PLC和变频器在城市居民供水中系统中的应用.doc

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1、摘要该毕业设计对环保、节能、自动补压型给水设备作了介绍。从节能科技的实践出发，阐述了变频调速技术在高楼给水设备中的应用。以PLC电路控制方式，介绍了PID水压控制系统的工作原理及PLC控制系统。在分析水压控制的工作流程的基础上，给出了PLC控制系统的硬件和软件设计。PID水压控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制,完成供水压力的恒定控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入变频器运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和

2、运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。关键词:压力传感器；变频器；PLC控制；恒压供水PLC and inverter energy-saving in the city water supply systemAbstract Be graduation practices turn to have filled up pressure type water supply equipment work to environmental protection , energy conservation , automation introduce that. The

3、frequency conversion speed regulation technology having set off from energy conservation science and technology practice , expounding hits the target in high building water supply equipment applying。Introduced the intelligent hydraulic pressure control system principle of work and the PLC control sy

4、stem. In in the analysis hydraulic pressure control work flow foundation, has produced the PLC control system hardware and the software design. The intelligent hydraulic pressure control system basic control strategy is: Uses the electric motor speeder and the programmable controller (PLC) constitut

5、es the control system, carries on the optimized control,Completes the water supply pressure the constant control, when pipe network current capacity change achieved the stable water supply pressure and saves the electrical energy the goal. The system control goal is the pumping station main pipe wat

6、er leakage pressure, the system hypothesis carries on the comparison for the hydraulic pressure value and the feedback main pipe pressure actual value, after its interpolation inputs CPU operation processing, sends out the control command, the control pumps the electric motor to throw transports the

7、 Taiwan number and the movement variable displacement pump electric motor rotational speed, thus achieved stabilizes for the water main pipe pressure in hypothesis Pressure.Keyword:.Pressure sensor,Frequency transformer PID arithmetic,PLC controlled,The constant voltage supplies water。25目 录1 绪论12 方案

8、论证取优及供水系统设计12.1 设计功能要求12.2 方案论证取优22. 3系统方案设计分析33.系统硬件选型43.1 PLC可编程控制器部分43.1.1 PLC概述43.1.2 PLC选型和技术指标53.1.3 PLC内部分配6 3.2变频器简介及选型63.3传感器简介及选型8 3.3.1压力传器.8 3.3.2水位传感器.9 3.4 模数转换模块10 3.5触摸屏显示器11 3.6软起动器124硬件电路设计134.1主电路控制电路图13 4.2控制电路及附属电路计.135 软件设计145.1水位控制部分145.2 压力控制部分165.3 机械故障处理部分196 结束语20致谢20参考文献.

9、221 绪论随着我国社会经济的发展，住房制度改革的不断深入，PLC、变频器的飞速发展，高度智能化、系列标准化是未来供水设备适应供水调度和整体规划要求的必然。另外，在国家节能减排的号召下，越来越多的企业、公司、乃至个体家庭都在积极响应节能减排政策。本系统采用变频调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组台数，完成供水压力的闭环控制，较之以前采用高位水塔或直接水泵加压供水方式，在用水量大时电机满负荷运行，而在用水量小时则会停机或切换到空运行状态相比。本系统，一方面要节约大量的电能，不会造成能源的浪费；另一方面契合用水量具有很大随机性，能维持用水波动的稳

10、定性。本系统是一套变频恒压供水系统，将PID控制技术应用到系统的控制过程中，采用了PLC控制及交流变频调速技术，并在控制算法的实现上提出了一种利用PLC梯形图编程语言实现PID控制的新方法，彻底取代了高位水塔或直接水泵加压供水方式，为城市供水系统（本设计主要用于居然区供水）的建设提出了一条极具推广应用的新途径。据相关数据表示一般城市供水系统电耗在50%以且绝大多数的老企业，供电设备老化，自动化水平低，先进控制技术极少采用。近年来，新的供水系统自动化水平在提高，也采用了一些先进控制技术，组建了一些优化调速的综合自动化监控系统，但大多数建的是FCS、DCS控制系统，PLC并不多见，PLC系统做为操

