变频器和PLC恒压供水变频器系3统的设计

摘要随着当今社会的不断发展，工业自动化领域不断走入正规和壮大，而为了满足人们日益增加的生存需求，实现工业自动化与智能化已经迫在眉睫；其中在城市供水系统中，可以通过可编程控制器（PLC）、变频器控制电机的转速以及PID控制来实现对城市恒压供水，从而满足城市生活用水及工业用水的需求。从上个世纪80年代至90年代中期，PLC领域得到了快速的发展，在这期间，PLC在处理模拟信号、数字信号以及人机交互等方面的发展，促使PLC技术大量应用于工业自动化控制领域；PLC因有通用性强、使用便捷简单、抗干扰能力强等优点，也使得PLC在工业控制中的地位不断提高，成为未来技术发展不可取代的一部分。本文是依照西门子三菱PLC为控制系统，来实现对恒压控制系统的手动及自动控制，通过三菱变频器来直接控制三相异步电动机的转速，从而实现恒压输出，变频器可以接收来自PLC的信号，主要分为手动和自动方式来调节水压。本文主要针对恒压供水来设计，需要PID控制系统来调节水压，而一些变频器内置了PID功能，这也显示了变频器在工业领域的可实施性；通过压力设定值与压力变送器返回值进行比较，将偏差反馈给变频器内部的PID调节器，PID调节器经过运算处理，得出调节信号，从而实现闭环控制。关键词：PLC、变频器、恒压、PID控制目录第一章绪论.....................................................................................................................11.1PLC变频调速恒压供水系统的意义........................................................................11.2国内外研究现状及发展............................................................................................21.3本课题主要研究内容.................................................................................................3第二章PLC和变频器技术基础...............................................................................52.1可编程控制技术........................................................................................................52.1.1可编程控制器的发展过程及应用.......................................................................52.1.2可编程控制器的组成和工作原理........................................................................52.1.3可编程控制器的分类及特点................................................................................72.2变频器技术.................................................................................................................82.2.1变频器的组成.........................................................................................................82.2.2变频器工作原理.....................................................................................................82.3PID控制...................................................................................................................10第三章恒压控制电路的设计................................................................................133.1三菱FR-A540变频器的PID功能.........................................................................133.2恒压供水系统的设计思路.....................................................................................133.3恒压供水系统组成设计.........................................................................................143.4恒压供水系统主电路设计.....................................................................................153.5变频器设计...............................................................................................................163.6恒压供水系统中PLC电气设计............................................................................183.6.1三菱FX2N系列PLC的概述...............................................................................183.6.2PLC电气电路设计..............................................................................................18结束语...............................................................................................................................27致谢...................................................................................................................................28参考文献..........................................................................................................................29第一章绪论1第一章绪论随着社会的迅速发展，工业也逐渐步入了4.0时代，机器人等一些智能化控制也逐渐进入了我们的生活；恒压供水一直以来是工业以及生活中维持生存的命脉，为了实现日常生活和工业生产的正常供水，我们必须寻找一种稳定的供水系统来解决昼夜用水量不同以及用户日益增加的问题。PLC的快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期，在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了很大的提高和发展。PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PID控制是迄今为止最通用的控制方法之一。因为其可靠性高、算法简单、鲁棒性好，所以被广泛应用于过程控制中,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。PID控制的效果完全取决于其四个参数,即采样周期ts、比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd。因而,PID参数的整定与优化一直是自动控制领域研究的重要课题。PID在工业过程控制中的应用已有近百年的历史，在此期间虽然有许多控制算法问世,但由于PID算法以它自身的特点，再加上人们在长期使用中积累了丰富经验，使之在工业控制中得到广泛应用。在PID算法中，针对P、I、D三个参数的整定和优化的问题成为关键问题。1.1PLC变频调速恒压供水系统的意义近年来，由于工业迅猛的发展和人们日常物质的需求不断提高，这使得高塔供水系统的水压不稳定，从而影响工业生产和人们日常生活需求。为了提高供水水压的稳定性和恒速输出，我们可以通过三相异步电动机的转速来控制水压以及水速，三相异步电动机可以通过变频器来调节频率来控制电机的转速，为了实现整个恒压供水控制系统的手动以及自动控制，我们可以通过PLC来控制整个系统。PLC是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备。由于PLC的体积比较小、功能强大、处理速度快、可靠性能比较高高，又具有较大的灵活性和可扩展性，目前已被应用到机械制造、冶金、化工、交通、电子、纺织、印刷、建筑等诸多领域。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要是由整流电路（交流变直流）、滤波电路、逆变（直流变交流）电路、控制单元、驱动单元、检测变送单元、微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的打开或者是关断来调整输出电源的电压和频率，变频器和PLC恒压供水变频器系统的设计2根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压的自动切断功能以及过载保护等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。通过变频器、PLC控制器以及继电器等元件组成的恒压控制系统具有较高的可靠性，对外界具有较高的抗干扰能力，PLC编程通俗易懂，易于控制，所需成本低等优良特点，使得PLC变频调速恒压供水系统在日常生活用水以及工业生产用水成为可能。恒压供水系统在无人操作的情况下，可以完成对供水管道的恒压输出，保持供水的恒压输出也就是供水流量的稳定，根据力学原理，水泵的流量与电机的转速成正比。变频恒压供水系统的基本原理是依照系统中的压力传感器对系统供水管道中的压力进行实时检测，并通过过程控制的原理将压力信号和设定值进行比较，反馈给处理器，通过执行机构变频器，来完成对泵机转速的控制，使得在外界干扰的作用下，水压及水流量能稳定在某一范围内，这就是所谓的恒压控制系统。其意义可显而易见，保障恒压供水，可以使人们日常生活及工业生产更加方便和稳定。1.2国内外研究现状及发展现在社会上，随着计算机的普及以及工业技术的不断完善，使得对供水的恒压控制已经成为可能。PLC技术的不断发展以及变频器的广泛应用，也使得恒压供水系统可靠性、实用性等性能得到体现。从查阅的资料来看，国内供水系统发展比较缓慢，最开始是通过高塔供水系统来提供生活及工业生产供水，高塔供水系统最大缺点就是供水水压不稳定，随着社会的不断发展以及工业技术的不断进步，恒压供水系统是在变频器技术不断改善的基础上发展起来的，最先由于国外生产的变频器功能的局限性，在恒