plc变频恒压供水系统毕业设计[1].doc

plc变频恒压供水系统毕业设计[1]

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攀枝花学院本科毕业设计

[基于plc的变频恒压供水系统］

学生姓名： 曲 斌
学生学号： 200810503053
院（系）： 电气信息工程学院
年级专业： 08自动化
指导教师: 伍刚 教授
助理指导教师： 唐老师 副教授

二〇一二年六月

摘 要

随着人民生活水平的日益提高,新技术和先进设备的应用，给给供水设计得到了发展的机遇.于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计构成了新的挑战。本系统采用PLC 进行逻辑控制，采用带PID 功能的变频器进行压力调节,系统有工作可靠,使用方便，压力稳定，无冲击等优越性。
变频恒压供水方式技术先进、水压恒定、 操作方便、 运行可靠、 节约电能、 自动化程度高，在泵站供水中可完成下列功能: （1）维持水压恒定； （2）控制系统可手动/自动运行； （3) 系统睡眠与唤醒。当外界停止用水时，系统处于睡眠状态,直至有用水需求时自动唤醒； (4） 多台泵自动切换运行； （5）在线调整 PID参数； （6）泵组及线路保护检测报警等.

关键词 变频器，变频恒压供水,PLC

Ⅰ

ABSTRACT

In company with the improvement of people's living standard， the application of new technique and advanced equipment provide a new development for the design of water supply。 It is a challenge for us to select a way of water supply with high standard, secure and healthy， economical， and reasonable。 This system adopts PLC logic control, and transducer with PID function to adjust the pressure, which presents many advantages, such as high reliability， convenience in use, stability in pressure，and without impact.个人收集整理,勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途
Advanced technology and constant pressure water supply， water pressure constant, easy, reliable operation, saving energy， high degree of automation in the water supply pumping station to be completed by the following functions: （1) maintaining the pressure constant; （2) control system manual / Automatic operation; （3） system sleep and wake up. When the outside to stop water, the system is in sleep mode until a wake—up automatically when water demand； （4) multiple pump automatic switching operation; (5) On-line adjustment of PID parameters； (6） pump and line protection detection alarm。 文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理，勿做商业用途

Key words inverter， VF constant pressure water supply， plc

Ⅱ

目 录

摘 要………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT…………………………………………………………………………………… Ⅱ

第1章 绪论……………………………………………………………………………………1
1.1 选题背景…………………………………………………………………………………1
1.2选题意义…………………………………………………………………………2

1.3国内外在该方向的研究概况…………………………………………………………2
第2章 系统总体分析和设计…………………………………………………………12
2.1系统概述
2.2恒压供水系统的节能原理
2.3变频恒压供水系统的组成及原理
2。4 变频恒压供水系统控制流程
2.5 水泵切换条件分析

第3章 系统电路设计思路

3。1 系统电路结构及原理图
3。2 系统电路工作原理

第4章 器件的选型及介绍

4。1.1 简介PLC的产生
4。1。2 简介PLC的发展状况及其发展趋势
4.1。3 简介PLC的应用领域
4。1。4 PLC的工作过程
4。1.5 PLC的选型
4.1.6 PLC的I/O端口分配
4.2。1 变频器的构成
4.2.2 变频器的特点
4。2。3 变频器的选型
4。3 压力传感器的接线图
4。4 液位变送器的选型
4。5 元器件的选型
第5章 控制系统的软件设计
5。1主程序流程图
5.2系统程序自

1
1

第1章绪论

1.1选题背景
一般规定城市管网的水压只保证6 层以下楼房的用水,其余上层均须“提升”水压才能满足用水要求。以前大多采用传统的水塔、高位水箱,或气压罐式增压等设备,但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来“增大”水量，其结果增大了水泵的轴功率和损耗。自从变频器问世以来,变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90 年代初经历了一次质的飞跃。恒压供水调速系统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始终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.在实际应用中得到了很大的发展。伴随着电力电子技术的飞速发展,变频器的功能也越来越强大。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着重要的意义。而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高,以及住房制度改革的不断深入,各类小区建设发展十分迅速,同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求.小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活,也体现了小区物业管理水平的高低.文档为个人收集整理,来源于网络本文为互联网收集，请勿用作商业用途

1.2选题意义
传统的供水方式普遍在不同程度上存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点,严重影响了居民的用水和工业系统中的用水质量。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展,变频调速技术以其显着的节能效果和稳定且可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统,居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果最为突出，其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击和对供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。
基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以增强供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天显得尤为重要,所以研究设计该系统,对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面都具有重要的现实意义.

