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作者：刚子seo 日期：2023-08-22 点击数：
其实变频器论文 的问题并不复杂，但是又很多的朋友都不太了解急求PLC变频恒压供水毕业论文，因此呢，今天小编就来为大家分享变频器论文 的一些知识，希望可以帮助到大家，下面我们一起来看看这个问题的分析吧！
PLC和变频器在中央空调系统中的节能应用
摘要:介绍一种以PLC作为总控制部件，采用变频器控制中央空调冷冻水循环泵，构成恒压
循环供水；变频调速循环供水，以及用PLC控制一台软起动器分别起动4台井水泵的控制系统。
从而实现节能的目的，提高系统的可靠性，确保设备的安全运行。
关键词：PLC；变频器；软起动器；节能
1引言
晶澳太阳能有限公司采用3台设备制冷机组用
于生产设备制冷，设备冷冻水循环泵2台，额定功
率30kW，一备一用。另采用2台空调制冷机组用
于环境制冷，空调冷冻水循环泵3台，额定功率
37kW，二用一备。两种循环水泵均为工频全速运转，
由于设备冷冻水采用传统的固定节流方式来满足生
产设备恒压供水要求和空调冷冻水采用固定节流的
方式实现调节室内温度的目的，造成了大量电能的
浪费，减短了水泵和阀门的使用寿命。现改造为由
PLC作为核心控制部件，由变频器和设备冷冻水泵
组成恒压供水系统。空调冷冻水根据温差△T控制
原理，由变频器，PID温差控制器，温度变送器，
循环泵组成温差△T控制变频调速系统。
现公司有4口水井，井水泵额定功率为75kW，
采用工频恒速运行。井水统一供给两种制冷机组冷
却水、其他车间用水、消防用水等。由于井水泵的
自耦降压起动方式控制机构宠大，故障率高。现改
造为由PLC控制一台软起动器分别起动4台井水泵
的起动方式。
2硬件配置
设计选用一台PLC作为核心控制部件，控制井
水泵的软起动，设备冷冻水恒压供水和空调冷冻水
的变频调速。其中，PLC选用Siemens公司的s7-200，
CPU选用S7-222，电源模块一块，数字扩展模块选
用EM223 24VDC 16输入/16输出。共24个输入点，
22个输出点。数字量输入主要有循环泵手/自动运行
方式的切换，循环水泵和井水泵的手动启/停操作和
井水流量反馈。数字输出点用于19点继电器输出和
两个冷冻水系统故障报警和井水流量报警。
变频器选用MicroMaster430系列2台，一台额
定功率30kW，用于控制设备冷冻水循环泵，另一
台额定功率37kW，用于控制空调冷冻水循环泵。
MicroMaster430系列变频器是风机类和水泵类的专用变频器，它拥有内置PID调节器，可以提高供水
压力的控制精度，改善系统的动态响应。软起动器
选用SIRIUS 3RW40系列一台，额定功率75kW，
用于软起动井水泵。PID温差控制器一台，选用
Transmit（全仕）G-2508系列PID双路温差控制器，
用于设定温差，并将PID处理后的4～20mA的模拟
信号送至变频器。压力变送器一个，用于检测设备
冷冻水的管网压力，并将压力信号反馈给变频器。
温度变送器两个，用于检测蒸发器两端的温度，并
将温度信号送至PID温差控制器。
3控制方案设计
3.1设备冷冻水恒压供水控制方案设计
控制原理如图2所示，设备冷冻水循环系统是
一个密闭的系统，由1#，2#循环泵供水，供水压力
要求在4.0±0.5Mbar。正常情况下，一台循环泵工
频全速运转时，出水压力可达7.5 Mbar。具有很大
的裕量，为避免电能的浪费，将设备冷冻水循环系
统设计为恒压供水系统。方案设计有手动/自动两种
工作方式。
在手动方式下，工作人员可以根据实际情况现
场决定起/停水泵的变频运行，并设最高优先控制
级，不受PLC的自动控制，以保证检修或出现故障
时的安全使用。
自动方式控制过程：将控制面板上设备冷冻水
泵的手动/自动开关，打到“自动”档，由井水泵的运
