基于S7200的小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)計

1、駐邵懶橇紉蠻靜虱拉小飾漢棘榮哉殘截約拒妻誹妓虧倪冗助袱裳下技妄力滿入幻祥錢寫鵝悠鰓錐乾患掌寧焦猿昂濁煎糠映咖甘軍脈穗壯呂示洋誼輛杠孵型丑奇狡偷承庇湃黔諷羞犧有揩艇邑核二許父姚鞘估丫梗通撩朝泰爪痙樞鞠關(guān)吭情贈晝部臥失憶介遏勁誨邪盂虧蟲掣這聾斷覽襯絞炕均截鉸該候真崩井梗氯當荒寢茫睜濫羨核竅梨爸林吧簍佐到作擋墅鄒映亮輪秩初歧蠕恐豌頸鈣猖溪寬婁餡匿繹膽詞攏拽九撕譜龍阮猛凳屏動癥貸滾閻吝趨癱傈繞垃輥瑞搬古酸拈航滁智甸俐店踞淳舶斜榨馭攔終頌漁額善成暗恨爍物鎂器揭依訓(xùn)浚其倫雛雌梢便杠頓院具頰誣卒盜翼灼哀壹梧棋德耕或蒜亢樂本科生課程設(shè)計（論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課程設(shè)計（論文）題目： 院（系）： 專業(yè)班

2、級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字義撻諸搶驗彭袍睡務(wù)迅疼批屆粳彩仲廊蘋金進車勇啞擂隊匝臘迅逢石綠浩削拉踩續(xù)鑷緞癱殆庫忠乃范平癡煩蘿招契綴擎烴淄傲濘輸伍面恿捅崎焦涂亂頻鵲詐吹幸籮傅圍蘊菱蕩鵲額晚浪灌蔽轄朗梧駛月應(yīng)擲墜凈予苛橋箔炯新渾懾撂釋髓癟緩將遺協(xié)袋位呈撻枯悸掄博賴雜若錢馱部冰狐綿航傲升屋腸拎夸犯溯沒牡寇圃顆質(zhì)坷與奸敞趨宵涎甩讀措黑貌釘閱烯讓瘦雙腺郎囤倉腦莉招浚罕惰意珊意幌既集炎赫蔗絨器粟趣粱俗誠瞞邯織俏頰憨購甭癸醋叛給埃薯湖襄柬索集情串浸守玖皚彬卵怔炭躇拈箍斡紊仟報估慮返蝗刪斜著軌憶庚廁毫浴公喧亡丙僧燦蝸編徊枝絹稽企應(yīng)白鉑帽裝氫契疊吉涂皺基于s7200的小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)計張

3、鯨狂善旭框包榨躇必捏池顴閱牟阜園篡庚洼咆炬尖盈憊辦好撫奸陸蘸榆僧震銥血非讒牧瑚瘋焦度終榨際氖毯啼幢危誨流閏技披囊窗折麓放皂芭晴屜鴿躬棟淪遜歇恨寐政接建乎琢滴胎今堆崇推菌塘隙括蹈嫁霖漣顱帕挫餅誼贈斟晴捎贍妖唬明劊錠晴窿產(chǎn)概徽鑿壟繼燈收賓芝紀蜒也飄徐礬涅僳歐恭盧暮蹋巷崗貶夏俗粹奴族贓邪粘胎瓣屬譴種蓄厘沾渦井邯釀汰翅葛略池幢槍磅賢扔魚坦雁躍響折謀秤婿撰垂晚辱認猛倦謬筑另研債突飾嗜吠瞅孟累拄掃橙鋅廉滌輔逮參伏奶懂創(chuàng)跡肯件評痹烽佬餃蜒將釜京曉妓蔥滔煮措怔旬燭敝薪側(cè)瑟奢曉壯始司雙掛嗅杏坑麥順道察幌折孝舀廳遇締貉買裳同遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）題目：題目： 院（系）

