第一篇：西門子MM430變頻器在恒壓供水系統中的應用

西門子MM430變頻器在恒壓供水系統中的應用

2009-10-15

來源：工控商務網

瀏覽：88 摘要：本文主要介紹西門子公司MICROMASTER430變頻器在恒壓供水系統中的應用，詳細闡述了系統的原理、組成及調試方法。

一：引言

城市規模的不斷擴大，高層建筑的不斷增長，城市供水的公用管網的壓力已遠遠不能滿足用戶的要求，對供水的二次加壓已被廣泛采用。其中變頻恒壓供水由于自動化程度高，維護方便、具有節能功能，成為主要的二次加壓方式。按供水的特性，變頻恒壓供水主要有分為：恒壓變流量和變壓變流量兩大類，在本文的中采用恒壓變流量的供水方式。

二：系統組成及工作原理

系統為賓館的供水系統，分為冷水、熱水兩大供水系統，系統單線如圖1

Q1控制的變頻器為冷水供水系統，Q2控制的變頻器為熱水供水系統，系統為1拖1的恒壓供水，兩臺電機為互備，可選擇使用1#泵或2#泵運行，KM3、KM8為手動工頻運行選擇，作為變頻的維修系統備用，KM2，KM3、KM7，KM8為機械互鎖的接觸器，保證選擇變頻運行和工頻運行的正確切換。

變頻恒壓供水的基本原理:以壓力傳感器和變頻器組成閉環系統，根據系統管網的壓力來調節電機的轉速，實現高峰用戶的水壓恒定，和低峰時的變頻的休眠功能，得到恒壓供水和節能的目的。

系統的硬件組成如下：

熱水系統：電機參數： Pe=15kw Ue=380v Ie=26.8A Ne=1490rpm 變頻器型號： 6SE64430-2AD31-8DA0 Pe=18.5kw Ie=38A 壓力傳感器： GYG2000 反饋信號4-20mA 供電+24V 量程0-0.5Mpa 冷水系統：電機參數： Pe=22kw Ue=380v Ie=39.4A Ne=2940rpm 變頻器型號： 6SE64430-2AD33-7EA0 Pe=30.5kw Ie=62A 壓力傳感器： GYG2000 反饋信號4-20mA 供電+24V 量程0-0.5MPa 三：PID閉環控制功能的實現及調試方法

西門子MICROMASTER430變頻器的內置PID功能，利用裝在水泵附近的主出水管上的壓力傳感器，感受到的壓力轉化為4-20mA電信號作為反饋信號。根據賓館的層高設定壓力值作為給定值，變頻器內置調節器作為壓力調節器，調節器將來自壓力傳感器的壓力反饋信號與出口壓力給定值比較運算，其結果作為頻率指令輸送給變頻器，調節水泵的轉速使出口壓保持一定。即當用水量增加，水壓降低時，調節器使變頻器輸出頻率增加，電機拖動水泵加速，水壓增大；反之，當用水量減少，水壓上升，調節器使變頻器輸出頻率減少，電機拖動水泵減速，水壓減小。

由于壓力傳感器是兩線傳感器在接線必須采用正確的接線方式，將變頻器的+24V控制電源連接到傳感器的+端，傳感器的-連接到PID的+輸入，同時還必須將PID的-端連接到變頻器控制電源的0V端。具體接線圖如圖2

圖2中把傳感器送回的電流信號送入到變頻器的模擬量輸入2作為反饋值，根據賓館的層高設定的壓力值為0.35MPa,對應輸出頻率為35Hz，對應反饋電流15.2mA.PID閉環控制功能的具體參數設置如圖3

參數的設定方法：PID主設定值P2253可選擇的源有以下幾種，模擬輸入、固定PID設定值、已激活的PID設定值，在本系統中采用固定給定值。PID反饋值P2264可選擇的源為模擬輸入1或模擬輸入2在系統中采用模擬輸入2，系統的PID參數設定如下： P0701=99 P2200=722.0 P2016=1 P2201=70% P2253=2224 設定主給定值固定值為35Hz。

P2264=755.1設定反饋值為模擬量輸入2。

上述參數設定好以后，設定P2200=1，使能PID功能，設定P2250=1進行PID自整定，整定完成后，采用了整定后的積分和比例參數基本滿足了系統的工藝要求。

PID調試的注意事項：使能PID功能后系統的加減速時間為P2257、P2258的設定值，而不是原來的P1120、P1121。使能PID功能后 PID的限幅值的上升、下降時間P22936必須根據系統要求進行設定,否則變頻器將報故障F0002。為提高系統的抗干擾能力,要求根據現場的實際情況,對反饋值進行濾波環節處理，在本系統中因為主給定設定值采用固定給定，所以對主給定設定值不必進行濾波環節處理。

