基于PLC与变频器的恒压供水系统设计

1. 引言

1.1 研究背景

1.1.1 供水系统的重要性

• 供水系统是人类赖以生存的重要基础设施。
• 近年来，我国住宅小区智能化建设的迅猛发展，对给水管网的运行安全、稳定等提出了更高的需求。

1.1.2 变频调速技术的应用

• 变频调速技术迅速发展，交流电机变频调速系统展现出了节能、改善功能流程、方便控制、控制方式稳定、可靠性高等诸多优势。

1.2 研究目的与意义

• 设计一套采用PLC与变频调速相结合的方式，实现了电力与变频调速相结合，使给水系统的运行更加稳定、可靠。

2. 恒压供水系统控制要求

2.1 系统控制要求

• 系统控制要求包括：两个水泵向系统提供给水，1号泵以变频起动，2号泵为工频型，而工频泵则采取了软启动的模式，该模式是按照出口的压力来定压的。

3. 恒压供水系统硬件选型

3.1 PLC选型

• 西门子S7-200系列 CPU226CN型可编程控制器是一款经典的微型集成 PLC，选择了S7-200 CPU226CNPLC作为控制核心。

3.2 变频器选型

• 西门子MM440变频器是MM4系列中性能最好，功率最大的一种，该系统选择了MM440型变频器。

3.3 恒压供水系统的组成及工作原理

• 恒压给水控制是由PLC、变频器、双泵及压力传感器等构成的一套综合闭环控制系统。

4. 恒压供水系统硬件设计

4.1 可编程序控制器对模拟信号的处理

• 模拟量是指与数值量不同的一种持续改变的信号，如压力，流量，温度，液位，转速和pH值等，在实际的制造中，要想对它们进行有效的控制，首先需要将它们转化成基准的直流电压。

4.2 S7-200PLC的类比扩充组件

• PLC对模拟量的处理本质上就是利用模拟量扩充组件对信号进行传递与处理。

4.3 比例积分微分调节

• 供水系统中的水压信号由PLC发送，由PLC向其输入模拟量，再由PLC对其进行调整。

4.4 输入输出分配表

• 根据系统的控制要求，对应PLC的I/O端口分配如表3-1所示。

4.5 恒压供水系统硬件原理图

• 在PLC的I/O端口分配中，我们定义了以下几个关键的输入输出信号。

4.6 变频器参数设置

• 采用模拟量输入控制变频器的输出频率，变频器的接线图如图3-1所示，设置变频器的主要相关参数，如表3-2所示。

5. 恒压供水系统软件设计

5.1 主程序

• 主编程实现了系统初始化，系统启动和停止，两个水泵的逻辑计算，以及调用的子程序。

5.2 子程序

• 该子程序实现了对PID命令的初始化和时序中断的设置，利用时序中断的方法，以0.2秒为间隔，对时序取样进行了一次调用，其中断次数为10。

5.3 定时中断程序

• 计时中断程序包括对数据进行归一化处理、PID环路操作指示与输出结果之间的转换，在该软件中对压力值进行取样并归一化处理，再将其输入到PID参数表中，进行PID操作，并把操作的结果转化为工作量。

6. 结束语

• 基于PLC与变频器的恒压供水系统在调试过程中还有许多需要考虑的问题，如：变送器分电压型与电流型，在选用时究竟是选哪种更合适；为了提高系统的稳定性和控制精度，PID控制中参数还需要根据调试结果不断整定；模拟数据的处理要根据实际现场数字量和模拟量之间的对应关系进行转换。

7. 致谢

• 在论文即将画上句号的时候，望着满纸文字，欲言还休。时光就在不知不觉中悄然而逝。初时的梦想，经历的磨练和拥有的快乐最终都在淡然一笑中，成为漫长人生旅途中的一段过往。

8. 参考文献

• [1] 李言武．可编程控制技术［Ｍ］．北京：北京邮电大学出版社，２０１１．
• [2] 陈志红．变频器技术及应用［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１５．
• [3] 祝福，陈贵银．西门子Ｓ７－２００系列ＰＬＣ应用技术［Ｍ］．第２版．北京：电子工业出版社，２０１５．
• [4] 史巧宜，侍寿永．ＰＬＣ应用技术［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０１６．