電力拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)--變頻液位自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1變頻液位系統(tǒng)的應(yīng)用1</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)任務(wù)2</b></p><p>　　2變頻液位系統(tǒng)的基本構(gòu)成與工作原理3</p>

2、<p>　　2.1變頻液位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖3</p><p>　　2.2液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理3</p><p>　　2.3電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理3</p><p>　　2.4變頻調(diào)速節(jié)能原理分析4</p><p>　　2.5變頻液位系統(tǒng)的工作原理5</p><p>　　3變頻液位系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)及元件清單

3、6</p><p>　　3.1主電路設(shè)計(jì)結(jié)果6</p><p>　　3.2主要參數(shù)計(jì)算及器件選擇6</p><p>　　3.3主電路元件清單6</p><p>　　4變頻液位系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)及元件清單7</p><p>　　4.1保護(hù)電路設(shè)計(jì)結(jié)果7</p><p>　　5變頻液位系統(tǒng)

4、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　5.1驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)結(jié)果8</p><p>　　5.2驅(qū)動(dòng)電路主要參數(shù)計(jì)算及器件選擇8</p><p>　　5.3驅(qū)動(dòng)電路元件清單10</p><p><b>　　6設(shè)計(jì)心得11</b></p><p>　　6.1變頻液位自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)11<

5、/p><p>　　6.2變頻液位自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)11</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)11</b></p><p>　　8附錄：設(shè)計(jì)總圖12</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　水是一個(gè)和人的生存息息相關(guān)的物質(zhì)，而水位換言之即液位，它則是

6、一種生產(chǎn)、生活中需要測(cè)量和控制的重要物理量，液位控制廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與居民生活中。比如，民用水塔的供水，如果水位太低，則會(huì)影響居民的生活用水；工礦企業(yè)的排水與進(jìn)水，如果排水或進(jìn)水控制得當(dāng)與否，關(guān)系到車間的生產(chǎn)狀況；鍋爐汽包液位的控制，如果鍋爐內(nèi)液位過(guò)低，會(huì)使鍋爐過(guò)熱，可能發(fā)生事故；精流塔液位控制，控制精度與工藝的高低會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量與成本等。液位控制技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，在這些生產(chǎn)領(lǐng)域里，基本上都是勞動(dòng)強(qiáng)度大或者操作有

7、一定危險(xiǎn)性的工作性質(zhì)，極容易出現(xiàn)操作失誤，引起事故，造成廠家的的損失。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的過(guò)分消耗日益成為影響經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定快速增長(zhǎng)的阻力，為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，實(shí)現(xiàn)能源充分利用，就需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，研究變頻液位就是節(jié)能研究的主要內(nèi)容之一。</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)以及工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,使得變頻液位系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)與居民生活領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于PLC的功能強(qiáng)大、容易使用、高可靠性。

8、常常被用來(lái)作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制。變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比,利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，繼而達(dá)到節(jié)能和提高控制精度、自我保護(hù)等特點(diǎn)。</p><p>　　本課題就是根據(jù)PLC和變頻器，設(shè)計(jì)變頻液位自動(dòng)控制系統(tǒng)。PLC的作用是運(yùn)用PID算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，而變頻器的作用則是最電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，最終達(dá)到變頻調(diào)速的目的。</p><p>　　1.1變頻

9、液位系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生

10、了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡、交通運(yùn)輸、及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，被稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p>

11、<p>　　1．課題完成的功能：</p><p>　　設(shè)計(jì)變頻液位控制系統(tǒng)的主電路和控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路。并針對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，使計(jì)算機(jī)對(duì)水箱有較好的控制，在此基礎(chǔ)上對(duì)元件進(jìn)行選?。喊≒LC控制器，電機(jī)，變頻器，液位變送器等。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)液位變頻控制系統(tǒng)的主電路圖、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路圖并

