退火爐溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科生課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目： 退火爐溫度控制系統(tǒng) </p><p>　　課 程： 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　

2、　班 級(jí)： 電氣1101 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成

3、日期： </p><p><b>　　第 一 部 分</b></p><p><b>　　任</b></p><p><b>　　務(wù)</b></p><p><b>　　書</b></p><p

4、>　　電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)的目的</b></p><p>　　通過電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、了解一般交直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程及設(shè)計(jì)要求，并鞏固交直流調(diào)速系統(tǒng)課程的所學(xué)內(nèi)容，初步具備設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。為今后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。</p><p><b>　

5、　二、課程設(shè)計(jì)的要求</b></p><p>　　1、熟悉交直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)內(nèi)容以及設(shè)計(jì)程序的要求。</p><p>　　2、掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制圖的基本規(guī)范，熟練掌握電氣控制部分的新圖標(biāo)。</p><p>　　3、學(xué)會(huì)收集、分析、運(yùn)用自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)資料和數(shù)據(jù)。</p><p>　　4、培養(yǎng)獨(dú)立工作能力、

6、創(chuàng)造能力及綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力。</p><p><b>　　三、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</b></p><p>　　完成某一給定課題任務(wù)，按給出的工藝要求、運(yùn)用變頻調(diào)速對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。</p><p>　　四、進(jìn)度安排： 共1.5周</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)時(shí)間共1.5周，進(jìn)度安排如下：</p

7、><p>　　1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，熟悉課題設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容。（1.5天）</p><p>　　2、分析控制要求、控制原理設(shè)計(jì)控制方案（1.5天）</p><p>　　3、繪制控制原理圖、控制流程圖、端子接線圖。（2天）</p><p>　　4、編制程序、梯形圖設(shè)計(jì)、程序調(diào)試說明。（1.5天）</p><p>　　

8、5、整理圖紙、寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（1.5天）</p><p>　　五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容</p><p>　　完成下列課題的課程設(shè)計(jì)及報(bào)告（課題工藝要求由課程設(shè)計(jì)任務(wù)書提供）</p><p><b>　　退火爐溫度控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　六、參考書</b></p>&

9、lt;p>　　1、陳伯時(shí)主編 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>　　2、陳伯時(shí), 陳敏遜 交流調(diào)速系統(tǒng) 機(jī)械工業(yè)出版社 1998</p><p>　　3、張燕賓著 SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)   機(jī)械工業(yè)出版社 1997</p><p>　　4、王兆義主編 《可編程控制器教程》 主

10、編</p><p>　　5、徐世許主編 《可編程控制器教程原理、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)》 主編</p><p>　　6、《工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)》（第2版）上、下冊(cè) 中國(guó)電力出版社</p><p><b>　　第 二 部 分</b></p><p><b>　　課</b></p><p

11、><b>　　程</b></p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)</b></p><p><b>　　報(bào)</b></p><p><b>　　告</b></p><p>&

12、lt;b>　　目錄</b></p><p>　　一、退火爐溫度控制系統(tǒng)概述1</p><p>　　二、控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1控制原理方案2</p><p>　　2.2主電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　三、控制系統(tǒng)器件選擇4</p><p>　　

13、3.1溫度變送器的選擇4</p><p>　　3.1.1 SBWR熱電偶溫度變送器介紹4</p><p>　　3.1.2 SBWR技術(shù)參數(shù)4</p><p>　　3.1.3最后確定溫度變送器的型號(hào)、類別：6</p><p>　　3.2 PLC的選型6</p><p>　　3.2.1 PLC選型要求6<

14、/p><p>　　3.2.2 PLC及其擴(kuò)展模塊選擇結(jié)果8</p><p>　　3.3變頻器的選型9</p><p>　　3.3.1變頻器選型要求9</p><p>　　3.3.2變頻器參數(shù)設(shè)置11</p><p>　　四、PLC外部接線圖15</p><p>　　五、 PLC實(shí)現(xiàn)PID的

15、控制方式16</p><p>　　5.1 PLC的PID程序介紹16</p><p>　　5.2 PID梯形圖程序18</p><p>　　六、小結(jié)與體會(huì)20</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p>　　一、退火爐溫度控制系統(tǒng)概述</p><