11、作简单，程序稳定的系统在未必有很大的发展空间。本文针对小区的工况开发出以可编程控制器，和变频调速为核心的恒压供水控制系统其结构简易紧凑水压波动小、运行平稳可靠。据本人了解，国外，特别是西国家早就全面实现了供水自动化，一般采用的是DCS、PLC控制系统，而我国现在最常见的是高位水塔或直接水泵加压供水方式，较之国外，实在是落后不少，并且耗能过多。本文采用PLC控制及变频调速技术（从上世纪80年代我国水工业才进入变频时代）在供水方面做出微薄探究，稍尽绵力。2 方案论证取优及供水系统设计2.1 设计功能要求本控制系统具有供水机组的启动、变频运行、工频运行和过热保护手动、自动转换、在线监控及在现场调试、

12、驱动通风机的电机过热保护，故障报警等功能。其具体控制要求如下：（1）本系统提供手动、自动两种工作模式，具有状态显示以及故障报警等功能。（2）模拟量压力输入经PID运算，输出模拟量控制变频器（3） 在自动方式下，当系统水压力低于设定压力下限时，三组电机将根据系统水压与设定水压的比较投入工作运行，分为工频运行、变频运行和停止三种工作状态（4） 根据水位限制和压力限制来确定系统的故障现象，并能够实时报警。（5） 根据压力的变化能够确定用水量是否超过供水负荷，并能够及时的预警和报警。（6） 系统可以在线调试及现场在线监控。2.2 方案论证取优据相关数据表示国内目前70%左右的供水企业水泵类机械的典型电

13、气传动仍是用鼠笼式异步电动机驱动（因为我国从上世纪80年代水工业才进入变频时代），因为它具有结构简单、运行可靠、维修方便、价格低廉等优点。但其本身调速较难，故常为恒速运转；当需要调节流量时，则采用调节阀门的方法，这至少造成18%至20%的能源浪费。统计表明，我国每年水泵消耗的电能约占电能总耗的20%以上，而电耗又占水费成本的 60%左右。随着变频调速控制技术日益完善，我们应该紧世界的步伐，推广变频调速技术，并且变频调速控制在节电方面有显著成效，我们知道流量与转速成正比，而电动机的消耗功率与转速的立方成正比。因此，当电动机转速降低使泵出口流量减少时，消耗功率会大幅度下降，从而达到节电目的。例如转

14、速降低 20%50%，可节电50%80%，经济效益显著。由于城市工业区、居民区用水量变化大，电气传动方案宜采用多台拖动水泵的电机并联传动取代拖动 1台大水泵的电机传动，这样可以根据不同用水情况合理地增加或切掉水泵，从而提高水泵工作效率，增加灵活性。根据供水量和扬程量确定水泵的容量和数量，通常是 13台泵和 1台辅助小泵（居民区）。如果我们采用一台变频调速器(VVVF)顺序拖动各台泵的电机，那么可大幅降低投资，因为变频调速装置的成本一般要占整个调速系统成本的四分之三。由 PLC控制几台拖动水泵的电机启动和停止，及在工频电网与变频器输出之间进行切换运行，并可通过程序控制自动实现 (任意一台泵连续运

15、行超过规定时间)停机轮休，防止烧坏变频器，以延长泵组的使用寿命。综合以上来看，VVVF比以往异步电动机驱动有着不可替代的优势，要实现以上系统功能的实现有以下方案可供选择：（1）单片机控制，利用压力变送器和水位限制器、及A/D转换和D/A转换电路，89C51、变频器及一些附属电路和相关参数的继电器，也可以实现上述功能，利用单片机控制具有控制单元小、，占地面积小、成本低、控制电路电耗小等优点，但是，单片机及相关的附属电路工作在大电流、高冲击的电磁环境，具有比较差的稳定性，另外，由于长期的连续运行，元器件老化比较快，因此，利用单片机控制具有故障率高，寿命短的缺点。（2）恒压供水控制器控制，利用恒压供

16、水控制器、变频器及附属电路和相关参数的继电器也可以实现恒压供水功能，但是恒压供水控制器具有不可编程性，因此在现场调试和现场监控性能差，不易实现PID运算，控制的精度不够高，相关的报警、故障诊断电路比较复杂。（3）PLC控制，利用PLC、变频器及相关的继电器控制，可以完全实现上述的控制功能，具有控制精度高，高度节能、具有良好的人机界面、现场监控和现场调试方便、能够适应复杂的电磁环境、具有寿命长、故障率低等一系列的优势。单片机一般用在嵌入式系统，PLC用于工业控制，按PLC的发展历程来说可以说PLC是单片机的二次开发的产品，是智能产品。因此，经过慎重的论证，本设计采用PLC控制作为核心的控制单元。