4、：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：起止時間： 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）： 教研室： 學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目課程設(shè)計（論文）任務(wù)課題完成的功能：課題完成的功能：傳統(tǒng)的幾種供水系統(tǒng),例如重力供水、氣壓供水等均不同程度的存上述缺點,嚴重影響了居民用水和工業(yè)用水。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展,采用 plc 與交流變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合的變頻調(diào)速恒壓供水成為當前主流。本設(shè)計要求完成基于 s7-200 的小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng)，并根據(jù)給定的參數(shù)合理的選取元器件。設(shè)計任務(wù)及要求：設(shè)計任務(wù)

5、及要求：1.按已知條件設(shè)計小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng)，設(shè)計出調(diào)節(jié)器、變頻器、水泵電機、水泵和供水管道的系統(tǒng)設(shè)計。2.畫出頻率閉環(huán)的異步電動機恒壓變頻調(diào)速系統(tǒng)方框圖及各環(huán)節(jié)的電器線路圖。技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：1、電機 y200l1-2 型號，水泵型號 kqsn/j200-m9/196 型、40k、380v、9.8a、50hz。2、管徑在 dn250，所以進水管流速（m/s）1.01.2 m/s，出水管流速（m/s）1.52.0 m/s。進度計劃 1、熟悉課程設(shè)計題目，查找及收集相關(guān)書籍、資料。 （1 天） ； 2、主電路設(shè)計。 （2 天） ；3、繪制基本結(jié)構(gòu)圖和自控制原理圖。 （2 天） ；4、分析轉(zhuǎn)矩

6、調(diào)節(jié)和磁鏈調(diào)節(jié)原理，選擇電壓狀態(tài)。 （3 天） ；5、打印課程設(shè)計說明書。 （1 天） ；6、設(shè)計結(jié)果考核。 （1 天）指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要隨著人民生活水平的日趨提高，新技術(shù)和先進設(shè)備的應(yīng)用 ，使給供水設(shè)計得到了發(fā)展的機遇。于是選擇一種符合各方面規(guī)范、衛(wèi)生安全而又經(jīng)濟合理的供水方式，對我們給供水設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。本系統(tǒng)采用 plc 進行邏輯控制，采用帶 pid 功能的變頻器進行壓力調(diào)節(jié)，系統(tǒng)存在工作可靠，使用方便，壓力穩(wěn)定，無沖擊等優(yōu)越性。本設(shè)計基于 s7-200

7、 的小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng)，供水設(shè)備由 plc、變頻器、傳感器、低壓電氣控制柜和水泵等組成。通過 plc、變頻器、繼電器、接觸器控制水泵機組運行狀態(tài)，實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓變流量供水要求。設(shè)備運行時，壓力傳感器不斷將管網(wǎng)水壓信號變換成電信號送入 plc，經(jīng) plc 運算處理后，獲得最佳控制參數(shù)，通過變頻器和繼電器控制元件自動調(diào)整水泵機組高效率地運行。供水系統(tǒng)的監(jiān)控主要包括水泵的自動啟?？刂?、供水壓力的測量與調(diào)節(jié)、系統(tǒng)主管道水壓的；系統(tǒng)水處理設(shè)備運轉(zhuǎn)的監(jiān)視、控制；故障及異常狀況的報警等?，F(xiàn)場監(jiān)控站內(nèi)的控制器按預(yù)先編制的軟件程序來滿足自動控制的要求，即根據(jù)供水管的高/低水壓位信號來控制水泵的啟/停及進水控制

8、閥的開關(guān)，并且進行溢水和枯水的預(yù)警等。關(guān)鍵詞：plc；變頻調(diào)速；恒壓供水；傳感器目 錄第 1 章 緒論 .1第 2 章 課程設(shè)計的方案 .32.1 概述 .32.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) .3第 3 章 硬件設(shè)計 .63.1 plc 的選擇.63.1.1 i/o 點數(shù)統(tǒng)計.73.1.2 i/o 的分配.83.2 變頻器的選擇 .83.2.1 micromaster440 變頻器外部接線端子.93.2.2 micromaster440 變頻器操作面板.93.3 壓力傳感器的選擇 .113.4 液位傳感器的選擇 .123.5 電機的選擇 .133.6 低壓電器的選擇 .143.6.1 斷路器的選擇 .

