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，介绍了智能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智能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：FX2N-PLC可编程序控制器、压力传感器、变频器PID运算、PLC控制、恒压供水Abstract：Be graduation practice's turn to have filled up pressure type water supply equipment work to environmental protection , energy conservation , automation introduce that. The 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 system. 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) constitutes 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 water 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 Taiwan number and the movement variable displacement pump electric motor rotational speed, thus achieved stabilizes for the water main pipe pressure in hypothesis Pressure. Key word:PLC control the FX2N-PLC programmable、Pressure sensor 、Frequency transformer PID arithmetic、PLC controlled 、The constant voltage supplies water。
目 录1 前 言..........................................................12 系统设计要求及设计方案.........................................12.1 总体方案...................................................32.1.1 变频恒压供水系统主要特点........... ......................52.1.2 传统定压方式的弊病........... ............................52.2 恒压供水技术的实现..........................................32.3 系统的构成及工作特性........... ............................52.3.1 变频恒压供水系统组成........... ..........................52.3.2 系统工作特性........... ..................................52.3.3 主要研究设计.............................................413 系统设计可行性分析................. ...........................83.1 总体设计分析 ...............................................83.2 系统设计方案及实施.........................................114 硬件单元电路设计 ............ ................................114.1主电路元器件................................................104.1.1 主电路元器件的作用4.1.2 主要电器的选择.............. ..........................144.2 压力传感器及其检测.............. ..........................144.3 可编程控制器（PLC）选型....................................164.4 变频器选型及说明 .........................................174.5 主电路设计.................................................195 变频器模块.....................................................205.1 变频器的PID组成部分........................................235.1.1 系统基本组成5.2变频器的PID功能预置........ ........ ......................276 系统接线与调试.................................................296.1 PLC控制流程图............... ..... ........................306.1.1 PLC控制示意图..........................................416.1.2 PLC控制流程图..........................................416.2可编程控制器（PLC）I/O分配与接线...........................336.2.1 I/O分配图..............................................416.2.2 PLC接线................................................416.3变频器内部端子排列..........................................397 结论...........................................................41参考文献.........................................................50前 言 变频调速技术(variable velocity valiable frequency technology)是一项综合现代电气技术和计算机控制的先进技术，广泛应用于水泵节能和恒压供水领域。
变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义可以说变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术由于电子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、稳定、长周期运行 长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求在小区供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式由于小区高楼用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。
变频调速技术给水泵站上应用，成功地解决了能耗和污染的两大难题本控制系统PLC、带PID的变频器、相应的压力传感器和执行机构有机地结合起来，发挥各自优势，使得系统调试和使用都十分方便，而且大大简化了小区在管理、数据统计和分析等方面的工作量实践证明，本系统不仅满足了生活的需要，提高了整个小区的整体管理水平由于小区高楼供水的自动化技术改造在我国有着广泛的前景，本控制系统具有较大的发展潜力和使用价值该恒压供水控制系统具有以下特点：（1）有消防信号外部输入接口当有火警或火灾信号到来时，系统能自动切换到火灾状态；(2)便于灵活配置常规泵、消防泵及其他功能泵，便于实现供水泵房全面自动化；(3)工作泵与备用泵不固定，可自动定时轮换，有效地防止因为备用泵长期不用时发生的锈死现象；(4)如果有需要可扩展实现联网控制，便于实现楼宇自动化管理变频调速技术用于民用消防给水系统可以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民用和消防用水要求不论是设备的投资、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2 系统设计要求及设计方案2.1 总体方案2.1.1 变频恒压供水系统主要特点： 1. 节能，可以实现节电20%-40%，能实现绿色用电。
2. 占地面积小，投入少，效率高 3. 配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠4. 运行合理，由于是变频启动，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高 5. 由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头 6. 通过自动控制，可以实现无人值守，节约了人力物力这种变频器只要配套恒压供水系统单元，便可直接控制多个电泵工作，不需外配价格昂贵的PID调节器、PLC控制器，功能强大且成本较低这种专用的变频调速恒压供水控制电路，是通过设置指令代码，方便灵活的实现PLC、PID等控制系统的功能简化了电路结构，提高了系统的可靠性，设备的成本大幅度下降该系统 控制方便、安全可靠，系统无需改线，便可实现选择的水泵切入退出，保养检修十分方便，变频器的功能十分完善，设有电流、电压等各种保护及报警措施，一旦变频出现故障，系统可以切换到工频运行，避免断水，安全可靠 2.1.2 传统定压方式的弊病： 1. 管理不便、因与大气连通易引起的管道腐蚀 2. 由于水箱内微生物、藻类孳生，还可能对系统造成二次污染，所以每年定压水箱都需定期维护，并由卫生防疫部门检验。