17、2. 3系统设计方案分析本控制系统有可编程控制器（PLC）、A/D转换模块、D/A转换模块、变频器、传感器部分、监控对象和电控回路组成。其硬件功能框架图如图1所示。水位 水压变送器水位变送器水压控制回路PLC变频器触摸屏显示软启动水泵电机电机保护 图1 恒压供水控制系统示意图3 系统硬件选型3.1 PLC可编程控制器部分3.1.1 PLC概述PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器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。它采用一类可编程的

18、存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是以微处理器为核心的一种特殊的工业用计算机1，其结构与一般的计算机相类似，由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM等）、输入接口、输出接口、I/O扩展接口、外部设备接口以及电源等组成。PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。PLC的构成从结构上分，PLC分

19、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。存储器单元按照物理性能分为两类，随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。随机存储器由一系列寄存器阵组成 ，每位寄存器可以代表一个二进制数，在刚开始工作时，它的状态是随机的，只有经过置“1”或清“0”的操作后，它的状态才确定。若关断电源，状态丢失。这种存储器可以进行读、写操作，主要用来存储输入输出状态和计数器、定时器以及系统组态的参数。为防止断电后数据丢失，可采用后

20、备电池进行数据保护，一般可以保存5年，当电池电压降低时，欠电压指示灯发光，提醒用户更换电池。只读存储器在两种，一种是不可擦除ROM，这种ROM只能写入一次，不能改写。另一种是可擦除ROM，这种ROM经过擦除以抂这可以重写。其中EPROM只能用紫外线探险内部信息，E2PROM可以用电擦除内部信息，这两种存储器的信息可以保留10年左右。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

21、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。输入输出单元由输入模块、输出模块和功能模块构成，是PLC与现场输入输出设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC通过输入模块把工业设备或生产过程的状态或信息读入中央处理单元，通过用户程序的运算与操作，把结果通过输出模块输出给执行单元。输出模块用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，输出模块具有隔离PLC内部电路和外部执行单元的作用，还具有功率放大的作用。输出模块

22、有晶体管输出模块、晶闸管输出模块和继电器输出模块。3.1.2 PLC选型和性能、技术指标根据系统的应用领域、采集数据的类型和大小、I/O点数、以及设置数据需要得内存大小，本文中所选用的PLC是西门子公司的产品S7-200系列，CPU的型号是西门子CPU226 2 。CPU226集成了24点输入和16点输出，共有40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248点数字量I/O点或35路模拟量I/O。CPU226有13KB程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。CPU226配有2个RS-485通信编程口，具有PPI通信、MPI通信和自由方式 通信能力，用于较

23、高要求的中小型控制系统。其性能指标如表1。表1 CPU226技术指标程序存储器4096字用户存储器2560字存储器类型EEPROM存储卡EEPROM数据后备（超级电容）190h编程语言LAD、FBD和STL程序组织1个组织块（可以包含子程序和中断程序）本机I/O24点输入/16点输出扩展模块数量7个模块数字量I/O映像区256点（128点输入/128点输出）数字量I/O物理区248点（128点输入/240点输出）模拟量I/O映像区32路畭32路输出模拟量I/O物理区35路（28路畭7路输出）或14路输出布尔指令执行速度0.37s/指令计数器/定时器256/256个顺序控制继电器256个基本运算

24、指令11项3.1.3 PLC内部分配CPU226I/O接口分配如表2表2 I/O接口分配表输入输出电机启动SB1I0.01#工频输出KM1Q0.0电机停止SB2I0.12工频输出KM2Q0.1手动自动转换SB3I0.23工频输出KM3Q0.2变频工频转换SB4I0.31变频输出KM4Q0.4报警解除按钮SB5I0.42变频输出KM5Q0.5急停SB6I0.53变频输出KM6Q0.6压力变送器输入AIW0蜂鸣器报警输出Q0.7水位变送器输入AIW2压力模拟量输出QW0CPU226I/O内部寄存器分配如表3。表3 内部存储器使用触摸屏PID参数设定置VW10触摸屏PID参数增益VW12触摸屏PID

