基于S7-200和MM440的变频恒压供水系统设计

基于S7-200和MM440的变频恒压供水系统设计（共7篇）

基于S7-200和MM440的变频恒压供水系统设计 篇1

基于S7-200和MM440的变频恒压供水系统设计 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。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 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。因此，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 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 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 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

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1 系统优点

1.1可根据实际设定水压自动调节水泵电动机的转速, 使供水系统管网中的压力保持在设定值, 提高了供水品质。

1.2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保持水压的恒定。

1.3根据实际的供水量, 投入运行相应的水泵台数, 进一步提高节能效果。

1.4系统工作稳定可靠, 具有短路保护、过流保护功能, 且有效延长电动机的使用寿命。

2 系统构成思想

压力传感器采集用户管网的压力和压力变化率, 并把压力信号转变为标准电信号, 再将电信号传输至压力比较器。比较器将信号与供水系统所设定的压力相比较, 并将压力偏差经过PLC进行PID运算处理。接着, PLC输出的PID信号和开关量信号传输至变频器来控制水泵的变频运行和工频的投切, 从而把供水系统的压力维持在设定值, 实现恒压供水。可编程控制器变频恒压供水系统的工作思想就是:采用变频调整的水泵与PLC构成控制系统, 根据供水管网水压的高低, 自动调整水泵的运行台数、运行状态, 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能的目的。

3 工作原理

住宅小区用户的供水压力等参数在TD200文本显示器上设定, 压力传感器把供水管网压力转换为0~10V标准信号送进PLC模拟量模块EM235, PLC通过采样程序及PID闭环程序与用户设定压力构成闭环, 运算后转换为PLC模拟量输出信号送给变频器, 调节水泵电机转速。当用水量较小时, 1号泵在变频器的控制下稳定运行, 当用水量增大到水泵工频运行也不能保证供水管网的压力稳定时, PLC给定的压力下限信号与变频器的工频运行信号同时被PLC检测到, PLC自动将原工作在变频控制状态下的泵投入到工频运行状态, 以保持压力的连续性, 同时将2号泵用变频器起动投入运行, 以加大管网的供水量以保证压力稳定。若2号泵运转仍不能满足供水压力, 则依将变频工作状态下的泵投入到工频运行, 再将3号泵投入到变频运行, 确保用水高峰时小区居民正常生活用水。当用水量减少时, 变频器的输出频率会下降, 当下降至下限值时, 而供水管网压力仍能达到设定值, PLC将最先停止工频运行的1号泵;如果频率下限值依旧持续出现, 那么PLC再停止工频运行的2号泵。系统按“先开先关”的原则逐步切换水泵, 同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳, 系统一直切换到4号泵 (功率最小) 使其处于变频工作状态为止。

4 系统的控制方式

系统软件为方便调试和编程, 系统控制器采用模块化编程, 主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块组成。

4.1 手动运行模块。当系统处于手动运行时, PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号, 并由此判断各工作水泵的运行状态, 在出现故障的情况下, 输出报警信号。水泵的起、停和切换由人工通过面板上的按钮和开关来实现。

4.2 自动运行模块。自动运行模块包括系统的初始化、开机命令的检测、数据采集子程序、控制量运算子程序、置初值子程序、电机控制子程序等。其中:数据采集子程序完成对主水管压力的数据采集。控制量运算子程序完成变频器控制量的计算和控制量的输出, 控制量的计算按PID控制方式进行。电机控制子程序完成对4台水泵的运行和停止控制。由于变频器的输出频率与水泵的运转速度直接相关, 用水量大时, 变频器输出频率升高, 水泵的运转速度大;用水量小时, 频率降低, 水泵的运转速度小。因此程序根据变频器的输出频率的大小就可以判断和控制水泵的工作状态。

4.3 故障诊断和报警输出模块变频器具有短路、过载等保护功能, 当变频器所驱动的水泵电机发生短路、过载等故障时, 变频器将自动切断一次供电回路, 进入保护状态并输出报警信号。系统把各故障点相应的接触器、断路器等元件的辅助触点接到PLC, PLC扫描输入这些触点的状态, 并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区, 再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析, 判断设备或元件是否出了故障, 如果发生故障, 则切断该泵的接触器, 然后对变频器复位, 再将备用水泵的接触器接通, 启动变频器运行备用泵, 同时输出该泵故障报警信号。