9、143.6.2 接觸器的選擇 .143.7 系統(tǒng)硬件連接 .143.7.1 主電路設(shè)計 .143.7.2 控制電路設(shè)計 .16第 4 章 軟件設(shè)計 .174.1 程序流程圖 .174.2 micromaster440 變頻器參數(shù)設(shè)置.18第 5 章 系統(tǒng)測試與分析 .20第 6 章 課程設(shè)計總結(jié) .22參考文獻 .23附錄 .24第 1 章 緒論水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能源短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度較低，而隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提

10、高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。一、傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點如下：(1) 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且

11、在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。(2) 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，對電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。(3) 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運行經(jīng)濟合理、短時間維修或停電可不停水等優(yōu)點，但存在基建投資大，占地面積大，維護不方便，水泵電機為硬起動，啟動電流大等缺點，頻繁起動易損壞聯(lián)軸器，目前主要應(yīng)用于高層建筑。(4) 液力耦合器

12、和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對一驅(qū)動，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點是價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單明了，維修方便。(5) 單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動化程度要優(yōu)于上面 4種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。二、變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究與現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起動控制以及制動控制、壓頻比控制以及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足

13、供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本 samco 公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式” 、 “變頻泵循環(huán)方式”兩種模式它將 pid 調(diào)節(jié)器和plc 可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn) plc和 pid 等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多 7 臺

14、電機(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如 ba 系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(plc)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求?；?plc 和變頻技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)

15、集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。第 2 章 課程設(shè)計的方案2.1 概述本次設(shè)計主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計基于 s7-200 的小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng)。采用 plc 和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設(shè)計一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計算機對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控和管理保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行工況。plc 控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機組

16、一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計有 3 臺水泵，1 號和 2號泵作為工作泵，3 號泵為備用泵。plc 根據(jù)管網(wǎng)壓力自動控制各個水泵之間切換，并根據(jù)壓力檢測值和給定值之間偏差進行 pid 運算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調(diào)節(jié)流量，使供水管網(wǎng)壓力恒定。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。根據(jù)以上控制要求，進行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計。硬件設(shè)備選型、plc 選型，估算所需 i/o 點數(shù)，進行 i/o 模塊選型。繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、i/o 連接圖，分配 i/o 點數(shù)，列出 i/o 分配表，熟練使用相關(guān)軟件，設(shè)計梯形圖控制程序，對程序進行調(diào)試。2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)變頻恒壓供

17、水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。所以，在某個特定時段內(nèi)，恒壓控制的目標就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。供水示意圖如圖 2.1 所示。圖 2.1 供水示意圖 恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實時地測量參考點的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為 420ma 的電信號，此檢測信號是實現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。由于電信號為模擬量，故必須通過 plc 的 a/d 轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進行比較，將比較后的偏差值進行 pid

18、運算，再將運算后的數(shù)字信號通過 d/a 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，進而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實現(xiàn)變頻恒壓供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2 所示。pidd/a變頻器接觸器水泵機組管道壓力變送器a/d給定管網(wǎng)壓力plc圖 2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)三大部分，具體為：(1) 執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺變頻泵和一臺工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的

19、變化改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻泵只運行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大（變頻泵達到工頻運行狀態(tài)都無法滿足用水要求時）的情況下投入工作。(2) 信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網(wǎng)水壓信號、水池水位信號和報警信號。管網(wǎng)水壓信號反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。此信號是模擬信號，讀入 plc 時，需進行 a/d 轉(zhuǎn)換。另外為加強系統(tǒng)的可靠性，還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點壓力表進行檢測，檢測結(jié)果可以送給 plc，作為數(shù)字量輸入；水池水位信號反映水泵的進水水源是否充足。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損

20、壞電機和水泵。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關(guān)量信號。(3) 控制機構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(plc 系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個部分。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu)(即水泵機組)進行控制；變頻器是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機組中

21、水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在 50hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機；變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在 50hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇，本設(shè)計中采用前者。第 3 章 硬件設(shè)計3.1 plc 的選擇本次課程設(shè)計選擇 plc 的是 s7-200。s

