《电力拖动自动控制系统》课程设计《变频液位自动控制系统》

扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题目：变频液位自动控制系统课程：电力拖动自动控制系统专业：电气工程及其自动化班级：电气学号：姓名：指导教师：完成日期：电力拖动自动控制系统课程设计1第一部分任务书电力拖动自动控制系统课程设计2电力拖动自动控制系统课程设计任务书一、课程设计的目的通过电力拖动自动控制系统的设计、了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事技术工作打下必要的基础。二、课程设计的要求1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。三、课程设计的内容完成某一给定课题任务，按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。四、进度安排：共1.5周本课程设计时间共1.5周，进度安排如下：1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天）2、分析控制要求、控制原理设计控制方案（1.5天）3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天）4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天）5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天）五、课程设计报告内容完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供）1、退火炉温度控制系统2、变频液位自动控制系统设计电力拖动自动控制系统课程设计33、变频流量自动控制系统设计4、变频供水系统设计5、变频调速恒张力控制系统设计6、变频器在温度控制系统中的应用7、线缆设备恒张力变频器控制设计六、参考书1、陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版)机械工业出版社19922、陈伯时,陈敏逊交流调速系统机械工业出版社19983、张燕宾著SPWM变频调速应用技术机械工业出版社19974、王兆义主编《可编程控制器教程》主编5、徐世许主编《可编程控制器教程原理、应用、网络》主编6、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册中国电力出版社电力拖动自动控制系统课程设计4第二部分课程设计报告电力拖动自动控制系统课程设计5目录一液位自动控制系统方案设计...............................................................................6（一）概述............................................................................................................6（二）系统控制要求.........................................................................................................6（三）系统控制方案设计................................................................................................7二系统硬件选型.....................................................................................................8（一）PLC选型....................................................................................................8（二）变频器选型............................................................................................10（三）液位传感器选型......................................................................................11三液位自动控制系统的原理图.............................................................................12（一）主电路......................................................................................................12（二）PLC控制电路..........................................................................................13（三）变频器控制电路......................................................................................13四液位控制系统变频器的节能控制分析……………………………………14五PID原理分析及应用....................................................................................................16六设计小结...........................................................................................................19七参考文献.........................................................................................................20电力拖动自动控制系统课程设计6一、液位自动控制系统方案设计（一）概述随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展,使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外,由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性,常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。此处的设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。变频器技术是一门综合性的技术,它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比,利用变频器对交流电动机进行调速控制,有许多优点,如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换,可以进行高额度的起停运转,可以进行电气制动,可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强,在运行过程中能随时检测到各种故障,并显示故障类别(如电网瞬时电压降低,电网缺相,直流过电压,功率模块过热,电机短路等),并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能,不仅保护了变频器,还保护了电机不易损坏。本课题就是应该PLC和变频器，设计液位自动控制系统。PLC的作用是运用PID算法对系统进行控制，而变频器的作用则是最电机进行调速，最终达到维持提气塔液位稳定的目的。（二）系统控制要求汽提塔液位自动控制系统用浮子液位计、PLC与变频器构成反馈的闭环液位控制系统。用调节2.2KW化工泵转速，保证废水液位稳定、满足汽提塔的工艺要求、并可根据现场处理情况自动切换流量，满足工业现场废水处理要求。两台变频器、两台化工泵一用一备（互为备用）保证系统运行可靠。汽提塔液位实时显示。在废水处理液位自动控制系统中，采用PLC的PID积分分离智能型PI调节控制、编程简单、控制可靠，适合于汽提塔液位自动控制系统。汽提塔液位控制稳定、控制精度高、液位稳定在20cm±1cm，满足汽提塔液位控制要求。电力拖动自动控制系统课程设计73#水泵PLCPc工控机3#变频器4#变频器阀门汽提塔热交换器隔离开关SF4断路器SF5断路器KM3KM4M4M34#水泵处理后废水蒸汽电动调节器电磁阀隔离变压器SF3断路器回收废气安全阀磁性浮子液位传感器温度传感器1压差传感器2压力表………………处理废水厌氧池图1.1汽提塔液位控制系统的工作原理（三）系统控制方案实现本系统恒压变量供水系统是在2台2.2ｋＷ电机拖动的水泵机组能够满足废水总量设计要求的前提下,达到全自动闭环液位控制系统,并具有手动控制功能,同时还应达到以下要求：液位稳定在20cm±1cm，满足汽提塔液位控制要求；具有短路、欠压、过载、过流等诸多保护功能。根据系统的总体原理图以及系统的控制要求，可以初步构建出液位自动控制系统的结果框图，如图1.2所示。图1.2液位自动控制系统结构框图电力拖动自动控制系统课程设计8二、系统硬件选型（一）PLC的选型1、机型的选择PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现ＰＩＤ运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。对于一个大型企业系统，应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。2、输入/输出的选择PLC的输入/输出选择包括以下几部分：1）确定I/O点数根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。2）开关量输入/输出通过标准的输入/输出接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24～240V，直流输入/输出信号为5～240V。3）模拟量输入/输出电力拖动自动控制系统课程设计9模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为－10～＋10V、0～＋10V、4～20mA或10～50mA。4）特殊功能输人/输出5）智能式输入/输出3、PLC存储器类型及容量选择PLC系统所用的存储器基本上由PROM、E-PROM及PAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的最大存储能力低于6kB，中型机的最大存储能力可达64kB，大型机的最大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。PLC的存储器容量选择和计算的第一种方法是：根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表4的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量，获取存储容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。4、软件选择在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能有所了