行给定PLC设备冷冻水泵的起动信号，PLC控制
KM11吸合，并与变频器通信，由变频器1F软起动
1#循环泵。压力变送器检测设备冷冻水管网压力，
转化为4～20mA的模拟信号反馈至变频器1F，变频器1F通过内置的PID将检测压力与压力给定值
进行比较优化计算，输出运行频率调节1#循环泵
的转速。当压力变送器检测到的管网压力低于给定
压力时，变频器输出频率上升，增加1#泵的转速，
提高管网压力；反之，则频率下降，降低1#水泵的
转速。为防止备用泵在备用期间发生锈蚀现象，在
自动控制方式下，将1#、2#循环泵设置起始/停止周
期，使其自动定时循环使用。
为避免在水泵切换时，管网压力变化过大，应
采取必要的起/停时间协调措施，以尽量保证水压的
稳定，并在切换过程中，对压力检测信号进行一定
延时的“屏蔽”，防止变频器在较高的压力信号下不
起动。切换过程为：当设定的循环周期已到时，屏
蔽压力检测信号。将正在运行的水泵的频率升至
50Hz后切换为工频运行，之后将备用泵变频起动
（备用泵与运行泵不固定），在频率升至30Hz时，
切除工频泵，并取消对压力信号的屏蔽，恢复正常
运行，如此循环。在水泵切换时为了防止KM11与
KM12、KM21与KM22、KM11与KM22误动作同
时吸合发生故障，须将它们电气互锁和程序互锁。
当工作泵发生故障时，则立即停止工作泵，将备用
泵投入变频运行，并输出声光报警，提示工作人员
及时检修，当变频器发生故障时则停止水泵运行立
即输出报警。
3.2空调冷冻水系统循环泵变频调速控制方案设计
控制原理如图3所示，空调冷冻水系统的供回
水温度之差反映了冷冻水从室内携带热量的情况。
温差大，说明室内温度高，应提高冷冻水泵的转速，
加快冷冻水循环；反之，温差小，说明室内温度低，
可以适当降低冷冻水泵的转速，减缓冷冻水循环。
一般中央空调冷冻水系统设计温差为5oC~7oC。通
过温差△T控制，控制冷冻水系统的循环状态，可
以降低能源损耗，延长水泵的寿命。空调冷
冻水系统是一个密闭的系统不必考虑恒压问题。
差控制器和循环泵温差闭环变频调速系统，控制冷
冻水泵的转速随着室内热负载的变化而变化。工作
过程为：温度变送器1、2分别在空调机组蒸发器输
入和输出端测得温度后，转换为4～20mA的标准信
号送入PID温差控制器，经PID与给定温差值比较
处理后，输出4～20mA的标准信号到变频器2F的
模拟量输入端，变频器2F输出相应频率，调节循环
水泵的转速，达到控制温度的目的，形成一个完整
的闭环控制系统。系统设计为手动和自动两种控制
方式手动方式工作过程与设备冷冻水泵手动工作方
式类似自动控制过程为：将控制面板上的空调冷冻
水循环泵手动/自动控制开关打到“自动”档，系统将
在自动方式下运行，由井水泵的运行给定PLC空调
冷冻水泵起动指令后，首先控制KM31吸合投入3#
循环泵变频运行，由温度变送器1、2检测蒸发器两
端的温度，并将温度信号送到PID温差控制器，PID
温差控制器将检测到的温差与给定温差比较处理后
的标准信号反馈给变频器2F。若检测到的温差大于
温差给定值时，变频器2F提升输出频率，提高水泵
的转速，加快冷冻水的循环；反之，则降低频率，
降低水泵转速。在自动运行方式下，将3台水泵设
定自动循环周期，定时自动循环使用。3台水泵的
开闭顺序为“先开先关”的顺序，当室内热负荷加
大时，若变频器2F的输出频率已升至50Hz，经一
定延时（如20min），当检测温差值仍大于温差给定
值时，通过PLC程序控制，把3#水泵切换为工频运
行，再投入4#水泵变频运行，如此循环，直到变频
运行5#水泵。当3台水泵被全部投入运行，且变频
泵频率已至50Hz，经延时若频率仍没下降，则由
PLC输出报警，提醒工作人员及时修改空调机组设
定值；相反，当室内热负荷减小时，变频器2F降低
输出频率，降低5#泵的转速，当频率降到20Hz时，
