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实验大楼恒压供水系统设计

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实验大楼恒压供水系统设计

摘 要

随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用，使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，对我们给供水设计带来了新的挑战.
本设计恒压变频供水设备由PLC、变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成。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PLC，经PLC运算处理后，获得最佳控制参数，通过变频器和继电器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、供水压力的测量与调节、系统主管道水压；系统水处理设备运转的监视、控制;故障及异常状况的报警等。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，即根据供水管的高低水压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.
文中详细介绍了所选PLC机、变频器、传感器的特点，各高级单元的使用及设定情况,给出了系统工作流程图、程序设计流程图及设计程序。
关键词 编程控制器；变频器；传感器

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。
The design is made of Programmable Logic controller ，transducer， sensor, low pressure control manufacture tank, etc。 When the equipment on—the—fly， pressure gauge without intermission translates the pipe network hydraulic pressure signal to electrical signal enter microcomputer, and through microcomputer’ arithmetic processing， obtains optimal control parameter. The dam press beforehand made up software program came satisfaction self governing oblige，namely on the basis of high or low—water signal came control radial diffuser influent valve’s switch, and proceed overfull and low water’s grade from water tank and pond back of the monitor prime include radial diffuser automatism open cease dam ， water level flow， man metric measuring and regulate；use water flow， displacement ’measure；water treatment equipment locomotive put in control；water quality detection;water conservation program control;malfunction and error state’ enter grade up under observation back of the through the medium of transducer and bang—bang control component self—correcting pumping unit expeditiously running。 Water works on site supervision in station.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
The paper mainly introduces the characters of the PLC， transducer， and sensor， the use of each high-quality unitary and design, and provides the flowchart of system work， program and design.
Keywords rogrammable Logic controller;Transducer；sensor

目 录
摘　　要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1恒压供水系统的意义 1
1.2本文的研究目的 1
第2章 恒压供水系统的基本组成 2
2。1恒压供水系统概述 2
2.2恒压供水系统示意图 2
2.3变频器的基本结构 3
2。4变频器的分类及工作原理 3
2。5 PID调节 4
第3章 PLC概述 5
3。1 PLC的定义 5
3.2 PLC的构成 5
3.3 PLC的特点 7
3.4 PLC的工作原理 8
3.5 PLC的应用领域 10
第4章 PLC在恒压供水系统中的应用 12
4。1控制系统设计 12
4.1。1控制系统要求 12
4.1.2系统功能 13
4。1。3系统硬件设计 14
4.1。4系统软件设计 17
4。2设备选型说明 21

结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A 27
附录B 33

第1章 绪论
1.1 恒压供水系统的意义
随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性.针对这两方面的要求，这就要求一种新的供水方式，这里我们采用PLC控制的恒压供水系统。城市水厂供水系统的水压要保持恒定，由于用水量的变化，供水水压必然波动,如何保证用水量波动时水压稳定是新、老水厂必须解决的问题,水厂供水的自动化改造日益重要。恒压供水对某些工业生产过程用户也非常重要，如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或缺水，可能影响产品质量,严重时使产品报废或设备损坏.因此，用水区采用恒压供水系统,具有重要的经济意义和社会意义.
1。2 本文的研究目的
本文由可变程序控制器和变频调速恒压供水系统组成。可编程序控制器（PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出控制各种类型机械的生产过程.而有关的外围设备,都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC是按集中输入、集中输出,周期性循环扫描的方式进行工作的。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，输入CPU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.即将压力控制点测的压力信号（4－20ｍＡ）直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速.

第2章 恒压供水系统的基本组成
2.1恒压供水系统概述
恒压供水的基本控制策略是：采用可编程控制器（PLC）与变频调速装置构成控制系统，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，即根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速和水泵的数量,自动补偿用水量的变化,以保证供水管网的压力保持在设定值，既可以满足生产供水要求,还可节约电能，使系统处于可靠工作状态，实现恒压供水.