12、且繪制。</p><p>　?。?）對(duì)各個(gè)電路中需要涉及的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　?。?）結(jié)合實(shí)際對(duì)主電路以及驅(qū)動(dòng)電路各個(gè)元件進(jìn)行選取。</p><p>　　（4）對(duì)驅(qū)動(dòng)電路中計(jì)算機(jī)對(duì)水箱的控制建立數(shù)學(xué)模型，以便控制方便，準(zhǔn)確。</p><p><b>　　3．技術(shù)參數(shù)：</b></p><

13、p>　?。?）電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：額定功率125Kw 額定電壓380V 額定電流220A 額定轉(zhuǎn)速1450rpm 額定效率0.92。</p><p>　　（2）接線方式為△ 短路電抗標(biāo)準(zhǔn)值為0.192 過(guò)載能力1.2倍、電網(wǎng)電壓380V、50Hz。</p><p>　　2變頻液位系統(tǒng)的基本構(gòu)成與工作原理</p><p>　　2.1變頻液位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</p&

14、gt;<p>　　圖2-1液位自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.2液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理</p><p>　　圖2-2液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.3電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理</p><p>　　水泵電機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，而其轉(zhuǎn)速公式為：</p><p><b>　　（2

15、-1）</b></p><p>　　式中：f表示電源頻率，p表示電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，s表示轉(zhuǎn)差率。</p><p>　　從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：</p><p>　?。?） 改變電源頻率。（2） 改變電機(jī)極對(duì)數(shù)。（3）改變轉(zhuǎn)差率。</p><p>　　改變電機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡(jiǎn)單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，

16、但需要專門的變極電機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，而且級(jí)差比較大，即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級(jí)調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過(guò)于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗[7]，且成本高而影響它的推廣價(jià)值。</p><p>　　2.4變頻調(diào)速節(jié)能原理分析</p><p>　　1

17、．交流電機(jī)變頻調(diào)速原理</p><p>　　根據(jù)電磁感應(yīng)原理，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足下式：</p><p>　?。ㄍ诫妱?dòng)機(jī)） （2-2）</p><p>　?。ó惒诫妱?dòng)機(jī)） （2-3）</p><p>　　式中：—電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速

18、</p><p><b>　　—電動(dòng)機(jī)異步轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　—電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù)</b></p><p><b>　　—交流電源頻率</b></p><p><b>　　—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率</b></p><p>

19、　　電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電源頻率，電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率（異步電動(dòng)機(jī)）變化。由于電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)只能有級(jí)調(diào)節(jié)并且調(diào)整量有限，因此調(diào)速范圍有限，從而使其應(yīng)用受到限制。而使用過(guò)大的轉(zhuǎn)差率調(diào)速顯然是不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)及效率的影響也很大，故應(yīng)用范圍十分有限。變頻調(diào)速則通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的輸入頻率改變其空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角速度達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電源頻率的變化而改變，電源頻率 增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之增加，反之則下降。變頻調(diào)速方式實(shí)

20、現(xiàn)了在不影響電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能前提下的速度無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速等調(diào)速方式，因此受到工業(yè)界的廣泛重視，應(yīng)用案例越來(lái)越多。</p><p>　　2．水泵特性分析及節(jié)能原理</p><p>　　根據(jù)流體力學(xué)原理，在管徑一定的條件下，管道流量 Q 與水泵轉(zhuǎn)速 n 成正比；揚(yáng)程 H 與轉(zhuǎn)速平方()成正比，而電機(jī)軸功率 P 與轉(zhuǎn)速的三次方()成正比。可見(jiàn)當(dāng)流量?jī)H下降到 80%時(shí)需要的功率 P將

21、下降到額定功率的 50%(0.83≈0.5)左右，當(dāng)流量下降到 50%時(shí)需要的功率 僅為額定功率的13%．圖 2 是水泵特性曲線。若要求恒壓于 HA，當(dāng)流量 QA變小至?xí)r，如果水泵轉(zhuǎn)速不變，壓力會(huì)上升至 B1，壓力傳感器輸出壓力上升信號(hào)，經(jīng)智能調(diào)節(jié)器分析運(yùn)算后輸出轉(zhuǎn)速下降信號(hào)給調(diào)速電機(jī)的變頻控制器，調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速隨即從降低至（B點(diǎn)），使管網(wǎng)壓力維持在 HA；同理，當(dāng)流量變化至?xí)r，壓力升至 點(diǎn)而調(diào)速電機(jī)隨即降低轉(zhuǎn)速至（C 點(diǎn)），仍保持恒壓