若检测温差值仍低于温差给定值时，经延时（如
20min），停止3#泵，依此类推。为保证变频器2F
只控制一台水泵，将KM31、KM41和KM51电气
互锁和程序互锁，同时须将KM31与KM32、KM41
与KM42、KM51与KM52电气互锁。当变频器2F
或水泵发生故障时，由PLC输出声光报警，提示工
作人员及时检修。
3.3井水泵软起动控制方案设计
如图1所示，利用PLC控制一台软起动器，即
可分别起动4台井水泵.将井水泵的运行方式设计为
手动方式。具体控制过程为：按下控制面板上相应的起动按钮，如按下6#泵起动按钮，PLC控制KM61
吸合并运行软起动器，软起动6#井水泵。当软起动
器起动完毕后利用其辅助触点反馈信号给PLC，
PLC断开KM61并立即闭合KM62，将6#井水泵切
入工频运行，并停止运行软起动器，依此类推。为
防止软起动器同时起动两台以上的井水泵，须将
KM61、KM71、KM81、KM91电气互锁和程序互
锁，另须将KM61与KM62、KM71与KM72、KM81
与KM82、KM91与KM92电气互锁，
4 S7-200与MM430变频器的通信设置
S7-200PLC作为核心控制部件，它有总线访问
权，可以读取或改写变频器的状态，控制软起动器
的运行状态，从而达到控制和监视设备运行状态的
目的。系统采用总线式拓扑结构，两台变频器采用
总线接插件连入总线。S7-200选用S7-222CPU，软
件采用WIN3.2。采用西门子Profibus屏蔽电缆及9
针D形网络连接头。利用S7-222的自由通信口功
能，即RS485通信口。由用户程序实现USS协议与
两台MM430变频器通信。在硬件连接完毕后，需
要对两台MM430变频器的通信参数进行设置，如
表1所示。
5软件设计
在应用设计中，PLC起到“总监总控”的角色，
可以对两台变频器的状态进行查询和控制。程序首
先将S7-222的通信口初始化为自由通信口方式，然
后程序进入一个顺序控制逻辑功能块。控制顺序为：
手动起动井水泵，在井水流量满足要求的情况下，
自动运行设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵。
在PLC的程序中设计了井水泵的手动软起动井水泵
控制、设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵自动
定时循环程序；同时设计了设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵的手动控制程序。在本系统中采用
了变频器自身控制的方法，这样就省去了对PLC的
PID算法的编程。
6结论
本系统设计实际应用运行一个夏季后，得出与
上个季度循环水泵电能消耗数据及故障次数如表2
所示。数据显示，系统改造后节能达30%以上，并
且在春，秋、冬季节空调冷冻水循环泵的节能效果
会更加明显，并且故障发生次数大幅下降。因此采
用调速调节流量的方式，可以大幅度降低截流能量
的损耗，具有显著的节能效果，并能延长水泵的寿
命，提高系统运行的稳定性，降低生产成本，提高
生产效率。
参考文献
[1]王仁祥,王小曼.变频器在中央空调中的应用.通用变
频器选型,应用与维护.北京:人民邮电出版社,2002:
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430使用大全.2003.12.
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北京:北京航空航天出版社,2003:95-125.
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版社,2006.
[5]罗宇航.流行PLC实用程序及设计(西门子S7-200系
列).西安:西安电子科技大学出版社,2004.