5 水泵投切运行的程序设计

5.1 PLC I/O地址分配表

5.2 PLC程序如下

按下启动按钮, M0.0为启动标志。

按下停止按钮后, 关闭变频器和4台水泵, M0.1为停止标志。

将1号水泵电机变频运行。

变频器出现频率上限, 启动定时器T37开始计时, 计时15秒后关闭1号水泵电机和变频器, 同时启动定时器T33计时2秒, 使变频器减速为0。

2秒时间到, 将1号水泵电机切换到工频, 2号水泵电机变频运行。

变频器出现频率上限, 启动定时器T38计时15秒, 计时完毕后关闭2号水泵电机和变频器, 同时启动定时器T34计时2秒, 使变频器减速为0。

2秒时间到, 将2号水泵电机切换到工频, 3号水泵电机变频运行。

变频器出现频率下限, 启动定时器T39计时3分钟, 计时完毕后关闭1号水泵电机。

变频器达到频率下限, 启动定时器T40计时3分钟, 计时完毕后关闭2号水泵电机。

变频器又达到频率下限, 启动定时器T41计时3分钟, 计时完毕则关闭3号水泵电机和变频器。

T35计时2秒到, 转入容量较小的4号水泵电机变频运行。

当变频器出现频率上限时, 即4号小水泵的供水不能满足要求的时候, T42计时15秒后关闭4号水泵电机, 切换到1号水泵电机变频运行。

结语

该恒压供水系统, 由于采用了PLC控制和变频控制技术, 使小区供水的稳定性、可靠性和抗干扰能力大大提高, 也使系统实现了高效节能。另外, S7-200 (CPU226) PLC基本单元提供二个RS-485接口, 一个与文本显示器 (系统参数显示、设定、系统运行软控制设备) 等设备通讯控制, 另一个可以与小区监控中心进行通讯, 实现无人远程控制, 为今后智能小区的发展奠定了基础。

摘要：随着控制技术的发展与完善, 变频器及PLC在各个行业的应用愈来愈广, PLC与变频器的可靠性、灵活性得到了用户的认可。主要阐述了基于S7-200PLC和变频器控制的小区恒压供水系统的构成、工作原理和控制方式, 并且编写了水泵投切运行的主要程序。

关键词：PLC,变频器,恒压供水

参考文献

[1]戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发[M].北京:中国水利水电出版社, 2007.

[2]韩卫杰.PLC和变频器在城市小区恒压供水中的应用[J].科学之友, 2008, 10.

基于S7-200和MM440的变频恒压供水系统设计 篇3

关键词:PLC 变频调速 恒压供水系统 PID

中图分类号:TV1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2010)03(c)-0106-01

1 变频调速恒压供水系统的设计原理

此恒压供水系统采用了三台水泵并联运行的方式,利用压力传感器将主水管网水压变换为电信号,经模拟量输入模块,输入可编程控制器(PLC),PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算,输出控制信号,经模拟量输出模块至变频器,调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时,一台泵在变频器的控制下稳定运行,当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时,PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到,PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行,以保持压力的连续性,同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行,以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍不能满足压力的要求,则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行,再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时,首先表现为变频器已工作在最低速信号有效,這时压力上限信号如仍出现,PLC首先将最先工频运行的泵停掉,以减少供水量。当上述两个信号仍存在时,PLC再停掉第二台工频运行的电机,直到最后一台泵用变频器恒压供水。

2 变频调速恒压供水系统硬件设计

本系统选用了西门子公司的S7-214PLC,辅以输入/输出扩展模块组成,主要检测元件有光电开关、压力检测开关,共计12个输入信号。执行部件有电机、变频调速器、声光报警器等,共3个输出点。PLC主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制变频器完成压力调节等功能。三台水泵由变频器直接驱动,进行恒压控制,变频器的起动、停止分为手动和PLC自动控制。控制面板上设有一个手动/自动转换开关,PLC对该开关的状态实时检测,当选择手动功能时,PLC只进行检测报警,由人工通过面板上的按钮和开关进行水泵的起、停和切换。当选择自动功能时,所有控制、报警均由PLC完成。控制系统原理图如图1所示。

3 变频调速恒压供水系统软件设计

为方便编程和调试,系统控制器采用模块化编程,主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块三个部分构成。

(1)手动运行模块。

当系统处于手动运行时,PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号,并由此判断各工作水泵的运行状态,在出现故障的情况下,输出报警信号。水泵的起、停和切换由人工通过面板上的按钮和开关来实现。

(2)自动运行模块。

自动运行模块包括系统的初始化、开机命令的检测、数据采集子程序、控制量运算子程序、置初值子程序、电机控制子程序等。

电机控制子程序完成对三台水泵的运行和停止控制。由于变频器的输出频率与水泵的运转速度直接相关,用水量大时,变频器输出频率升高,水泵的运转速度大；用水量小时,频率降低,水泵的运转速度小。因此程序根据变频器的输出频率的大小就可以判断和控制水泵的工作状态。

(3)故障诊断和报警输出模块。

变频器具有短路、过载等保护功能,当变频器所驱动的水泵电机发生短路、过载等故障时,变频器将自动切断一次供电回路,进入保护状态并输出报警信号。系统把各故障点相应的接触器、断路器等元件的辅助触点接到PLC,PLC扫描输入这些触点的状态,并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区,再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析,判断设备或元件是否出了故障,如果发生故障,则切断该泵的接触器,然后对变频器复位,再将备用水泵的接触器接通,启动变频器运行备用泵,同时输出该泵故障报警信号。如电机故障指示灯亮等。各I/O点对应的故障信息如表1所示。

4 结束语

采用PLC作为控制器,硬件结构简单,成本低,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保持水压恒定以满足用水要求。另外,S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口,可以与楼宇监控中心进行通讯,实现无人远程控制。

参考文献

[1]钟肇新,范建东,等.可编程控制器原理及应用,2003.2

[2]宋伯生.PLC系统配置及软件编程［M］.中国电力出版社,2008.1.