3. 定压水箱需占用较大空间，需要专门的地点来放置 4. 高位定压水箱系统的控制靠投入泵的台数来调节，但这种调节方式不能做到供水量和用水量的最佳匹配，水泵长期偏离高效区工作，效率低下 5. 系统频繁的起停泵，对水泵、电机及开关器件都会缩短使用寿命 6. 使用高位水箱供水，在系统流量较大时，管网压力会有较大的变化，造成部分用户资用压头不够，出现诸如流量不足、冷热不均等情况 7. 在供水泵的选型上，设计人员为了提高系统安全系数，电机选型都较大；在用水负荷较小或低区采用减压阀、节流孔板等来调节剩余水头时，大量的能量消耗在阀上，都造成电能的浪费 2.2 恒压供水技术实现 通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成4～20mA的模拟信号，通过变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不在变化，使管网压力恒定在设定压力上；反之亦然 目前交流恒压无塔供水技术是一项业已广泛应用的节能技术由于电子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、稳定、长周期运行。
长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求在高楼供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式由于小区用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题变频调速技术在给水泵站上应用，成功地解决了能耗和污染的两大难题 2.3 系统的构成及工作特性2.3.1 变频恒压供水系统组成 ：变频恒压供水系统采用一电位器设定压力，采用一个压力传感器（反馈为4~20mA）检测管网中压力，压力传感器将信号送入变频器PID回路，PID回路处理之后，送出一个水量增加或减少信号，控制电动机转速如在一定延时时间内，压力还是不足或过大，则通过PLC作工频/变频切换、供水泵数量增加／减小，使实际管网压力与设定压力相一致.另外，随着用水量的减少，供水泵投入运行数量减小，变频器自动减少输出频率，达到了节能的目的两台水泵根据用水量的多少，按一定的控制逻辑运行，使供水在恒压状态下进行工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。
电机泵组交流接触器组PLC变频器压力传感器管道2.3.2 工作特性：采用PLC工业自动化技术控制装置通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境进行调试进行恒压用水控制使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击，消除了水泵的水锤效应 新型的高楼变频恒压供水系统采用水池上直接安装立式泵，控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地就非常小，可以节省投资另外不用水塔或天面水池、控制间不设专人管理、设备故障率极低等方面都实现了进一步减少投资，运行管理费低的特点，再加上变频供水的节能优点，都决定了小区变频恒压供水系统的投资回收期短，一般约2年 为了变频器不跳闸保护，现场使用当中的许多变频器加减速时间的设置过长，它所带来的问题很容易被设备外表的正常而掩盖，但是变频器达不到最佳运行状态所以现场使用时要根据所驱动的负载性质不同，测试出负载的允许最短加减速时间，进行设定对于水泵电机，加减速时间的选择在0.2-20秒之间。
2.3.3 主要研究设计：变频调速恒水位供水系统现状和发展，主要介绍其系统的目的和意义，变频器供水的发展史一直到广泛应用，随着技术的发展，其优越性越来越多，主要是节能、恒压、综合技术的集成等，以后将朝大容量、小体积、高性能、易操作、寿命高、可靠性强、无公害化发展；介绍了LG公司的产品IG5，FX-2N PLC选型， PLC与继电器控制系统以及其特点变频调速恒水位供水系统的理论原理以及总体方按的设计,主要是变频器的构成、控制方式和形式，控制方式有三种形式：V/F控制、转差频率控制、矢量控制；变频器的节能、调速原理；变频器的工况点的确定和能耗机理分析，以及系统调速范围的确定变频调速恒供水系统方案；控制系统的工作过程 系统的工作过程分为以下三个工作状态：1#电机变频启动；1#电机工频运行，2#电机变频运行；2#电机单独变频运行；变频工频切换技术解决方案1．系统硬件设计（主电路、控制电路）；P LC 接线图设计，包括输出输入上元件的分配及编号，PLC 模拟量输入，两块数字扩展模块，一块扩展模块所构成2．应用软件设计（PLC程序设计） 主要介绍了编程软件的特点、语言和梯形图其本绘制规则；控制系统程序设计主要包括七大程序，分别是初始化程序、停机程序、阀门开关程序、水泵电机启动程序、电机变频/工频切换程序；整个系统程序的工作过程以及编程中应注意的细节。