16、p>　　退火爐溫度控制系統(tǒng)由一臺(tái)上位機(jī)操作臺(tái)、一臺(tái)SIEMENS S7-200 PLC控制柜、一臺(tái)變頻器控制柜，3臺(tái)風(fēng)機(jī)，3臺(tái)水煤漿輸送泵組成。 加熱段的三個(gè)爐段，各段于爐頂設(shè)一支熱電偶，根據(jù)熱電偶采集的爐溫信號(hào)，與設(shè)定值比較，經(jīng)PID計(jì)算后輸出控制信號(hào)變頻器調(diào)節(jié)水煤漿流量，改變燒嘴的輸出功率，實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制。同時(shí)根據(jù)助燃風(fēng)量的改變及空/燃比例閥的配比，手動(dòng)調(diào)節(jié)助燃風(fēng)流量燃?xì)獾牧髁?，?shí)現(xiàn)最佳空/燃配比。</p>&

17、lt;p>　　本系統(tǒng)裝有3套熱電偶反饋的閉環(huán)流量控制系統(tǒng)，分別控制3臺(tái)3.7KW變頻器調(diào)節(jié)3臺(tái)水煤漿輸送泵化工泵轉(zhuǎn)速，改變燒嘴的輸出功率，實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制。滿足退火爐的工藝要求、溫度實(shí)時(shí)顯示。</p><p>　　1)分析控制要求、控制原理設(shè)計(jì)控制方案；畫出溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；</p><p>　　2) PLC、變頻器、溫度傳感器的選擇； </p><p&g

18、t;　　3) 畫出該控制系統(tǒng)的原理圖。(主電路、plc控制電路、變頻器控制電路)</p><p>　　4) PID原理分析與選用；PID在PLC中實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　二、控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1控制原理方案</b></p><p>　　整個(gè)控制系統(tǒng)由一臺(tái)上位機(jī)操作臺(tái)、一臺(tái)SIEMENS

19、 S7-200 PLC控制柜、一臺(tái)變頻器控制柜，3臺(tái)風(fēng)機(jī)，3臺(tái)水煤漿輸送泵組成。</p><p>　　圖（2）退火爐控制系統(tǒng)原理組成</p><p>　　退火過程是個(gè)非常復(fù)雜的過程，受各種因素的影響，因此不能采用開環(huán)控制，容易產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差，而PID控制可以很好的消除穩(wěn)態(tài)誤差因此事較好的選擇。具體控制過程為：由熱電偶采集爐體溫度，經(jīng)溫度變送器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送往PLC，PLC根據(jù)PID

20、算法，計(jì)算出需要控制的對(duì)象該變量，經(jīng)由變頻器控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)水煤漿的流量，從而控制爐體的溫度。</p><p>　　圖（3）閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　2.2主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主電路部分為一臺(tái)PLC控制三臺(tái)變頻器，分別用PLC的KM1、KM2、KM3三個(gè)輸出觸點(diǎn)控制變頻器的投切。PLC電源

21、由變壓器提供。</p><p><b>　　圖（4）主電路圖</b></p><p>　　三、控制系統(tǒng)器件選擇</p><p>　　3.1溫度變送器的選擇</p><p>　　3.1.1 SBWR熱電偶溫度變送器介紹</p><p>　　SBWR熱電偶溫度變送器、SBWZ熱電阻溫度變送器是DDZ-

22、S系列儀表中的現(xiàn)場(chǎng)安裝式溫度變送單元。它采用二線傳送方式（兩根導(dǎo)線作為電源輸入，信號(hào)輸出的公用傳輸線）。將熱電偶、熱電阻信號(hào)變換成輸入電信號(hào)或被測(cè)溫度或成線性的4～20mA的輸出信號(hào)，變送器可以安裝于熱電偶、熱電阻的接線盒內(nèi)與之形成一體化結(jié)構(gòu)。它作為新一代測(cè)溫儀表可廣泛應(yīng)用于冶金、石油化工、電力、輕工、紡織、食品、國(guó)防以及科研等工業(yè)部門。 二、兩線制熱電阻溫度變送器，其特點(diǎn)是采用兩線傳輸，即電源與輸出信號(hào)共用相同的兩根普通導(dǎo)線。變送器把