基于S7-200和MM440的变频恒压供水系统设计 篇4

张雷雷

南山纺织服饰有限公司

摘要：随着社会主义市场的经济发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术·控制技术以及通讯技术，设计高性能·高节能·能适应不同领域的恒压供水系统成为必然的趋势。

本论文采用变频器和PLC实现恒压供水和数据传输。本论文的变频恒压供水系统以再国内许多实际的供水控制系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。经实践证明该系统具有高度的可靠性和实时行，极大地提高了供水的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。

关键字：恒压供水：变频调速：PLC：泵切换

随着电力技术的发展，以变频调速为核心的智能供水系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，启动平稳，启动电流可限制在额定电流以内，从而避免了启动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可以延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除启动和挺及时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。

PLC变频恒压供水系统是以PLC为控制核心，由PLC控制器、变频调速器、压力传感器等其他电控设备以及4台水泵组成，如图1.1所示

图1.1 变频调速恒压供水控制系统的原理图

其工作过程：设定一个水压值后，根据变频恒压供水原理，利用安装在供水管网上的压力传感器，连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将水压信号转换为电信号送入PLC，PLC根据实际水压值与设定水压值进行比较和经PID运算，并将运算结果转换为电信号，输出送到变频器的信号给定端，变频器根据给定信号，调节水泵的电源频率，从而调整水泵的转速，以维持供水管网中水压值在设定的水压范围内。当变频器频率到达最或大最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，从而达到恒压供水的目的。我公司在2009年11月份正式启用了该系统，并从中受益。本文介绍基于PLC变频调速恒压供水的设计

我公司水处理车间担负了南山纺织服饰有限公司下属单位和附属单位的工业及生活消防用水的任务。包括4台22KW的工业用水水泵和2台11KW的应急不压水泵。1.控制要求

1）.水泵能自动变频软启动，四台水泵自动变频软启动，并根据用水量的大小自动调节水泵的台数。四台水泵自动轮换变频运行，工作泵故障时备用泵自动投入，可转换自动或人工手动开·停机。2）.设备具有缺相、欠压、过压、短路、过载等多种电气保护功能，具有相许保护防止水泵反转抽空，并具有缺水保护及水位恢复开机功能。且有设备工作、停机、报警指示。2.PLC及变频器控制电路 2.1）.供水系统主电路

该系统有四台水泵，如图2.1所示，合上空气开关（QS）后，当交流接触器KM1、KM3、KM5、KM7主触点闭合时，水泵为工频运行；当KM2、KM4、KM6、KM8主触点闭合时，水泵为变频运行。四个热继电器FR1、FR2、FR3、FR4分别对四台电动机进行保护，避免电动机在过载时可能产生的过热损坏。

图2.1恒压供水的主电路

2.2）.供水系统的控制电路

如图2.2所示，Y0、Y7为PLC输出软继电器触点，其中Y0、Y2、Y4、Y6控制变频运行电路；Y1、Y3、Y5、Y7控制工频电路。SAC为转换开关，实现手动、自动控制切换。当SAC切在手动位时，通过1#SB24#SB2按钮分别启动四台水泵工频运行；当SAC在自动位时，由PLC控制水泵进行变频或工频状态的启动、切换、停止运行。

图2.2恒压供水系统的控制电路

1KA为缺水保护电路的中间继电器触点，当水池缺水或水位不足时，配合缺水保护装置断开控制电路，切断主电路，实现缺水保护作用。2.3）.缺水保护电路

当水池缺水或水位不足时，若不及时切断电源就会损坏水泵，甚至发生事故。如图2.3所示。利用液位继电器等装置时刻检测水池里的水位，经电路转换及处理后对控制回路电源进行控制。水池水位正常时，控制回路电源接通，系统正常工作。水池缺水或水位不足时，液位继电器1K释放，系统报警、指示灯亮并通过1KA切断系统控制电路和主电路，水泵停止。水位正常后，液位继电器1K吸合，重新启动系统。

图2.3缺水保护电路 2.4）.缺相相序保护电路

图2.4缺相相序保护电路

水泵工作在三相交流电，电源发生缺相时，电动机中某一相无电流，而另外两相电流会增大，容易烧坏电动机；另外，为了避免电源相序相反，电动机反转水泵抽空的现象，设置了缺相相序保护电路，如图2.4所示。采用缺相相序保护电路继电器KP接在主电路电源进线空气开关之后，三项正常时，KP得电吸合，控制电路中KP的1-2触点吸合，接通PLC控制电路。反之，缺相或反相时，KP的1-2触点断开，会切断PLC控制电路，系统停止工作，缺相相序保护指示灯亮。

2.5）.硬件接线图

图2.5 硬件原理图

该系统的硬件连接图即PLC和系统的各个硬件的接线。由于PLC所输出的信号是数字信号，不能被变频器所识别，所以我们在他们之间加了个模拟量输入输出模块FXON-3A。其功能：该模块具有2路模拟量输入（0-10V直流或4-20mA直流）通道和1路模拟量输出通道。其输入通道数字分辨率为8位，A/D的转换时间为100us,在模拟与数字信号之间采用光电隔离，占用8个I/O点。2.6）.变频器频率（速度）的设定及PID 1.最高频率：水泵属于平方率负载，当转速超过额定转速时，转速将按平方规律增加，导致电动机严重过载。因此，变频器的工作频率是不允许超过额定频率的，其最高频率只能与额定频率相等，即Fmax=Fn=50HZ。

