基于PLC与变频器的恒压供水系统设计
1. 恒压供水系统概述
1.1 恒压供水系统背景
1.1.1 供水系统的重要性
- 供水系统是人类生存的重要基础设施。
- 随着住宅小区智能化建设的快速发展，对给水管网的运行安全、稳定性提出了更高的要求。
- 交流电机变频调速系统展现了节能、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。
1.1.2 恒压供水系统的优势
- 恒压供水系统通过自动调节水泵的工作状态，保持供水管网压力恒定。
- 该系统可以提高供水效率，降低能源消耗，具有良好的稳定性和可靠性。
- 恒压供水系统适用于各种工业和民用建筑的供水系统，尤其适用于对供水稳定性要求较高的场合。
1.2 恒压供水系统控制要求
1.2.1 系统控制要求概述
- 恒压供水系统控制要求包括：系统启动、停止，两台水泵的逻辑计算，以及调用的子程序。
- 系统需要根据实际压力需求，动态地调整水泵的工作状态，以保持供水管网压力恒定。
1.2.2 两台水泵的运行流程
- 当系统压力下降时，PLC会启动变频泵以低速运行，逐渐增加系统压力。
- 当压力超过设定值时，PLC会停止变频泵，防止系统压力过高。
- 如果系统压力突然下降，PLC会立即启动工频泵，以提供额外的压力支持。
1.3 恒压供水系统硬件选型
1.3.1 PLC选型
- PLC是系统的核心器件。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。
- 它具有输入/输出点数40个，RS232-485通讯接口2个，可以对7个扩充模块进行扩充。
- 它适用于数量比较多，控制要求比较高的情况下，还可以达到单独或网络控制的效果。
1.3.2 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。
- 它有3个多用途继电器输出端，2个模拟输出端（0~20mA)，6个数字输入端口，2个模拟输入端口。
- MM440系列产品功能齐全，适用于各种工业领域，适用于各种特殊环境。
1.3.3 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。
- 采用恒压给水方式，使输出网络中的给水压力始终保持在给定的给水压力之下。
1.4 恒压供水系统硬件设计
1.4.1 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或直流。
1.4.2 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。
- S7-200 PLC通常采用的是EM231和EM232两种类型。
1.4.3 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。
- 为了保证控制系统的稳定性和准确性，必须先对模拟量进行取样，从而构成一个闭环的控制体系。
1.4.4 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。
1.4.5 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。
1.5 恒压供水系统软件设计
1.5.1 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。
- 两个泵的工作流程见图4-1。
1.5.2 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。
1.5.3 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。
1.6 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。
- 恒压供水系统的设计和实现，不仅提高了供水效率，降低了能源消耗，而且具有良好的稳定性和可靠性。