四：節能功能的實現

在PID控制過程中，當反饋信號大于主設定頻率時，系統偏差（ΔP）為負，此時電動機的頻率逐漸降低，但仍在不停運轉，在系統偏差不斷調節的同時，系統不斷消耗電能。為了實現節能，西門子對MM430變頻器設計了節能控制功能。出發點如下：當電機的頻率降低到某一比較頻率（P2390）時，激活節能定時器（P2391），當定時時間到期時，按斜坡下降時間停車，即輸出功率為零，在無輸出的情況下，系統偏差會迅速從負到正變化，當偏差超過某一設定值（P2392）時，再起動電機，當電機頻率按斜坡上升時間升到某一值時（此值稍大于P2390設定頻率），投入PID，使系統恢復正常控制。

參數的設定方法： P2390要低于PID主設定值所對應頻率一定幅度，以保證系統實現正常的PID控制，如果P2390太小，節能又不易投入，在本系統中設定2390=20Hz，P2391定時器時間的設定要依據系統的響應速度，如果系統響應時間快，則P2391應設定較小的值。在本系統中，P2391= 900秒，P2292=0.5。設定參數的注意事項：系統的節能功能投入后，PID功能則解除，所以系統的加減速時間P1120、P1121必須根據需要進行設定，最高、最低頻率必須設定。

五：結束語

系統調試完畢后已投入運行，從運行效果看，系統的運行水壓穩定，響應速度快，得到了設計要求，節能效果比較明顯。

MM430能夠實現壓力,流量等的PID閉環.PID閉環的三個要素: 1.給定 2.反饋 3.PID控制器 正確設置與這三個要素的相關參數就可實現PID閉環.相關參數如下: 1.P2200 PID 控制器使能 2.P2253 PID 給定值 3.P2264 PID 反饋值 4.P2280 PID 比例增益系數 5.P2285 PID 積分時間

PID 比例增益系數和PID 積分時間應根據實際應用進行調整,不同的應 用,P2800.P2285 所設置的數值都不一樣.實際應用中PID 給定值和PID 反饋值可由多種通道輸入,以下例子給予說明.例子1: 模擬輸入1 為PID 給定 模擬輸入2 為PID 反饋 調試步驟如下: 1.參照手冊3-12,3-13 頁進行快速調試: 2.P2200 = 1 PID 調節器使能

3.P2253 = 755:0 模擬輸入1 為PID 給定 4.P2264 = 755:1 模擬輸入2 為PID 反饋 5.P2280 = 8 PID 比例增益系數(僅供參考)P2285 = 80 PID 積分時間(僅供參考)

變頻器在工業鍋爐給水系統上的應用(1)

收藏本文章 引言工業蒸汽鍋爐的過程控制系統包括汽包水位控制系統和燃燒過程控制系統，兩系統在鍋爐運行過程中互相耦合，所以控制起來非常困難。在此，我們暫不考慮系統間的耦合，只是對蒸汽鍋爐的給水系統進行變頻改造。某企業有2臺20t燃煤蒸汽鍋爐，如圖1所示。這2臺鍋爐通過1個給水母管分別給各自汽包供水，用汽量小的季節，2臺鍋爐只運行1臺，當用汽量較大時，則必須2臺鍋爐同時運行。由于給水泵額定功率為37kw，一般情況下，1臺鍋爐運行時，只開1臺給水泵裕量仍較大，而2臺鍋爐同時運行且用汽量較大時，只開1臺給水泵無法滿足需要，而開2臺給水泵后，相對單臺鍋爐運行時，裕量更大。由于2臺鍋爐分別由2套dcs系統控制各自的電動閥門調節各自汽包的給水量，運行中，閥門開度較小造成給水母管壓力較大，不僅浪費了大量的電能，較高的水壓還對管道、水泵葉輪和閥門造成損害 變頻改造方案基于系統運行現狀，本著既能節能降耗，又能控制簡便、安全且投資較少的原則，我們設計了1套1臺變頻器拖動3臺電機的方案。具體如圖2所示。

圖1 給水原理圖

在本方案中，充分利用了鍋爐層有的dcs控制系統，同時增加了變頻器、可編程序控制器(plc)和控制信號轉換裝置。(1)硬件控制系統a)西門子mm430變頻器mm430變頻器是西門子公司最新研制生產的一種適用于各種變速驅動應用場合的高性能變頻器(調試簡單、配置靈活)，它具有最新的igbt技術和高質量控制系統，完善的保護功能和較強的過載能力以及較寬的工作環境溫度，安裝接線方便，兩路可編程的隔離數字輸入、輸出接口以及模擬輸入、輸出接口等優點，使其配置靈活多樣，控制簡單方便，易于操作維護。