2.上限频率：一般来说，上限频率以等于额定频率为宜。但有时也可以预置得略低一些，变频器内部有转差补偿功能，同在50HZ的情况下，水泵在变频运行时的实际转速要高于工频运行时的转速，从而增大了水泵和电机的负载；变频调速系统在50HZ下运行时，还不如直接在工频下运行，可以减少变频器本身的损失。因此，将上限频率预置为49HZ或49.5HZ是适宜的。

3.下限频率：在供水系统中，转速降低，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，下限频率预置为25-30HZ 4.启动频率:水泵在启动时，如果从0HZ开始启动，水泵基本没有压力输出，为调节时间，应预置启动频率值为15-20HZ，及设置变频器PID输出值的下限为最大值的30%-40%。

变频器利用PID控制器将被控对象的传感等检测到控制量（反馈信号），将其与目标值（流量、压力等设定值）进行比较，再有PLC控制变频器输出。如图2.60若有偏差，则通过此功能的控制动作是偏差为零，也就是是反馈量与目标值保持一致，从而达到好好的调速作用。

图2.6 PID控制器接线图 2.7 PLC在系统中的控制

根据变频恒压供水原理，利用安装在供水管网上的压力传感器，连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将水压信号转换为电信号送入PLC，PLC根据实际水压值与设定水压值进行比较和经PID运算，并将运算结果转换为电信号，输出送到变频器的信号给定端，变频器根据给定信号，调节水泵的电源频率，从而调整水泵的转速，以维持供水管网中水压值在设定的水压范围内。当变频器频率到达最或大最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，PLC在系统中起主导作用是控制交流接触器组近进行工频-交频的切换和水泵工作数量的调整。如图2.7

系统运行之后，在自动运行方式下开始启动运行时，首先检测水池水位，若水池水位符合设定水位要求，1#变频交流接触器吸合，电机与变频器连通，变频器输出频率从0HZ开始上升，此时压力传感器检测压力信号反馈到PLC，由PLC经PID运算后控制变频器的频率输出；如压力不够，则频率上升至50HZ,延时一定时间后，将1#水泵切换为工频，2#水泵变频交流接触器吸合，变频启动#水泵，频率逐渐上升，直至出水压力达到设定压力，以此类推增加水泵。

如用水量减少，出水压力超过设定压力，则PLC控制变频器降低输出频率，减少出水量来稳定出水压力。若变频器输出频率低于某一设定值，而出水压力仍高于设定压力值时，PLC开始计时，若在一定时间内，出水压力降低到设定压力，PLC放弃计时，继续变频调速运行；若子一定时间，内压力仍高于设定值，根据先停机的原则，PLC将停止正在运行的水泵中运行时间最长的工频泵，直至出水压力达到设定值。若系统中只有一台水泵变频运行且连续一段时间频率低于设定出水频率，则切除变频运行主泵，投入小流量泵，既保护主泵电动机，又节约能源。当外来管网压力达到设定压力时，则控制其完全停止各泵的工作。

在变频器发生故障时也要不间断供水。当变频器发生故障时蜂鸣器报警，则PLC发出指令使全部水泵停止工作，然后1#水泵工频运行，经一定演示后根据压力变化情况在使2#泵工频运行。此时，PLC切换泵则根据实际水压的变化在工频泵之间切换。当出现水池无水停机、电动机欠压、过压、错相、电机故障等情况时，均能有蜂鸣器发出报警声。3.结束语

由于变频恒压供水系统的应用，它取代了传统的水塔、高位水箱或气压罐，不但大大的提高和改善了厂区工业及生活消防供水系统的性能，而且节能环保，具有良好的经济和技术效益。我公司自2009年11月投入使用以来，未出现过大的技术问题，保障了了公司下属和附属单位的正常可靠的工业用水，为企业的发展提供了强有力的保障。

参考文献：

基于S7-200和MM440的变频恒压供水系统设计 篇5

随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。

1、系统介绍

变频恒压供水系统原理，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及3台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电

机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现）和双工作压力设定功能（PID控制器和时间控制器实现）。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。、工作原理

2.1 运行方式该系统有手动和自动两种运行方式： ⑴.手动运行

按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-3#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。⑵.自动运行