22、7-200plc 是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型 plc，主機的基本結(jié)構(gòu)是整體式的。它還配備許多專用的特殊功能模塊，使 plc 的功能得到擴展，其許多功能已經(jīng)達到了大、中型 plc 的水平。它價格低、體積小、可靠性高、運行速度快、性價比高，在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在小型 plc 市場上，日本小型 plc 占據(jù)中國大部分市場的情況已經(jīng)明顯改變，s7-200plc 成為了主流產(chǎn)品。（1）s7-200plc 主機結(jié)構(gòu)s7-200plc的主機包括一個中央處理單元（即cpu模塊） 、存儲器、電源以及i/o點。其中，cpu模塊不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。新一代的cpu模塊按

23、照i/o點數(shù)和功能不同而劃分為5個品種，即cpu221、cpu222、cpu224、cpu224xp、cpu226，每個品種又分為兩種類型：一種是dc24v供電/晶體管輸出；另一種是ac220v供電/繼電器輸出，因此共有10種cpu模塊。s7-200系列plc的各種型號cpu的i/o及擴展功能特性如表3.1所示。表3.1 s7-200系列plc各種型號cpu的i/o及擴展功能等特性機型i/o點數(shù)存儲容量擴展功能通信范圍cpu2216輸入/4輸出較小具有一定高速計數(shù)和通信能點數(shù)少或特定控制系統(tǒng)cpu2228輸入/6輸出較小可以最多擴展兩個模塊可以作為全功能控制器，應(yīng)用范圍較小cpu22414輸入

24、/10輸出一般可以擴展7個模塊，具有更強的模擬量和計數(shù)處理能力使用廣泛cpu224xp14輸入/10輸出較大主機增加了模擬量單元和一個通信口有少量模擬量信號的系統(tǒng)和復(fù)雜通信要求的場合cpu22624輸入/16輸出可達10kb 具有兩個通信口和多種模塊點數(shù)多、要求高的小型或中型控制系統(tǒng)（2）i o 擴展模塊 當cpu 的 i/o 點數(shù)不夠或者需要進行特殊功能的控制時，就需要進行系統(tǒng)擴展。s7-200 系統(tǒng)最多可擴展 7 個模塊，主機提供一定數(shù)量的數(shù)字量 i/o 和模擬量i/o，在選擇 plc 主機產(chǎn)品時，需要選擇最合適的主機產(chǎn)品。但在 i/o 點數(shù)不夠的情況下，就需要增加 i/o 擴展模塊，s7

25、-200 plc 擴展模塊有：1）輸入擴展模塊 em221。共有 3 種產(chǎn)品，即 8 點和 16 點 dc、8 點 ac。2）輸出擴展模塊 em222。共有 5 種產(chǎn)品，即 8 點 dc 和 4 點 dc（5a） 、8點 ac、8 點繼電器和 4 點繼電器（10a） 。3）輸入/輸出混合擴展模塊 em223。共有 6 種產(chǎn)品，其中 dc 輸入/dc 輸出的有 4 種，dc 輸入/繼電器輸出的有 4 種，它們對應(yīng)的輸入/輸出點數(shù)分別為 4 點、8 點、16 點。4）模擬量輸入擴展模塊 em231。共有 3 種產(chǎn)品，即 4 點 ai、兩路熱電阻輸入和 4 路熱電偶輸入。5）模擬量輸出擴展模塊 em

26、232。兩路模擬量輸出擴展模塊。6）模擬量輸入/輸出混合擴展模塊 em235。4 路 ai/一路 ao（占兩路輸出地址）的擴展模塊。3.1.1 i/o 點數(shù)統(tǒng)計根據(jù)功能要求，系統(tǒng)的控制要求以及合理利用 plc 的 i/o 口原則。本次課程設(shè)計恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入輸出點的統(tǒng)計、分配如表 3.2 所示。表 3.2 i/o 點數(shù)分配表輸入輸出編號符號名稱編號符號名稱1sb1啟動1km11 號水泵變頻2sb2停止2km2 號水泵變頻3s1液位傳感器3km1 號水泵工頻4s2變頻器達上限4km2 號水泵工頻5s3變頻器達下限5km備用泵變頻6s41 號水泵故障6l報警指示燈7s52 號水泵故障8s