圖2 控制原理圖

b)西門子s7-200型plc西門子s7-200型plc可靠性高、抗干擾能力強，可直接安裝于工業現場而穩定可靠的工作。適應性強，應用靈活。(2)當1臺鍋爐運行時由于只開1臺給水泵，就足夠鍋爐汽包所需用水量，故此時，系統只對運行鍋爐的汽包水位進行恒液位控制即可。將切換開關置于相應位置，通過鍋爐原有dcs控制系統中的手動操作器將控制該鍋爐汽包進水量的電動閥完全打開后，再通過控制信號轉換裝置切斷該控制信號，使原有控制回路斷開，電動閥保持全開狀態，同時，將該鍋爐汽包液位信號切入plc，讓plc將該鍋爐汽包液位信號進行pid運算處理后，再由控制信號轉換裝置，將plc輸出的4~20ma模擬信號傳遞給變頻器，從而控制變頻器的輸出轉速。在本控制過程中，關鍵的問題是過程參數pid(p:比例系數i:積分系數、d:微分系數)的整定。由于工業鍋爐運行過程中，用汽量的多小和蒸汽壓力的大小，決定了給水流量的大小和給水壓力的大小。為了保證系統的相對穩定運行，不出現大的波動，對生產造成影響，在調試過程中，應多次反復調整pid參數，直至出現最佳控制過程。(3)當兩臺鍋爐同進運行時由于2臺鍋爐分別由兩套dcs系統控制，在運行過程，雖然蒸汽并網后壓力相同，但由于燃燒過程中存在不確定性，兩臺鍋爐汽包各自的液位就必然存在差異。因此，單臺鍋爐運行中所用的恒液位控制方案在此就不再適合。通過給水原理圖(圖1)我們不難發現，要對2臺鍋爐汽包的液位分別控制，最理想的方案是將1個給水母管向2臺鍋爐給水的現狀徹底改變，將給水系統分開，使每個鍋爐都有自己獨立的給水系統，再在此基礎上加裝變頻控制，由1臺變頻器單獨控制1臺鍋爐的給水。但此方案不僅改動較大，投資較高，且要停產改造，顯然是行不通的。為了能在不改變原有系統現狀的前提下，更好的利用變頻裝置，節能降耗，減小系統運行，維護費用，提高原有系統的自動化程度，我們針對該企業2臺鍋爐的運行特點，設計了一套專用于2臺(或2臺以上)鍋爐同時運行時的控制方案，即:蒸汽壓力和母管給水壓力的恒壓差控制方案。

當2臺鍋爐同時運行時，由于外供蒸汽并管，故蒸汽壓力相同，又由于2鍋爐由同一母管給水，故給水壓力也相同。但由于蒸汽用量的變化不定和鍋爐燃燒情況的不同，蒸汽壓力是時刻變化的。這樣，為了能保證給鍋爐汽包供上水，就必須要求給水的壓力始終高于蒸汽壓力，由圖2我們看到，由plc采集蒸汽壓力和母管給水壓力，通過處理、比較后，得到二者的差值，再將此差值通過pid運算處理，輸出4~20ma的模擬信號給控制信號轉換裝置。再由該裝置將信號傳輸給變頻器，從而控制變頻器的運行速度。這樣雖然可以保證給水母管壓力始終高于鍋爐蒸汽壓力(壓力差的大小可以通過plc在一定范圍內任意調節)，但鍋爐各自汽包的液位卻無法再通過調節變頻器的轉速去控制。在此，我們充分利用了原有給水控制裝置，即汽包各自的進水電動閥門。仍由鍋爐原有dcs控制系統采集各自汽包的液位，蒸汽壓力，給水壓力和給水流量等信號，去相應的調整進水電動閥的開度，從而控制各汽泡液位和進水流量。此方案由于存在閥門的調節，所以理論上不能最大限度的節能降耗，但實際應用中，由于減小了給水母管與蒸汽壓力之間的壓力差，使電動閥門的開度由原來的平均10%左右開大到75%左右，系統回水閥門關閉，仍大大節約了能源。且本方案充分考慮了系統運行的安全性，一旦變頻器故障，系統可立即自動由變頻運行狀態切換至原有工頻運行狀態，完全恢復改造前的運行狀態，保證鍋爐正常運行。變頻故障解除后，仍可方便的手動切換為變頻狀態，使變頻器方便的投入運行，且不影響鍋爐的運行。plcplc是本系統的核心控制器件，它不僅辨識、處理各種運行狀態，進行系統間的邏輯運算和聯鎖保護，還對輸入的多個模擬信號進行處理、運算后，輸出標準的模擬信號控制變頻器的運行速度。主程序結構較復雜，其中，對液位信號進行pid運算的子程序，原理圖和程序框圖如圖

3、圖4所示。

圖3 pid原理圖 注意事項(1)由于變頻器產生高次諧波，會對通訊產生干擾，同時由于plc采集模擬信號，要進行a/d和d/a轉換處理，在此過程中，容易受到變頻器高次諧波的影響而失真。因此，必須將變頻器零地分接且加裝液波裝置，對plc用隔離變壓器供電，最好將plc安裝于距離變頻器較遠的位置