3 系统设计可行性分析实现3.1 总体设计分析目前，住宅小区高楼变频恒压供水系统设计方案主要采用“一台变频器控制一台水泵”(即“一拖一”)的单泵控制系统和“一台变频器控制多台水泵”(即“一拖N”)的多泵控制系统随着经济的发展，现在也有采用“二拖三”、“二拖四”、“三拖五”的发展趋势一拖N”方案虽然节能效果略差，但独有投资节省，运行效率高的优势;具有变频供水系统启动平稳，对电网冲击小，降低水泵平均转速，消除“水锤效应”，延长水泵阀门、管道寿命，节约能源等优点，因此目前仍被普遍采用一拖N”多泵系统的一般控制要求 多泵循环运行程序控制 以“一拖二”为例:先由变频器启动1#水泵运行，若工作频率已达到变频器的上限值50Hz而压力仍低于规定值时，将1#水泵切换成工频运行，此时变频器的输出频率迅速下降为0，然后启动2#水泵，供水系统处于“1工1变”的动行状态;反之，若变频器工作频率已下降至下限值(一般设定为25~35Hz)而压力仍高于规定值时，令1#水泵停机，供水系统又回复到1台水泵变频运行状态如此循环不已其他的“一拖N”程序控制，依此类推循环顺序为： 其中1#B为1号泵变频运行；2#B为2号泵变频运行；1#G为1号泵工频运行；2#G为2号泵工频运行。
当系统开始工作时，水压传感器把实测水压值变成控制标准电流(4mA～20mA)输入模拟块，经A/D模数转换后，进入PLC与设定的压力值比较对比较得出的电压差进行PID(比例、积分、微分)运算，并以此结果控制变频器的输出频率，以调整变频泵机的转速，使1#B变频运行，确保在不同供水流量变化下，水厂出水口的压力保持恒定当流量继续增加，变频器输出频率继续增大，输出频率增加至工频50Hz时，延时确认，PLC发出指令，1#B转为工频运行而变为1#G，同时2#泵接入变频器启动运行此时运行状态为1#G+2#B，系统处于现阶段供水高峰期运行状态如果系统用水量下降，水压则升高，通过自动调节，变频器输出频率减少，水压即可回落当变频器输出频率减少到启动频率时，延时确认后，PLC发出指令，切断1#G泵，系统只由2#B运行此后流量再增加，则于前所述，系统运行状态为2#G+1#B如此反复循环，使两台泵自动交替切换，先开先停，互为备用，既有助于延长泵机使用寿命，又保持供水系统压力恒定，满足用户要求图1所示为PLC程序流程图2） 设置换机间隙时间 当水泵电机由变频切换至工频电网运行时，必须延时几秒进行定速运行后接触器才能自动合闸，以防止操作过电压;而当水泵电机由工频切换至变频器供电运行时，也必须延时几秒后接触器再闭合，以防止电动机高速运转产生的感应电动势损坏变频器。
延时时间根据水泵电机的功率而定:功率越大，时间越长，一般取值5s3） 确保触点相互联连锁 在电路设计和PLC(可编程控制器)程序设计中，控制每台水泵“工频-变频”切换的两台接触器的辅助触点或者PLC内部“软触点”必须相互联锁，以保证可靠切换，防止变频器UVW输出端与工频电源发生短路而损坏为杜绝切换时接触器主触点意外熔焊、辅助触点误动作而损坏变频器的事故，最好采用两台连体、机械和电气双重联锁的接触器，如三菱公司的FX2N型联锁接触器等 （4） 水泵轮换启动控制 可以自由设置水泵启动顺序:可设置成1#水泵先启动，也可设置2#水泵先启动所有水泵平均使用，能有效防止个别水泵可能长期不用时发生的锈死现象遵循“先启先停”原则 （5） 设置定时换机时间 在水泵群中，定时5S切换运行时间最长的水泵，以保证所有水泵的均衡使用 （6） 变频器或PLC带有PID调节器 PID(比例-积分-微分)调节器的积分环节 I (即积分时间)调整应合理:时间太短，则系统动态响应快，反应灵敏，但易产生振荡，水泵来回切换;时间太长，则当压力发生急剧变化时，系统反应过慢，容易产生压力过高，导致管道爆裂 3.2 系统设计方案及实施 系统控制工艺流程设计 智能小区恒压供水网由恒压居民供水系统和消防用水系统组成。