23、測(cè)溫元件所測(cè)得的微弱信號(hào)直接放大成(4～20)mA DC信號(hào)，遠(yuǎn)傳給控制室儀表，作指示、記錄、調(diào)節(jié)之用，組成各種各樣的檢測(cè)，控制系統(tǒng)</p><p>　　3.1.2 SBWR技術(shù)參數(shù)</p><p>　　一、輸入信號(hào)： 熱電阻 Pt100、Cu50、Cu100,測(cè)量間距10℃以上任何溫度范圍 輸出信號(hào)：電流:(4～20)mA DC  電壓:(1

24、～5)V DC 輸出阻抗：250Ω 允許負(fù)載變化0～500Ω 基本誤差：±0.1%、±0.5% 熱電阻溫變 溫度漂移：±0.1%/10℃　熱電阻溫度 傳輸方式：兩線制傳輸 工作環(huán)境溫度： 溫度 -10～75℃ 濕度 ≤90% 電 源：24V DC±10%(或配電器、安全柵供電) 功 耗

25、：≤0.5W,</p><p><b>　　二、溫度變送器特點(diǎn)</b></p><p>　　1、采用環(huán)氧樹脂密封結(jié)構(gòu)，因此抗震、耐溫，適合在惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中安裝使用。</p><p>　　2、現(xiàn)場(chǎng)安裝于熱電阻、熱電偶的接線盒內(nèi)，直接輸出4～20mA，這樣既省去較貴的補(bǔ)償導(dǎo)線費(fèi)用，又提高了信號(hào)長(zhǎng)距離傳送過程中的抗干擾能力。</p>&

26、lt;p>　　3、精度高、功耗低、使用環(huán)境溫度范圍寬、工作穩(wěn)定可靠。</p><p>　　4、量程可調(diào)，并具有線性化較正功能，熱電偶溫度變送器具有冷端自動(dòng)補(bǔ)償功能。應(yīng)用面廣，既可與熱電偶、熱電阻形成一體化現(xiàn)場(chǎng)安裝結(jié)構(gòu)，也可作為功能模塊安裝入檢測(cè)設(shè)備中。</p><p><b>　　三、主要技術(shù)指標(biāo)：</b></p><p>　　1、輸入：

27、熱電阻Pt100、Cu50、Cu100 熱電偶K、E、S、B、T、J、N2、輸出：在量程范圍內(nèi)輸出4～20mA直流信號(hào)可與熱電阻溫度計(jì)的輸出電阻信號(hào)成線性，可與熱電阻溫度計(jì)的輸入溫度信號(hào)成線性；可與熱電偶輸入的毫伏信號(hào)成線性，也可與熱電偶溫度計(jì)的輸入溫度信號(hào)成線性。</p><p>　　2、基本誤差：±0.2%、±0.5%4、傳送方式：二線制</p><p>　　3、變

28、送器工作電源電壓最低12V，最高35V，額定工作電壓24V。 </p><p>　　4、負(fù)載：極限負(fù)二載電阻按下式計(jì)算RL（max）=50×（Vmm-12） 即24V時(shí)負(fù)載電阻可在0～600Ω范圍內(nèi)選用）額定負(fù)載250Ω。注：量程可調(diào)式變送器，改變量程時(shí)零點(diǎn)與滿度需反復(fù)調(diào)試；電偶型變送器在調(diào)試前須預(yù)熱30分鐘。7、環(huán)境溫度影響≤0.05%1℃8、正常工作環(huán)境：a、環(huán)境溫度 -25℃～+80℃b、相對(duì)濕度

29、5%～95%c、機(jī)械振動(dòng)f≤55Hz振幅＜0.15mm</p><p><b>　　四、接線方式：</b></p><p>　　熱電阻三線制變送器安裝接線圖熱電阻二絲制變送器安裝接線圖熱電偶變送器安裝接線圖導(dǎo)軌式變送器安裝接線圖一體化液晶顯示變送器接線圖</p><p>　　□熱電偶溫度變送器校驗(yàn)步驟</p><p>　