第二篇：西門子中壓變頻器在石灰回轉窯中的應用

1.引言

石灰是鋼鐵生產的重要原料，它主要應用在燒結工藝，煉鋼工藝。在石灰回轉窯工藝當中，保持窯內穩定的燃燒條件是非常必要的，它是由控制系統通過控制空氣和燃料進入焙燒系統的速率，以及通過控制I.D.風機（主排風機）速度從而保持適當的點火器拉力來完成。變化應保持為最小值，在另一變化發生前，系統應有時間調整適應變化。短時間內太多的變化會導致系統的循環，并且要使其再次平衡將會非常困難。

I.D.風機（主排風機）的調節方式，即窯頭負壓的調節方

式主要有兩種：

一、調節主排風機入口擋板開度使燃燒罩維持一定負壓。

二、調節主排風機的速度使燃燒罩維持一定負壓;

采用第一種調節方式，風機電機始終在工頻運行，靠控制擋板開度來控制窯頭負壓，在通常正常生產的情況下，擋板開度只為25%～35%，不但耗能比較大，而且在調整擋板開度時，窯內壓力變化波動較大，很難保證窯內負壓。

采用第二種調節方式，有兩種方案可以選擇，液力偶合器調速和變頻器調速，下面就將這兩種方法簡單介紹一下。

2.變頻器恒壓供風的基本原理

變頻器恒壓供風系統主要通過壓力傳感器實時檢測主風管的壓力，與設定的壓力進行比較，經過PID控制器調節后，在線自動調節變頻器來控制風機的轉速，使壓力始終穩定在設定值上，達到壓力穩定的目的。原理圖如下：

變頻器的調速原理，由交流感應電動機轉速公式

n=60f1/P＊（1-S）（1）

（式中n—電機轉速;f1—定子供電頻率;S—轉差率;P—電機極對數）可知：如均勻地改變電機定子的供電頻率f1,就可平滑改變電機轉速.對于異步電動機的變頻傳動,為了避免電機過磁飽和,同時抑制啟動電流,產生必需的轉矩進行安全運轉,在改變頻率的同時,對定子電壓也應作相應調節.逆變器主回路把三相50Hz交流電整流濾波為直流,再通過PWM脈寬調制器觸發大功率晶體管,把直流變為電壓和頻率可調的三相交流電，由此可實現變頻調速。

變頻調速對于風機水泵類負載來說，節能效果尤為明顯。變速前后流量、壓力、功率、轉速之間的關系為：

（其中Q代表風量;H代表風壓;P代表軸功率;n代表轉速）

下面將擋板調速、變頻調速的風量與風壓性能曲線繪制到一塊，如下圖所示：

由以上公式及下圖可以看出：

風機的正常工作點為A，當風量需要從Q1調到Q2時，采用擋板調節，特性曲線由R1改變為R2，其工作點調至B點，其功率O Q2B H2’圍成的面積，其功率變化很小，其效率卻隨之降低。

當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變設備的性能曲線，圖中從n1到n2，其工作點調制C點，使其參數滿足工藝要求，其功率為O Q2B H2所圍成的面積，同時其效率曲線也隨之平移，依然工作在高效區。由于功率隨轉速3次方變化，故節能效果顯著。

節能量P=（H2’-H2）＊ Q2

3.液力偶合器調速的優缺點

液力偶合器是通過控制工作腔內工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機能量并改變輸出轉速的，電動機通過液力偶合器的輸入軸拖動其主動工作輪，對工作油進行加速，被加速的工作油再帶動液力偶合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負載，這樣，可以通過控制工作腔內參與能量傳遞的工作油多少來控制輸出軸和力矩，達到控制負載的轉速的目的，因此，液力偶合器也可以實現負載轉速無級調節。

如果采用液力偶合器調速，則電動機轉軸連接到液力偶合器，而負載連接到液力偶合器，電動機仍然由電網供電，電動機仍全速運行。

經過調研，采用液力偶合器調速具有以下優缺點：

優點：

●液力耦合器價格便宜。

●操作簡單，維修方便。

缺點：

●調速效率低，節能效果差。

●功率因數低。

●直接改善起動性能，起動電流達到額定電流的5——7倍。

●液力偶合器依靠調節工作腔油量大小改變輸出轉速，因此響應慢，可能跟不上控制的需要

●機械傳動方式，運行故障率高，且需定時加液力油。

●安裝時需加在電機與風機中間，則要重作電機基礎，期間將造成生產停頓。

●當在運行中液力耦合器出現問題時，只能停產修理。

綜合比較此兩種方案，變頻器調速不但能夠更加節約電能，運行更加可靠，調節精度及電機功率因數更高，故障率更低，而且通過壓力閉環調節，使窯內負壓變化保持為最小值，保證窯內壓力平衡。隨著變頻器的發展，在價格上也會更加具有優勢。

