plc和变频器的压力闭环控制系统
摘 要本课题设计了一套变频恒压供水及其远程监控系统，进行了方案和硬件设计，系统由西门子SIMATIC S7-300 PLC、MM420变频器、压力传变送器、水泵等主要设备构成，给出了电路原理图。该系统采用先进的闭环控制算法，采集供水管网压力和实际压力预置值，对变频器的输出频率进行了调整，从而调节电机转速，保持恒压供水。软件设计采用Step 7所带FB41进行PID编程运算，讨论了PID理论，讲述了硬件组态和编程主要步骤，经PLCSIM仿真和电机空载实验，结果表明，本设计方案合理，能实现平稳调节，有一定应用价值。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题选择下的背景与意义 1
1.2 PLC技术 2
1.3 变频器技术 3
1.4 恒压降供水系统 4
第二章 方案与硬件设计 5
2.1 硬件方案 5
2.2 PLC的选型 5
2.3 变频器的选型 6
2.4 压力变送器的选型 7
2.5 水泵的选型 8
2.6 电路总设计图 8
第三章 系统软件设计及介绍 12
3.1 PID控制原理 12
3.2 PID调节过程分析 12
3.3 STEP7中调节PID逻辑设计 13
3.3.1 PID控制功能介绍 13
3.3.2 调节逻辑设计 14
3.4 仿真结果 14
第四章 总结与展望 25
4.1 全文总结 25
4.2 展望 25
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
课题选择下的背景与意义
人类日常生产和生活中不可缺少水资源。同样，水在现代工业生产中起着极其重要的、不可替代的作用。在生活的各个方面都不可替代的作用。电力的使用已整合到日常生产和生活方面，也就是说，一个现代化的工厂最重要的电力资源是电力，如果没有电力，设备将无法运行，过程它不能继续，生产企业将完全无用。中国是一个水资源和电力资源非常短缺的国家，国家水资源和电力资源的空间分布极不平衡，水和电力用户和资源收
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集的网站往往是相距甚远，如水和电力的发展，输电，和使用成本往往是非常高的。同时，提出了供水企业的数量和质量、供水质量和软硬件设施的状况供水系统在企业将直接影响到企业的安全生产，可以直接反映企业的安全、可靠性、稳定性、经济性等方面，也直接影响到企业的经济效益和社会效益。然而，在工业生产的供水管理，国家一直处于落后的技术，自动化程度低，资源浪费的状态。因此，对工矿企业供水系统的研究与优化具有重要的现实意义。
目前，传统的供水方式：高水位供水、供气、水力耦合、滑动电池供水控制和供应链管理控制供水系统的频率，他们都有各自的特点，各种传统的供水方式，普遍存在的能量转换效率低下，水资源浪费和资源浪费、供水的自动化程度比较差，线的体力劳动强度大等故障。这些缺点已经影响到工业用水的安全性、可靠性、效率等特点，因此传统的供水系统技术的升级，管理的发展是非常必要的。随着现代控制技术的发展和相应的硬件和软件的发展。工业企业供水系统的发展方向是：自动化程度高、监控能力强、软硬件设备可靠、系统结构简单、模块化、高效节能、高效方向发展。交流电机变频调速技术的飞速发展，是这一发展方向的体现。交流调速恒压变频供水系统的优点主要体现在：①交流电机变频调速技术的发展是成熟、软、硬件设备的可靠性。交流变频调速技术经过近70年的发展，无论是在理论基础、生产设备方面，都积累了丰富的经验交流电机调速和恒压供水系统，具有较高的供水可靠性。②交流变频调速电动机运行节能效果十分明显。案例证明，在较大的工业环境和一般交流电机变频调速项目的水负荷变化，节能效果可以达到20%到30%，一些峰值和河谷的水变大的场合，节能效果甚至可以超过50%；③在电动机起动和停止时，降低了电网、供电、配电装置、供水压力、管网系统及其附件的影响。传统的鼠笼式交流异步电动机起动电流为6比7倍以上的电动机额定电流，大电流的供电和配电设备和电网的不利影响，导致在低电压配电设备过热老化和波动的电网，异步电机软启动功能的逆变器可以有效地减少交流异步电动机的起动电流，减少对电网的影响，对设备的大电流损坏，功率分配；减少机械冲击损伤及泵和电机本身的损失n1。起动电流大，起动转矩大，会造成机械损坏，电机联轴器、挡板和阀门管紧固件供应系统，电机的软启动可以有效地减少，最终消除这种机械损坏，延长设备的使用寿命，降低设备维护成本。恒压变频供水系统节能效果明显。因此，研究提高供水效率，降低能耗，降低线工的工作强度，降低设备的运行和维护成本，具有重要的意义和实用价值。