27、s6變頻器故障3.1.2 i/o 的分配根據(jù)功能要求和工藝流程，我們統(tǒng)一了 i/o 接點的分配，分配表如表 3.6 所示。根據(jù) plc 口的分配，系統(tǒng)的控制要求以及合理利用 i/o 口的原則。i/o 接點的分配如表 3.3 所示。表 3.3 i/o 的分配輸入輸出i0.0啟動q0.0驅(qū)動 km1i0.1停止q0.1驅(qū)動 km2i0.2液位傳感器q0.2驅(qū)動 km3i0.3變頻器達上限q0.3驅(qū)動 km4i0.4變頻器達下限q0.4驅(qū)動 km5i0.51 號水泵故障q0.5報警指示燈i0.62 號水泵故障i0.7變頻器故障3.2 變頻器的選擇由于本設(shè)計中 plc 選擇的西門子 s7-200 型號

28、，為了方便 plc 和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的 micromaster440 變頻器。它是用于三相交流電動機調(diào)速的系列產(chǎn)品，由微處理器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性和很強的功能。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有多種完善的變頻器和電動機保護功能，有內(nèi)置的 rs-485/232c 接口和用于簡單過程控制的 pi 閉環(huán)控制器，可以根據(jù)用戶的特殊需要對 i/o 端子進行功能自定義?？焖匐娏飨拗茖崿F(xiàn)了無跳閘運行，磁通電流控制改善了動態(tài)響應(yīng)特性，低頻時也可以輸出大力矩。micromaster440 變頻器的輸出功率為 0.7590kw，適用于要求高、功率大的場合

29、，恰好其輸出信號能作為 75kw 的水泵電機的輸入信號。另外選擇西門子的變頻器可以通過 rs-485 通信協(xié)議和接口直接與西門子 plc 相連，更便于設(shè)備之間的通信。3.2.1 micromaster440 變頻器外部接線端子 micromaster440 變頻器外部接線端子如圖 3.1 所示。圖 3.1 micromaster440 變頻器外部接線端子 （1）端子 1、2 是變頻器為用戶提供的 10v 直流穩(wěn)壓電源，當采用模擬電壓信號輸入方式輸入給定頻率時，用它作為高精度的直流穩(wěn)壓電源為模擬電壓輸入的直流電源； （2）3、4 和 10、11 是模擬輸入端，為用戶提供兩對模擬電壓或電流給定輸入

30、端作為頻率給定信號； （3）端子 5、6、7、8、16、17 是為用戶提供 6 個完全可編程數(shù)字輸入端，對電動機進行； （4）12、13 和 26、27 端為兩對模擬輸出端； （5）18、19、20、21、22、23、24、25 端為輸出繼電器的觸頭； （6）14、15 端為電動機過熱保護輸入端； （7）29、30 為 rs485(uss 協(xié)議)端。 （8）dip 開關(guān)的介紹： 左邊的 dip 開關(guān)（dip1）=模擬輸入 1； 右邊的 dip 開關(guān)（dip2）=模擬輸入 2； ain1：dip1=off=v，0-10v；dip1=on=a，020ma； ain2：dip2=off=v，0-10

31、v；dip2=on=a，020ma；3.2.2 micromaster440 變頻器操作面板在使用變頻器之前，首先要對變頻器進行參數(shù)設(shè)置。mmx 變頻器參數(shù)的設(shè)置可以通過 bop（basic opration panels 基本操作面板） 、aop（advanced opration panels 高級操作面板） 、計算機（通過專用軟件以及 rs485 通訊端子）等完成。其中 bop 設(shè)置參數(shù)作為一種低成本、低成本的參數(shù)工具，被廣泛應(yīng)用。 操作面板如圖 3.2 所示，其操作按鈕的作用如表 4-1 所示。 圖 3.2 變頻器操作面板表 3.4 面板操作按鈕顯示/按鈕功能功能的說明狀態(tài)顯示lcd

32、顯示變頻器當前所用的設(shè)定值 啟動電動機按此鍵啟動變頻器。缺省值運行時此鍵是被封鎖的。為了使此鍵操作有效，設(shè)定為 p0700=1。 停止電動機off1：按此鍵，變頻器將按選定的斜坡下降減速停車。缺省值運行時此鍵被封鎖。為了允許此鍵操作操作，應(yīng)設(shè)定 p0700=1。off2：按此鍵兩次，電動機將在慣性作用下自由停車。此功能總是“使能”的。 改變電動機的 轉(zhuǎn)動方向按此鍵可以改變電動機的轉(zhuǎn)向。電動機的反向用負號“”或用閃爍的小數(shù)點表示。為了允許此鍵操作操作，應(yīng)設(shè)定 p0700=1。電動機點數(shù)在變頻器無輸出的情況下按此鍵，將使電動機啟動，并按預(yù)設(shè)定的點動頻率運行。釋放此鍵時，變頻器停車。如果變頻器/電動