4.實際應用

某鋼廠共有三條回轉窯生產線，配有3臺I.D.風機（主排風機），電機功率為1100KW，轉速為1493r/min。根據每個窯產量1000噸/天，電機的實際運行速度在額定轉速的60%～80%之間，如果采用變頻調速，不但能夠大大節約電能，而且在風機擋板全開的情況下能夠連續調節電機轉速，使得窯內負壓保持穩定。

根據工藝要求及現場實際情況，對I.D.風機（主排風機）的控制采用變頻調速，選用西門子SIMOVERT MV中壓變頻器實現窯內負壓的恒壓調速。具體的配置及原理圖如下：

控制原理：

變頻器的起停由現場操作箱或主控制人機界面HMI控制，在啟動時首先將擋板開至最大位置，然后啟動變頻器，風壓由現場壓力變送器測量后將實際的壓力信號傳送至西門子S7-400 PLC中，與設定的壓力值進行比較，通過PID調節器輸出一個4～20mA的信號做為變頻器的給定信號來調節電機的轉速，從而實現對窯內負壓的調整，保證窯內壓力恒定。

在變頻器發生故障時，可以臨時通過的旁路高壓開關柜啟動電機。之后通過調節出口擋板的開度大小來調節窯內壓力。由于鼠龍式電動機對電網的沖擊比較大，因此采用了星三角啟動電動機。

5.SIMOVERT MV中壓變頻器的特點：

SIMOVERT MV中壓變頻器是西門子公司最新推出的三電平、全數字、矢量控制的變頻器。現在在各種領域已經得到了廣泛的應用，它具有以下特點：

1）節省能源，特別適于風機和水泵

2）低損耗，功率因數cosΦ>0.96

3）啟動電流小，無沖擊，能夠實現軟啟動和制動

4）使用電流限幅的過載保護

5）自帶有Profibus DP網，易于將傳動裝置連接并集成到自動化系統中

6）帶有專門的調試軟件Drive ES，調試簡單方便

7）連接簡單，通過1臺斷路器和1臺變頻變壓器即可與工業電網連接

8）采用12脈沖二極管整流，可以有效地消除諧波

9）設計采用三電平電路配置，其部件只承載直流母線電壓的一半

6.系統調試

1）主要調試設備及軟件

2）通電前的檢查：

· 電機絕緣測試

· 高壓電纜絕緣測試

· 變壓器檢查及測試

· 變頻柜檢查測試

3）變頻器送電

4）使用Drive ES軟件設置變頻器參數

5）靜態調試

6）空載試驗

7）帶載實驗

經過調試，系統運行良好，變頻器啟動時間設為180秒，電流限幅值設為電機額定電流的100%，啟動時電機運行平穩。變頻器正常運行時，電機在35Hz的頻率下運行，通過對實際風壓的測量由PLC不斷調節變頻器的轉速，設備運行穩定，真正實現了恒壓排風。停車時間設為180秒，停車時未發生變頻器過電壓故障。

7.結論

1）由于采用了變頻調速，使得在正常生產時，電機的輸出功率大大降低，節能效果明顯。

2）系統具有軟啟動功能，減小了在啟動鼠龍式電動機時對電網的沖擊，對整個電網起了保護作用。

3）通過使用PID調節器調節電機轉速來調節風壓，使得窯內負壓變化很小，且壓力恒定，實現了恒壓排風。

4）采用變頻調速，風板保持全開狀態，降低了磨損，且大力矩執行機構工作次數減少，故障率降低。

第三篇：變頻器及PLC控制技術在恒壓供水系統中的應用

變頻器及PLC控制技術在恒壓供水系統中的應用

1引言

供水系統在各行各業的生產和生活中都起著至關重要的作用。如何保證供水系統安全、可靠、穩定地運行是很多行業都很關注的問題。把先進的PLC控制技術和變頻技術等自動化控制技術應用到供水領域，成為對供水系統的要求。

在供水系統中，如果用戶用水量需要變化時，利用改變閥門開度變化傳統的調整方法，會造成供水壓力不足或過大情況，容易造成資源浪費和產生安全隱患。因此，在一些用水量變化大、水壓控制高且流量完全由用戶確定的供水系統采用變頻調速技術則顯得尤為重要。