合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。

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。

变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。

3、电路图

NL1L2L3QSFU1FU2FU3U1V1W1U2V2W2U3V3W3QSKM0U1V1W19变5频器34U2V2W2KM2KM1KM3KM5PLC传感器KM4KM6FR1FR2FR3M13～M23～M33～

4、制电路图

5、原理图

6、控制流程图

7、结语

基于S7-200和MM440的变频恒压供水系统设计 篇6

一、前言

自来水厂的供水泵站中，供水系统一般由若干台扬程相近的水泵组成，调节水压和流量的传统方法是，按期望输出的水压和流量用人工控制水泵运行的台数。如供水能力4-6万吨/日的自来水厂，水泵的配置方案有多种，其中一种可行的方案是三台160kW和一台90kKW水泵组成。系统工作时，传统的方法是，若供水量较大，显然，流量和管网水压已经不能满足要求，这时需人工投入水泵，根据现场管网水压情况由工人来决定投入160kW水泵还是90kW水泵；若供水量减小，管网水压会升高，此时又需人工切除水泵。在深夜用水量较小时，为节能考虑用一台90kW水泵供水。由于水泵的流量较大，为避免“水锤”效应，人工投切时，投入泵时应遵循“先开机，后开阀”、切除泵时应遵循“先关阀，后停机”的操作程序。若是小功率的水泵，水泵的出水侧都装有普通止回阀，其本上能自动保证以上的操作程序，只是停机时止回阀关闭前的瞬间还是有“水锤”效应产生，如果安装的是“微阻缓闭止回阀”，停机时基本上也不存在“水锤”效应。

二.变频恒压供水的控制方案

由于城市自来水的用量随季节的变化而变化，随每日时段不同而变化。为使供水的水压恒定，最常见的办法是采用变频恒压供水系统，即压力变送器装在主管网上检测管网压力信号，再将此压力信号送到变频器（PLC）的模拟信号输入端口，由此构成压力闭环控制系统，管网压力的恒定依赖变频器的调节控制。对于多泵情况，可以两种不同的控制系统方案，一种是“顺序控制方案”，系统图如图一所示：

图一 顺序控制方案系统图 图中：BP1—变频器；BU2～BU4--软起动器,PT—压力变送器。由图一可见，变频器连接在第一台水泵电机上，需要加泵或减泵时，由变频器RO1～RO3端口输出信号起动或停止其他的水泵，这时水泵的起动采用自耦降压起动装置或软起动器。这种方案的特点是水泵电机不需要在变频和工频之间切换；第一台水泵永远连接在变频器上，没有切换过程中的失压现象；由于变频泵以外的泵都有软起动器，所以不需要再做备用系统，当变频器故障时，可用软起动器手动起动M2～M4水泵，保证供水不致中断；每台电机都有起动器，初始投资较大。另一种是“循环投切”方案，系统图如图二所示

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图二 变频恒压供水循环投切方案系统图

图中：BP1—变频器，BU1—软启动器，PT－压力变送器，ZJ1、ZJ2－用于控制系统的起动/停止和自动/手动转换。由图二可见，变频器连接在第一台水泵电机上，需要加泵时，变频器停止运行，并由变频器的输出端口RO1～RO3输出信号到PLC，由PLC控制切换过程。切换开始时，变频器停止输出（变频器设置为自由停车），利用水泵的惯性将第一台水泵切换到工频运行，变频器连接到第二台水泵上起动并运行，照此，将第二台水泵切换到工频运行，变频器连接到第三台水泵上起动并运行；需要减泵时，系统将第一台水泵停止，第二台水泵停止，这时，变频器连接在第三台水泵上。再需要加泵时，切换从第三台水泵开始循环。这种方式保证永远有一台水泵在变频运行，四台水泵中的任一台都可能变频运行。这样，才能做到不论用水量如何改变都可保持管网压力基本恒定，且各台水泵运行的时间基本相同，给维护和检修带来方便，所以，大部分的供水厂家都钟情于循环投切方案。但此方案也有不足之处，就是在只有一台变频器运行并切换到工频过程中会造成管网短时失压，在设计时应充分的引起重视。另外，必须设置一套备用系统，图中的软启动器就是作为备用。当变频器或PLC故障时，可用软起动器手动轮流起动各泵运行供水。

三.循环投切的工作过程

众所周知，变频器的输出端不能连接电源，也不能运行中带载脱闸，切换过程应按以下的程序进行。循环投切恒压供水系统投入运行时，当变频器的输出频率已达到50Hz或52Hz时，能否将变频器的上限频率设为52Hz，取决于水泵电机运行在52Hz时是否超载。在50Hz频率下运行60s管网水压未达到给定值，此时，该台水泵需切换到工频运行。切换过程是：先关该台水泵电动阀，然后变频器停车(停车方式设定为自由停车)，水泵电机惯性运转，考虑到电机中的残余电压，不能将电机立即切换到工频，而是延时一段时间，到电机中的残余电压下降到较小值，这个值保证电源电压与残余电压不同相时造成的切换电流冲击较小，在某水厂160kW水泵电机的切换时间为600ms。连接在电机工频回路中的空气开关容量为400A，经现场调试切换过程的电流冲击较小，每一次切换都百分之百的成功。关阀后停车，水泵电机基本上处于空载运转，到600ms时电机的转速下降不是很多，使切换时电流冲击较小。切换完成后，再打开电动阀；已停车的变频器切换到另外的水泵上起动并运行，再开电动阀。切除工频泵时，先关阀，后停车，这样无“水锤”现象产生。这些操作都是由PLC控制自动完成。

