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使用 S7-200 SMART PLC 实现 “一拖三” 恒压供水系统（1 台变频器带动 3 台水泵，按压力需求自动切换泵组），是中小规模供水场景的常用方案，核心通过压力闭环控制+泵组逻辑切换实现稳定供水。以下是详细设计方案、硬件配置、程序思路及调试要点：

一、系统原理与控制目标

1. 原理

• 采用 “变频 + 工频” 结合模式：1 台变频器（如西门子 MM440/6SE70）始终带动 1 台泵变频运行（调节转速稳定压力），另外 2 台泵根据压力需求切换至工频运行（满速）。

• 压力传感器实时检测管网压力，PLC 将实际压力与设定压力比较，通过 PID 调节变频器输出频率，同时根据压力偏差和运行时间切换泵组（避免单泵长期运行）。

2. 控制目标

• 管网压力稳定在设定值（如 0.3MPa±0.02MPa）。

• 自动启停泵组：压力低于设定值时，先升频，频率达 50Hz 仍不足则加泵；压力高于设定值时，先降频，频率低于 25Hz 仍过高则减泵。

• 泵组轮换运行（如每 2 小时轮换 1 次），延长设备寿命。

二、硬件配置

三、接线图（核心部分）

1. PLC 与变频器接线

• 模拟量输出：PLC 的 AQW0（0~10V）连接变频器的 AI1（模拟量输入 1），用于输出频率指令（0~10V 对应 0~50Hz）。

• 数字量控制：PLC 的 Q0.0 连接变频器的 STF（正转启动），Q0.1 连接 RESET（故障复位）；变频器的故障输出（继电器触点）连接 PLC 的 I0.0（故障信号）。

2. 泵组控制接线

• 变频泵：变频器输出端直接连接水泵 M1。

• 工频泵：水泵 M2、M3 分别通过接触器 KM2、KM3 连接 380V 工频电源，接触器线圈由 PLC 的 Q0.2、Q0.3 控制（经中间继电器隔离）。

3. 压力反馈接线

• 压力传感器的 4~20mA 输出连接 PLC 的 AIW0（模拟量输入），对应压力 0~1MPa（AIW0 数值范围 0~32000）。

四、程序设计（S7-200 SMART 编程软件 STEP 7-Micro/WIN SMART）

1. 主程序结构

plaintext

主程序（OB1）
├─ 初始化程序（首次扫描执行）：设置PID参数、初始状态
├─ 压力采集与转换：将AIW0（4~20mA）转换为实际压力值（MPa）
├─ PID调节：计算频率指令，输出至AQW0（控制变频器）
├─ 泵组切换逻辑：根据压力偏差和当前频率，决定加泵/减泵
├─ 轮换逻辑：定时切换变频泵（如每2小时将当前工频泵切换为变频）
└─ 报警处理：压力超限、变频器故障时报警并停机

2. 核心程序模块

（1）压力转换

将 PLC 模拟量输入（AIW0）转换为实际压力（如 0~1MPa）：

ld

// AIW0 = 0~32000 对应 4~20mA → 0~1MPa
LD     SM0.0ITD    AIW0, AC0
DIV    AC0, +32000, AC0  // 归一化（0~1.0）
MUL    AC0, +1000, AC0   // 转换为0~1000 kPa
MOV    AC0, VW100        // VW100=当前压力（kPa）

（2）PID 调节

调用 S7-200 SMART 的 PID 向导生成 PID 块（如 PID0），设定：

• 设定值（SP）：VW200（如 300kPa，可通过 HMI 修改）。

• 过程值（PV）：VW100（当前压力）。

• 输出（MV）：VW300（0~32000，对应 0~10V，即 0~50Hz）。

ld

// 调用PID块，启用自动调节
LD     SM0.0CALL   "PID0", VW100, VW200, VW300, Q0.0, ...  // Q0.0=变频器启动信号

（3）泵组切换逻辑

• 加泵条件：PID 输出频率≥50Hz（VW300≥32000）且持续 30 秒，压力仍低于设定值 - 5kPa。

  ld

• LD     SM0.0LDW>=  VW300, +32000    // 频率达50Hz
  LDW<   VW100, VW200-5   // 压力偏低
  AN     M0.0              // 未在加泵延时
  EU
  MOV    +300, VW400      // 延时30秒（100ms为单位，300=30s）
  MOV    1, M0.0LD     M0.0TON    T37, VW400       // 延时定时器
  LD     T37
  CALL   "加泵子程序"      // 启动下一台工频泵
  RST    M0.0

• 减泵条件：PID 输出频率≤25Hz（VW300≤16000）且持续 30 秒，压力仍高于设定值 + 5kPa。（逻辑类似加泵，调用 “减泵子程序” 关闭一台工频泵）

（4）轮换逻辑

每 2 小时触发一次轮换，将当前变频泵切换为工频，原工频泵之一转为变频：

ld

// 2小时定时器（T38，时基100ms，2h=7200000ms → 7200000/100=72000）
LD     SM0.0TON    T38, +72000LD     T38
CALL   "轮换子程序"      // 切换变频泵
RST    T38

五、HMI 画面设计（可选）

• 主画面：显示当前压力、设定压力、运行泵状态（变频 / 工频）、输出频率。

• 参数设置：修改压力设定值、加 / 减泵延时、轮换时间。

• 手动操作：手动启停各泵、切换手动 / 自动模式。

• 报警画面：显示压力超限、变频器故障等报警信息。

六、调试要点

1. PID 参数整定：

• 初次调试用 “手动调节”：先固定频率（如 30Hz），观察压力稳定情况，再切换至自动模式。

• 若压力波动大，增大比例增益（P）；响应慢则减小积分时间（I）；避免超调可适当增加微分时间（D）。

2. 泵组切换平稳性：

• 加泵时，先将变频泵频率降至 25Hz 再启动工频泵，避免管网压力突变。

• 减泵时，先将变频泵频率升至 40Hz 再关闭工频泵，防止压力骤降。

3. 保护逻辑：

• 增加 “无水保护”（如流量开关信号接入 I0.1，超时未检测到流量则停机报警）。

• 变频器故障时，立即切换至工频泵运行（确保供水不中断）。

总结

S7-200 SMART 实现一拖三恒压供水的核心是PID 闭环调节压力+逻辑控制泵组切换，硬件上需注意模拟量接线抗干扰（屏蔽线单端接地），软件上通过定时器和比较指令实现平稳切换。调试时优先确保压力稳定，再优化泵组轮换逻辑，可满足中小规模供水的节能与可靠性需求。