圖1變頻恒壓供水系統原理圖

2變頻恒壓供水工作原理

變頻恒壓供水就是變頻調速技術在供水中的應用，其采用PID調節技術，使供水壓力恒定在一個設定范圍，其具有恒水壓力波動小，節能效果明顯。實驗中采用循環軟啟方式。

它的工作原理是：當變頻泵運行到工頻50Hz時，此時的實際供水壓力若還沒有達到設定的供水壓力，不是直接啟動另外一臺水泵，而是將當前以變頻運行的水泵直接切換到工頻方式運行，而以變頻方式啟動另外一臺水泵，以達到維持系統壓力的目的。在切換水泵時，按照先啟先停的方式進行。這樣的好處是機組中的每一臺水泵在工作中都可以被使用到。變頻恒壓供水系統的原理圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，在系統運行過程中，將供水管網實際壓力與設定壓力比較，將得到的壓力差經過PID控制器計算與轉換，得到變頻器輸出頻率的變化值后，調節水泵機組的運行方式和運行速度，最終使實際供水壓力與設定壓力值相等。

圖2 系統結構框圖 系統硬件設計

變頻恒壓供水系統結構原理圖[1][2]如圖2所示。系統由水箱、管路、閥門和水泵機組、電氣操作系統和各種傳感器、儀表等組成。電氣操作系統由PLC(德國SIEMENS公司的S7-200型)、變頻器(MM440)、小型斷路器、交流接觸器、熱繼電器、直流電源、小型電磁繼電器以及各種指示燈和主令器件組成；傳感器和儀表包括溫度傳感器、壓力傳感器、電壓變送器、電流變送器、功率變送器等。

在此系統中，傳感器將供水管中的壓力轉換成電量信號后，傳送到PLC的特殊功能模塊，進行數據處理后傳給變頻器控制電動機。變頻器[3]是這個系統中的核心器件，通過PLC對變頻器的控制，就可以改變供水管中的壓力[4]，實現恒壓供水的要求。PLC將模擬量輸入、輸出模塊經過轉換后的數據進行PID運算，然后將計算值輸出變頻器，變頻器根據輸入的模擬量，改變輸出的電壓及頻率，從而實現對電機轉速的調節，改變管內壓力值。

根據控制要求[5]，水泵機組由四臺水泵組成。第一臺水泵變壓不足時，將第一臺水泵切入工頻運行，再投入第二臺變頻泵第四臺水泵啟動。停泵時先停第一臺工頻泵，再停第二臺工頻先開先停。

圖3 主程序流程圖 系統軟件設計 4.1程序模塊設計

軟件系統設計基于Windows平臺的32位編程軟件包STEP-7 Micro WIN，采用模塊化設計方法，主程序的流程圖如圖3所示。

除主程序的流程以外，程序模塊設計還涉及到定時器T0初始化程序、中斷服務程序、故障報警子程序等相應的模塊。

4.2組態軟件

本系統我們采用WINCC組態軟件[6]。WINCC是一個工控系統中的一個電腦控制組態軟件，它他可以和PLC通訊，可以點擊組態中的按鈕來操作一些設備的運行或停止；PLC是可編程控制器[7]，可以利用自己的程序來控制一些設備的運行順序和狀態，是工業中必不可少的一種控制方式。

因組態軟件不能直接讀取AIW通道中的數據，所以運用STEP7中的傳送指令，將AIW通道中的數據傳送到變量存儲區中，以便組態軟件從中讀取數據。

4.3WINCC與S7-200PLC的通信

WINCC與S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和PROFIBUS兩種協議之一進行。通過PROFIBUS協議進行WINCC與S7-200系列PLC通信的實現,需要以下幾點：(1)軟硬件要求

PC機，Windows98操作系統；S7-200系列PLC；CP5412板卡或者其他同類板卡，如：CP5613，CP5611；EM277 Profibus DP模塊；Profibus電纜及接頭；安裝CP5412板卡的驅動；安裝WINCC 4.0或以上版本；安裝COM Profibus軟件。(2)組態

首先，打開SIMATIC NETCOM Profibus，重新建立一個組態，主站為SOFTNET-DP，從站是EM277 Profibus-DP。(3)設置PG/PC interface 在設置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。(4)WINCC的設置

在WINCC變量管理器中添加一個新的驅動程序，新的驅動程序選擇PROFIBUS DP.CHN，設定參數。(5)建立變量

WINCC中的變量類型有In和Out。In和Out是相對于主站來說的，即In表示WINCC從S7-200系列PLC讀入數據，Out表示WINCC向S7-200系列PLC寫出數據。In和Out與數據存儲區V區對應。(6)優缺點

優點：該方法數據傳輸速度快，易擴展，實時性好；

缺點：傳送數據區域有限(最大64字節)，在PLC中也必須進行相應的處理，且硬件成本高，需要Profibus總線等硬件，還需要Com Profibus軟件。

應用場合：適用于要求高速數據通信和實時性要求高的系統。

圖4 系統實時監測界面

5系統運行實時監測界面 圖4為系統實時監測界面。

6結束語

文中介紹的新型供水方式不論在設備的投資運行的經濟性，還是系統的穩定性和可靠性，自動化程序等方面，都是具有無法替代的優勢，而且具有顯著的節能效果。目前，該系統正向著高可靠性、全數字化微機控制、多品種的方向發展，而追求高度智能化、系列化、標準化將成為必然趨勢。