1.3国内外在该方向的研究概况
目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)的变频但压供水系统的水压闭环控制的研究还不够。因此,有待于进一步研究改善变频恒压供水系统，使其能更好的应用于生活、生产实践中。
采用变频调节以后,系统实现了软起动，电机起动电流从零逐渐增至额定电流，起动时间相应延长，对电网没有较大的冲击，减轻了起动机械转矩对于电机的机械损伤，有效地延长了电机的使用寿命.这种调控方式以稳定水压为目的，各种优化方案都是以母管（市政来水管)进口压力保持恒定为条件。实际上,给水泵站的出口压力允许在一定范围内变化。因此这种调控方式缩小了优化范围，所得到的解为局部最优解,不能完全保证泵站始终工作在最优状态.变频调速是优于以往任何一种调速方式（如调压调速、变极调速、串级调速等），是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最具有发展前途的电机调速技术。它采用微机控制技术；电力电子技术和电机传动技术实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等优点。以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本低能耗等诸多优点.

第2章 系统总体分析和设计

2.1 系统概述
如图2。1所示,为该系统的供水流程.

图2。1 供水流程简图
变频恒压供水方式与传统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、自动化程度等各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高可靠性、全数字化微机控制、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趋势。

2.2 恒压供水系统的节能原理
在变频恒压供水系统中， 关键是对水泵的控制.泵的转速 n 与流量Q、 扬程 H 及泵的轴功率N 的关系如下式:
（1）
泵用电动机驱动时,电动机功率 P 可用下式表示：
（2）
式中：

泵的流量 Q 和扬程H 的关系曲线见图2.2 。 曲线①、② 分别对应转速n1 、 n2( n1 〉 n2） 时的 H — Q 特性曲线， 曲线③、 ④为管阻特性曲线。 当调节流量时, 通常采用调节阀门和变频调速两种方式。

图2。2 泵的流量 Q 和扬程H 的关系曲线
假设泵的额定工作点为 N 点， 额定流量 QN 为100 ％ ,此时轴功率 P1 与图中 QNNHN0 区域面积成正比。
（1） 调节阀门法
当流量从 QN 减小到QA 时，采用调节阀门法, 管阻特性曲线从 ④切换至 ③, 扬程 H 增大, 工作点由 N 切换至 A。 此时轴功率 P2 与图中 QAHAA 0 区域面积成正比.
（2） 变频调速法
由式（ 1) 可知,泵的流量 Q 与转速n 成正比, 要将流量从 QN 减小到QA 时，可将泵转速从 n1 降至n2 , 工作点从 N 切换至B, 扬程H 减小. 在同样流量QA 下, 轴功率 P3 与图中 QAHBB 0 区域面积成正比。 由图可知，P3 〈 P2 ,在同样流量QA 下， 采用调速法节省的轴功率与图中阴影部分( BAHAHB) 区域面积成正比, 节能效果非常明显
。对于电机的转速，可用下式表示：

式中: n— 电机转速,r/ m in ;
f - 电源频率，H z ;
p - 电机极对数;
s — 转差率。
因此，当调节泵的流量时, 通过改变频率调节电机速度，即采用变频调速法， 比采用调节阀门法节能.
2.3 变频恒压供水系统的组成及原理图

图2。3 变频恒压供水系统控制流程图
PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，该系统的控制流程图如图2。3所示。
从图中可看出,系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具体为:
根据水泵机组中水泵被变频器拖动的情况不同，变频器有2种工作方式即变频循环式和变频固定式,变频循环式即变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求,需要增加水泵机组时，系统先将变频器从该水泵电机中切出，将该泵切换为工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机;变频固定式是变频器拖动某一台水泵作为调速泵,当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求,需要增加水泵机组时，系统直接启动另外一台恒速水泵,变频器不做切换,变频器固定拖动的水泵在系统运行前可以选择,本设计中采用前者.
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，因此为了保证系统安全、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、供水水源中断造成故障，所以系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。
变频恒压供水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，也可以是一个分段函数，在每一个段内是一个常数。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。变频恒压供水系统的结构框图如图2。4所示

变频恒压供水系统的结构框图2。4
恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力值,并将其转换为4～20mA的电信号，此检测信号是实现恒压供水控制的关键参数.由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号成为变频器的输入信号,控制变频器的输出频率，来控制电动机的转速，进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频恒压供水