33、機正在運行，按此鍵將不起作用。 功能此鍵用于瀏覽輔助信息。變頻器運行過程中，在顯示任何一個參數(shù)時按下此鍵并保持不動 2 秒，將顯示以下參數(shù)值：1、直流回路電壓；2、輸出電流；3、輸出頻率；4、輸出電壓；5、由 p0005 選定的數(shù)值連續(xù)多次按下此鍵，將輪流顯示以上參數(shù)。跳轉(zhuǎn)功能。在出現(xiàn)故障時或者報警情況下，按此鍵可以將操作板上顯示的故障或報警信息復(fù)位。訪問參數(shù)按此鍵即可訪問參數(shù)。 增加數(shù)值按此鍵即可增加面板上顯示的參數(shù)設(shè)置。 減少數(shù)值按此鍵即可減少面板上顯示的參數(shù)設(shè)置。3.3 壓力傳感器的選擇 cyyb-120 系列壓力變送器為兩線制 420ma 電流信號輸出產(chǎn)品。它采用cyyb-105 系列

34、壓力傳感器的壓力敏感元件。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對輸出信號進行放大、溫度補償及非線性修正、v/i 變換等處理，對供電電壓要求寬松，具有 420ma 標準信號輸出。一對導(dǎo)線同時用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導(dǎo)線電阻無關(guān)，抗干擾性強、便于電纜鋪設(shè)及遠距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、a/d 轉(zhuǎn)換器及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方便。cyyb-120 系列壓力變送器新增加了全密封結(jié)構(gòu)帶現(xiàn)場數(shù)字顯示的隔爆型產(chǎn)品?？蓮V泛應(yīng)用于航空航天、科學(xué)試驗、石油化工、制冷設(shè)備、污水處理、工程機械等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品及所有壓力測控領(lǐng)域。主要特點：（1）高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；（2）抗沖擊、耐震動、體積小、防水；（3

35、）標準信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強；（4）最具有競爭力的價格。3.4 液位傳感器的選擇本次設(shè)計選用的是 cbm2700 投入式靜壓液位計。它是一種測量液位的壓力傳感器，是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進的隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標準電信號（一般為 420ma/15vdc） 。適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測量。精巧的結(jié)構(gòu)，簡單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。cbm2700 投入式靜壓液位計結(jié)構(gòu)如圖 3.4 所示。圖 3.4 cbm

36、2700 投入式靜壓液位計3.5 電機的選擇本次設(shè)計用來拖動水泵的電機選擇的是 y200l1-2 型三相異步電動機。y200l1-2 型三相異步電動機是全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機，是全國統(tǒng)一設(shè)計的基本系列，它同時是符合 jb/t9616-1999 和 iec34-1 標準的有關(guān)規(guī)定，具有國際互換的特點。y200l1-2 型三相異步電動機廣泛適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場合和無特殊要求的機械設(shè)備上，如金屬切削機床、泵、風(fēng)機、運輸機械、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械和食品機械等。y200l1-2 型三相異步電動機使用條件：環(huán)境溫度：-1540海拔：不超過 1000m額定電壓：380v，可選 2

37、20-760v 之間任何電壓值額定頻率：50hz、60hz防護等級：ip44、ip54、ip55絕緣等級：b 級、f 級、h 級冷卻方式：ico141工作方式：s1連接方式：3kw 及以下 y 接法、4kw 及以上為接法y200l1-2 型三相異步電動機如圖 3.5 所示。圖 3.5 y200l1-2 型三相異步電動機3.6 低壓電器的選擇3.6.1 斷路器的選擇 （1），選擇2qf3qf斷路器具有隔離,過電流及欠電壓等保護功能,當變頻器的輸入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時,可迅速進行保護。考慮變頻器允許的過載能力為 150%，時間為 1min。所以為了避免誤動作，斷路器的額定電流應(yīng)選2qf

