变频器恒压供水(多泵)

目录

1 绪论 (1)

2 变频恒压供水系统基本控制策略 (2)

2.1 系统介绍 (2)

2.2 变频恒压供水系统理论分析 (3)

2.2.1 变频恒压供水系统节能原理 (3)

2.2.2 变频恒压控制理论模型 (4)

3 变频恒压供水系统构成及工作原理 (5)

3.1 系统的构成 (5)

3.2 工作原理 (7)

3.3 主电路接线图 (7)

3.4 系统工作过程 (8)

3.5 变频器恒压供水系统电气控制图 (9)

4 器件的选型及介绍 (10)

4.1 变频器简介 (10)

4.1.1 变频器的基本结构与分类 (10)

4.1.2 变频器的控制方式 (10)

4.2 变频器选型 (11)

4.2.1 变频器的控制方式 (11)

4.2.2 变频器容量的选择 (12)

4.2.3 变频器主电路外围设备选择 (14)

4.3 可编程控制器(PLC) (16)

4.3.2 PLC的工作原理 (17)

4.3.3 PLC及压力传感器的选择 (17)

5 PLC编程及变频器参数设置 (18)

5.1 PLC的I/O接线图 (18)

5.2 PLC程序 (18)

5.3 变频器参数的设置 (21)

5.3.1 参数复位 (21)

5.3.2 电机参数设置 (22)

结束语 (23)

参考文献 (24)

1 绪论

随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。

变频恒压供水系统能适用生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求，该系统具有以下特点:

(1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，它是一个过程控制量，同其他一些过程控制量(如:温度、流量、浓度等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。同时用于水泵转速控制的变频器也存在一定的滞后效应。

(2)用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。

(3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型具有很强的多变性。

(4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和运行)是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此可以认为，变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。

2 变频恒压供水系统基本控制策略

2.1 系统介绍

变频恒压供水控制系统由PLC控制器、触摸屏显示器、变频调速器、压力变送器、水位变送器、交流接触器等其它电控设备以及3台水泵（功率为15KW）和一台小流量辅助泵（功率为5KW）等构成。在供水系统总出水管上安装压力变送器检测出水压力，在蓄水池安装液位变送器，PLC具有模拟量输入检测模块，检测压力变送器和液位变送器输出的4-20mA信号，将检测的压力信号与设定的压力信号经过PID运算后，通过控制变频器的输出频率来调整电动机的转速，保持供水压力的恒定，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统；自动检测水池水位信号与设定的水位低限比较，输出水位低报警信号或直接停机。触摸屏显示器可以显示电源电压、电流、变频器输出频率、实际供水压力和设定供水压力和各泵的工作状态等信息；可以通过触摸屏在线修改设定供水压力和控制水泵的运行。该系统还设有多种保护功能，尤其是强电逻辑硬件互锁功能，从而保证正常供水，且可以做到无人值守。

图2.1 供水流程简图

2.2 变频恒压供水系统理论分析

2.2.1 变频恒压供水系统节能原理

供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不

变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f(Q)，如图2.2所示。

图2.2供水系统的基本特征

由图可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q(u)间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系。管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。图2.2供水系统的基本特征。

变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器

调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。

2.2.2 变频恒压控制理论模型

变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上从图2.3中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。

图2.3 供水系统方框图

3 变频恒压供水系统构成及工作原理

3.1 系统的构成

图3.1 系统原理图

如图3-1所示，整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压力变送器(反馈4～20mA电流)；变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。

从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。

1)执行机构

执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，图2.3中的3个水泵分为二种类型:

调速泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。

恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。

(2)信号检测

在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号:

①水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。

②报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。

(3)控制系统

供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。

①供水控制器:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵)进行控制。

②变频器:它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。

③电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。

(4)人机界面

人机界面是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面，使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。

(5)通讯接口

通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以和组态软件以及其他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代先进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等