2。4 变频恒压供水系统控制流程
变频恒压供水系统控制流程如下：
1) 全自动运行
合上自动开关后，1#泵电机得电,变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节程序将接收到自远传压力表的信号,经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如果压力不够，则频率上升，直到50Hz，1#泵由变频运行切换为工频，同时对2#泵进行变频启动,变频器频率逐渐上升至需要值,加泵依次类推;如用水量减小(供水压力过大）,变频器下限频率持续出现，则将先启动的泵先切除。若有电源瞬时停电的情况，则系统停机.待电源恢复正常后，系统自动恢复运行,然后按自动运行方式启动1＃泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。变频自动控制是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵的软启动、停止、循环变频的全部操作过程.
2） 手动运行
当远传压力表发生故障或变频器发生故障时,为确保用水，3台泵可分别以手动控制方式工频运行.
3） 停止
转换开关置于停止位置，设备进入停机状态，所有设备不能启动.
4) 采用“自动切换"和“先启先停"原则
“自动切换”是指当一台单独运行水泵或者有两台同时运行的水泵,运行在这种状态下持续时间达到设定时间间隔时自动换泵运行。“先启先停”是指哪一台先启动的水泵在压力过大时也先被切除，这样保证系统的每台泵运行时间互相接近,防止有的泵运行时间过长，而有的泵长时间不用而锈死，从而延长了设备的使用寿命。
5） 平稳切换，恒压控制
远传压力表将主水管网压力信号经PLC的扩展模块PID运算送给变频器,并给出信号直接控制水泵电动机的转速以使管网的压力达到稳定。当在运行的水泵全速运行,还未达到给定压力时，变频运行的泵被切换到工频运行，变频器将启动另一台泵(采用软启动）。
6) 完善的各种保护、报警功能
对工频电源和变频电源在供电控制回路上实现机械和电气的互锁,防止短路产生。当水泵的功率较大时,为防止直接启动电流过大，需要采用软启动方法，即用变频器来启动水泵。运行的水泵在断开电源后，利用其运行的惯性切换到工频，可避免切换过程中产生过电流.
电动机的热保护。虽然水泵在低速运行时,电动机的工作电流较小,但是当用户用水量变化频繁时，电动机将频繁处于升速、降速状态，这时电动机的电流有可能超过额定电流，导致电动机过热.因此电动机的热保护是必须的。

2。5 水泵切换条件分析
在上述的系统工作流程中，我们提到当变频泵己运行在上限频率，此时管网的实际压力仍低于设定压力,此时需要依靠增加水泵来满足供水要求，达到恒压的目的；当变频泵和工频泵都在运行且变频泵己运行在下限频率，此时管网的实际压力仍高于设定压力，此时需要依靠减少工频泵来减少供水流量，达到恒压的目的。
由于电网的限制、变频器和电机工作频率的限制,50HZ成为频率调节的上限频率.另外,变频器的输出频率不能够为负值,最低只能是0HZ。其实，在实际应用中，变频器的输出频率不可能降到0HZ。因为当水泵机组运行，电机带动水泵向管网供水时，由于管网中的水压会反推水泵,给带动水泵运行的电机一个反向的力矩,并且这个水压也在一定程度上阻止源水池中的水进入管网，因此，当电机运行频率下降到一个值时，水泵就己经抽不出水，实际的供水压力也不会随着电机频率的下降而下降。这个频率在实际应用中就是电机运行的频率下限。这个频率远大于0HZ，具体数值与水泵特性及系统所使用的场所有关，一般在20HZ左右。因此选择50HZ和20HZ作为水泵机组切换的上下限频率.
当输出频率达到上限频率时，实际供水压力在设定压力上下波动。若出现时就进行机组切换，很有可能由于新增加了一台机组运行，供水压力一下就超过了设定压力。在极端的情况下，运行机组增加后，实际供水压力超过设定供水压力，而新增加的机组在变频器的下限频率下运行，此时又满足了机组切换的停机条件，需要将一个在工频状态下运行的电机停掉.如果用水状况不变，供水泵站中的所有能够自动投切的机组将一直这样投入—切出—再投入-再切出地循环下去，这增加了机组切换的次数，便使系统一直处于不稳定的状态之中，实际供水压力也会在很大的压力范围内震荡。这样的工作状态既无法提供稳定可靠的供水压力，也使得机组由于相互频繁切换而增大磨损，减少运行寿命。另外，实际供水压力超调的影响以及现场的干扰使实际压力的测量值有超调，这两种情况都可能使机组切换的判别条件在一个比较短的时间内满足。因此，在实际应用中，相应的判别条件是通过对上面两个判别条件的修改得到的，其实质就是增加了回滞环的应用和判别条件的延时成立。
实际的机组切换判别条件如下：
加泵的条件: 且延时判别成立 (2。6)
减泵的条件: 且延时判别成立 （2.7）
式中: ：上限频率 :下限频率 ：设定压力 :反馈压力