恒压供水缓冲罐连接在总水管网上，它下面带有2个供水泵，实现一拖二供水工作，通过供水压力的变化完成小区供水生活用水和消防用水共用两台泵，平时电磁阀处于失电状态，关闭消防管网，两台水泵使生活供水在恒压状态当火灾发生时，电磁阀YV2得电，关闭生活用水水网，二台泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也处于恒压状态实现小区消防安全功能 恒压变量供水设备由变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成通过变频器和继电器、接触器控制水泵机组运行状态,实现管网的恒压变流量供水要求设备运行时,压力传感器不断将管网水压信号变换成电信号送入微机PID,经过变频器PID(比例-积分-微分)调节器运算处理后,获得最佳控制参数,通过变频器和继电控制元件自动调整水泵机组高效率地运行 供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、水位流量、压力的测量与调节；使用水量、排水量的测量；设备运转的监视、控制；水质检测；节水程序控制；故障及异常状况的记录等现场监控站内的控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据水箱和水池的高/低水位信号来控制水泵的启/停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等结构如图一：4 硬件单元电路设计4.1 主电路元器件4.1.1 主电路元器件的作用1、断路器的主要功能有：隔离作用。
当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将切断，使变频器与电源隔离保护作用当变频器的输入侧发生短路等故障时，进行保护接触器2、接触器的主要功能有：可通过按扭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 由于变频器有比较完善的过电流和过载保护功能，且空气开关也具有过电流保护功能，故进线侧可不必接熔断器 又因为变频器内部具有电子热保护功能，故在只接一台电动机的情况下，可不必接热继电器4.1.2 主要电器的选择1、空气断路器 现代的空气断路器都具有过电流保护功能，选用时应充分考虑电路中是否有正常过电流，以防止过电流保护功能的误作用变频器单独控制的主电路中属于正常过电流的情况有：变频器在刚接通电源的瞬间，对电容器的充电电流可高达额定电流的2~3倍变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常超过额定电流变频器允许的过载能力为150%，1min.所以，为了避免误动作，空气断路器的额定电流Iqn应选 Iqn>=(1.3~1.4)In式中In——变频器的额定电流，A 在切换控制的主电路中因为电动机有可能在工频下运行，故应按电动机在工频下的启动电流来进行选择，即： Iqn>=2.5Imn式中 Imn—— 电动机的额定电流。
2、工频接触器(KM3)工频接触器的选择应考虑到电动机在工频下的启动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一挡（接触器的额定电流挡）来选择保护电器3、熔断器(FU)可仿照空气断路器的选择方法来选4、热继电器(FR)热继电器发热元件的额定电流可按下式选择： Irn>=(1.1~1.15)Imn4.2 压力传感器及其检测 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应 UltraStable600压力传感器在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。
实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中压电式加速度传感器是一种常用的加速度计它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力 除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途恒压供水控制系统的基本控制原理是：采用电动机调速装置与可编程控制器构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，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PID运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和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图2 压力传感器放大电路为此，用可编程控制器作为中心控制单元，通过接触器联锁控制，驱动变频调速器等控制元件及装置进行工作，以实现稳定的供水压力。