(6)报警装置

作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢水等等造成的故障，

3.2 工作原理

合上空气开关，供水系统投入运行。将手动、自动开关打到自动上，系统进入全自动运行状态，PLC中程序首先接通KM6，并起动变频器。根据压力设定值(根据管网压力要求设定)与压力实际值(来自于压力传感器)的偏差进行PID调节，并输出频率给定信号给变频器。变频器根据频率给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速以保证水压保持在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时变频器在运行频率到达上限，会将频率到达信号送给PLC，PLC则根据管网压力的上、下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号，由程序判断是否要起动第2台泵(或第3台泵)。当变频器运行频率达到频率上限值，并保持一段时间，则PLC会将当前变频运行泵切换为工频运行，并迅速起动下1台泵变频运行。此时PID会继续通过由远传压力表送来的检测信号进行分析、计算、判断，进一步控制变频器的运行频率，使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内。

3.3 主电路接线图

图3.2 主电路图

电机有两种工作模式即：在工频电下运行和在变频电下运行。KM1、 KM3、 KM5 分别为电动机M1 、M2 、M3 工频运行时接通电源的控制接触器，KM0、 KM2 、

KM4 分别为电动机M1、M2、 M3 变频运行时接通电源的控制接触器。

热继电器(FR)是利用电流的热效应原理工作的保护电路，它在电路中的用作电动机的过载保护。

熔断器（FU）是电路中的一种简单的短路保护装置。使用中，由于电流超过允许值产生的热量使串接于主电路中的熔体熔化而切断电路，防止电气设备短路和严重过载。

3.4 系统工作过程

1、减泵过程

当用水量减少、水压上升、变频器输出频率低于下限值时，但管网压力仍偏高时，则各泵将依次退出运行，依次退出运行的方式有两种。

(1)先开先停方式。PLC接收到下限频率到达信号，延时一定时间后，接触器1KM2失电复位，水泵M1脱离工频电源停止运行。变频器输出频率仍然低于下限值，重复上述过程，水泵M2脱离工频电源停止运行，变频器驱动水泵M3恒压供水，水压稳定在设定值上。这种方式称为循环方式，通常用于各台水泵的容量都相等的供水系统中。其优点是可以自动的使各泵运行的时间比较均衡；缺点是工频运行状态直接停机时，可能由于停机太快而使管网压力发生较大波动。

(2)先开后停方式。首先使正在变频运行的M3减速停机，然后使变频器的输出频率升至50Hz，将M2切换为变频工作，依此类推这种方式通常用于各台水泵的容量不相等的供水系统中，其优点是水泵的停机比较缓慢，管网压力比较稳定；缺点是不能自动地循环变换。

2、加泵过程

首先由M1在变频控制的情况下工作。

当用水量增大、水压下降，变频器输出频率上升到50Hz时水压仍然不足，经过短暂的延时，将M1切换为工频工作，同时变频器的输出频率迅速降低为0，然后使M2投入变频运行。当M2也达到额定频率而水压仍不足时，重复开始运行时的过程，水泵M2脱离变频器驱动，由工频供电全速运行，变频器驱动水泵M3变频运行，使水压恒定在设定值上。

3.5 变频器恒压供水系统电气控制图

图3.3 电气控制图

4 器件的选型及介绍

4.1 变频器简介

4.1.1 变频器的基本结构与分类

1、变频器的基本结构

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器包括控制电路、整流电路、中间直流电路及逆变电路组成。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。

2、变频器的分类

变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

4.1.2 变频器的控制方式

在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。

(1) V/f控制

V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方

式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。

(2) 转差频率控制

转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。

(3) 矢量控制

矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。

(4) 直接转矩控制

直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。

4.2 变频器选型

4.2.1 变频器的控制方式

控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多，包括欧、美、日及国产的共约50多种。选用变频器时不要认为档次越

高越好，其实只要按负载的特性，满足使用要求就可，以便做到量才使用、经济实惠。下表中参数供选用时参考。

表4.1控制方式的比较

控制方式U/f=C控制

电压空间矢量

控制

矢量控制直接转矩控制

反馈装置不带PG

带PG或PID

调节器

不要不带PG

带PG或编

码器

速比I <1:40 1:60 1:100 1:100 1:1000 1:100 起动

转矩（在3Hz）150% 150% 150% 150%

零转速时

为150%

零转速时

为>150%~200%

静态

速度

精度

/%

±（0.2~0.3）±（0.2~0.3）±0.2±0.2±0.02±0.2

适用场合一般风机、泵

类等

较高精度调

速，控制

一般工业上的

调速或控制

所有调速

或控制

伺服拖动、

高精传动、

转矩控制

负荷起动、起重负

载转矩控制系统，

恒转矩波动大负

载

故选择U/f=C控制

4.2.2 变频器容量的选择

变频器的容量直接关系到变频调速系统的运行可靠性，因此，合理的容量将保证最优的投资。变频器的容量选择在实际操作中存在很多误区，这里给出了三种基本的容量选择方法，它们之间互为补充。