实际上，电机的传统起动方式也存在一定的电流冲击。对电机直接起动时，起动电流是额定电流的5～7倍，小功率的电机经常采用直接起动方式。电机功率较大时，常用星—三角或自耦降压起动器。自耦降压起动器起动电机时，首先加60%的电压，属恒频调压调速，数秒钟或数十秒钟后(根据电机的容量而定)，电机加速到60%电压时的速度，将60%的电压切除后立即连接到100%(380V)电源上。切除60%电压时，电机的速度较变频器投到工频时电机的速度要低，残余电压相对低一些，投切是在瞬间完成的，电流冲击可能性较大，为保证切换成功，回路上的空气开关容量一般都选得比较大。循环投切时，电机从变频往工频切换，只要切换的延时足够，电机由变频切换到工频时的电流冲击不大。一般残余电压的衰减时间为1—2秒，切换延时也不是越长越好，延时短，残余电压高，速度降落少；延时长，残余电压低，但速度降落大。选择延时需二者兼顾，以求得最小的冲击电流。如果要使切换过程无电流冲击，需采用同步切换方式，加入一些控制手段和控制元件就可实现，但考虑经济上是否合算。

四.循环投切对变频器和电机的影响

将电机从变频状态切换到工频状态时，变频器内的功率器件立即关闭，电机的电流不能跃变，功率器件旁的并联二极管提供了续流通路，残余电压经二极管整流器和中间环节电容流通，转子电阻消耗能量，电机的定子也能消耗部分能量，因此，残余电压的衰减比较快，虽然在切换时仍有一定的残余电压，但对变频器影响已经很小，对电机寿命也无多大的影响。自耦降压起动器切换时，电机内定子的残余电压无通路流通，只有转子回路是闭合回路，也只有转子电阻消耗能量，残余电压的衰减比较慢。切换时，因残余电压存在而形成的冲击电流较大，对电机有一定的影响，电机设计时已充分考虑了这些因素。

五.应用实例

四川遂宁市自来水二厂，供水能力6万吨/日，城市管网压力0.4MPa，泵组为3台160kW，1台90kW水泵，要求恒压供水并采用计算机监控，变频器或控制系统故障可由软起动器手动起动各泵。

（1）计算机监控内容

管网压力，流量，泵的运行状态，阀启闭状态，电机温度，各泵运行的电流，电压，功率和功率因素，并监控水质参数如余氯,浊度，含铁量，PH值等。

（2）原理框图

图三 计算机监控原理图

为保证系统的可靠性，上位机PC用于管理，用组态软件做出若干工艺流程图，实时显示系统的运行状况，并统计历史数据，如需要可随时打印报表；还用于故障的报警和处理。PC机为研华工业计算机，PLC为西门子S-7300,便于与总控室计算机联网，采用带有PROFIBUS接口的CPU315。CP5611是通信模块，PDM-820AC电参数综合分析仪用于检测系统的用电量。控制水泵的起/停，切换，阀的启/闭；电机电流，温度的检测，水泵使用时间的统计；压力，流量，水质参数的采集等，均由PLC完成。水压的给定值由变频器键盘设定。

图四 变频恒压供水电气原理图

如图四所示，与前述的循环投切方案基本相同，BP1为森兰SB200系列160kW变频器，DZ1—DZ6为LG ABE403a 400A空气开关，FU1 500A，FU2 600A为快熔，KM1-KM10为LG GMC-400交流接触器，PT为森纳斯压力变送器，量程1Mpa。系统调试时，水泵电机从变频状态切换到工频状态，延时从300ms起，到500ms时电流表显示也无明显的冲击，最后定为600ms。软起动器设定为限流起动方式，设定为2.5倍。软起动器起动时，起动电流接近800A,但在30s内下降到额定电流以下，查600A熔断器曲线，通过1000A电流在60s熔断，所以软起动器的熔断器定为600A。该系统已经投产两年，每日供水4-5万吨，运行良好。据厂家统计，电耗/吨减少20%.六.结论

基于S7-200和MM440的变频恒压供水系统设计 篇7

Φ5m立式风洞是我国自行设计并于2005年建成的第一座立式风洞,主要用于开展飞机尾旋、直升机和伞等试验技术研究。尾旋是飞机进入超临界迎角范围后,在气动力、惯性力和重力的作用下,绕其纵轴自转并沿着半径很小的螺旋形轨迹快速下降的一种非常危险的运动状态。弧形轨旋转试验装置是研究尾旋的一种重要试验设备,利用该装置可测定飞机模型绕风洞轴线方向以不同速率旋转时的气动力和力矩,为尾旋特性预测提供依据。本文结合装置研制论述弧形轨旋转控制系统需求、结构、组成及应用效果。

1 控制系统需求

弧形轨旋转试验装置主要由支撑平台、双立柱、横梁、弧形轨、滑车机构、支杆机构和侧支撑等组成。弧形轨通过中心体悬挂于横梁上,呈半圆形,直径为4m。安装在横梁外侧的驱动电机,经行星减速机、驱动轴和中心体转向,控制弧形轨绕风洞轴线方向以不同速率旋转。弧形轨上的控制线缆、动力线缆经滑环引电器与外部连接。弧形轨两侧有滑车机构,分别在各自1/4圆的弧形轨上移动。