22、HA，從而實(shí)現(xiàn)了水泵自動(dòng)恒壓變流量供水。</p><p>　　可見(jiàn)調(diào)速控制變載水泵具有顯著的節(jié)電效果。利用變頻器可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑地增速或減速，基本保持異步電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)差率小的特點(diǎn)，具有效率高、范圍寬、精度高且能無(wú)級(jí)變速的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備是很適用的。夜間供水量急劇減少時(shí)，可方便地設(shè)定每日休眠工作的起始/停止時(shí)刻，并可設(shè)定休眠時(shí)的壓力給定值。休眠期間，變頻器監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，當(dāng)壓力低于設(shè)

23、定植時(shí)，系統(tǒng)被自動(dòng)喚醒，變頻泵投入工作；壓力高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)再次進(jìn)入休眠狀態(tài)，只有休眠水泵運(yùn)行，這樣能最大限度地節(jié)水節(jié)電。實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低 20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達(dá)（20～40）%。同時(shí)，通過(guò)采用變頻器控制，可在不同季節(jié)、節(jié)假日、白天和晚上及上下班等時(shí)間全面調(diào)控水量。</p><p>　　2.5變頻液位系統(tǒng)的工作原理</p><p>　

24、　變頻器采用PID恒定控制，它采集外部信號(hào)作為反饋信號(hào)。PLC對(duì)水泵的運(yùn)行模式、機(jī)組的選擇及機(jī)組的起動(dòng)停止等進(jìn)行控制。以上控制信號(hào)都為PLC的輸入信號(hào)。一級(jí)泵站水泵的起止信號(hào)取自清水池內(nèi)所裝的液位傳感器，當(dāng)水位達(dá)到低限位液位傳感器給出啟動(dòng)水泵的信號(hào)。當(dāng)水位達(dá)到高限位時(shí)，液位傳感器給出停止水泵運(yùn)行的信號(hào)。二級(jí)泵站的反饋信號(hào)取自出水管出遠(yuǎn)傳壓力表。當(dāng)壓力高于設(shè)定值時(shí)，變頻器變頻，水泵電機(jī)減速。當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，變頻器變頻，水泵電機(jī)加速。在

25、二級(jí)泵站水泵的運(yùn)行當(dāng)中，它將受到一級(jí)泵站的清水池的缺水信號(hào)的控制，以此來(lái)防止清水池幾乎缺水時(shí)水泵空轉(zhuǎn)。缺水液位開(kāi)關(guān)設(shè)置在低水位下方的0.5米處。</p><p>　　3變頻液位系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)及元件清單</p><p>　　3.1主電路設(shè)計(jì)結(jié)果</p><p>　　圖3-1變頻液位控制主電路圖</p><p>　　3.2主要參數(shù)計(jì)算及器件選擇&

26、lt;/p><p>　　水箱液位自動(dòng)控制電機(jī)采用2.2KW的常用泵轉(zhuǎn)速，即可滿足水箱水位液位穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)變頻器，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，通過(guò)PLC控制液位的自動(dòng)調(diào)節(jié)兩臺(tái)電機(jī)分別控制進(jìn)水與出水，以便能讓其迅速響應(yīng)。</p><p>　　3.3主電路元件清單</p><p><b>　　表3-1設(shè)備清單</b></p><p>　　

27、4變頻液位系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)及元件清單</p><p>　　4.1保護(hù)電路設(shè)計(jì)結(jié)果</p><p>　　檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。保護(hù)回路主要包括以下幾種：</p><p><b>　　(1)逆變器保護(hù)</b></p><p>　