1、从电流的角度：

大多数变频器容量可从三个角度表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项，变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，或随变频器输出电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。

选择变频器时，只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。需要着重指出的是，确定变频器容量前应仔细了解设备的工艺情况及电动机参数，例

如潜水电泵、绕线转子电动机的额定电流要大于普通笼形异步电动机额定电流，冶金工业常用的辊道用电动机不仅额定电流大很多，同时它允许短时处于堵转工作状态，且辊道传动大多是多电动机传动。应保证在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电流。

2、从效率的角度：

系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积，只有两者都处在较高的效率下工作时，则系统效率才较高。从效率角度出发，在选用变频器功率时，要注意以下几点：

（1）变频器功率值与电动机功率值相当时最合适，以利变频器在高的效率值下运转。

（2）在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，但应略大于电动机的功率。

（3）当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利用变频器长期、安全地运行。

（4）经测试，电动机实际功率确实有富余，可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。

（5）当变频器与电动机功率不相同时，则必须相应调整节能程序的设置，以利达到较高的节能效果。

3、从计算功率的角度：

对于连续运转的变频器必须同时满足以下3个计算公式：

(1)满足负载输出：Pcn≥Pm／η (3.1)

(2)满足电动机容量：Pcn≥√3KUeIe cosφ×10-3 (3.2)

(3)满足电动机电流：Icn≥KIe (3.3)

式中Pcn为变频器容量（单位kW），PM--负载要求的电动机轴输出功率（单位kW），Ue为电动机额定电压（单位V），Ie为电动机额定电流（单位A），η为电动机效率（通常约为0．85），cosφ为电动机功率因数（通常约为0．75），k是电流波形补偿系数（由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加，通常K约为1．05～1．1）。

将本系统参数带入求得所取变频器容量最低为88KW故取100KW，额定电流139.26A，故取150A。

根据计算所得的所需参数可以选取西门子MicroMaster430（风机水泵专业）变频器，具体的可以选择MM430-110K 型号的变频器，他配接电机的容量是110kw ，额定电流为205A 满足使用需求，可以选择。

4.2.3 变频器主电路外围设备选择

1、断路器

当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将QF 切断，使变频器与电源隔离。当变频器输入侧发生短路等故障时，进行保护。

选择原则

(1)变频器在刚接电源的瞬间，对电容器的充电电流可达额定电流的（2-3）倍；

(2)变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常可能超过额定电流；

(3)变频器允许的过载能力为150%，1min 。

为了避免误动作，断路器的额定电流QN I 应选：

N QN I I )4.1~3.1(≥ (3.4)

其中N I 为变频器的额定电流。故选择断路器额定电流选择210A

根据上述数据可以选择断路器DW15—400断路器额定电压为380V ，额定电流为300满足要求可以选择。

2、接触器

(1)主要作用：可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；变频器发生故障时，可自动切断电源。

(2)选择原则：

由于接触器自身并无保护功能，不存在误动作的问题，故选择原则是主触点的额定电流N KN I I ≥，应该大于126.6A,可以选择主触点额定电流为130A 的接触器。

根据上述数据施奈德的LC1—D150，满足参数要求，可以选择

3、主电路的线径

(1)电源和变频器之间的导线

一般说来，和同容量普通电动机的电线选择方法相同。考虑到其输入侧的功

率因数往往较低，应本着宜大不宜小的原则来决定线径。

(2)变频器和电机之间的导线

因为频率下降时，电压也要下降，在电流相等的情况下，线路电压降U ?在输出电压中的比例将上升，而电动机得到电压的比例则下降。这有可能导致电动机带不动负载并发热。所以，在决定变频器和电动机之间导线的线径时，最关键的因素便是线路电压降U ?的影响。一般要求：

N U U )%3~2(≤? (3.5)