2。2恒压供水系统示意图

图2.1　恒压供水系统控制原理框图

　　变频调速恒压供水系统由变频器、泵组电机、供水管网、储水箱、智能PID调节器、压力变送器、PLC控制单元等部分组成，控制系统原理图如图1。1所示。
其中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化,同时变频器还可作为电机软启动装置,限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PID调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制,根据用水量的实际变化,自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便.水泵电机实现变频软启动， 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命.

2。3变频器的基本结构
通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交电的装置称作“变频器"。变频器主要由整流(交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的.

2.4变频器的分类及工作原理
从结构上看,变频器可分为直接变频和间接变频两类.间接变频器先将工频交流电源通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换为可控频率的交流，因此又称它为有中间直流环节的变频装置或交－直－交变频器。直接变频器将工频交流一次变换为可控频率交流，没有中间直流环节，即所谓的交－交变频器.
变频器的工作原理就是把市电（380V或220V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件（GTO、GTR或IGBT)组成的三相逆变器,将直流电变成可变电压和可变频率的交流电,并采用输出波形调制技术，使得输出波形更完善。　　
一般地说，当由一台变频器控制一台电动机时,只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可.当一台变频器同时控制两台电动机时,原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时，可考虑适当减小变频器的容量，但应注意留有足够的容量。
　　虽然水泵在低速运行时，电动机的工作电流较小。但是，当用户的用水量变化频繁时，电动机将处于频繁的升、降速状态，而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流，导致电动机过热.因此，电动机的热保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升，变频器内的电子热保护功能是难以起到保护作用的,所以应采用热继电器来进行电动机的热保护.
　　在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率.升、降速时间在采用PID调节器的情况下，升、降速时间应尽量设定得短一些，以免影响由PID调节器决定的动态响应过程.如变频器本身具有PID调节功能时，只要在预置时设定PID功能有效,则所设定的升速和降速时间将自动失效.
2.5 PID调节
PID是英文单词比例（Proportion）,积分（Integral）,微分（Differential coefficient)的缩写。PID调节实际上是由比例、积分、微分三种调节方式组成 ，P： 比例， I: 积分 ，D:微分调节 。它的原理是通过比例积分微分(指对输入、输出偏差的作用）调节器（作用）,控制输出信号符合设定值。是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。它们各自的作用如下:
比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差.比例作用大,可以加快调节，减少误差,但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定. 
积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差,积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器. 
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强 的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。 

第3章 PLC概述
3。1 PLC的定义
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计."

3。2 PLC的构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（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。
u CPU
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。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。
u I/O模块
PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO）,模拟量输入（AI），模拟量输出（AO)等模块。常用的I/O分类如下:
开关量：按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：按信号类型分,有电流型(4-20mA，0—20mA）、电压型（0—10V,0—5V,—10—10V）等,按精度分，有12bit,14bit，16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块.
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
u 电源模块
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC)，直流电源（常用的为24VDC)。
u 底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接,使各模块构成一个整体.
PLC系统的其它设备 ：
l 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机(运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。
l 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
PLC的通信联网：
PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体,实现分散集中控制。多数PLC具有RS—232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口.PLC的通信现在主要采用通过多点接口(MPI）的数据通讯、PROFIBUS或工业以太网进行联网.

3。3 PLC的特点
1．可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低.此外,PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护.这样，整个
系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2．配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中.加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3．易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门.
4．系统的设计、建造工作量小，维护方便,容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
5．体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。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

3。4 PLC的工作原理
PLC是采用“顺序扫描，不断循环"的方式进行工作的.即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段.完成上述三个阶段称作一个扫描周期.在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
(1)输入采样阶段
    在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（2)用户程序执行阶段
    在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络
(3）输出刷新阶段
    当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段.在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
   一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如图3.1所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

图3.1 PLC的扫描周期

3。5 PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类.
u 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线.如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
u 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
u 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块.世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
u 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法.大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用.
u 据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
u 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统.新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