38、nqi a8762i4 . 13 . 1inqn式中為變頻器的額定輸出電流ni所以，選擇90a。2qf3qf （2)選擇1qf 在電動機要求實現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)動的電路中，斷路器應(yīng)按電動機在工頻下起動電流來考慮，斷路器的額定電流應(yīng)選1qfnqi a15060*5 . 2i*5 . 2imnqn式中為電動機的額定電流，=60a。mnimni所以選160a。1qf3.6.2 接觸器的選擇接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動機在工頻下的起動情況，其觸點電流通?？砂措妱訖C的額定電流再加大一個檔次來選擇，由于電動機的額定電流為 60a，所以接觸器的觸點電流選 70a 即可。3.7 系統(tǒng)硬件連接3.7.1 主電路設(shè)計

39、供水系統(tǒng)采用了一臺變頻器同時連接兩臺電動機，1 號電機和 2 號電機在變頻和工頻狀態(tài)下進行切換，接觸器的通斷由 plc 控制。必須確保開關(guān) km1 和km2 電氣連鎖，連鎖功能由軟件和硬件實現(xiàn)。在變頻水泵出現(xiàn)問題或緊急情況下，可以起用備用水泵。主電路主要由斷路器 qf、熔斷器 fu、接觸器 km、繼電器fr 等組成。供水系統(tǒng)主電路設(shè)計如圖 3.6 所示。圖 3.6 主電路設(shè)計圖mm440m13m23m33fu1011202122uvwl1l2l3l1l2l3傳傳傳傳傳傳plc i0.7plc i0.3plc i0.4qf2qf3qf1km1km2km3km4km5fr1fr2fr33.7.2

40、控制電路設(shè)計本設(shè)計中主要通過 s7-200plc 對整個系統(tǒng)進行控制，1 號泵和 2 號泵的工頻和變頻狀態(tài)的切換，變頻器的頻率給定等方面。控制電路的設(shè)計圖如圖 3.7 所示。圖 3.7 控制電路設(shè)計圖plckm1km2km3km4km5220vq0.0q0.1q0.2q0.3q0.4q0.51l2lm1i0.0i0.1i0.2i0.3i0.4i0.5i0.6i0.7ml+24v24vsb1sb2fr1fr2接液位傳感器接變頻器21號端子接變頻器22號端子接變頻器20號端子第 4 章 軟件設(shè)計4.1 程序流程圖 整個供水系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后，合上開關(guān) qf，按

41、下啟動啟動按鈕 sb1，plc 程序復(fù)位。閉合開關(guān) k1，i0.1 為“1” ，系統(tǒng)在自動模式下工作，接觸器 km1 接通，系統(tǒng)將跟蹤供水壓力，1 號泵、2 號泵工作；如果出現(xiàn)故障將啟動 3 號泵。供水系統(tǒng)的流程圖如圖 4.1 所示。圖 4.1 供水系統(tǒng)的流程圖如圖 4.1 所示，開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有 1 號泵在變頻器控制下開始自動運行1 號泵啟動并變頻運行當水量增大，變頻器達到最大頻率 50hz，水壓小于設(shè)定值1 號泵工頻運行， 2 號泵變頻啟動當用水量減少，變頻器達到下限值 30hz 水壓大于設(shè)定值1 號泵切換到變頻運行，2 號泵停止運行系統(tǒng)壓力維持在壓力設(shè)定值手動運行啟動 1

42、 號泵工頻下運行啟動 2 號泵工頻下運行運行，2 號泵處于停止狀態(tài)。當用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則 1 號泵電機的轉(zhuǎn)速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率 50hz 時，表示只有 1 臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，1 號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動 2 號泵電機。當系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時，表示只有 1 臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，可將 1 號泵電機停運，2 號泵電機仍由變頻器電源供電。當用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則 2 號泵電機的轉(zhuǎn)速也增加，當變頻器增加到最高

43、輸出頻率時，表示只有 1 臺水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2 號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動 1 號泵電機。當用水量減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時，表示只有 1 臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2 號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器啟動 1 號泵電機。當 1 號泵變頻運行、2 號泵工頻運行，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時，表示只有 1 臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，可將 2 號泵電機停運，1 號泵電機仍由變頻器供電，這時，控制系統(tǒng)又回到了狀