U ?的计算公式是：

)(1000

30V l R I U MN =? (3.6) 式中：N U ——额定相电压，V ；

MN I ——电动机额定电流，A ；

0R ——单位长度（每米）导线的电阻，m Ω/m ；

l ——导线的长度，m 。由上两式可直接求出0R 的取值范围。根据Ro

值确定导线面积。

由公式（3.5）得：6.7(≤?U ～11.4）V

由公式（3.6）得：0.69 m Ω/m ≤≤0R 1.04 m Ω/m ,根据表3.1判断所需的导线截面积，为了满足控制系统的要求，应该选择截面积为162mm 的导线。 表4.2 常用电动机引出线的单位长度电阻值。 标称截

面/mm 2 1.0 1.5 2.5 4.0 6.0 10.0 16.0 25.0 35.0

0R /(m Ω/m) 17.8

11.9 6.92 4.40 2.92 1.73 1.10 0.69 0.49

4、制动电阻 准确计算制动电阻值十分麻烦，在实际工作中基本不用。许多变频器的使用说明书上给了一些计算方法，也有的直接提供了供用户选用的制动电阻的规格。但按说明书上选择电阻时须注意下面问题，变频器生产厂家为了减少制动电阻档

次，常常对若干种不同容量的电动机提供相同阻值和容量的制动电阻。选用时，应注意根据生产机械的具体情况进行调整。对同一挡中电动机容量较小者，制动转矩与额定转矩的比值偏大。为了减小能量的消耗，应根据制动过程的缓急程度以及飞轮力矩的大小，考虑能否选择阻值较大的制动电阻。对同一挡中电动机容量较大者，制动转矩与额定转矩的比值偏小。在一些飞轮力矩较大，又要求快速制动的场合，或者如起重机械那样，需要释放位能的场合，上述制动电阻有可能满足不了要求，靠考虑选择阻值较小的一挡制动电阻。

4.3 可编程控制器(PLC)

4.3.1 PLC的定义及特点

在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会（NEMA）经过4年的调查，于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），英文缩写为PC，并作如下定义：“可编程序控制器是一种数字式电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。PLC的特点如下：

1、高可靠性

(1)所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

(2)各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.

(3)各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

(4)采用性能优良的开关电源。

(5)对采用的器件进行严格的筛选。

(6)良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

(7)大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2、丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压

或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮行程开关接近开关传感器及变送器电磁线圈控制阀直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3、采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4.3.2 PLC的工作原理

PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

4.3.3 PLC及压力传感器的选择

水泵M1、M2、M3可变频运行，也可工频运行，需要6个输出点，根据系统设计要求需要五个输入点，则选择西门子的S7-200系列PLC。

压力传感器采用CY-YZ-1001型绝对传感器。该传感器采用硅压阻效应原理实现压力测量的力-电转换。传感器由敏感芯体和信号调理电路组成，当压力作用于传感器时，敏感芯体内硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作放大处理，同时进行温度补偿、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标的要求。传感器的量程为0～2.5MPa，工作温度为5℃～60℃，输出电压为0～5V，作为本系统的反馈信号供给PLC。

5 PLC 编程及变频器参数设置

5.1 PLC 的I/O 接线图

图5.1 PLC 的I/0接线图

输出端接中间继电器控制电机的工频与变频工作状态的转换，输入点I0.0控制系统电机的停止工作，I0.1控制系统电机工作及变频器工作的开始。I0.2点用于在一号泵有故障时手动启用三号泵代替一号泵的工作。I0.4为当变频器输出频率达到上限值时手动闭合，使电动机切换为工频工作。

5.2 PLC 程序

启动变频器工作

1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0. 3 Q0.4 Q0.5 N L1

S7-200 PLC

1M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 M L+ K1 K2 K3 K4 K5 K6 220V AC SB1 SB2 SB3 SB4

SD

PLC接收压力变送器反馈的值，与设定值进行以系列计算之后输出一个值控制变频器的输出频率，同时根据输出AC0的值判断电动机工作的台数与状态。其中压力变送器反馈值为0～5，内部数据为0～32767，对应进行转换之后通过下面的程序进行判断，以控制电动机的运行。

判断反馈值为H≥0.8，则使一号水泵定速工作，同时使二号水泵变速工作。