压力传感器检测结果转换为标准的4~20mA电流信号送到压力控制器和变频调速器送至变频调速器的压力与变频调速器内部给定压力相比较，如有差别，则通过变频调速器自动调节水泵的转速，以控制水管供水压力恒定变频调速器的升速、降速时间和PID ... 通过可编程控制器发出指令使变频调速器驱动电机工作，压力传感器从供水主管道上检测来的压力信号有一路送至变频调速器，变频调速器根据输入信号与内部设定参数进行综合比较，比较后调整变频调速器以控制水泵转速来保持供水压力恒定压力传感器由一悬臂梁和4个组成全桥电路的应变片组成应变片的电阻随变形大小而发生线性变化，从而使电桥的两输出端点的电位发生线性变化，该变化经放大后输入给A/D转换电路变成10位数字量，其数字量范围为0～173.4由于压力传感器在0～4 MPa内保持线性变化(0～3.4 V)，所以压力计算为A/D转换后的数字量乘以4/(173.4～0)4.3 可编程控制器（PLC）选型FX的基本单元与扩展单元或扩展模块可以构成256点的PLC系统.利用扩展模块,以8点为单位增加输出点数,也可以只增加输入点数或只增加输出点数,因而可以改变输入输出点数的比例特殊功能单元和模块主要是指扩展适配器、脉冲输出单元、模拟量输入模块、模拟量输出模块及一些接口模块等。
根据在双恒压无塔供水系统中的压力传感器，所以在此系统中所采用的变频器PID模块它是将水压的电流信号经过PID单元转变成所需的变频器信号，从而实现所要求的控制FX2—64MT的一般技术指标环境温度0～55度（使用时）；—20～+70度（储存时）环境温度35%～85%RH（不结露）（使用时）抗 振JISCO911标准 10～55HZ 0.5mm（最大2g）3轴方向各2小时（但用DIN导轨安装时0.5g）抗冲击JISCO912标准10g3轴方向各3次抗噪声干扰用噪声仿真器产生电压为1000V，脉冲宽度为1us，频率为30～100HZ的噪声耐 压AC1500V1min绝缘电阻5M欧以上（DC500V兆欧表）所有端子与接地端之间接 地第三种接地，不能接地时也可浮空使用环境无腐蚀性气体，无尘埃FX2—64MT的输入技术指标项 目AC输入输入信号电压AC100～120V±10% 50/60HZ输入信号电流6.2mA/AC110V 60HZ输入ON电流3.8mA以上输入OFF电流1.7 mA以下输入响应时间约30ms不可高速输入输入信号形式无电压接点 或NPN集电极开路输出晶体管AC电压电路隔离电路隔离 光耦合隔离输入动作显示输入ON时 LED灯亮FX2—64MT（AC电源，DC输入）的基本单元型号输出形式输入点数DC24V输出点数(R .T)可扩展模块可使用点数FX2—64MT晶体管输出32点32点48点～64点4.4、变频器选型及说明变频器所使用的是韩国的IG5产品。
一个是LG变频器专用协议另外是MODBUS-RTU公作方式参数I/O组50à 0：专用，7：MODBUS）※ 版本50C以下à 只是LG专用方式1 特征在工厂自动化中，可很容易应用于用户程序中可以用计算机监视与变更参数2 RS485标准界面- 可以与所有电脑通讯- 应用多站联接系统（multi-drop link system）， 可以联接32台变频器- 内部噪声屏蔽 用户可以用所有类型的RS232-485转换器，但要求转换器具有内置‘自动RTS控制’功能4.5 主电路设计（图3—1）图3-1 主电路的接线图在硬件系统设计中，采用一台变频器连接2台电动机，其中1#、2#水泵电机具有变频/工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联；变频器输入电源前面接入一个自动空气开关，来实现电机、变频器的过流过载保护接通，空气开关的容量依据大机的额定电流来确定对于有变频/工频两种状态的1#和2#电动机，还需要在工频电源下面接入两个同样的自动空气开关，来实现电机的过流过载保护接通，空气开关的容量依据额定电流来确定所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择变频器主电路电源输入端子（R、S、T）经过空气开关与三相电源连接，变频器主电路输出端子（U、V、W）经接触器接至三相电动机上，当旋转方向预设定不一致时，需要调换输出端子（U、V、W）的任意两相。
特别是对于有变频/工频两种状态的电动机，一定要保证在工频电源拖动和变频输出电源拖动两种情况下电机旋向的一致性，否则在变频／工频的切换过程中会产生很大的转换电流，致使转换无法成功在变频器起动、运行和停止操作中，必须用触摸面板的运行和停止键或者是外控端子来操作，不得以主电路的通断来进行5 变频器模块5.1 变频器的PID组成部分该给水设备系统采用2台水泵，一用一备，由PLC定时切换若用水量大，变频器也可以通过可编程接口向PLC发出信号，由PLC控制两台泵同时工作，一台变频运行，一台工频运行传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口I、5G，而压力设定既可以使用变频器的键盘以数字量的形式设定，也可以采用一只电位器以模拟量的形式送入VR、V1这样通过变频器的控制面板，在变频器的PID选项中选择合适的PID参数，并经过现场调试校正，设备就可以正常运行了 由于PID运算在变频器内部，这就省去了对PLC存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。