28、　1.瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)：由于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過(guò)逆變器器件的電流達(dá)到異常值（超過(guò)容許值）時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電流。交流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.過(guò)載保護(hù)：逆變器輸出電流超過(guò)額定值，且持續(xù)流通達(dá)規(guī)定的時(shí)間以上，為了防止逆變器器件、線路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時(shí)限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)（使用電子電路）。過(guò)負(fù)載是由于負(fù)載的GD2（慣性）過(guò)大或因

29、負(fù)載過(guò)大使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。</p><p>　　3.再生過(guò)電壓保護(hù)：采用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時(shí)超過(guò)容許值?？梢圆扇⊥Ｖ鼓孀兤鬟\(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速減速的辦法，防止過(guò)電壓。</p><p>　　4.瞬時(shí)停電保護(hù)：對(duì)于數(shù)毫秒以內(nèi)的瞬時(shí)停電，控制電路工作正常。但瞬時(shí)停電時(shí)間在10ms以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

30、</p><p>　　5.接地過(guò)電流保護(hù)：逆變器負(fù)載側(cè)接地時(shí)，為了保護(hù)逆變器，有時(shí)要有接地過(guò)電流保護(hù)功能。但為了確保人身安全，需要轉(zhuǎn)設(shè)漏電斷路器。</p><p>　　6.冷卻風(fēng)機(jī)異常：有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，但風(fēng)機(jī)異常時(shí)裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器。</p><p>　　(2)異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)</p>

31、<p>　　1.過(guò)載保護(hù)：過(guò)載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度傳感器，或者利用轉(zhuǎn)在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來(lái)檢出過(guò)熱。動(dòng)作頻繁時(shí)可以考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載、增加電動(dòng)機(jī)及逆變器容量等。</p><p>　　2.超頻（超速）保護(hù)：逆變器的輸出頻率或者異步電動(dòng)機(jī)的速度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　(3)其他保護(hù)&l

32、t;/b></p><p>　　1.防止失速過(guò)電流：急加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速）。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對(duì)于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過(guò)電流，也進(jìn)行同樣的控制。</p><p>　　2.防止失速再生過(guò)電壓：減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過(guò)電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控

33、制，抑制頻率下降，防止失速再生過(guò)電壓。</p><p>　　5變頻液位系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)結(jié)果</p><p>　　圖5-1驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖</p><p>　　5.2驅(qū)動(dòng)電路主要參數(shù)計(jì)算及器件選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)以單容水箱為研究對(duì)象。要對(duì)該對(duì)象進(jìn)行較好的計(jì)算機(jī)控制，有必要

34、建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。正如前面提到的，單容水箱是一個(gè)自衡系統(tǒng)。根據(jù)它的這一特性，我們可以用階躍響應(yīng)測(cè)試法進(jìn)行建模。</p><p>　　如圖2-1，設(shè)水箱的進(jìn)水量為，出水量為，水箱的液面高度為，出水閥固定于某一開(kāi)度值。若作為被控對(duì)象的輸入變量，為其輸出變量，則該被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型就是與 之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。</p><p>　　根據(jù)動(dòng)態(tài)物料平衡關(guān)系有得到如下表達(dá)式：</p>

35、<p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　將式（5-1）表示為增量形式如下：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中，、、——分別為偏離某一平衡狀態(tài)、、的增量；</p><p><b>　　C——水箱底面積。</b>

36、</p><p>　　在零初始條件下，對(duì)上式求拉氏變換得：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中，為水箱的時(shí)間常數(shù)。</p><p><b>　　PID控制原理：</b></p><p>　　數(shù)字PID控制是在實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過(guò)程中采用最普遍

37、的一種控制方法，在液位控制系統(tǒng)中也有著極其重要的控制作用。一般，在控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖5-5所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對(duì)象組成。</p><p>　　圖5-2模擬PID控制系統(tǒng)原理框</p><p>　　PID控制器是一種線性控制器，它是根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差</p><p><b&

38、gt;　?。?-4）</b></p><p>　　將偏差的比例（P），積分（I）和微分（D）通過(guò)線性組合可以構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。它的控制規(guī)律為</p><p><b>　　（5-5）</b></p><p>　　寫成傳遞函數(shù)形式為： （5-6）</p><