第3章 系统电路设计思路

3.1 系统电路结构及原理图
电气系统控制原理图包括主电路，控制电路图以及PLC外围接线图.
（1）主电路图

图4.1 控制系统的主电路

电机有两种工作模式即:在工频下运行和在变频下运行。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，来防止电气设备短路和严重过载。
（2）控制电路图
图4。2所示电控系统控制电路图。图中SA为手动/自动转换开关，SA打在1的位置为手动控制状态；打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1～SB2控制三台泵的启/停和电磁阀YV2的通断;自动运行时,系统在PLC程序控制下运行。
图中的HL10为自动运行状态的电源指示灯。对变频器频率进行复位时只提供一个干触电信号,由于PLC为4个输出点位一组共用一个COM端,而本系统又没有剩下单独的COM端口,所以通过一个中间继电器KA的触点对变频器进行复位控制。图中的Q0。0~Q0。5及Q1.0~Q1。5为PLC输出继电器触点，它们旁边的4、6、8等数字为接线号，可结合PLC外围接线图一起读图。

4。2 电控系统控制电路

3。2 系统电路工作原理
由于变频器泵站希望每一次启动电机都为软启动，又规定各台水泵必须交替使用，多泵组站泵组的投运要有一个管理规范。控制要求中规定任意一台泵连续运行时间不得超过3个小时，因此每次需要启动新泵或切换变频泵时，以新运行泵为变频泵是合理的。具体的操作是，先将运行的变频泵从变频器切除，并接上工频电源运行，将变频器复位并用于新运行泵的启动。除外,泵组管理还有一个问题就是泵的工作循环控制，这里我们使用泵好加1的方法来实现变频泵的循环控制，用工频泵的总数结合泵号实现工频泵的轮换工作.

第4章 器件的选型及介绍

4.1.1 简介PLC的产生
20世纪60年代末期,美国的汽车制造业竞争激烈,为了适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是:
(1）编程方便，可现场修改程序；
（2)维修方便，采用插件式结构；
(3）装置体积小于继电器控制盘；
（4）可靠性高于继电器控制；
（5)数据可直接送入管理计算机；
（6)成本可与继电器控制盘竞争；
（7)输入可以是交流市电（115V)（美国电压标准)
（8)输出为交流115V，容量要求在2A以上,可直接驱动接触器、电磁阀等；
(9）用户程序存储器至少能扩展到4KB。
(10）扩展时原系统改变小；
这就是著名的“GM十条"。1969年美国数字设备公司（DEC）中标后，制造出了世界上第一台可编程序控制器.(Programmable Logic Controller, 简称PLC)。
16位和32位微处理器的应用，使PLC得到了迅速的发展,现在已经成为自动化技术的三大支柱之一。

4.1。2 简介PLC的发展状况及其发展趋势
的西门子（SIEMENS）、韩国的三星（SAM现在的PLC产品已经使用了16位、32位高性能微处理器,而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使PLC的应用得到进一步发展。PLC的技术已经非常成熟。
目前，世界上有200多个厂家生产PLC产品。比较著名的有日本的三菱(MITSUBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机(FUJI)、松下电工、美国的AB、通用（GE）、莫迪康（MODICON）、法国的TE、施耐德（SCHNEIDER）、德国SUNG）、LG等.
PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、易使用、高速度、高性能方向发展。具体表现在以下方面：
（1）。 向小型化、专用化、低成本方向发展
(2)。 向大容量、高速度方向发展
(3）智能型I/O模块的发展.
(4） 基于PC的编程软件取代编程器
(5). PLC编程语言的标准化
（6）。 组态软件与PLC的软件化
。(7）。 PLC通信的易用化
(8)。 PLC与现场总线相结合
4.1。3 简介PLC的应用领域
目前PLC在国内外广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、汽车、装卸、造纸、纺织、机械制造、环保和娱乐等行业。
（1)顺序控制
例如：包装机械、切纸机械、组合机床、注塑机械、印刷机械、订书机械、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等等。
（2）运动控制（3)过程控制PLC能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度。（4)数据处理（5）通信联网

4.1。4 PLC的工作过程
PLC是在系统软件的控制和指挥下，采用循环顺序扫描的方式工作,其工作过程就是程序的执行过程，它分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段,如图3.1所示.