同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便5.1.1 系统基本组成(1) 系统主控环节 系统整体的控制信号，包括压力设定信号，工频和变频故障信号处理，水位故障检测处理均由主控PLC 或主控人机设定，对于整个系统的运行信号进行综合，尤其是当出现故障状态的系统处理操作，是整个系统的核心控制部分2) 变频器内部控制环节 变频器内部控制，主要是指变频器内部PID 功能模块，内部PID 功能使现场工程师设置和调试方便，相对于原来的硬件PID 板控制，省去了硬件维护需要，节省了成本主控环节的压力设定信号与系统压力信号反馈形成闭环以维持管网恒定压力PID 的特性可由参数选择3) 电机控制环节 当管网压力的变化要求增加或减少工作水泵时，通过供水附件基板的中间继电器，控制各个电机交流接触器基板输出端口的状态决定外部各个水泵的运行状态5、2 变频器的PID功能预置 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小进行 PID控制器参数的整定步骤如下：（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
变频器的参数设定注意如下几点： （1）最高频率：水泵属于平方律负载，当转速超过其额定转速时，转矩将按平方律增加因此变频器的工作频率不允许超过额定频率，最高只能和额定频率相等2）上限频率：一般来说，以等于额定频率为宜，但变频器内部往往具有转差补偿功能，因此也可设置略低些 （3）下限频率：在供水系统中，转速过低，会出现水泵的全扬程小于实际扬程，形成“水泵”空转的现象所以，下限频率不宜太低PID功能的预置 一、一般运行功能 （1）上限频率 水泵的机械特性具有平方律特点，当转速超过额定转速时，负载的阻转矩将增大很多，导致电动机的严重过载所以，上限频率(fH)不应超过额定频率(fN)，即fH≤fN该系统设为50HZ（2）下限频率 在决定下限频率时，有两种情况应予考虑： · 水泵的扬程必须满足供水所需的基本扬程； · 供水系统常常是多台水泵共同供水，如果其他水泵在高速下运行，一台水泵转速过低，实际上将无法供水 故下限频率一般预置为：fL≥(15—20)Hz （3） 升，降速时间 水泵由于水管中有一定压力，在升、降速过程中，惯性的作用极微但过快地升速或降速，会在管道中引起水锤效应。
所以，也应将升、降速时间适当预置得长一些 （4） 升、降速方式 通常预置为线性方式 二、暂停(睡眠与苏醒)功能 （1） 睡眠功能 当变频器的工作频率已经降至下限频率，而压力仍偏高时，水泵应暂停工作(使变频器处于睡眠状态)以IG5系列变频器为例，当压力传感器的量程为1MPa，而所要求的供水压力为0．2MPa时，则目标值为 20％，“睡眠值”可设定为21％—25％(相当于压力的上限) （2） 苏醒功能 当水管中的压力小于某一下限值时，应使系统中止睡眠而重新开始工作(即中止暂停或称之为“苏醒”)，苏醒值可设定为15％—19％6 系统接线与调试在供水系统中，2台泵的运行状态为一台处于变频而另一泵有可能处于工频所以，每台泵的供电接触器其上口电源均来自与变频器输出和电网的三相电源供水管网压力进入变频器PID，经处理和转换后再由变频的方式输出同时，再将变频器输出的频率信号（数字信号）接入PLC，作为频率的检测和控制缘变频器中还有一些开关量的设置，如变频器的启停控制（由PLC输出的数字点控制），二台泵运行的连锁控制（二台泵的手/自动转换信号控制）等在“变频自动”运行方式下，先利用变频器启动并运行一台泵，同时系统检测供水管网的实时压力，当供水管网压力低于设定值时（外界用水量增加），系统完成变频泵频率的上调，当频率到达50Hz时，管网压力仍低则启动第一台工频泵。
以此类推，顺序实现工频泵的加入当供水管网压力高于设定值时（外界用水量减少），系统完成变频泵频率的下调，当频率到达20Hz时，管网压力仍高则摘除一台工频泵（由PLC控制）以此类推，顺序实现工频泵的摘除系统采用定时轮换工作制，其变频的工作顺序为1#——2#，当切换时，为了防止工频电源和变频输出短路，必须先将变频器关闭，待外部将其接触器连接好后再开启变频器工频和变频接触器应有机械上的联锁6.1 PLC控制流程图6.1.1 控制示意图6.1.2 控制流程图一、 基本控制要求：（1）生活供水时系统低恒压值运行（2）二台泵根据恒压的要求，采取“先开先停”的原则接入和运行，即：起动时，M1（或M2，可选择）先变频起动，用水量一定时，变频器频率稳定在某一值用水量增加时，M1输出频率增加，当达到50HZ后，延时5S，M1切换为工频运行，M2变频起动运行用水量又减小时，经延时5S，M1停，M2仍为变频运行用水量继续减小，M2将运行于最低转速如此时用水量增加，则系统转为M2工频，M1变频，如此周而复始每一个状态之间的转换均有5S的延时） 