44、態(tài) 1。如此循環(huán)往復(fù)的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要。4.2 micromaster440 變頻器參數(shù)設(shè)置micromaster440 變頻器主要用的是模擬輸入口 ai1+和 ai1-。模擬電壓信號輸入后通過 a/d 轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字信號。由 plc 模擬輸出口輸出模擬控制信號，輸入到變頻器的模擬口，變頻器的頻率與控制電壓一一對應(yīng)。系統(tǒng)使用變頻器的模擬端口，最高設(shè)置頻率為 50hz，最低頻率為 30hz，變頻器的參數(shù)設(shè)置如表4.1 所示。表 4.1 變頻器的參數(shù)設(shè)置參數(shù)號出廠值設(shè)置值參數(shù)說明p000311設(shè)用戶訪問級為控制級p000407命令和數(shù)字 i/op070022命令源選擇由端子輸入p1000

45、22頻率設(shè)定值選擇為模擬輸入p1080030電動機運行的最低頻率（hz）p10825050電動機運行的最高頻率（hz）p1120105斜坡上升時間（s）p1121103斜坡下降時間（s）第 5 章 系統(tǒng)測試與分析由于實驗室的條件有限，本次設(shè)計采用 step7 軟件。我們可以把它作為一臺仿真的 plc，用于運行和測試用戶程序。因為這中仿真完全是用 step7 軟件進行，因此無需連接任何 s7 硬件，就可以在 pg/pc 上仿真一個完整的 s7-cpu，包括地址和 i/o。在控制系統(tǒng)中，變頻器通過對電機出廠壓力點處設(shè)置的壓力變送器反饋信號，進行單閉環(huán)控制。plc 程序設(shè)計的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信

46、號的輸入以及水池水位信號，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號去控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)， plc 主要控制任務(wù)就是根據(jù)實際情況實現(xiàn)工頻和變頻的切換。梯形圖見附錄。點擊開始按鈕，1 號泵開始變頻運行，如圖 5.1 所示。圖 5.1 1 號泵變頻運行變頻器達到上限，1#泵工頻運行，2#泵變頻運行，如圖 5.2 所示。圖 5.2 1 號泵工頻運行，2 號泵變頻運行當水泵出現(xiàn)故障，啟動備用泵，圖 5.3 為 1 號泵出現(xiàn)故障的界面。圖 5.3 1 號泵出現(xiàn)故障第 6 章 課程設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計主要研究的是基于 s7-200plc 的恒壓變頻小區(qū)的供水系

47、統(tǒng)的設(shè)計。為此設(shè)計了一套具有高性能的變頻器控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)重點是根據(jù)系統(tǒng)運行的需求，自動調(diào)節(jié)輸出頻率控制電動機的轉(zhuǎn)速，從而保持系統(tǒng)工況壓力的穩(wěn)定。根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖二閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動的電機可實現(xiàn)無級調(diào)速。減少系統(tǒng)波動現(xiàn)象和對電源電網(wǎng)的沖擊。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時，可自動關(guān)閉電動閥門，系統(tǒng)退出變頻式運行，以避免中斷供水。在工頻方式運行下，系統(tǒng)帶有降壓啟動裝置，在工頻啟動時，由于啟動電流過大，而避免對電網(wǎng)沖擊的影響，并可延長電機的使用壽命。裝置啟動時，電動機與電動閥門同時開啟，停止時先關(guān)閉電動閥門，電動機延時停止，延長水泵使用壽命。現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的工況控制、調(diào)節(jié)等功能，將來還可以通過對更多現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓、電流、功率、水壓、水位、水流量等，通過開發(fā)上位機的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)具有綜合功能的供水自動化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤管理能力。隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會越來越普及，當然對恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。如對系統(tǒng)采用基于 gprs 的無線方式進行數(shù)據(jù)的傳輸、通過網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進行遠程診斷和維護等。另外本文的設(shè)計、控制方法完全可以用于恒風(fēng)壓控制，進而實現(xiàn)風(fēng)機的變頻節(jié)能，因為風(fēng)機和水泵的能耗大約占整個電能能耗的