PLC技术
PLC（Programmable Logic Controller）是可编程逻辑控制器的简写。于1978年的时候，NEMA（美国电机制造学院）将其表达为：可编程控制器是一种数字形式的设备，它具有逻辑计算，计数，定时等有效功能，进行各种机械或生产过程时运用数字或模拟输入/输出模块。可编程控制器代替了传统继电器，且有以下几个特点：
（1）它靠得住，尤其干扰能力弱；
（2）它功效强盛，它编程很容易，而且运用起来方便；
（3）它体积小，分量比较轻，耗能比较低，性价高；
（4）控制容易，开发小，周期短，修理方便，方便改造。
在1970年，PLC技术能在汽车业中得到广泛的应用，进入80年代以后变得成更方便应用。30年后，跟着计算机技术和网络技术一起发展之后，此技术被用的越来越多，各个领域的很多行业都应用起来了。主要就在于以下几个方面：
（1）开关逻辑控制。PLC在生活里代替了以前的传统继电器电路，它的逻辑和顺序控制，能帮助控制单台或者多台的电机设备和多种自动化流水线；
（2）运动控制。在做圆周或直线运动控制时PLC技术能产生很大的作用，还能帮助控制驱动伺服电机、机器人控制等多种多样的机械；
（3）闭环过程控制。能够运用多种控制算法程序，将进行多种闭环控制系统，比如说对于温度、压力、流量等模拟量，能够运用在多种重工业行业。
（4）数据处理。即使在复杂的大中型控制系统，也能运行的很好。
在工业领域，PLC处于龙头的位置，能为每个工业方面提供比较完善的解决方案。在工业发展的同事，可编程控制器要适应集成、网络化、智能化这边变化。在未来的一些时间里，PLC的发展方向会是朝小型化、定制化和低价格方向和大型化、高性能化和分布式自动化网络化方向发展的。
变频器技术
变频器是一种能够利用电力半导体元件的通断效果将频率转换成变频的电气控制装置，能帮助实现交流异步电动机的软起动、调速变频、还能提升手术的准确性，变换功率因数，还能进行保护等功能。根据如何组成逆变器电路的方式，能够将逆变器可分为交流交流逆变器和交流直流交流转换器。根据不同的控制方式，变频器可分为变频、矢量和直接转矩控制。根据不同的作用，又能将逆变器分为一般和特殊的频率转换器。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题选择下的背景与意义 1
1.2 PLC技术 2
1.3 变频器技术 3
1.4 恒压降供水系统 4
第二章 方案与硬件设计 5
2.1 硬件方案 5
2.2 PLC的选型 5
2.3 变频器的选型 6
2.4 压力变送器的选型 7
2.5 水泵的选型 8
2.6 电路总设计图 8
第三章 系统软件设计及介绍 12
3.1 PID控制原理 12
3.2 PID调节过程分析 12
3.3 STEP7中调节PID逻辑设计 13
3.3.1 PID控制功能介绍 13
3.3.2 调节逻辑设计 14
3.4 仿真结果 14
第四章 总结与展望 25
4.1 全文总结 25
4.2 展望 25
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
课题选择下的背景与意义
人类日常生产和生活中不可缺少水资源。同样，水在现代工业生产中起着极其重要的、不可替代的作用。在生活的各个方面都不可替代的作用。电力的使用已整合到日常生产和生活方面，也就是说，一个现代化的工厂最重要的电力资源是电力，如果没有电力，设备将无法运行，过程它不能继续，生产企业将完全无用。中国是一个水资源和电力资源非常短缺的国家，国家水资源和电力资源的空间分布极不平衡，水和电力用户和资源收
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
集的网站往往是相距甚远，如水和电力的发展，输电，和使用成本往往是非常高的。同时，提出了供水企业的数量和质量、供水质量和软硬件设施的状况供水系统在企业将直接影响到企业的安全生产，可以直接反映企业的安全、可靠性、稳定性、经济性等方面，也直接影响到企业的经济效益和社会效益。然而，在工业生产的供水管理，国家一直处于落后的技术，自动化程度低，资源浪费的状态。因此，对工矿企业供水系统的研究与优化具有重要的现实意义。