在设计控制流程的前面，我们将该控制系统做了如下流程的剖析，针对一拖二的情况对具体情况做了分支考虑：PLC控制逻辑具体图如下： 用水低峰期1#泵变频2#泵停止用水量由低向高过渡1#泵变频f2#泵停止用水量高峰期1#泵停止2#泵f≈50Hz用水量低峰期1#工频2号泵变频f≤20Hz用水量高峰期1#泵f ≈502号泵停止用水量由高向低过渡1#泵工频2号泵f用水量由低向高过渡1#泵停止2#泵变频f 用水低峰期1#泵停止2#泵变频用水量高峰期1#泵工频2号泵变频用水量高峰期1#泵变频2#泵工频用水量低峰期1#变频f≤20Hz2#泵工频用水量又高向低过渡1#泵变频f2#泵工频二、设计程序流程2台水泵分别为1号泵、2号泵工作过程如下：先由变频器起动，如果压力仍不足时，1号泵运行，如工作频率已经达到 50Hz，将1号泵切换成工频运行，再由变频器去起动2号泵，供水系统处于“1工1变”的运行状态； 如果变频器的工作频率已经降至下限频率，而压力仍偏高时，则令1号泵停机，供水系统又处于“1变”的运行状态；如变频器的工作频率又降至下限频率，而压力仍偏高时供水系统又回复到1台泵变频运行的状态。
这样安排，具有使2台泵的工作时间比较均匀的优点在PLC程序设计中，必须认真考虑这四个切换过程，才能保证系统在一个工作周期内实现正常切换与运行1#和2#泵工作过程流程图如下：开始子程序子程序自动模式？压力偏低？一台运行？零台运行？压力＞停机压力？一台运行？二台运行？压力偏高？开启第一台水泵频运行并置运行台数标志和变频标志切换变频泵为工频运行开始第二台水泵为变频运行并置运行台数标志和变频标志停止变频并置运行台数标志和变频标志使变频泵为高速运行关闭最早开启的工频泵并置运行台数标志和变频标志程序返回6.2 可编程控制器（PLC）I/O分配与接线 6.2.1 I/O分配图（1）输入端口自动控制系统PLC的输入端口包括自动控制启动按钮，阀门关闭按钮，电机停止按钮，以及手动控制启动按钮，阀门关闭按钮，电机停止按钮另外PLC输入端口还包括电动机的热保护继电器输入，输入形式是热继电器的常开触点2） 输出端口PLC的输出端口包括控制1#电机两个交流接触器的动作，分别对应变频/工频两个工作状态，1#水泵相应工作指示灯，2#电机变/工频运行的交流接触器动作，2#水泵相应工作指示灯PLC与这些交流接触器的连接是通过互锁来实现的，可以实现控制系统中的同台机泵两种状态之间的隔离，保护PLC设备等，增强系统工作的可靠性。
对于变频器，不仅需要一个中间继电器来控制变频器的FX和CM的通断，来实现变频器的运行和停止PLC的开关量输出：自动循环，一个变频器的启动和停止（一共3个点）PLC的开关量输入：4个接触器，变频器50Hz到信号，变频器开关（一共6个点）PLC的模拟量输出：变频器频率FM控制（1个点）——X1开关量输入开关量输出X0（自动按钮SB0）Y0（变频器启动KA2）CH1（低频20HZ状态）Y1（1#泵变频KM1输出）X2（高频50HZ状态）Y2（1#泵工频KM2输出）X3（消防紧急开关SB1）Y3（2#泵变频KM3输出）X4（总停止SB2）Y4（2#泵工频KM4输出）X5（1#泵工频SA1手动）Y5（电磁阀YV2动作）X6（2#泵工频SA2手动）Y6（变频器KM0输出）X7（FR过载保护）Y7（变频器紧急停止KA1） 6.2.2 PLC接线6.3 变频器内部端子排列及参数设置6.3.1 变频器内部端子排列结论恒压供水是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式供水网网（系出口）压力值是根据用户需求确定的传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水箱、气压罐等设施来实现。
随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，利用变频器、PID调节器、传感器、PLC等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压供水生活供水系统采用变频供水设备可改善供水水质，且自动化程度高，又是国家节能推广技术，但若选择使用不当，又会造成电能"浪费"，因此建议设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、 设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力 消防变频供水设备自动化程度高，系统响应迅速，实战性强，同时设备分布相对集中，配置简单，便于管理和维护，建议用户应根据自身工程特点合理选用 参考文献《变频器IG5用户指南》 IG5生产商主编《工厂电气控制设备》 赵明 许缪 主编《工厂电气控制技术》 李振安 主编《可编程控制器实用技术》 张万忠 主编《可编程控制器实用技术实训指导》李俊秀 赵黎明主编《毕业设计指导》 刘祖润《低压电器及配电（电控）设备选用手册》《变频器使用手册》有关其它电气控制、PLC教材或设计手册。