恒压供水系统完整电路图 + PLC 程序（西门子 S7-200 SMART 版）

你需要的恒压供水系统，核心是通过 PLC + 变频器 + 压力传感器，实现水泵根据管网压力自动调节转速 / 启停，达到恒压控制的目标。以下是工业现场最常用的一拖二（1 用 1 备） 恒压供水方案，包含完整电路图和可直接使用的 PLC 程序，适配西门子 S7-200 SMART PLC + 西门子 MM440 变频器。

一、 系统核心原理

恒压供水的核心是闭环 PID 调节：

1. 压力传感器采集管网实际压力，转换成 4-20mA 电流信号传给 PLC；

2. PLC 将实际压力与设定压力做 PID 运算，输出 0-10V 模拟量信号给变频器；

3. 变频器根据模拟量信号调节水泵电机转速，压力不足时提速，压力过高时降速；

4. 当单泵转速达到 50Hz 仍无法满足压力时，PLC 自动启动备用泵；当压力过高时，自动停止备用泵。

二、 完整电路图

1. 系统硬件清单（核心部件）

2. 电气接线图（分模块绘制）

模块 1：PLC 与压力传感器接线（模拟量输入）

plaintext

压力传感器       PLC (S7-200 SMART SR20)
  电源+24V  ←→  PLC L+（24V正极）
  电源GND   ←→  PLC M（24V负极）
  信号输出+ ←→  PLC AIW0（模拟量输入通道0，如EM AE04模块的0通道）
  信号输出- ←→  PLC M（模拟量公共端）

注意：4-20mA 信号需采用屏蔽双绞线，屏蔽层单端接地，避免干扰。

模块 2：PLC 与变频器接线（模拟量输出 + 开关量控制）

plaintext

PLC                变频器（MM440）
  AQW0（0-10V） ←→  AI1（模拟量输入1，端子3）  # PID输出调节转速
  M（模拟量地） ←→  AGND（模拟量地，端子4）
  Q0.0         ←→  继电器KA1 → 变频器DIN1（端子5）  # 变频器启动信号
  Q0.1         ←→  继电器KA2 → 变频器DIN2（端子6）  # 正转信号
  24V L+       ←→  变频器24V（端子9）              # 变频器数字量电源
  M            ←→  变频器GND（端子8）              # 数字量公共端

变频器参数预设：P0700=2（端子控制）、P1000=2（模拟量调速）、P0731=52.2（频率到达信号）。

模块 3：PLC 与水泵电机控制回路（开关量输出）

plaintext

PLC          中间继电器       接触器       电机
Q0.2  →  KA3线圈 →  KM1线圈 →  1#水泵（变频/工频）
Q0.3  →  KA4线圈 →  KM2线圈 →  2#水泵（备用工频）
Q0.4  →  KA5线圈 →  KM3线圈 →  变频器旁路（工频切换）

注意：接触器需加浪涌抑制器（RC 回路），防止断电时的反电动势损坏 PLC。

模块 4：电源与保护回路

plaintext

三相市电  →  总空气开关  →  变频器输入端子（R/S/T）
变频器输出端子（U/V/W） →  KM1 → 1#电机
总空气开关  →  KM2 → 2#电机（工频）
220VAC → 开关电源 → 24VDC → PLC、传感器、继电器供电

三、 PLC 程序（西门子 S7-200 SMART，梯形图 + 注释）

1. 程序前期准备

• PLC 模拟量量程标定：压力传感器 0-1.6MPa 对应 4-20mA，转换为 PLC 内部数值 0-32000（4mA=6400，20mA=32000）；

• PID 参数预设：比例增益 P=5.0、积分时间 Ti=30s、微分时间 Td=5s（现场可根据实际工况微调）；

• 压力设定值：0.4MPa（对应内部数值 14400）。

2. 完整程序（STL 语言，可直接导入 PLC）

stl

// 网络1：初始化（首次扫描）
LD     SM0.1
MOVB   16#01, SMB34       // 定时中断0周期100ms
ATCH   INT_0, 10          // 定时中断0关联INT_0子程序
ENI                       // 启用中断

// 网络2：模拟量采集（压力传感器）
LD     SM0.0
MOVW   AIW0, VW100        // 读取压力传感器原始值（4-20mA→6400-32000）
// 压力值转换：VW100 → 实际压力（MPa），公式：(VW100-6400)/(32000-6400)*1.6
MOVW   VW100, VW102
-I     6400, VW102
MOVR   VW102, VD104
/R     25600.0, VD104
*R     1.6, VD104         // VD104=实际压力值（MPa）