叮叮猫进士回答采纳率:42.2% 2010-03-24 20:38随着我国经济的高速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关。随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速的发展，其拖动技术已经发展到了变压变频调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。
通过对变频器和PLC的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯得到了较为理想的控制和运行效果。并利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，实现电梯的精确位移控制。通过PLC程序设计实现楼层计数、换速信号、开门控制和平层信号的数字控制，取代井道位置检测装置，提高了系统的可靠性和平层精度。该系统具有先进、可靠、经济的特色。该电梯控制系统具有司机运行和无司机运行的功能，并且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能和具有集选控制的特点。
关键词：电梯； PLC；变频调速；旋转编码器
ABSTRACT
As China's rapid economic development, exchange of VVVF technology has entered a new era, its application more widely. The elevator as a modern high-rise building the vertical transport, and is closely related to people's lives, as people raise their requirements, the lift has been the rapid development of its technology has developed to drag the PSA Frequency Control, the logic control Also by the PLC to replace the original control relays.
Through the PLC chip and a reasonable choice and design, Greatly improving the control of the elevator, the elevator and to improve the operation of comfort, so that the lift has been better control and operation results. And using a rotary encoder pulse a position feedback, and lift the precise control of displacement. PLC program designed to achieve through the floor count, for speed signal, to open the door of peace control of the digital control signals to replace Wells Road location detection devices, improving the reliability of the system accuracy of the peace. The system has advanced, reliable and economic characteristics.The elevator control system has run drivers and drivers operating without that manual and automatic features, and with that layer, called the Office for the election of the Commission to function, with election-control characteristics.
Keywords: lift; PLC; VVVF; rotary encoder
目录
1绪论 1
1.1 PLC控制交流变频电梯的简介 1
1.2电梯控制的国内外发展现状 2
1.3题目选择的来源与意义 3
1.4本文所做的主要工作 3
2电梯设备的介绍 4
2.1电梯设备 4
2.1.1电梯的分类 4
2.1.2电梯的主要参数 4
2.1.3电梯的安全保护装置 5
3变频器的选择及其参数计算 7
3.1变频器的分类 7
3.2变频器的选择 7
3.2.1变频器品牌型号的选择 7
3.2.2变频器规格的选择 8
3.2.3选择变频器应满足的条件 8
3.3 VS-616G5型通用型变频器 8
3.4变频器有关参数的计算 10
3.4.1变频器容量的计算 10
3.4.2变频器制动电阻的计算 11
4 PLC的选择及硬件开发 12
4.1 PLC简介 12
4.2控制器件的选择 14
4.2.1 PLC的选择 14
4.2.2轿厢位置的检测元件 14
4.3 PLC硬件系统的设计 16
4.3.1设计思路 19
4.3.2 I/O点数的分配及机型的选择 21
5系统软件开发 25
5.1电梯的三个工作状态 25
5.1.1电梯的自检状态 25
5.1.2电梯的正常工作状态 25
5.1.3电梯的强制工作状态 26
5.2系统的软件开发方法确定 26
5.2.1软件设计特点 26
5.2.2软件流程 27
5.2.3模块化编程 29
5.3系统的软件开发 30
5.3.1电路的开关门运行回路 30
5.3.2电梯的外召唤信号的登记消除及显示回路 33
5.3.3利用旋转编码器获取楼层信息 35
5.3.4呼梯铃控制与故障报警 35
5.3.5电梯的消防运行回路 36
结论 38
致谢 39
参考文献 40
附录Ⅰ VS-616G5型变频器的常用参数 41
附录Ⅱ VS-616G5变频器主要参数设置表 42
附录Ⅲ梯形图 43
基于PLC的恒压供水系统设计
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，系统存在工作可靠，使用方便，压力稳定，无冲击等优越性。
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。通过PLC、变频器、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、系统主管道水压的；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：
可编程控制器；变频器；传感器
目录
1前言
1
1.1供水系统发展过程及现状
1
1.2供水系统的概述
2
1.2.1．变频恒压供水系统主要特点：
2
1.2.3．恒压供水设备的主要应用场合：
2
1.2.4．恒压供水技术实现：
3
2
系统总体设计方案
4
2.1系统设计方案
4
2.1.1
系统控制要求
4
2.1.2
控制方案
4
2.1.3运行特征
5
2.1.4
系统方案
5
2.2可编程控制器(PLC)的特点及选型
7
2.2.1
PLC特点及应用
7
2.2.2可编程控制器的选型
8
2.2.3．PLC
CPM2A模拟量输入/输出单元
12
2.3变频器选型及特点
15
2.3.1
ABB产品信息：
15
2.3.2
变频节能理论：
15
2.3.3．变频恒压供水系统及控制参数选择：
16
2.3.4．变频恒压供水系统的优点及体现
17
2.4
远传压力表
19
2.4.1
主要技术指标
19
2.4.2结构原理
19
2.5
系统控制流程设计
20
2.5.1系统组成及作用
20
2.5.2
系统运行过程
20
3
软件设计
24
3.1
系统中检测及控制开关I/O分配
24
3.2
I/O地址及标志位分配表
25
3.3
流程图
28
3.4
程序设计：
29
4.结论
43
致
谢
44
参考文献
45
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（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。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
1:变频器输出为PWM波，含有较多的高次谐波。变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入变频功率分析仪，数字量输入变频功率分析仪对电压、电流的采样值进行运算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。