25、参数采样时间VW14触摸屏PID参数积分时间VW16触摸屏PID参数微分时间VW18PID反馈量（PVn）VD100PID给定置（SPn）VD104PID输出置（Yn）VD108PID增益（KC）VD112PID采样时间（T）VD116PID积分时间（TI）VD120PID微分时间（TD）VD124模拟输入压力值存储VD128压力下限存储VD1323.2变频器简介及选型（1）变频器的选用：由于本设计主要基于城市居民供水系统，属于中小于供水系统。变频器的选用应满足以下规则即可，变频器的容量应大于负载所需的输出；变频器的容量不低于电机的容量；变频器的电流大于电机的电流。因电机的计算功率小于所选用功

26、率，按变频器容量选用公式P。=105P。(P COS )(P，为负载功率，P 为电机额定功率)， 可选用37kW，额定电流75A的变频器。考虑到改进设计方案的可行性，调速系统的稳定性及性价比， 我们采用西门子MM440，37kw， 额定电流为75A 的通用变频器。该变频器采用高性能矢量控制技术， 提供低速高转矩输出和良好的动态特性， 同时具备超强的过载能力， 可以控制电机从静止到平滑起动期间提供3 S，200 的过载能力 （2）变频器参数的设置：负载为一大惯性负载，在停车时，为防止因惯性而产生的回馈制动使泵升电压过高的现象，加入制动电阻，斜坡下降时间设定长一些。外接制动电阻的阻值和功率可按公式

27、R2Ud1P(0305)选取。式中：U为变频器直流侧电压，d为变频器的额定电流。本次设计采用西门子与37kW电机配套的制动电阻响和对转速调整的要求，系统用模拟量输入作为附加给定，与固定频率设定相叠加以满足不同型号模具特殊要求。调速系统电路图如图2。制动电阻的热敏开关4BD22-2EAO，1.5Q，2.2kW 3。变频器的各项参数设置如表4所示。表4 变频器性能参数设置参数号设定值说明P01000欧洲/北美设定选择P03001电机类型选择（异步电机）P0304380电机额定电压P030575电机额定电流P030737电机额定功率P03080.87电机额定功率因数P03090.925电机额定效率P

28、031050电机额定频率P03111450电机额定转速P07002变频器通过数字量控制P100024变频器频率设定值来源于固定频率和模拟量叠加P10800电机运行的最小频率P108245电机运行的最大频率P11205斜坡上升时间P112120斜坡下降时间P10605点动斜坡上升时间P10615点动斜坡下降时间P130020变频器运行方式为无速度反馈的矢量控制P070117Din1选择固定频率1运行P070217Din2选择固定频率2运行P070317Din3选择固定频率2运行P07051Din5控制变频器启停P070611Din6正向点动P100121固定频率1.30HZP100230固定频率

29、2.40HZP100340固定频率3.40HZP105810正向点动频率10HZP073152.5变频器故障指示P09003快速调试3.3传感器简介及选型3.3.1压力传感器该控制系统中存在大量的模拟量信号，这些信号的输入都要通过传感器是进行模拟量采集，将采集的模拟量信号送入PLC输入模块进行模数转换，选取PC-2088系列压力变送器。PC-2088系列通用压力变送器选用的压力传感器，是一个内装固态压力敏感芯片的带不锈钢隔离膜片的全焊接不锈钢体。钢体内部灌注硅油。被测压力作用在膜片上并通过硅油传递到敏感芯片上。敏感芯片通过导线变送器专用放大电路相连接。它利用半导体硅材料的压阻效应，实现压力与电

30、信号的转换。由于敏感芯片上的惠斯登电桥输出的电信号与作用压力有着良好的线性关系，所以可以实现对压力的准确测量表5 PC-2088压力变送器参数规格测量范围相对压力：最大060MPa最小0500KPa绝对压力：最大060MPa最小020KPa负相对压力：-500Pa-0.1MPa精度等级0.1级、0.25级、0.5级温度影响Tk0.02%FS/K稳定性优于0.1%FS/年供电电源1236VDC(一般为24V)位置影响安装位置不影响零点防爆等级防爆型：Exid II Bt5、本安型：ExidII CT6允许温度介质温度：-3085、环境温度：-3080、储存温度：-30+80防护等级IP65调节范

