●具有内置的PID控制器，可用于简单的过程控制。
●6个可编程的带电位隔离的数字输入端。 ●2个模拟输入，也可作为第7/8个数字输入端。
●2个可编程的模拟输出（0-20mA）。
●3个可编程的继电器输出，在阻性负载下：DC30V/5A;感性负载下：AC250/2A。 ●可与S7-200链接，也可集成到SIMATIC和SIMOTION的TIA系统中。
◆系统电路的设计-主电路的设计
该系统包括3台水泵电动机M l、M 2、M 3，
其中 Ml 的功率为 45kW ， M2 为 22kW ， M3 为 22kW。该系统为一台变频器依次控制每台水 泵实现恒压控制。系统具有变频和工频两种 运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后， 如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒 压值时，系统自动将当前变频泵状态切换为 工频状态，并指示下一台泵为变频泵。主电 路 如 4-2 所 示 。 其 中 接 触 器 KM2 、 KM4 、 KM6 分别控制 Ml 、 M2 、 M3 变频运行， KMl 、 KM3、KM5分别控制Ml、M2、M 3工频运行，
Y
变频器启动 2#1#水泵工频 运行3#水泵停
N
管内 水压大于设 定值？
N
管内 水压大于评审
◆系统整体硬件框图
系统的整体硬件框图
◆变频器的选用
MM430型变频器-是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家。功率范
围7.5kW至250kW。它按照专用要求设计，并使用内部功能互联技术，具有高度可靠 性和灵活性。MM430型变频器具有能源利用率高的特点，具有较多的输入端子和输出 端子，且对操作面板进行了优化，便于工作人员进行操作，其主要技术指标如下:
M1 3～ M1 3～ M1 3～
系统主电路图
系统电路的设计-控制电路的设计
图中SA为手动/自动转 换开关，SA打在1的位置为 手动控制状态，打在2的状 态为自动控制状态。手动 运行时，可用按钮 SB1~SB8 控制三台泵的起/停和电磁 阀 YV2 的通 / 断；自动运行 时，系统在PLC程序控制下 运行。其中HLl、HL3和HL5 分别指示Ml～M 3的工频运 行，HL2、HL4、HL6分别指 示 M l ～ M 3 的变频运行。 HL7 、 HL8 分别水位的上下 限指示灯， KA 为报警电铃。 KA1为生活消防转换接触器。 图中的HL9为自动运行状态 电源指示灯。 HL10 为报警 指示灯。KA2为变频器复位 接触器
（3）恒压变频供水控制软件系统的设计：
◆总体流程设计
◆各个模块梯形图设计、功能程序、初始化程序
◆变频器恒压供水系统的组成
1） 压力传感器-系统的控制输入量， 能否准确采集该信号决定控制系统的精
度及可靠性。
2） 控制器 - 是整个控制系统的核心， 通过对外界输入状态进行检测，输出控 制量；对外界输入的数据进行运算处理 后，输出相应的控制量。
N L1
FU2 SA
2
SB1 SB2 Q0.0 4 6 SB4 7 KM3 SB5 11 KM5 Q0.4 12 Q0.5 14 KM5 SB6 Q0.3 10 KM3 Q0.1 KM1 KM2
PLC
KM1 5 HL1 KM2 HL2 KM2 Q0.2 KM4 8 9 HL3
N1
FR1
KM1 SB3
●快速的中央处理运算能力；
●极丰富的编程指令集； ●响应快速的数字量和模拟量输入/输出通道；
●操作便捷，易于掌握；
●强大的通讯功能和丰富的扩展模块。
系统CPU的选择
根据城市供水电气控制系统的功能要求，从经济性、可靠性等方面来考虑，由于 城市供水电气控制系统的输入 / 输出端口较多，而其控制过程相对复杂，因此采用 CPU226作为该控制系统的主机。
FR1 FR2 FR3 KM2 KM4 KM6 MM430 FU N L1 L2 L3
QS1
QS2
QS3
QS4
R U
S V
T W
KM1
KM2
KM3
FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护
用的热继电器； QS1 、 QS2 、 QS3 和 QS4 分别为 变频器和三台泵电机主电路的隔离开关； FU 为主电路的熔断器；变频器是风机水泵负载 专用变频器MM430，主回路图4-2所示。
3
FR2
KM4 HL4 KM5 KM6 13 FR2 HL5 KM6 HL6
SB7 15 YW
SB8 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 16 18 20 22 24 26 28
YW KA1 HL7 HL8 HL9 KA KA2 HL10
继电控制电路图
◆总体流程设计
根据系统的控制要求，控制过程可分为手动控制功能和自动控制功能。在手动控制模
◆变频器恒压供水系统的控制策略
恒压供水系统的控制策略--变频恒压供水系统由PLC、传感器、变频
