变频调速恒张力控制设计

扬州大学水利与能源动力工程学院本科生课程设计题目：变频调速恒张力控制设计课程：电力拖动自动控制系统专业：电气工程及其自动化班级：电气班学号：姓名：指导教师：王永华完成日期：2016.03.111第一部分任务书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3、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36、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4第二部分课程设计报告5目录一、变频调速恒张力控制系统方案设计.......................................................................................61、概述.....................................................................................................................................62、系统控制方案设计.............................................................................................................63、课程设计要求.....................................................................................................................7二、系统硬件选型...........................................................................................................................81、PLC的选型........................................................................................................................82、变频器选型.......................................................................................................................123、传感器选型.......................................................................................................................14三、变频调速恒张力控制系统的原理图.....................................................................................161、主电路...............................................................................................................................162、PLC控制电路..................................................................................................................163、变频器控制电路...............................................................................................................184、PLC梯形图程序16四、小结.........................................................................................................................................20五、参考文献.................................................................................................................................216一、变频调速恒张力控制系统方案设计1、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实现变频调速恒张力控制系统的控制。变频技术是一种把直流电逆变成不同频率的交流电的转换技术。它可把交流电变成直流电后再逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电后再把交流电变成直流电。总之这一切都只有频率的变化，而没有电能的变化。随着科学的发展，变频器的使用也越来越广泛，不管是工业设备上还是家用电器上都会使用到变频器，可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在，要熟练地使用变频器，还必须掌握三相异步电动机的特性，因为变频器与三相异步电动机有着密切的联系。本课题就是应该PLC和变频器，设计变频调速恒张力控制系统。PLC的作用是对系统进行控制，而变频器的作用则是对电机进行调速，最终达到织轴转速恒定的目的。2、系统控制方案设计变频调速整经机恒张力控制系统控制的方案整经是织前准备的重要工序之一，其任务是将一定根数的经纱按工艺设计要求平行、均匀地卷绕在整经轴上。为了保证织物的品质.在整经过程中，要求经轴整片经纱张力均匀，并保持恒定。在整经过程中，经纱线速度保持不变，即整经轴的转速n随着其直径D的不断增大而减小。根据这一卷绕特性，提出了用变频器实现整经机恒张力控制的方案。该方案是由电动机通过减速机构传动整经轴，电动机的转速通过PLC控制变频器输出电压信号的频率调节，保持纱线在整经过程中线速度恒定。其传动示意简图7式中f—电源信号频率(Hz)V—纱线线速度(m/s)D-一一整经轴直径(m)P一一电动机极对数卷经检测装置检测出整经过程中整经轴直径D的变化，输入plc中，由平流层计算出所要求的电源信号频频值，控制变频器产生该频率的电源信号，调节电动机的转速，保证纱线线速度V恒定，即保持纱线张力恒定。卷经检测装置采用电动变位器。用以存储整经机的工艺参数，如纱线支数、线速度v、张力F、滚筒直径D、卷绕厚度等。这些参数可以根据实际需要进行调节。纱线支数(tex)19工作幅宽(mm)1600滚筒直径(mm)800卷绕厚度(mm)140整经速度(m/min)01000落轴方式液压式张力传感器LZ-1型电动机功率((10kW)筒子架矩形筒子架3、课程设计要求1、分析控制要求、控制原理设计控制方案；画出控制系统结构框图；2、PLC、变频器、电动变位器的选择；3、画出该控制系统的原理图。(主电路、plc控制电路、变频器控制电路)4、plc控制程序软件编程与调试。8二、系统硬件选型1、PLC的选型1.1、输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。1.2、存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。1.3、控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。(一)运算功能简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。(二)控制功能9控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。(三)通信功能大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；2）1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；3）PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；4）专用PLC网络（各厂商的专用PL