31、围零点调节范围 5%满量程供电电源12V36V DC输出信号420mA DC(模拟，二线制)、15V DC（模拟，三线制）接线引出方式可根据需要从任何一个出口引出，建议最小使用7.5工业电缆作为引线以便密封，引出接头为通用电缆接头M121.5，不引线一端用端盖封住变送器由传感器和信号处理电路组成，其中传感器感压面设有惠斯登电桥，当增加压力时，电桥各桥臂电阻值发生变化。通过信号处理电路，转换成电压变化，最终将其转换成标准420mA DC信号并转换成数字信号存储到PLC内存里；输出是由模拟量输出模块将我们要输出的存储在内存中的数字离散信号转换为电压信号或者电流信号。PC-2088系列压力变送器采用

32、具有国际先进水平的传感器，配合高精度电子元件，经严格的工艺过程装配而成。充分发挥了传感器的技术优势，使PC-2088系列通用压力变送器具有优异的技术性能。它抗过载和抗冲击能力强、温度漂移小、稳定性高，具有很高的测量精度。其性能参数如表5所示。3.3.2水位传感器在本系统中要求测量水位在070米左右，又要求要具有高精度的水位测量故本系统选取了SY.69-WL400水位传感（北京卓川电子科技有限公司生产）SY.69-WL400水位传感器的沉入式压力变换器用船舶级环氧包封，因此湿气绝不会漏入或逐渐渗入通气管而引起漂移或水位传感器失效。SY.69-WL400水位传感器采用独特的、高韧性的硅树脂隔膜作为

33、水和传感元件的接触面。这种变换器消除了与金属箔隔膜相关的问题出现，金属箔隔膜会随时间而趋于起皱和拉伸，从而引起漂移、线性度和滞后的故障。SY.69-WL400水位传感器可选水位范围0-1，5，10，20，40，75m。 SY.69-WL400水位传感器有一个4-20mA输出信号，与水的深度成线性关系。SY.69-WL400水位传感器需要10-36VDC工作，所以可以用通用的12VDC电池系统来驱动SY.69-WL400水位传感器。4-20mA信号从SY.69-WL400水位传感器到记录设备最远可以传送900米。只要通气电缆出了水面，通用的双绞线或电气延伸线可以连接到通气电缆上。4-20mA信号

34、可以通过125 ohm电阻转换为0.5-2.5 VDC的电压信号。SY.69-WL400水位传感器技术参数如表6所示表6 SY.69-WL400水位传感器技术参数传感元件传感器元件硅树脂隔膜，湿/湿变换器压力范围0-1，5，10，20，40，75米线性度和滞后0.1% FS精度在恒温下，0.1% FS; 在1.37 - 21.1范围内,0.2%过压不超过2倍的满量程范围分辨率无穷小(模拟信号)电源电压8-36VDC拉电流与传感器输出相同输出4-20mA 或 0.5-2.5VDC(取样电阻125 ohms)预热时间建议3秒工作温度40 - +85补偿在-1.1 - +21.1范围内动态温度补偿,

35、 自动气压补偿重量227 g外壳材料304L不锈钢，SS微孔筛网(数百个孔防止阻塞)，电子部件全部用船舶级环氧包封，确保不会泄漏尺寸2cm直径，14cm长，小到可以用于2.5cm的井通气电缆导体4芯, 22AWG材料船舶级聚醚护套,聚乙烯通气管,全金属箔屏蔽温度范围30 - +85重量约65g/m长度标准7.62米, 最长可订制152.4米3.4 模数转换模块模数转换模块分为A/D转换模块和D/A转换模块。PLC模拟量处理功能主要通过模拟量输入输出模块及用户程序来完成。模拟量输入模块接受各种传感器输出的标准电压信号或电流信号，并将其转换为数字信号存储到PLC中。PLC根据生产实际要求，通过用户

36、程序对转换后的信息进行处理并将处理结果通过模拟量输出模块转换为标准电压或电流信号去驱动执行元件5。本系统设计有6路模拟量输入和1路模拟量输出，其中有四路是温度传感器输入。所以本设计选用一块EM231热电偶模拟量输入模块，模拟量输入模块接受各种传感器输出的标准电压信号或电流信号，将其转换为数字信号存储到PLC中。该模块完成四路温度传感器的模数字量转换功能；一块EM235模拟量输入输出模块，该模块完成两路传感器的模数转换和一路数模转换功能。EM231性能指标如表7所示。表7 EM231性能指标项目参数备注输入类型悬浮型热电偶输入输入范围TC类型（选择一种）S，T，R，E，N，K，J 电压范围：+/