3.1 PLC的扫描工作过程
PLC在I/O处理方面必须遵守的规则如下：
①输入映像寄存器的数据，取决于输入端子板在上一个刷新时间的状态；
②程序如何执行，取决于用户所编的程序和输入映像寄存器、元件映像寄存器中存放的所需软元件的状态；
③输出映像寄存器（包含在元件映像寄存器中)的状态，由输出指令的执行结果决定.
④输出锁存器中的数据，由上一个刷新时间输出映像寄存器的状态决定；
⑤输出端子上的输出状态，由输出锁存器中的状态决定。

4。1.5 PLC及其扩展模块的选型
PLC是整个变频恒压供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。所以我们在选择PLC时，即要考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、又要考虑内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素。由于恒压供水自动控制系统受控制的设备相对较少,因此PLC选用德国SIEMENS公司的S7—200型。S7-200型PLC的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一些小型控制系统。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可扩展性好,又有较丰富的通信指令，且通信协议简单等优点；PLC可以上接工控计算机，对自动控制系统进行监测和控制。PLC和上位机的通信采用PC/PPI电缆，支持点对点接口(PPI)协议，PC/PPI电缆可以方便实现PLC的通信接口RS485到PC机的通信接口RS232的转换,用户程序有三级口令保护，可以对程序实施保护。
根据控制系统实际所需端子数目，考虑到PLC端子数目要有一定的预留量，因此选用的S7-200型PLC的主模块为CPU226，其开关量输出为16位，输出形式为AC220V继电器输出；开关量输入CPU226为24位，输入形式为+24V直流输入。由于实际中需要模拟量输入点1个,模拟量输出点1个，所以需要扩展，扩展模块选择的是EM235，该模块有4个模拟输入（AIW），1个模拟输出(AQW）信号通道。输入输出信号接入端口时能够自动完成A/D的转换,标准输入信号能够转换成一个字长(16bit)的数字信号；输出信号接出端口时能够自动完成D/A的转换,一个字长(16bit)的数字信号能够转换成标准输出信号。EM235模块可以针对不同的标准输入信号，通过DIP开关进行设置。
EM235的技术规范
S7—200系列PLC的模拟量扩展模块EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输出，可以用于恒压供水控制中表3。1中,输入/出信号范围栏给出了EM235的输入/出信号规格,以供选用。4路端子可分别接入4路输入，当信号的类型(电流或电压）不同时，接线方法不一样,输出是电流量还是电压量在接法上有区别。
表3 .1 EM235输入/输出技术规范
输入技术规范
输出技术规范
最大输入电压
30VDC
隔离（现场到逻辑）
无
最大输入电流
32Ma
信号范围

输入滤波衰减
—3Db
电压输出
±10V
分辨率
12位A/D转换器
电流输出
0—20mA
隔离
否
分辨率，满量程

输入类型
差分
电压
12位
输入范围

电流
11位

电压单极性
0—10V，0—5V

电压
-32000-32000
0—1V,0—500mV
0—100mV，0-50mV
电压双极性
±10V，±5V，
±2。5V
电流
0-32000
±1V, ±500mV, ±250mV
最差情况0—25

±100mV±50mV,±25mV
电压输出
±2%满量程
电流
0-20mA
电流输出
±2％满量程
A/D转换时间
〈250us
经典25

模拟输入阶跃应
1。5ms到95%
电压输出
100us
共模电压
信号电压加共模电压必须≤12V
电压输出
100us
24DC电压范围
20.4—28。8V
电流输出
2us
数据字格式

双极性,满量程
-3200—320000
最大驱动

单极性，满量程
0-32000
电压输出
5000最小
共模抑制
40dB，DC到60Hz

DC输入阻抗
≥10M电压输出
电流输出
5000最小
250电流输入

4。1。6 PLC的I/O端口分配
PLC的具体I/O分配情况见表4。2：
名 称
代 码
地址编号
输入信号
供水模式信号（1-白天，0-夜间)
SA1
I0.0
水池水位上下限信号
SLHL
I0。1
变频器报警信号
SU
I0。2
试灯按钮
SB7
I0。3
压力变送器输出模拟量电压值
Up
AIW0