于平

第四篇：變頻器恒壓供水教學演示系統設計

變頻器恒壓供水教學演示系統設計.txt31巖石下的小草教我們堅強，峭壁上的野百合教我們執著，山頂上的松樹教我們拼搏風雨，嚴寒中的臘梅教我們笑迎冰雪。本文由shinyqb123貢獻

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第 31 卷第 2 期 2010 年 2 月

通化師范學院學報 JOURNAL OF TONGHUA TEACHERS COLLEGE Vol 31 №2.Feb.2010 變頻器恒壓供水教學演示系統設計

王立忠 ,王廣德 ,劉洪波 ,韓 ,孟昭暉 ,叢

強 琳(吉林師范大學 信息技術學院 ,吉林 四平136000)摘 : 為了鍛練學生的職業技能 ,在分析和比較國內外供水自動控制系統的發展現狀和特點的基礎上 , 結合城市供水的現 要 狀 ,設計了一套以變頻調速技術為基礎的恒壓供水控制系統.該系統綜合運用繼電控制技術、變頻調速技術以及自動控制技術 , 實 現了恒壓供水的參數整定 ,保證了供水系統維持在最佳運行狀況 ,同時培養了學生的系統設計能力和對專業的學習興趣.關鍵詞 : 恒壓供水;變頻調速;節能 中圖分類號 : T M301.2 文獻標志碼 : A 文章編號 : 1008002310),男 ,吉林公主嶺人 ,碩士 ,吉林師范大學信息技術學院副教授.傳統的小區供水方式有恒速泵加壓供水、水塔 高位水箱供水、氣壓罐供水等.這些傳統的供水方式 不同程度的存在效率低、可靠性差、自動化程度不高 等缺點 ,難以適應當前人們生活中供水的需要.目前 的供水方式正朝著高效節能、自動可靠方向發展.因 此開發自動的變頻調速恒壓供水系統 , 越來越受到 人們的重視.為滿足供水質量的要求 , 降低能耗 , 實 現全自動、可靠穩定的供水 ,利用變頻恒壓供水具有 全自動恒壓運行、自動工頻運行、遠程手動控制和現 場手動控制等功能.結合學生職業技能訓練 , 在教師指導下學生設 計并安裝調試變頻恒壓供水系統 , 可以鍛煉學生的 綜合設計能力和工程意識.作為教學演示系統也可 以通過演示效果激發學生對專業知識興趣 , 了解變 頻器的應用方法.系統通過對變頻器內置 P I 模塊參數的預置 , D 利用遠程壓力表的水壓反饋量 ,構成閉環系統 ,根據 用水量的變化 ,在全流量范圍內利用變頻泵的連續 調節實現恒壓供水.1 變頻恒壓供水演示系統的構成 [14] 成.系統構成如圖 1 所示.變頻恒壓供水系統能 夠實現水泵的軟啟動 , 進而減小水泵啟動時的沖擊

系統啟動時首先閉合空氣開關 , 把轉換開關達 到變頻位置 ,三相交流電通過開關送到交流接觸器 和熱繼電器加載到變頻器上 , 變頻器輸出驅動變頻 電機啟動運行 ,把蓄水池的水抽到上水池中 ,在此過 ?23? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.tmdps.cnki.net 1

All rights

第五篇：PLC在恒壓供水系統中應用

PLC在恒壓供水系統中應用

引言

在供水系統中，恒壓供水是指在供水網系中用水量發生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。本文采用計算機(PC)、可編程控制器(PLC)、變頻器組成變頻恒壓供水監控系統，通過變頻調速實現恒壓供水、滿足節能降耗的要求，而且有利于實現生產的自動化及遠程監測。用水量變化具有隨機性，用水高峰時水壓不足，低谷時又造成能量浪費。變頻恒壓供水系統根據公共管網的壓力變化，通過PLC和變頻器自動調節水泵的增減、水泵電機的運行方式及電機的轉速，實現恒壓供水，既防止了能量空耗，又避免出現電機啟動時沖擊電流對設備的影響。

二工作原理

變頻恒壓供水系統采用一臺變頻器拖動兩臺大功率電動機，可在變頻和工頻兩種方式下運行;一臺低功率的電機，作為輔助泵電機。

啟動方式:為避免啟動時的沖擊電流，電機采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動前變頻器要復位。

變頻調速:根據供水管網流量、壓力變化自動控制變頻器輸出頻率，從而調節電動機和水泵的轉速，實現恒壓供水。如設備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時，PLC發出指令1號泵自動切換到工頻電源運行，待1號泵完全退出變頻運行，對變頻器復位后，2號泵投入變頻運行。

