《自动控制系统》课程设计任务书.docx
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《自动控制系统》课程设计任务书
《电力拖动自动控制系统》课程设计
计划、任务与指导书
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
6变频器在印染机械多电机同步调速系统中应用
7..线缆设备恒张力变频器控制设计
8空气压缩机变频调速的设计
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1992
1.陈伯时,陈敏逊.交流调速系统.机械工业出版社1998
2.张燕宾著SPWM变频调速应用技术机械工业出版社1997
3.王兆义主编²《可编程控制器教程》主编
4.徐世许主编²《可编程控制器教程原理、应用、网络》主编
5.《工厂常用电气设备手册》（第2版上、下册中国电力出版社
1.退火炉温度控制系统
退火炉温度控制系统由一台上位机操作台、一台SIEMENSS7-200PLC控制柜、一台变频器控制柜,3台风机,3台水煤浆输送泵组成。
加热段的三个炉段,各段于炉顶设一支热电偶,根据热电偶采集的炉温信号,与设定值比较,经PID和计算后输出控制信号变频器调节水煤浆流量,改变烧嘴的输出功率,实现温度自动控制。
同时
根据助燃风量的改变及空/燃比例阀的配比,手动调节助燃风流量燃气的流量,实现最佳空/燃配比。
1、退火炉温度PLC自动控制系统原理图
本系统装有3套热电偶反馈的闭环流量控制系统,分别控制3台3.7KW变频器调节3台水煤浆输送泵化工泵转速,改变烧嘴的输出功率,实现温度自动控制。
满足退火炉的工艺要求、温度实时显示。
1分析控制要求、控制原理设计控制方案;画出温度自动控制系统结构框图;2PLC、变频器、温度传感器的选择;
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4PID原理分析与选用;PID在PLC中实现。
PLC3#变频器
SF2断路器
SF断路器
KM3KM3隔离变压器
SF4断路器
3#温度变送器
退火炉温度控制系统原理组成
1#变频器隔离开关SF1断路器
KM1I-3
M4
M2
1#喷流泵
1#空气压缩机
2#空气压缩机
I-5
2#喷流泵
3#喷流泵
3#空气压缩机
2#温度变
送器
1#温度变送器
退火炉
M1
3
3
SF3#变频器
T
T
T
1#温度显示器
3#温度显示器
2#温度显示器
Pc工控机
P
压力控制器
控制柜
I-14
2
2、变频液位自动控制系统
1.概述
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。
3#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
KM3KM4
M4
M3
4#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
图汽提塔液位控制系统的工作原理
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。
2.系统控制要求:
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,同时还应达到以下几点要求:
1液位稳定在20cm±1cm,满足汽提塔液位控制要求。
2具有短路、欠压、过载、过流等诸多保护功能。
3.课程设计要求
1分析控制要求、控制原理设计控制方案;画出液位自动控制系统结构框图;2PLC、变频器、液位传感器的选择;
3画出该供水控制系统的原理图。
（主电路、plc控制电路、变频器控制电路4液位控制系统变频器的节能控制分析;5PID原理分析与选用;PID在PLC中实现;
3、变频流量自动控制系统的设计
1.概述
汽提塔废水处理流量自动控制系统用涡街流量计、PLC与变频器构成反馈的闭环流量控制系统。
用调节5.5KW化工泵转速,保证废水流量稳定、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（两挡,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。
涡积流量计1#水泵
PLCPc工控机
1#变频器2#变频器
阀门
止回阀
污水罐
汽提塔
热交换器
压力表
隔离开关
SF1断路器
SF2断路器
KM1KM2
M2
M1