第4章 PLC在恒压供水系统中的应用
4.1 控制系统设计
4.1.1控制系统要求
系统采用3台水泵并联运行方式，控制系统由电动机变频调速装置与可编程控制器（PLC）构成。系统的控制策略是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PLC进行PID运算处理后，发出控制指令至变频器,控制泵电动机的转速，状态及投运台数，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。
变频恒压供水电气控制系统主要由变频器，可编程控制器（PLC），压力传感器，继电接触器组等组成。其控制结构如图4。1。
监控系统
PLC (含PID 调节器)
变频器
继电接触器组
水泵机组
显示装置
压力传感器
供水网管

图4。1系统控制结构框图
系统的控制核心是PLC。PLC采集压力传感器的信号，变频器的运行状态，接触器和热继电器的状态，并接受操作指令，输出控制信号给变频器和接触器。它能实现数字PID调节，控制水泵的运行与切换，驱动控制变频器。另外，泵站的其他控制逻辑也由PLC承担，如：手动、自动操作转换，泵站的工作状态指示,泵站的工作异常状态报警,系统的自检等。若将PLC连于工业以太网上，操作员可以在上位机上改变需要保持的压力或随现场设备的运行情况自动控制水压.
系统的主要执行部分是变频器与接触器。变频器是保证恒压的执行者，它能实现无级调速。变频调速最显著的优点是节约能量，它是按负载的形式直接调节频率与水压，从而减少从电网中所吸收的能量.另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵变频调速运行的节能效果非常明显,平均耗电量较通常供水方式节省40％。接触器是除变频器以外的主要执行者.

4。1.2系统功能
1. 循环软启动功能
加压系统采用一台变频器控制多台水泵进行循环软启动,从而最大限度的减少对电网设备及供水管网的冲击，延长其用寿命,同时起到节约功效。当一台水泵变频启动，变频器输出频率升至50Hz时，管网压力如还未达到设定值，可编程控制器根据压力传感器的输入信号跳动程序，将水泵由变频器控制切换为市政电网工程控制，再根据程序一次将下一台水泵变频软启动,依次循环,从而达到循环软启动功效。
2.PID自动恒压功能
供水压力由压力传感器转换成电流量或电压量，反馈到PID调节器，PID调节器将我的反馈信号与压力给定信号相比较，并经P（比例）、I（积分）、D（微分）、诸环节调节后得到频率给定信号,控制变频器的工作频率，从而控制水泵的转速和泵的出水量-—-调节供水管网压力.
3。倒泵功能
控制系统中设有定时器，可记录水泵的累计工作时间，当某泵累计工作时间达到设定值时，控制系统将根据数据对比中断该泵的运行，该泵即自动转为备用并重新计时,下台泵自动切换运行，一次循环,达到定时切换功效。
4. 定时轮休功能
泵组采用“先启先停”的运行方式循环运行，不分主要,备用泵，所有水泵均匀运转,避免备用泵长期不启动所在成的锈蚀损坏,在夜间用水低峰期则用稳压泵低频运转来稳压.这样,既延长了泵组的使用寿命，又降低了泵组的维护费用.
5. 手动控制功能
电控系统采用手动和自动两种控制方式，在自动控制方式失效的情况下，手动控制系统可以保证系统的可靠运行,还可在检修时临时使用，
6. 系统保护功能
在有变频和工频两种运行状态的设备间，采用机械互锁和逻辑互锁的双重保护保障了设备的安全运行;系统同时采用过载保护、漏电保护、接地保护更多种保护措施,充分保障了操作者的人身安全和设备的运行安全.