装置试验过程中,试验模型相似准则除满足常规测力试验要求外,还要保证与真实飞行条件下的无因次旋转参数相等,而无因次旋转参数是通过改变弧形轨旋转速度或试验段风速来实现的;同时在某个模型状态下,分别在风洞吹风和不吹风时,控制弧形轨以不同旋转速度作正向、反向试验,通过对测试数据取平均值来消除空气阻尼对试验模型的惯性力和力矩影响。因此弧形轨旋转控制系统技术参数如下:

(1)最高转速为100r/min。

(2)控制精度为±1r/min。

(3)驱动电机正向、反向旋转。

(4)弧形轨转速从0到100 r/min的时间不大于60s。

(5)具有远程/本地控制功能,自动化程度高。

2 控制系统组成

2.1 驱动电机

弧形轨绕中心体做旋转运动,驱动电机输出扭矩用于克服在加速过程中产生的惯性力矩和气动力矩。弧形轨转动惯量包括弧形轨和滑车机构惯量,依据机械设计参数,有:

式中,J为弧形轨转动惯量;j1为弧形轨转动惯量;j2为滑车转动惯量。

要求弧形轨转速在60s内达到100r/min,则旋转加速度为:

弧形轨在加速过程中产生的惯性力矩为:

式中,η为装置的机械传递效率,取0.7。

根据风洞流场环境,弧形轨在风洞内承受的最大气动力矩T2按650N·m考虑。

配用25倍行星减速机(型号为PX190),考虑1.2倍安全系数,则弧形轨驱动电机输出扭矩为:

依据电机规格,选用三相交流异步变频电机(型号为YPT180M-2),恒转矩调速范围为300～3 000r/min,额定功率为22kW,额定三相交流电压为380V,额定电流为41.3A,额定输出扭矩为70N·m,轴端带独立的冷却风机。为提高转速控制精度,用德国倍加福增量编码器(型号为RV158N-011K1R61N-1028)提供电机转速反馈信号,组成转速闭环控制系统。

2.2 变频器

经论证,弧形轨驱动电机选用MM440变频器控制,用编码器提供转速反馈信号组成矢量闭环控制调速。MM440变频器采用高性能的矢量控制技术,可提供低速高转矩输出,具有良好的动态特性和超强的过载能力,适用范围广。变频器型号为6SE6440-2AD32-2DA1,适配电机功率为22kW。为实现矢量闭环调速,提高控制系统自动化程度,在参数设置基础上,配置编码器模板6SE6440-0EN00-OAA0、Profibus-DP通信模板6SE6440-1PB00-0AA0。

编码器模板用于连接通用型数字编码器与MM440变频器(变频器安装的软件版本是2.0以上),组成矢量闭环编码器反馈控制系统,与无矢量控制和V/F相比,其技术优势是:零速满转矩,速度控制精度更高,速度控制和转矩控制的动态性能得到改善。PLC通过RS-485串行接口与变频器通信。

一般情况下,编码器模板通过变频器面板上的一个40线插接头直接由MM440变频器供电。DP通信模板由外接24V电源供电。以上模板和BOP操作面板均安装在变频器正面上端,其安装顺序为编码器模板、DP通信模板、BOP操作面板。

为保证系统快速停车,避免制动时系统因过电压而跳闸,通过配套的制动单元和制动电阻将电机回馈的能量以热能的形式消耗掉。75kW(含)以下MM440变频器内置制动单元,故只需外部配置制动电阻即可实现能耗制动。制动电阻根据工作停止周期选配,本系统选用30Ω/3kW制动电阻。

控制系统主回路原理图如图1所示。

2.3 监控系统

在要求不高的工业场合,采用基于端子排输入或模拟量控制变频器。考虑到装置其它任务的需要,为提高控制系统自动化、网络化、集成化程度,弧形轨旋转控制分为本地和远程两地控制,由柜内开关SA切换。本地控制时,主回路接触器合分闸由柜内合分闸按钮SB1、SB2控制;变频器启停由基本操作面板BOP控制,I启动电机,O停止电机,给定由柜内给定电位器RP控制。远程分为监控计算机和现场触摸屏两地,采用基于Profibus-DP的网络控制,将MM440变频器集成到自动化系统中,其操作权限由监控计算机选择。监控系统以317T-2DP CPU为中心,配置电源模块、通信模块CP340、模拟量输入/输出模块、数字量输入/输出模块等,完成装置的逻辑运算、顺序控制、定时及算术运算等,并通过数字式或模拟式的输入/输出控制装置运行全过程。317T-2DP CPU包括一路DP总线接口,一路MPI/DP总结接口。因DP总线接口与其它控制任务连接,故将MPI/DP定义为DP总线。系统用研华工控机作上位机,通过CP5611接口卡使工控机与317T-2DP CPU、操作台各总线表、现场触摸屏、变频器组成DP网络监控系统,监控系统结构如图2所示。