输出信号

1#泵工频运行接触器及指示灯
KM1、HL1
Q0.0
1#泵变频运行接触器及指示灯
KM2、HL2
Q0。1
2#泵工频运行接触器及指示灯
KM3、HL3
Q0.2
2#泵变频运行接触器及指示灯
KM4、HL4
Q0。3
3#泵工频运行接触器及指示灯
KM5、HL5
Q0.4
3＃泵变频运行接触器及指示灯
KM6、HL6
Q0.5

输出信号
水池水位上下限报警指示灯
HL7
Q1.1
变频器故障报警指示灯
HL8
Q1。2
白天模式运行指示灯
HL9
Q1。3
报警电铃
HA
Q1。4
变频器频率复位控制
KA
Q1。5
变频器输入电压信号
Uf
AQW0

表4.2 PLC I/0分配表
PLC及扩展模块外围接线图

4。2。1 变频器的构成
通常由变频器主电路（IGBT、BJT、或GTO作逆变元件）给异步电动机提供调压调频电源。此电源输出的电压或电流及频率,由控制回路的控制指令进行控制.而控制指令则根据外部的运转指令进行运算获得。对于需要更精密速度或快速响应的场合,运算还应包含由变频器主电路和传动系统检测出来的信号和保护电路信号，即防止因变频器主电路的过电压、过电流引起的损失外，还应保护异步电动机及传动系统等

异1。 主电路
异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,称为主电路。图3。4所示是典型的电压逆变器的例子，其主电路由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆变时产生的电压脉动的“平波回路"以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。另外，异步电动机需要制动时，有时要附加“制动回路"。
① 整流器
最近大量使用的是二极管的交流器，图3.4所示,它把工频电源变换为直流电源.可用两组晶体管交流器构成可逆变流器，其功率方向可逆,可以再生运转。
② 平波回路
在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动.为了抑制电压波动,采用电感和电压吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路的构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。
③ 逆变器
同整流器相反,逆变器的作用是将直流功率变换为所需要频率的交流功率，根据PWM控制信号使6个开关器件导通、关断，就可以得到三相频率可变的交流输出。图3.3以电压型PWM逆变器为例示出开关时间和电压波形。
异步电动机在再生制动区域使用时（转差率为负），再生能量储存于平波回路电容器中，使直流电压升高。一般说来，由机械系统(含电动机）惯量积蓄的能量比电容能储存的能量大，需要快速制动时，可用由逆变流器向电源反馈或设置制动回路（开关和电阻）把再生功率消耗掉,以免直流电路电压上升.

2. 控制电路
给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，称为控制电路。如图3.2所示,控制电路由以下电路组成，频率、电压的“运算电路"，主电路的“电压/电流检测电路"，电动机的“速度检测电路”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路".
在图3。2点划线内，仅以控制电路A部分构成控制电路时，无速度检测电路，为开环控制.在控制电路B部分增加了速度检测电路,即增加了速度指令,可以对异步电动机的速度进行控制更精确的闭环控制.
控制电路主要包括:
①运算电路
将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、功率。
② 电压/电流检测电路
与主电路电位隔离，检测电压、电流等.
③ 驱动电路
为驱动主电路 器件的电路.它使主电路器件导通、关断。
④ 速度检测电路
以装在异步电动机轴上的速度检测器（TG、PLG等)的信号为速度信号
送入运算回路,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
⑤ 保护电路
检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
保护回路主要包括：
（1）逆变器保护
1）瞬时过电压保护.由于逆变器负载侧短路等，流过逆变器器件的电流达到异常值（超过容许值）时，瞬时停止逆变器运转，切断电流。交流器的输出电流达到异常值,也同样停止逆变器运转。
2）过载保护。逆变器输出电流超过额定值，且持续流通达规定的时间以上，为了防止逆变器器件、线路等损坏要停止运转。恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或者电子热保护(使用电子电路）。过负载是由于负载的GD2（惯性）过大或因负载过大使电动机堵转而产生的。
3）再生过电压保护.采用逆变器使电动机快速减速时，由于再生功率直流电路电压将升高，有时超过容许值。可以采取停止逆变器运转或停止快速减速的办法，防止过电压。
4）瞬时停电保护。对于数毫秒以内的瞬时停电,控制电路工作正常.但瞬时停电时间在10ms以上时，通常会使控制电路误动作,主电路也不能供电，所以检出后使逆变器停止运转。