4。1.3 系统硬件设计
本系统采用三套电机-水泵对水网进行恒压供水，每台电机均可工作在变频方式或工频方式,但每次仅有一台电机工作在变频调速状态。工作时可根据实际情况选择，变频器根据实际水压的变化，不断地调整水泵转速,通过调节流量达到恒定水压的目的。另外,可编程序控制器根据当前水泵的供水情况对其进行合理切换， 及时增泵和减泵，实现最佳匹配.
PLC选用日本三菱FX2N—48MR,并加上一块模拟量输入扩展模块FX2N—4AD及模拟量输出扩展模块FX2N-4DA.FX2N-48MR具有丰富的可灵活配置的硬件资源内含时钟、PID运算、高速计数器、显示器及48个输入输出接点。变频器选用日本安川CIMR—P5A45P5产品。本供水系统输出压力一般小于或等于或等于0。6MPa,故系统选用YTZ—150型带电接点式压力传感器，其水压检测范围为0～1MPa，检测精度为±0。01MPa，该传感器将0～1MPa的压力对应转换成0～10V电信号.
供水系统由3台水泵组成，其中一台为备用水泵,由一台变频器切换控制任意一电机调速。可变供电回路由变频器提供的变频回路和工频回路组成,通过PLC将各水泵按一定的规律投入或切除，使供水获得最佳的配置状态。供水系统的选用原则时水泵扬程应大于实际供水高度,水泵流量总和应大于实际最大供水量.

1。 主控电路设计和PID调节器和变频器接线图
根据系统组成，电气控制系统主电路原理如图4.2所示，KM1,KM3，KM5分别控制M1，M2，M3的工频运行；接触器KM2,KM4，KM6分别控制M1，M2，M3的变频运行,FR1,FR2,FR3分别是为3台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1,QS2,QS3,QS4分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关;VVVF为通用变频器。

图4.2 系统主电路原理图
变频器选用的功率分别为7.5kw，1。5kw和15kw，采用模拟量控制方式.通过变频器对电机水泵实现软启动功能.图4。3为变频器PID调节器和变频器接线图，根据PID调节器输出信号,及时调节输出频率，改变电机和水泵的转速，调节系统供水量,使供水管网中的压力稳定在设定压力值上.

图4.3　PID调节器和变频器接线图
2. PLC输入/输出地址分配
根据对控制系统的分析，本系统选用日本三菱FX2N—48MR PLC实现控制，共有60点输入输出，其中36个输入点，24个晶体管输出点，交流供电，其环境温度、抗冲击、抗噪声等性能指标均能满足要求,表4。1为PLC输入/输出地址分配表。
表4.1 PLC 输入 / 输出地址分配表
输
入
输
出
输入地址
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X10
X11
X12
X13
X14
X15
X16
X17
X20
X21
X22
X23
X24
X25
X26
X27
X30
X31
X32
X33
对应设备
PID调节器上限信号
PID调节器下限信号
停止按钮
运行按钮
1号泵启动按钮
2号泵启动按钮
3号泵启动按钮
1号泵运行按钮
2号泵运行按钮
3号泵运行按钮
自动/手动按钮
选择1号泵
选择3号泵
1号泵变频上限频率信号
1号泵变频下限频率信号
1号泵变频故障信号
2号泵变频上限频率信号
2号泵变频下限频率信号
2号泵变频故障信号
3号泵变频上限频率信号
3号泵变频下限频率信号
3号泵变频故障信号
上水位信号
上水位信号
补水开按钮
补水关按钮
温度继电器
输出地址
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y10
Y11
Y12
Y13
Y14
Y15
Y16
Y17
Y20
Y21
Y22
Y23
Y24
对应设备
进水电磁阀
1号泵运行指示
2号泵运行指示
3号泵运行指示
进水电磁阀指示
1号泵启动
1号停止
2号泵启动
2号停止
3号泵启动
3号停止
1号VRF信号切断
2号VRF信号切断
3号VRF信号切断
PID压力模拟信号切断
PID压力模拟信号切断
PID压力模拟信号切断
1号变频电源
2号变频电源
3号变频电源
风扇启动

4.1.4 系统软件设计
　　系统的软件设计包括PLC的程序设计和变频器的功能参数设定.
　　PLC的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计,手动部分是通过按钮控制电机在工频下运行和停止,主要考虑系统调试或检修时用。
当选择开关打到”自动"时,系统能够进入自动工作状态,由PLC和变频器联合控制各台电机的投入或切除、工频或变频运行方式.供水系统共有3台泵组电机，在根据水压决定投入泵组台数后，只有最初投入的电机进行变频调速，其它后投入的电机则在工频下全速运行，泵组电机的切换过程由逻辑控制单元PLC实现。