39、p>　　式中： ——比例系數(shù)；</p><p><b>　　——積分時(shí)間常數(shù)；</b></p><p><b>　　——微分時(shí)間常數(shù)；</b></p><p>　　從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來(lái)考慮，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：</p><p><b>

40、　　1、比例環(huán)節(jié) </b></p><p>　　用于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。取值過(guò)小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞。</p><p><b>　　2、積分環(huán)節(jié) </b></p><p&g

41、t;　　主要用來(lái)消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。越小，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但過(guò)小，在響應(yīng)過(guò)程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過(guò)程的較大超調(diào)。若過(guò)大，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。</p><p><b>　　3、微分環(huán)節(jié) </b></p><p>　　能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過(guò)程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但過(guò)大

42、，會(huì)使響應(yīng)過(guò)程提前制動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。</p><p>　　5.3驅(qū)動(dòng)電路元件清單</p><p>　　表5-1驅(qū)動(dòng)電路元件清單</p><p><b>　　6設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　6.1變頻液位自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1．采用PLC

43、控制設(shè)計(jì)，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。PLC編程簡(jiǎn)單，容易被人接受，易懂。</p><p>　　2．采用PLC設(shè)計(jì)安裝容易，維護(hù)工作量少，采用分裝的方式，可以在惡劣環(huán)境下工作，它的體積小，而且功能完善，通用性特別強(qiáng)，性價(jià)比高。</p><p>　　3。在設(shè)計(jì)過(guò)程中添加保護(hù)電路，保護(hù)電路可以保護(hù)電路正常運(yùn)行，減少損失。</p><p>　　6.2變頻液位自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)

44、</p><p>　　1. 在對(duì)設(shè)計(jì)以單容水箱控制時(shí)，建立了數(shù)學(xué)，在對(duì)進(jìn)水口和出水口取值方面會(huì)有誤差，影響總體的設(shè)計(jì)效果。</p><p>　　2．在對(duì)PID現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)取值時(shí)，以及PI參數(shù)對(duì)偏差進(jìn)行比例和積分計(jì)算會(huì)出現(xiàn)誤差，也會(huì)對(duì)變頻調(diào)節(jié)產(chǎn)生一定的影響。</p><p>　　通過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)變頻器的性能和應(yīng)用有了進(jìn)一步的了解，初步掌握了電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原

45、則，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)自己思考，親自動(dòng)手實(shí)踐，讓我對(duì)電力拖動(dòng)的控制理論有了更為深刻的理解，同時(shí)在設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，對(duì)PLC控制技術(shù)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了回顧復(fù)習(xí)，和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，電力拖動(dòng)技術(shù)有效的聯(lián)系起來(lái)，更好的掌握了相關(guān)知識(shí)。但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中我也遇到了很多問(wèn)題，由于之前沒(méi)有系統(tǒng)的學(xué)過(guò)變頻器的相關(guān)原理及應(yīng)用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中不知道如何熟練應(yīng)用，還有在設(shè)計(jì)電路時(shí)，對(duì)一些相關(guān)電路的參數(shù)計(jì)算不太熟悉，但是通過(guò)請(qǐng)教老師和同學(xué)，通過(guò)上網(wǎng)查詢很快解決了這些問(wèn)

46、題。</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王也仿.可編程控制器技術(shù)應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[2]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第二版）.機(jī)械工業(yè)出版社，1992.</p><p>　　[3]張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，1997.&l

47、t;/p><p>　　[4]汪曉光,孫曉英,王艷月.可編程控制器原理及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[5]石紅梅.變頻器技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 263-268.</p><p>　　[6]袁任光.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003 10. </p><p>

48、　　[7]王洪猛等.基于PLC的過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2004，</p><p>　　23（7）：25-27.</p><p>　　[8]秦虹.PLC控制系統(tǒng)的編程方法簡(jiǎn)述[J].機(jī)床電器 2003，（3）.</p><p>　　[9]張選正，張金遠(yuǎn). 變頻器應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社 2006.</p><