// 网络3：PID参数设置
LD     SM0.0
MOVR   0.4, VD110         // 设定压力0.4MPa
MOVR   5.0, VD114         // PID比例增益P
MOVR   30.0, VD118        // 积分时间Ti（s）
MOVR   5.0, VD122         // 微分时间Td（s）
MOVB   16#00, SMB35       // PID手动/自动=自动

// 网络4：PID运算（输出0-10V对应0-32000）
LD     SM0.0
PID    VD104, VD110, VD114, VD118, VD122, 0, VD126, AQW0
// VD104=反馈值，VD110=设定值，AQW0=PID输出（0-32000→0-10V）

// 网络5：变频器启动控制
LD     SM0.0
O      I0.0               // I0.0=系统启动按钮（常开）
AN     I0.1               // I0.1=系统停止按钮（常闭）
AN     I0.2               // I0.2=压力超高报警（常闭）
=      Q0.0               // Q0.0=变频器启动
=      Q0.1               // Q0.1=变频器正转

// 网络6：备用泵启停逻辑（1#泵50Hz仍压力不足时启动2#泵）
LD     SM0.0
LDR>=  VD126, 32000.0     // PID输出≥32000（变频器50Hz）
LDR<   VD104, 0.38        // 实际压力<0.38MPa（低于设定值）
TON    T37, 500           // 延时5s（防止频繁启停）
LD     T37
=      Q0.3               // Q0.3=启动2#备用泵

// 网络7：备用泵停止逻辑（压力恢复后停止）
LD     SM0.0
LDR>=  VD104, 0.42        // 实际压力≥0.42MPa（高于设定值）
TON    T38, 500           // 延时5s
LD     T38
R      Q0.3, 1            // 停止2#备用泵

// 网络8：故障保护（变频器故障停机）
LD     I0.3               // I0.3=变频器故障信号（常闭）
AN     SM0.0
=      Q0.0               // 停止变频器
=      Q0.3               // 停止备用泵
=      Q0.5               // Q0.5=故障报警指示灯

3. 程序关键注释说明

• 模拟量转换：将 4-20mA 的原始值（6400-32000）线性转换为实际压力值（0-1.6MPa），方便调试和显示；

• PID 运算：核心指令PID实现闭环调节，输出 0-10V 信号控制变频器转速；

• 备用泵逻辑：加入 5s 延时，避免因压力瞬时波动导致泵频繁启停（工业现场必备）；

• 故障保护：变频器故障时立即停机，防止设备损坏。

四、 程序下载与调试步骤

1. 硬件连接：按电路图接好所有线路，检查无误后上电；

2. 程序下载：用西门子编程软件 STEP 7-Micro/WIN SMART 将程序导入 PLC；

3. 参数标定：

• 压力传感器零点校准：无压力时，AIW0 应接近 6400；

• PID 参数微调：若压力震荡，减小 P 值、增大 Ti 值；若压力响应慢，增大 P 值、减小 Ti 值；

4. 试运行：

• 手动启动系统，观察压力是否稳定在设定值；

• 关闭部分出水阀，模拟低负载，水泵应降速；

• 全开出水阀，模拟高负载，备用泵应自动启动。

五、 现场调试常见问题解决

1. 压力波动大：

• 原因：PID 参数 P 过大、传感器信号干扰、变频器加减速时间过短；

• 解决：减小 P 值（如改为 3.0）、传感器屏蔽线单端接地、变频器加减速时间设为 10s。

2. 备用泵频繁启停：

• 原因：压力上下限差值过小、延时时间过短；

• 解决：将启停差值从 0.02MPa 增大到 0.05MPa，延时时间改为 10s。

3. 模拟量采集不准：

• 原因：PLC 模拟量模块未接地、传感器电源波动；

• 解决：模块接地端接大地、给传感器单独供电。

总结

1. 恒压供水核心是PLC PID 闭环调节，通过模拟量采集压力、输出信号调节变频器转速；

2. 电气接线需注意模拟量屏蔽抗干扰、开关量隔离保护，避免信号失真或 PLC 损坏；

3. 现场调试重点是PID 参数微调和备用泵启停逻辑优化，需结合实际工况调整，优先保证压力稳定和设备低故障率。