2#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
液位
传感器
图3.7汽提塔流量控制系统的工作原理
（1由流量传感器测量污水管的进水口流量,流量变化信号变换成标准4~20mA电流信号（便于远距离传送信号、液位传感器将缓冲罐液位开关信号传送PLC实时控制。
（2把信号传到有相关软件的PLC、根据汽提塔工艺要求、现场污水排放量进行智能型PI调节控制。
2.系统控制要求:
本系统恒压变量供水系统是在2台5.5kW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,
1污水流量进行智能型PI调节控制。
2具有短路、欠压、过载、过流等诸多保护功能。
3.课程设计要求
1分析控制要求、控制原理设计控制方案;画出流量自动控制系统结构框图;2PLC、变频器、涡街流量计的选择;
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流量自动控制系统变频器的节能控制分析;5PID原理分析与选用;PID在PLC中实现;
4、变频供水系统设计
1.概述
由PLC、VVVF实现的恒压变量供水控制系统是通过远传压力表将供水管网的压力信号送到PLC（PID,再由PL根据用户对管网压力的要求（可以自行设定,输出调节信号去控制交流变频调速器,以调节电机转速,进而控制水泵的出水量;同时利用plc对压力上、下限进行判断,并送到事先已输入程序的可编程序控制器中,再由它对电机水泵实现循环控制,使系统达到自动跟踪、稳定恒压、变量供水的目的,满足生产、生活对水压水量的需要。
2.系统控制要求:
本系统恒压变量供水系统是在2台7.5kW电机拖动的水泵机组能够满足供水总量设计要求的前提下,达到全自动恒压变量供水,并具有手动控制功能,同时还应达到以下几点要求
1顺序控制:
当增加水流量时,先变频升速再工频运行后启动第2台泵变频升速。
当减少水流量时,先切断最先运行的泵,再变频调速。
2均匀工作控制:
当1台泵连续工作满24小时后,自动切断并按顺序控制方式启动后续泵。
3具有短路、欠压、过载、过流等诸多保护功能。
该系统由2台水泵机组10kw（1#泵、2#泵和1台变频调速器（VVVF,1台可编程序控制器（PLC1只远传压力表以及低压控制线路组成。
控制过程为:
用水少时,由变频器控制电动机M1进行恒压供水控制,当用水量逐渐增加时,M1的工作频率亦增加,当M1的工作频率达到最高工作频率50Hz,而供水压力仍达不到要求时,将M1切换到工频电源供电。
同时将变频器切换到电动机M2上,由M2进行补充供水。
当用水量逐渐减小,即使M2的工作频率已降为0Hz,而供水压力仍偏大时,则关掉由工
KM1
KM2
KM3
KM4
QS
图5.恒压供水系统主电路图
变频器RST
UVW
M1M23~
3~
频电源供电的M1,同时迅速升高M2的工作频率,进行恒压控制。
如果用水量恰巧在一台泵全速运行的上下波动时,将会出现供水系统频繁切换的状态,这对于变频器控制元器件及电机都是不利的。
为了避免这种现象的发生,可设置压力控制的“切换死区”
如所需压力为0.3Mpa,则可设定切换死区范围为0.3~0.35Mpa。
控制方式是当M1的工作频率上升到50Hz时,如压力低于0.3Mpa,则进行切换,使M1全速运行,M2进行补充。
当用水量减少,M2已完全停止,但压力仍超过0.3Mpa时,暂不切换,直至压力超过0.35Mpa时再行切换。
另外,两台电动机可以用两台变频器分别控制,也可以用一台容量较大的变频器同时控制。
前者机动性好,但设备费用较贵,后者控制较为简单。
3.课程设计要求
1分析控制要求、控制原理设计控制方案;画出恒压变量供水控制系统结构框图;
2PLC、变频器、压力传感器的选择;
3画出该供水控制系统的原理图。
（主电路、plc控制电路、变频器控制电路
4压力控制系统变频器的节能控制分析;
5PID原理分析与选用;PID在PLC中实现;
6plc控制程序软件编程与调试。
5、变频调速恒张力控制系统设计
1.概述
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
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（tex19
工作幅宽（mm1600滚筒直径（mm800卷绕厚度（mm140整经速度（m/min010
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