目前，传统的供水方式：高水位供水、供气、水力耦合、滑动电池供水控制和供应链管理控制供水系统的频率，他们都有各自的特点，各种传统的供水方式，普遍存在的能量转换效率低下，水资源浪费和资源浪费、供水的自动化程度比较差，线的体力劳动强度大等故障。这些缺点已经影响到工业用水的安全性、可靠性、效率等特点，因此传统的供水系统技术的升级，管理的发展是非常必要的。随着现代控制技术的发展和相应的硬件和软件的发展。工业企业供水系统的发展方向是：自动化程度高、监控能力强、软硬件设备可靠、系统结构简单、模块化、高效节能、高效方向发展。交流电机变频调速技术的飞速发展，是这一发展方向的体现。交流调速恒压变频供水系统的优点主要体现在：①交流电机变频调速技术的发展是成熟、软、硬件设备的可靠性。交流变频调速技术经过近70年的发展，无论是在理论基础、生产设备方面，都积累了丰富的经验交流电机调速和恒压供水系统，具有较高的供水可靠性。②交流变频调速电动机运行节能效果十分明显。案例证明，在较大的工业环境和一般交流电机变频调速项目的水负荷变化，节能效果可以达到20%到30%，一些峰值和河谷的水变大的场合，节能效果甚至可以超过50%；③在电动机起动和停止时，降低了电网、供电、配电装置、供水压力、管网系统及其附件的影响。传统的鼠笼式交流异步电动机起动电流为6比7倍以上的电动机额定电流，大电流的供电和配电设备和电网的不利影响，导致在低电压配电设备过热老化和波动的电网，异步电机软启动功能的逆变器可以有效地减少交流异步电动机的起动电流，减少对电网的影响，对设备的大电流损坏，功率分配；减少机械冲击损伤及泵和电机本身的损失n1。起动电流大，起动转矩大，会造成机械损坏，电机联轴器、挡板和阀门管紧固件供应系统，电机的软启动可以有效地减少，最终消除这种机械损坏，延长设备的使用寿命，降低设备维护成本。恒压变频供水系统节能效果明显。因此，研究提高供水效率，降低能耗，降低线工的工作强度，降低设备的运行和维护成本，具有重要的意义和实用价值。
PLC技术
PLC（Programmable Logic Controller）是可编程逻辑控制器的简写。于1978年的时候，NEMA（美国电机制造学院）将其表达为：可编程控制器是一种数字形式的设备，它具有逻辑计算，计数，定时等有效功能，进行各种机械或生产过程时运用数字或模拟输入/输出模块。可编程控制器代替了传统继电器，且有以下几个特点：
（1）它靠得住，尤其干扰能力弱；
（2）它功效强盛，它编程很容易，而且运用起来方便；
（3）它体积小，分量比较轻，耗能比较低，性价高；
（4）控制容易，开发小，周期短，修理方便，方便改造。
在1970年，PLC技术能在汽车业中得到广泛的应用，进入80年代以后变得成更方便应用。30年后，跟着计算机技术和网络技术一起发展之后，此技术被用的越来越多，各个领域的很多行业都应用起来了。主要就在于以下几个方面：
（1）开关逻辑控制。PLC在生活里代替了以前的传统继电器电路，它的逻辑和顺序控制，能帮助控制单台或者多台的电机设备和多种自动化流水线；
（2）运动控制。在做圆周或直线运动控制时PLC技术能产生很大的作用，还能帮助控制驱动伺服电机、机器人控制等多种多样的机械；
（3）闭环过程控制。能够运用多种控制算法程序，将进行多种闭环控制系统，比如说对于温度、压力、流量等模拟量，能够运用在多种重工业行业。
（4）数据处理。即使在复杂的大中型控制系统，也能运行的很好。
在工业领域，PLC处于龙头的位置，能为每个工业方面提供比较完善的解决方案。在工业发展的同事，可编程控制器要适应集成、网络化、智能化这边变化。在未来的一些时间里，PLC的发展方向会是朝小型化、定制化和低价格方向和大型化、高性能化和分布式自动化网络化方向发展的。
变频器技术
变频器是一种能够利用电力半导体元件的通断效果将频率转换成变频的电气控制装置，能帮助实现交流异步电动机的软起动、调速变频、还能提升手术的准确性，变换功率因数，还能进行保护等功能。根据如何组成逆变器电路的方式，能够将逆变器可分为交流交流逆变器和交流直流交流转换器。根据不同的控制方式，变频器可分为变频、矢量和直接转矩控制。根据不同的作用，又能将逆变器分为一般和特殊的频率转换器。
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