项目四恒压供水系统调试与运行恒压供水系统一般由水箱、水泵、电动机、压力传感器、控制器、变频器等组成。

采用多台水泵及电机比单台水泵及电机节能而可靠。

恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就需要用变频器为水泵电机供电。

数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。

如图4-1所示。

图4-1 恒压供水控制系统学习完本项目后，你将能够：●了解恒压供水系统的组成及各部分的作用；●掌握恒压供水基本原理，控制器的闭环工作过程；●熟悉模拟量模块EM235的性能指标、接线、校准及配置；●掌握变送器的选择与应用；●掌握模拟量地址设置、采集、变换及滤波；●理解PID控制各部分的作用，熟悉PID指令；●熟悉PID控制各参数的工业常用范围；●掌握变频器通信控制的接线与参数设置；●熟练应用USS协议控制西门子MM420变频器；●熟练搭建西门子触摸屏组态环境；●熟练应用西门子触摸屏建立项目、组态元件、下载调试；●掌握系统选型、图纸绘制、系统接线；●熟练编制手动子程序，配合触摸屏调试硬件系统；●熟练编制自动子程序，实现恒压控制；●熟练组态触摸屏，进行界面切换、参数设置、操作控制。

4.1 恒压供水系统认知4.1.1 实训的目的和要求1. 实训的目的（1）了解恒压供水系统的组成。

（2）理解各组成部分在作用。

2. 实训的要求（1）观察系统，说明各部分作用。

（2）打开控制柜，说明每个器件的作用，说明每根接线的作用。

（3）拆卸控制柜。

4.1.2 基本原理恒压供水系统可分为控制柜和执行机构两大部分。

控制柜有电源、显示仪表、控制器、中间继电器、接触器、变频器、压力传感器、变送器、互感器、按钮、转换开关、触摸屏等组成，执行机构一般由水箱、水泵、止回阀、电动机、阀门等组成。

如图4-2所示。

水泵水箱图4-2 变频恒压供水系统的基本构成1. 控制柜电气控制柜主要是实现一些控制功能，里面一般有开关，继电器或PLC之类的元器件或产品。

有传统的继电器和PLC控制。

比较简单的控制可以用继电器来控制，复杂的控制一般采用PLC控制。

而电气控制柜是根据不同的需要，采用不同的控制。

根据被控制设备的多少，大小选择不同的电气元件组合成一个柜。

控制柜应质量优良、外型美观耐用、安装操用方便。

如图4-3所示。

图4-3 电气控制柜2. 水箱水箱可以保证市政停水时的正常供水，设备同样也要考虑备用。

如图4-4所示。

图4-4 恒压供水水箱3. 压力传感器压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。

主要是利用压电效应制造而成的，也称为压电传感器。

一般普通压力传感器的输出为模拟信号，0-10V的电压，或0-20mA的电流。

如图4-5所示。

图4-5 压力传感器4. 水泵水泵是输送液体或使液体增压的机械。

它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。

如图4-6所示。

图4-6 水泵5. 止回阀止回阀是指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门，又称逆止阀、单向阀、逆流阀、和背压阀。

止回阀属于一种自动阀门，其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转，以及容器介质的泄放。

如图4-7所示。

图4-7 止回阀6. 触摸屏触控屏（Touch panel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

如图4-8所示。

图4-8 TP277触摸屏西门子触摸屏以其先进强大的功能，稳定可靠的质量，低廉的价格和完善的服务广泛应用于纺织机械、工程机械、医疗制药、空调制冷等行业。

主要包括TP、MP、OP等几个系列，由于本系统选用西门子TP277-10’触摸屏功能足够。

4.1.3 实训内容（1）认知恒压供水系统各个组成部分。

（2）掌握各器件之间的连接关系。

（3）明确信号走向及控制关系。

4.1.4 操作步骤1. 使用的器材和工具（1）恒压供水控制柜1套。

（2）执行机构1套。

（3）空气断路器，10A，数量：8个。

（4）熔断器，10A，数量：4个。

（5）交流接触器，10A，数量：5个。

（6）PLC，数量：1个。

（7）模拟量模块EM235，数量：1个。

（8）万用表，数量：1块。

（9）中间继电器，数量：13个。

（10）电流互感器，3个。

（11）变频器1台。

（12）电机2台。

（13）电动开关阀4个。

（14）压力传感器1个。

（15）触摸屏1块。

（16）电流表3块。

（17）电压表1块。

（18）按钮8个（19）转换开关1个。

（20）控制柜冷却风扇1个。

此外，还有控制导线若干，动力电缆20米，线槽15米，线槽盖板15米。

螺母50个，导轨10米。

2. 操作步骤（1）观察控制面板，熟悉转换开关、电压表、电流表、按钮、控制柜门锁的作用，操作转换开关、按钮。

（2）打开控制柜，熟悉控制面板背面各器件接线，电流互感器的接线关系。

（3）观察控制柜内部。

熟悉控制柜内部各器件布置结构，打开端子排线槽盖板，根据接线标号找到电源进线，说明断路器合闸顺序及可能出现的现象。

（4）观察熔断器接线，说明如果发生熔断器故障，会出现什么现象，影响那些电路。

（5）观察PLC的I/O接线，打开PLC输入输出线槽盖板，说明有那些信号进入PLC，找到对应的电动开关阀接线、变频器接线。

说明PLC有几个数字量输出，找到被控电动开关阀，说明每根接线作用。

（6）观察PLC的EM235接线，说明有那些信号进入EM235，找到对应的传感器，说明每根接线作用及传感器型号、查找生产厂家、熟悉传感器性能。

（7）观察变频器的接线，说明每根接线作用，找到被控电机，说明电机参数。

（8）观察中间继电器的接线，说明每根接线作用，控制信号来源，被控接触器的作用。

（9）观察水箱、止回阀、管路结构，说明工作期间水流运动路径。

（10）拆下所有线槽盖板、拆下所有器件、拆下所有接线，统计汇总。

准备下次安装。

4.1.5 小结（1）恒压供水系统采用先进的现代控制理论，结合可编程控制技术、变频控制技术、电机泵组控制技术的新型机电一体化供水装置。

（2）系统通过安装在水泵出水总管上的远传压力表，将压力转换成0-20mA的电流信号，经A/D转换模块将模拟电流信号转换成数字量并送入可编程序控制器，经可编程内部PID运算，得出一调节参量并将该参量利用USS通信方式送入到变频器，控制电机频率。