器及水泵机组组成闭环控制系统。该系统由P L C 进行逻辑控制，由变频 器进行压力调节。变频器、可编程控制器作为系统控制的核心部件。通过 安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号 送人PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出的调解参数送给 变频器， 由变频器控制水泵的转速，从而调节系统供水量。当用水量超 过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵和控制变频与工频切换，实现 闭环自动调节恒压变量供水，使管网压力保持恒定。
PLC简介和选用
西门子的 SIMATIC S7 系列的 PLC 是 S5 系列的更新换代产品。 S7 系列 PLC 包 括S7-200， S7-300， S7-400三大类。其中S7-200是整体式结构的、具有很高 的性能/价格比的小型可编程控制器，根据控制规模的大小（即输入/输出点数 的多少），可以选择相应CPU的主机。它的模块化设计为适应具体的应用提供 了极大的灵活性，便于扩展功能，有效地提高了系统的经济性。S7-200的主要 特点有：
出口水压 监测点 变频器 频率 指令 给定+ 控制器 运行 指令 反馈压力传感器 水泵电机 用户
3）变频器-作为核心控制器的后续控
制单元，对终端设备进行控制，最终达
到控制要求。例如多段调速、变频器调
速等。
4）水泵-供水系统的执行机构，通过
变频器控制电动机的转速，最后达到控 制水泵流量大小的。
供水系统组成部分简单示意图
变频器启 动1#水泵
管内 水压小于设 定值？
N
变频器启动 2#水泵1#水 泵停止运行
变频器启动 2#水泵1#水 泵工频运行
N
管内 水压小于设 定值？
N
管内 水压大于设 定值？
Y
Y
变频器启动 3#水泵1#、2# 水泵工频运行
N
管内 水压小于设 定值？
N
管内 水压大于设 定值？
Y
1#、2#、3#水 泵工频运行
CPU226具有24个输入点和 16个输出点，共40个I/O点。2个模拟量电位器，最多
可以扩展 35 个 I/O 点。 8K 字节用户程序和 5K 字节数据存储区。有 6 路高速计数器（ 30Khz ） ,2 路高速脉冲输出，2个RS-485 通信、编程口，具有与 CPU224 相同的功能，
但同前者CPU 相比，它增加了通信口的数量，从而通信能力大大加强。同CPU221、
南阳市高级技工学校
变频器在恒压供水系统中的应用设计
系 别：机电工程系 教 研 组：电气教研组 姓 名：赵 毅
1 . 设计研究的意义
●水—生命之源。 ●恒压供水 —是指用户端在任何时候，不管用水量的大小，总能
保持管网中水压的基本恒定。变频器恒压供水利用传感器、 P L C 、
变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使管网压力保持恒定，代替 了传统的水塔供水控制方案，具有自动化程度高、高效节能的优点，
式下，每个设备可单独运行，以测试设备的性能，模式选择简单流程图如下图所示。
开始
N 自动? Y 自动控制
模式选择简单流程图
手动控制
手动模式
在手动模式下，可单独调试每个设备的运行，手动操作模式工作流 程图如下图所示。在此模式下，可以通过按钮对三个水泵进行控制，而且 可以通过按钮的增大或减小变频器的频率来改变其速度，以检测调速性能。
手动控制
1#泵工频运行
1#泵变频控制
2#泵工频运行
2#泵变频控制
3#泵工频运行
3#泵变频控制
手动操作模式工作流程图
自动控制
自动模式
●系统上电后，按下自动启动按钮，检测 水池水位。 ●水位满足要求，变频启动1#水泵，同时 检测管内压力。 ●管内压力大于设定值，水泵变频调节； 小于设定 值，启动2#水泵。 ●管内压力大于设定值，维持现在状态不 变； 小于设定值，2#水泵工频运行，3# 变频启动 ●管内压力大于设定值，维持现在状态不 变； 小于设定值，3#水泵工频运行。 ●管内压力大于设定值，依次较少投入运 行泵的数量。
在城市供水和工厂供水控制中得到广泛应用，取得了明显的经济效
益。
2 系统总体方案设计
（1）变频器恒压供水系统的组成及控制策略：
◆变频器恒压供水系统的组成 ◆变频器恒压供水系统的控制策略
（2）恒压变频供水控制系统硬件的设计：
◆系统整体硬件框图 ◆变频器的选用 ◆可编程控制器(PLC)的选用 ◆系统电路的设计
CPU222相比，它的存储容量和扩展能力有了很大的提高，存储容量扩大了一倍，可 以有7个扩展模块有很强的模拟量处理能力。CPU226主要用于点数较多，要求较高的 小型或中型控制系统。 在该控制系统中，还需要采集模拟量的功能要求，因此需要再扩展一个模拟量 输入 /输出扩展模块。西门子公司专门为 S7-200 系列 PLC 配置了模拟量输入 /输出模块 EM235（EM235：4模拟输入点，1模拟输出点，2W，12位）该模块具有较高的分辨 率和较强的输出驱动能力，可满足控制系统的功能要求。