37、-80mV可选择最大输入电压（V）DC30输入分辨率0.1/0.1F转换精度15位加符号位数据字范围-2764824678基本误差0.1%FS重复性0.05%FS转换时间405输入阻抗1导线长度/电阻100m/100冷端误差1.5消耗电流24V/60mA；5V/87mADC24V范围（V）DC20.428.8需要PLC外部供给3.5触摸屏显示器为了能更好更快捷地实现对主机的操控本系统增加了一触摸屏显示器这样可以让使用者只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。市场上触摸屏显示器和数繁多，本系统选择了3M 电容式触摸屏(17

38、-8411-121) 触摸屏。与传统的键盘和鼠标输入方式相比，触摸屏输入更直观。配合识别软件，触摸屏还可以实现手写输入。表8 3M 电容式触摸屏(17-8411-121)主要参数名称3M 电容式触摸屏(17-8411-121)技术电容式屏幕类型平面尺寸19.1英寸透光率88%触摸寿命触摸超过225,000,000次表面硬度莫式6.5级有效触摸区域303377mm宽度389mm高度317mm工作温度-15-70触摸屏由安装在显示器屏幕前面的检测部件和触摸屏控制器组成。当手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置由触摸屏控制器检测，并通过接口（如RS232串行口）送到主机，连接框图

39、如下：PLC触摸屏图2 触摸屏和PLC连接示意图3.6软起动器软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂

40、得多。运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。（1）斜坡升压软起动。这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。（2）斜坡恒流软起动。这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完

41、毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。本设计主要是采用3RW40软启动器至今仍是世界上唯一能够在250 kW / 400 V功率范围内两相控制的软起动器。而且，由于其特殊的紧凑型设计，也是世界上最小的软起动器。因此可保证节省空间，使控制柜排布清晰。SIRIUS 3RW40采用拥有专利权的全新控制技术“相位平衡”。该控制技术能够防止两相控制软起动器中的直流成分。统一的连接系统；设计小巧、紧凑，可在控制柜中实现节省空间式简洁布置；自保护和电机过载保护，无需额外配线；电

42、流限值可调，可避免瞬间冲击电流；调试简单、快捷。4硬件电路设计4.1主电路控制电路图KM2VVVFQAKM1M1M2M3KM3KM4KM5KM6KM7RJ1RJ1RJ1三相线图3主电路接线原理图系统主电路主要由三相四线制电源、漏电保护器、热保护器、继电器、变频器、软启动器、三相电机等组成其接线图如下。4.2控制电路及附属电路设计，图如下：X0 Y1X1 Y2X2 Y3 Y4Y5Y6Y7COM EM231模数转换压力变送器水位变送器EM235模拟块MM440启动手/自动转换停止KM1KM1KM1KM1KM1KM1图4 系统控制及附属电路控制电路及附属电路主要由PLC、各种的开关、继电器、EM23

43、1模块、EM235模块、报警器、变频器等组成。其工作过程是在设备运行中，由于用水量的变化，使供水压力发生变化，通过压力传感器将压力变化信号传送给运行控制器，经控制器电脑与设定压力比较判断后，调整变速泵转速或水泵运行台数，调整供水流量使供水压力重新回到设定的压力值，满足用水要求。若用水量很小时，经控制器电脑分析确认后自动停止主供水系统运行，启动夜间值班小泵，以维持管网压力和少量用水，当用水量达到值班小泵不能维持设定的压力时，主供水系统自动启动，值班小泵停止运行，从而提高了系统运行的安全性，并获得了明显的节电效果。 5 软件设计5.1水位控制部分本控制系统的软件设计是分四部分实现的，主要包括手动自

44、动控制部分、压力转换控制部分、水位控制部分和压力PID控制部分。本文中所采用的PLC是西门子公司的产品S7-200系列，CPU的型号是CPU226。西门子PLC编程工具的使用可以参照西门公司的程序使用手册或者在程序中按F1调出帮助文件参考。下面介绍一下PLC程序的主要结构。首先看流程图图3所示。由系统流程图可以看出本控制系统的软件设计是由六部分来实现的，主要包括手动/自动控制部分、压力转换控制部分、水位控制部分、压力PID控制部分、PLC与变频器通信和机械故障处理部分。其中手动和自动控制部分是在水位压力控制中使用的。所以下面仅对水位、压力和通信控制子程序进行分析。本系统控制程序可见附录1。初始化启动变频器延时管压低？单台变频运行