KM、7KM:工頻交流接觸器；2KM、4KM、6KM、8KM：變頻交流接觸器。4系統的PLC的I/O接線圖圖4.3 PLC接線圖4 系統的二次控制回路4控制柜面板指示燈回路4可編程序控制器PLC的輸出輸入信號控制系統的PLC采用西門子S7-224產品。PLC的輸入信號是：I0.0:缺水保護信號；I0.1變頻頻率下限；I0.2變頻頻率上限；I0.5 時控信號。PLC的輸出信號是：Q0.0: 1泵變頻運行；Q0.1：1泵工頻運行；Q0.2：2泵變頻運行；Q0.3：2泵工頻運行；Q0.

37、4：3泵變頻運行；Q0.5：3泵工頻運行；Q0.6：4泵變頻運行；Q0.7：4泵工頻運行。4變頻器的控制回路變頻器采用西門子440（也可用430，但其過載能力較差，對輸入電壓的偏差要求較高）壓力傳感器接到變頻器的1#模擬輸入口。本設計使用的壓力傳感器為遠傳壓力表，遠傳壓力表要求的輸入單元不大于5V，因此必須串連一個500左右的電阻后連接到變頻器的+10V端子1。變頻器的18腳為頻率下限信號，與PLC的I0.1相連，用于控制水泵的停機；變頻器的22腳為頻率上限信號，與PLC的I0.2相連，用于控制變頻泵切換為工頻運行，然后軟啟動另一臺水泵。5 系統硬件選型5.1 PLC根據系統硬件的I/O點數、

38、內部寄存器數量及種類、智能模塊、性價比等因素，本系統選用西門子S7-200 CPU224型PLC西門子 S7-200 CPU單元CPU-224參數主要性能主要性能本機集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O 點。16K字節程序和數據存儲空間其他性能6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。特點1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器產品尺寸8062mm 變頻器變頻器：對于變頻器

39、的選型，變頻器選型時要確定以下幾點： 1)采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。 2) 變頻器的負載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。 3) 變頻器與負載的匹配問題； I.電壓匹配；變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。 II. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等則需要參考電機性能參數，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。 4) 對于一些特殊的應用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。綜上所述，本系統選用風機水泵型MM430系列西門子變頻器，型號：6SE6430-2

40、UD27-5CA0具體參數：380V-480V10%，三相，交流，7.5kW-250kW；風機和泵類變轉矩負載專用；牢固的EMC（電磁兼容性）設計；控制信號的快速響應；傳動平穩，輕松無憂 控制功能：線性v/f控制，并帶有增強電機動態響應和控制特性的磁通電流控制（FCC），多點 v/f控制； 內置PID控制器； 快速電流限制，防止運行中不應有的跳閘；數字量輸入6個，模擬量輸入2個，模擬量輸出2個，繼電器輸出3個；具有15個固定頻率，4個跳轉頻率，可編程；采用BiCo技術，實現I/O端口自由連接； 集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP通訊模塊；靈活的斜坡函數發生器，可選平滑功能； 三

41、組參數切換功能：電機數據切換，命令數據切換； 風機和泵類專用功能：多泵切換，旁路功能 手動/自動切換；斷帶及缺水檢測 保護功能：過載能力為140額定負載電流，持續時間3秒和110額定負載電流，持續時間60秒； 過電壓、欠電壓保護；變頻器過溫保護；接地故障保護，短路保護；12t電動機過熱保護； PTC/KTY電機保護。 水壓傳感器選用PT500-503水壓傳感器PT500-503水壓傳感器的詳細介紹PT500-503壓力傳感器/變送器采用全不銹鋼封焊結構，具有良好的防潮能力及優異的介質兼容性。廣泛用于工業設備、水利、化工、醫療、電力、空調、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。量

42、 程: 01150(MPa) 綜合精度: 0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS 輸出信號: 420mA(二線制)、05V、15V、010V(三線制) 供電電壓: 24DCV(936DCV) 介質溫度: -2085150 環境溫度: 常溫(-2085) 負載電阻: 電流輸出型：最大800；電壓輸出型：大于50K 絕緣電阻: 大于2000M (100VDC 密封等級: IP65 長期穩定性能: 0.1%FS/年 振動影響: 在機械振動頻率20Hz1000Hz內，輸出變化小于0.1%FS 電氣接口(信號接口): 四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母5.4 模擬量轉換模塊模擬量輸入特性輸入點數4隔

43、離(現場與邏輯電路間)光耦隔離：500VAC，1分鐘輸入類型差分輸入量程范圍電壓輸入(單極性)0-10V, 0-5V,? 0-1V, 0-500mV, 0-100mV, 0-50mV電壓輸入(雙極性)10V, 5V, 2.5V, 1V, 500mV,? 250mV, ?100mV,50mV,25mV電流輸入020mA 數據字格式1530V單極性，全量程032000雙極性，全量程-3200032000輸入分辨率電壓輸入(單極性)2.5 mV(010V量程)1.25 mV (05V量程)電壓輸入(雙極性)2.5 mV(5V量程)1.25 mV (2.5V量程)電流輸入5A (020mA量程)模數轉

44、換時間小于300s模擬量輸入響應時間共模抑制40dB，DC to 60Hz共模電壓信號電壓+共模電壓(必須小于等于12V)輸入阻抗不小于10M最大輸入電壓30V最大輸入電流30mA AD轉換器分辨率12位模擬量輸出特性輸出點數1輸出范圍電壓輸出電流輸出10V020mA輸出分辨率電壓輸出電流輸出12BIT11BIT數據字格式電壓輸出電流輸出-32000+32000032000精度電壓輸出電流輸出典型值: 滿量程的0.5%，最壞情況：滿量程的2%穩定時間電壓輸出電流輸出100s2ms最大驅動24V用戶電源電壓輸出電流輸出最小5000最大500選用EM235型具體參數如下： 電動機采用TS-200-

45、150315型電動機 揚程：h=32m 功率：37kw6 變頻器及電動機參數設定值為首先回復變頻器工廠默認值：設定P0010=30和P0970=1，按下P鍵，開始恢復，恢復過程大約3分鐘。電動機參數：參數號出廠值設定值說明P000311設用戶訪問級為標準級P001001快速調試P010000工作地區：功率以KW表示，頻率為50HZP0304230380電動機額定電壓（V)P0305100電動機額定電流（A)P030737電動機額定功率（KW)P03080電動機額定功率因數P03105050電動機額定頻率P031102800電動機額定轉速 變頻器參數：參數號出廠值設定值說明P000311設定訪問

46、級為標準級P000407命令和數字I/OPO70022命令源選擇“由端子排輸入P003012設定用戶訪問級為擴展級P000407命令和數字I/OP070111ON接通正轉P000311設定訪問級為標準級P0004010設定值通道和斜坡函數發生器P100022頻率設定值選擇為”模擬輸入“P1080012電動機運行的最低頻率P10825050電動機運行的最高頻率其最低運行頻率設定依據：電機在最低頻率運行時，最末端設備的管道仍有一定的水壓。7 硬件連接8 系統PID設計系統程序的設計系統將通過變送器傳送的實時反饋得到的反饋值與目標值進行比較，器差值送入PLC內部，經過PID模塊計算輸出變頻器參數驅動水泵轉動，進行閉環調節。 式中 ：調節器的輸出；比例時間常數；差壓設定值()與差壓實測值()之差；Ti差壓積分時間常數；差壓微分時間常數。以上所有算法，將由PL