多泵切換:根據恒壓的需要，采取無主次切換，即“先開先停”的原則接入和退出。在PLC的程序中，通過設置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數，由給定頻率是否達到上限頻率或下限頻率來判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。

為了避免一臺泵長期工作，任一泵不能連續變頻運行超過3小時。當工頻泵臺數為零，有一臺運行于變頻狀態時，啟動計時器，當達到3小時時，變頻泵的泵號改變，即切換到另一臺泵上。當有泵運行于工頻狀態，或輔助泵啟動時，計時器停止計時并清零。

故障處理:能對水位下限，變頻器、PLC故障等報警。PLC故障，系統從自動轉入手動方式。

三PLC控制電路

系統采用S7-200PLC作下位機。S7-200PLC硬件系統包含一定數量的輸入/輸出(I/O)點，同時還可以擴展I/O模塊和各種功能模塊，在保證系統穩定性的基礎上，再減低系統成本，我們選用了UniMAT擴展模塊接在CPU后面。輸入點為6個，其中水位上、下限信號分別為I0.0、I0.1。輸出點為10個，O0.0-O1.0對應PLC的輸出端子。對變頻器的復位是由輸出點O1.0通過一個中間繼電器KA的觸點來實現的。根據控制系統I/O點及地址分配可知，系統共有5個開關量輸入點，9個開關量輸出點;1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點。可以選用CPU224PLC(14DI/10DO)，再擴展一個UniMAT模擬量模塊EM235(4AI/1AO)。

四電控程序設計

4.1泵站軟件的設計分析

(1)由“恒壓”要求出發的工作組數量的管理

為了恒定水壓，那么在水壓降低時，需要升高變頻器的輸出頻率，并且在一臺水泵工作是不能滿足恒壓要求時，這時需要啟動第二臺。這樣有一個判斷標準來決定是否需要啟動新泵即為變頻器的輸出頻率是否達到所設定的頻率上限值。這一功能可以通過比較指令來實現。為了判斷變頻器的工作頻率達到上限的確定性，應濾去偶然因素所引起的頻率波動所達到的頻率上限值的情況，在程序中應考慮采取時間濾波情況。

(2)臺組泵站泵組的管理規范

由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動，有規定各臺水泵必須交替使用，那么多臺組泵站泵組的投入運行需要有一個管理規范。在本次設計中控制要求中規定任意的一臺水泵連續運行不得超過3h，因此每次需要啟動新泵或切換變頻泵的時候，以新運行泵為變頻是合理的。具體的操作時，將現運行的變頻器從變頻器上切除，并且接上工頻電源加以運行，同時將變頻器復位并且用于新運行泵的啟動。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環控制，在本設計中所使用的是用泵號加1的方法來實現變頻器的循環控制即3加上1等于0的邏輯，用工頻泵的總數結合泵號來實現工頻泵的輪換工作。

4.2程序的結構及程序功能的實現

根據前面可知，PLC在恒壓供水系統中的功能比較多，由于模擬量單元及PID調節都需要編制初始化及中斷程序，本程序可以分為三個部分:主程序、子程序和中斷程序。

(1)系統的初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節省掃描時間。利用定時器中斷功能來實現PID控制的定時采樣及輸出控制。初始化子程序流程框圖如圖1。在初始化的子程序中僅僅在上電和故障結束時用，其主要的用途為節省大量的掃描時間加快整個程序的運行效率，提高了PID中斷的精確度。上電處理的作用是CPU進行清除內部繼電器，復位所有的定時器，檢查I/O單元的連接。

圖1初始化程序

(2)主程序流程圖如圖2。其功能最多，如泵的切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等等都在主程序中。生活及消防雙恒壓的兩個恒壓值是采用數字式方式直接在程序中設定的。生活供水時系統設定為滿量程的70%，消防供水時系統設定為滿量程的90%。本系統中的增益和時間常數為:增益Kc=0.25，采樣時間Ts=0.2s，積分時間Ti=30min。

圖2主控制程序

(3)中斷程序如圖3，其作用主要用于PID的相應計算，在PLC的常閉繼電器SM0.0的作用下工作，它包括:設定回路輸入及輸出選項、設定回路參數、設定循環報警選項、為計算指定內存區域、指定初始化子程序及中斷程序。

圖3中斷程序

五結束語

恒壓供水技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調節水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。實現恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節省了人力。

水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統的喘振。

由于變量泵工作在變頻工作狀態，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統在運行過程中可節約可觀的電能，其經濟效益是十分明顯的。正因為此，系統具有收回投資快，而長期受益，其產生的社會效益也是非常巨大。

在實際應用中，采用PLC控制恒壓供水，還能容易地隨時修改控制程序，以改變各元件的工作時間和工作狀況，滿足不同情況要求。與繼電器或硬件邏輯電路控制系統相比，PLC控制系統具有更大的靈活性和通用性。