（3）设备采用多泵并联的供水方式，用户用水量的大小决定了投入运行的水泵的数量，当用水量较小时，单台泵变频工作，当用水量增加，水泵运行频率随之增加，如达到水泵额定输出功率仍无法满足用户供水要求时，该泵自动转换成工频运行状态，并变频启动下一台水泵。

反之，当用水量减少，则降低水泵运行频率直至设定下限运行频率，如供水量仍大于用水量，则自动停止工频运行泵同时变频泵转速增加。

（4）利用触摸屏可进行模式切换控制，参数设置，状态显示，报警控制等。

4.2 基于PLC的恒压供水控制4.2.1 实训的目的和要求1. 实训的目的（1）掌握模拟量采集、变换及滤波，熟悉PID控制；（2）熟练应用USS协议控制西门子MM420变频器。

2. 实训的要求（1）熟练掌握模拟量模块EM235的性能指标、接线、校准及配置；（2）掌握模拟量地址设置、采集、变换及滤波；（3）理解PID控制各部分的作用，熟悉PID指令；（4）掌握变频器通信控制的接线与参数设置；（5）熟练应用USS协议控制西门子MM420变频器。

4.2.2 基本原理1. 模拟量模块EM235EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输出，如图4-9所示。

图4-10中给出EM235的接线端子情况，从图中可以看出输入端子在图的上方，4路端子可分别接入4路输入，请注意当信号的类型(电流或电压)不同时，接线方法不一样。

输出端子在图的下方。

输出是电流量还是电压量在接法上有区别。

除了图中所示输入信号线及输出信号线外，模块与主机还通过总线电缆连接。

2.变送器的选择变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准量程的直流电流或直流电压信号，例如DC0~10V 和DC4~20mA 。

变送器分为电流输出型和电压输出型。

电压输出型变送器具有恒压源的性质，PLC 模拟量输入模块的电压输入端的输入阻抗很高，例如100K~10M Ω。

如果变送器距离PLC 较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流，在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。

例如1μA 干扰电流在10M Ω输入阻抗上将产生10V 的干扰电压信号，所以远程传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。

电流输出型变送器具有恒流源的性质，PLC 模拟量输入模块输入电流时，输入阻抗较小（例如250Ω）。

线路上的干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适于远程传送。

电流传送比电压传送的传送距离远得多，S7-300/400的模拟量输入模块使用屏蔽电缆信号时允许的最大传送距离为200m 。

3.EM235的配置模拟量模块在接入电路工作前需完成配置及校准，配置指根据实际需接入的信号类型对模块进行的一些设定。

校准可以简单地理解为仪器仪表使用前的调零及调满度。

配置及校准操作位置见图4-11。

图中可见增益及偏置调节使用的电位器及配置调节使用的6只开关。

开关状态组合所对应的输入范围及分辨率见表4-2，（应该为4-1）表中分成单极性输入及双极性输入两种情况。

开关SWl~SW6的分类功用见表4-1，（应该为4-2）从表4-1（应该为4-2）中可知开关SWl~SW3用于衰减选择，SW4、SW5用于增益选择，SW6用于极性选择。

针对表4-1中增益、衰减及量程可以看出，无论对于哪一种量程，写入单元中模拟量输入字中图4-10 EM235输入/输出端子接线图4-9 EM235模块满度值对应的模拟量的值是一样的，即有下式：满量程输入×衰减×增益=模拟量输入字中数据所对应的模拟量实际值经计算，这个值的绝对值为4V。

图4-11 EM235的校准电位器及DIP开关表4-1 EM235配置开关表单极性满量程输入分辨率SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6ON OFF OFF ON OFF ON 0~50mV 12.5μVOFF ON OFF ON OFF ON 0~100mV 25μVON OFF OFF OFF ON ON 0~500mV 125μVOFF ON OFF OFF ON ON 0~1V 250μVON OFF OFF OFF OFF ON 0~5V 1.25mVON OFF OFF OFF OFF ON 0~20mA 5μAOFF ON OFF OFF OFF ON 0~l0V 2.5mV双极性满量程输入分辨率SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6ON OFF OFF ON OFF OFF ±25mV 12.5μVOFF ON OFF ON OFF OFF 士50mV 25μVOFF OFF ON ON OFF OFF 土100mV 50μVON OFF OFF OFF ON OFF 士250mV 125μVOFF ON OFF OFF ON OFF 土500mV 250μVOFF OFF ON OFF ON OFF 土1V 500μVON OFF OFF OFF OFF OFF 士2.5V 1.25mVOFF ON OFF OFF OFF OFF 土5V 2.5mVOFF OFF ON OFF OFF OFF 土10V 5mV表4-2 EM235配置开关的用途及说明EM235配置开关极性增益衰减SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6ON 单极性OFF 双极性OFF OFF ×14.PID控制各参数的作用PID控制器的Kc、Ti、Td参数作用如下：比例部分与误差信号在时间上是一致的，即与现在有关，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比例的调节作用，具有调节及时的特点。