2:就国内变频器市场格局而言，业内人士将其概括为，变频器通用领域内资企业占据80%以上的市场份额，竞争激烈导致10年价格大幅下滑；高性能市场仍以外资品牌为主，未来将成为国内变频器企业的主攻方向。是国内智能化电气研发、生产和销售的为一体的高新技术企业。生产变频调速器、电机软起动器等工业自动化控制的厂家，产品采用重载型设计，过载能力强，具有超大起动和运行容量、完善的自动检测、保护和控制性能，可以起动和控制任何类型的重型负载电动机，产品已广泛应用于冶金、矿山、造纸、化工、建材、机械、电力、以及建筑系统等所有工业传动领域
3:中国变频器的市场保持着12-15%的增长率，预计至少在未来5年内将会保持10%以上的增长率。中国市场上变频器安装容量（功率）的增长率实际上在20%左右，预计至少在10年以后，变频器市场才能饱和并逐渐成熟。
1引言
供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频恒压供水系统能够很好的满足现代供水系统的要求。
在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式：
(1)单台恒定转速泵的供水系统
这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。
(2)恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统
这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。
(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统
这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。
变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，s7-200具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。
2供水系统的基本特性
供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f(q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。
管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f(q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水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1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。
扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，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。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。
图1供水系统的基本特性
3变频恒压供水系统的构成及工作原理
3.1系统的构成
变频恒压供水系统采用西门子的s7-200 plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。s7-200 plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。
三相交流电与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接异步电动机，异步电动机带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交流电与异步电动机。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。
图2变频恒压供水系统的总体框图
3.2系统的工作原理
变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。
异步电机的转速为：
其中：
n0为异步电机同步转速；
n为异步电机转子转速；
f为异步电机的定子输入交流电的频率；
s为异步电机的转差率；
p为异步电机的极对数。
由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。
当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。
变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。
系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。
图3变频恒压供水系统的控制原理框图
4硬件电路设计
4.1主电路
变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、热继电器kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。
图4系统主电路图
4.2控制电路
控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的i0.0输入口相连接，当按下sb0时，i0.0为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，i0.1为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，i0.5为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，i0.6为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。i0.5和i0.6的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，i0.2为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。
图5 plc外围接线图
5程序设计
5.1 plc程序设计
plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，i0.1为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。
图6主程序流程图
当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.5。此时，q0.1为“0”， q0.2为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后q0.3为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。
当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.6。此时，q0.4为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时q0.1为“1”，q0.2为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。
当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。
5.2变频器mm440的参数配置
变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过a/d转换器得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。
附表 mm440的参数配置
6结束语
应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。
参考文献
[1]李光,谢欢,王直杰.高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j].电气传动自动化,2008,38(7):63-68.
[2]彭旭昀.一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j].机电工程技术,2005,34(10):54-56.
[3]陈新恩,王永祥.基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j].制造业电气,2006,25(6):37-39.
[4]朱玉堂.变频恒压供水系统的研究开发与应用[d].杭州:浙江大学,2005.
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