2.4 控制软件

控制软件包括PLC控制程序和监控程序。监控计算机采用Windows XP操作系统,PLC控制程序采用西门子编程软件Step7 V5.4编写,监控程序用WinCC V6.2中文版开发工具包设计,同时安装SQL Server 2005。在Step7硬件组态中,导人变频器GSD文件后,在从站选项中自动添加MM440系列变频器选项,通过DP模块上的拨码开关定义变频器的DP地址,系统自动分配通信数据地址。在PLC程序中直接引用以上地址,通过网络对变频器参数进行读写操作。系统可以选择PP01和PP03协议,本系统选择PP01,报文长度固定,包括4个字的参数区PKW和2个字的过程数据PZD区。PKW区用来访问MM440的参数,通过Profibus网络远程读写变频器参数。PZD—般只能访问2个字长,包括控制字STW和状态字ZSW,控制字用于PLC往MM440发送任务报文,状态字用于MM440往PLC发送应答。

系统组态完毕,根据技术要求完成PLC控制程序编写。控制程序包括不同程序块,块内的不同网络段各自完成MM440变频器远程访问、参数修改、控制启停和正反转控制等功能。控制过程中,PLC发送控制字并接收变频器的状态字,数据块DB1与MM440变频器的PKW和PZD对应,用于存储各自的通信数据。调用DP读/写专用系统功能块SFC14/SFC15来完成PLC与MM440变频器之间控制字/状态字、主给定/主实际值的通信。

监控软件能够远程、实时监控变频器及电机的运行情况,具有组态参数初始化、运行控制、速度显示与速度判稳等功能。操作人员通过键盘和鼠标实现各种功能,监控画面能简单、实时、直观地显示装置状态参数和重要的系统信息。

3 变频器参数设置

MM440变频器参数多采用缺省设置。为满足本系统控制技术要求,需要针对技术特点设置参数,主要有电机参数、总线地址、命令源、频率设定值选择等。以下对本地/远程控制参数设置重点说明。

控制系统要求有远程/本地控制功能,变频器2套参数依据开关SA选择。(1)本地手动时,主回路电源接触器合分闸由柜内按钮SB1、SB2控制,变频器启停由操作面板控制,频率设定值P1000(0)为2,由模拟输入通道给定。(2)远程自动控制时,主回路电源接触器分合闸受外部PLC接点控制,变频器启停由人机界面启动/停止按钮控制。P0810确定读入位0的命令源,设定值为722.0,依据数字输入1电平激活命令数据组(CDS)。数字输入1受本地/远程切换开关控制。开关SA转换至远程时,KA1带电,数字输入1通道为1,激活命令数据组CDS1,选择变频器第2命令组,变频器命令源P0700(1)=6,由COM链路的通信板(CB)设置;频率设定值选择P1000(1)=6,频率设定值通过COM链路的CB设定。开关SA转换至本地时,KA1不带电,数字输入1通道为0,激活命令数据组CDS0,选择变频器第1命令组,变频器命令源P0700(0)=1,命令源由BOP设置。频率设定值选择P1000(0)=2,频率设定值通过模拟输入1设定。

改变P0700参数,将使所选项目的全部设置复位为工厂的缺省值。若将它的设定值由1改为2,则所有的数字输入都将复位为缺省的设置值,需要再次按要求设置。

4 应用经验

在项目安装调试过程中,先后解决了以下问题:

(1)干扰问题。

MM440变频器工作时会产生较强的电磁干扰,严重影响正常通信工作。通过将控制电源地与信号地分开,控制柜、操作台等与地网多点重复接地,注意变频器与PLC的接地,所有信号电缆的屏蔽层双端接地,接地线有足够截面,有效解决了电磁干扰问题。

(2)MM440变频器DP通信模块接触问题。

调试发现,M440变频器的DP通信模块常出现时断时通的情况,给装置安全运行造成较大的隐患。经查,变频器内配套了编码器模块,并与DP通信模块一起安装在变频器内,而这易造成DP通信模块与背板总线接触不良。对此可用机械方法解决。

(3)同级电网有大功率可控硅整流电源运行,导致电网谐波电压丰富。

经测试,当变频器处于无功率输出状态时,直流母线电压常超过600V(正常时约在540V),影响变频器安全。为消除同级电网谐波影响,在直流母线并联功率电阻。一旦变频器处于无功率输出状态,就接入功率电阻;变频器正常工作时,及时切断该功率电阻。该功率电阻受P0731参数控制,定义数字输出1的功能,将P0731参数设置为52.2,通过该参数控制功率电阻的投入与切断。变频器停运时,接入直流母线电阻RF。

5 结束语

将MM440变频器集成到自动化系统中,可提高控制系统自动化、网络化、集成化程度,使系统运行稳定,各项技术指标完全达到并超过设计指标,为项目提供了完善的解决方案。MM440变频器功能丰富、参数设置选项多,能满足复杂的工艺技术要求,因此需要结合需求深入学习,并在应用实践中不断完善参数设置,以最大程度发挥MM440作用,提高产品的性能。

摘要：介绍西门子MM440变频器在弧形轨旋转控制系统中的应用,简述项目需求,详述整个控制系统的选型、硬件配置、系统结构、通信方式、参数设定以及系统如何从软硬件两方面实现对象要求的功能。