30、　1、校驗(yàn)時(shí)，在輸入端接入電位差計(jì)，輸出信號(hào)為電動(dòng)勢(shì)，在輸出端接上24VDC穩(wěn)壓電源并串接上標(biāo)準(zhǔn)電流表。</p><p>　　2、調(diào)零：反接信號(hào)輸入線，使電位差計(jì)輸出校驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)室溫對(duì)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，調(diào)整電位器Z，使電流表讀數(shù)為4mA。</p><p>　　3、調(diào)滿：正接信號(hào)輸入線，使電位差計(jì)輸出滿量程對(duì)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，調(diào)整電位器S，使電流表讀數(shù)為20mA。（該電動(dòng)勢(shì)為滿度電動(dòng)勢(shì)減去室溫對(duì)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)后的值）

31、例：在校驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)室溫為7℃，輸入信號(hào)為K，量程為0～1000℃的溫度變送器標(biāo)定，通過查表得知7℃對(duì)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.277mV，1000℃對(duì)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)這41.269mV,反接后，電位差計(jì)輸出0.277mV，調(diào)整電位器Z，使電流表讀數(shù)為4mA；正接后電位差計(jì)輸出讀數(shù)為40.992mV（41.269mV～0.277mV），調(diào)整電位器S，使電流表讀數(shù)為20mA。</p><p>　　五、熱電阻溫度變送器校驗(yàn)步驟</p&g

32、t;<p>　　1、標(biāo)定時(shí)，按以上典型接線圖接線，在輸入端接入標(biāo)準(zhǔn)電阻箱（如ZX-25a），在輸出端接上24VDC穩(wěn)壓電源并串接上標(biāo)準(zhǔn)電流表。</p><p>　　2、改變信號(hào)源發(fā)生器（電阻箱），使之等于量程的下限值，調(diào)整電位器Z，使電流表的讀數(shù)為4mA，改變信號(hào)源，使之等于量程的上限值，調(diào)整電位器S，使電流表的讀數(shù)為20mA即可。例：輸入型號(hào)為Pt100量程為0～100℃的溫度變送器。正確接線后，

33、電阻箱輸出100Ω，調(diào)整電位器Z，使電流表讀數(shù)為4mA；電阻箱輸出讀數(shù)為138.50Ω(即熱電阻在100℃時(shí)相對(duì)應(yīng)的電阻值），調(diào)整電位器S，使電流表的讀數(shù)為20mA。</p><p>　　3.1.3最后確定溫度變送器的型號(hào)、類別： </p><p>　　3.2 PLC的選型</p><p>　　3.2.1 PLC選型要求</p><p>　　

34、一、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展 余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。 二、存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的

35、總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。 三、控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 </p><p>　　四、機(jī)型的選擇 (一)PLC的類型 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂?/p>

36、功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。 (二)輸入輸出模塊的選擇 輸 入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的 輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合， 但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等

37、，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。 (三)電源的選擇 PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)所需I/O點(diǎn)數(shù)，系統(tǒng)程序所需存儲(chǔ)容量以及系統(tǒng)需

38、要用PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，</p><p>　　3.2.2 PLC及其擴(kuò)展模塊選擇結(jié)果</p><p>　　最后經(jīng)過校驗(yàn)，選擇西門子S7-200PLC, CPU為221，模擬量輸入輸出模塊為EM 235 CN。</p><p>　　圖（5）EM 235 CN端口連接圖</p><p><b>　　3.3變頻器的選型</b>&l

39、t;/p><p>　　3.3.1變頻器選型要求</p><p>　　采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。 　　</p><p>　　變頻器的負(fù)載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。 　　</p><p>　　變頻器與負(fù)載的匹配問題； 　　</p><p>　　電壓匹配；變頻器

40、的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 　　</p><p>　　電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。 　　</p><p>　　轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。 　　4、在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高

41、速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。 　　</p><p>　　變頻器如果要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 　　</p><p>　　綜合以上情況，選擇MICROMASTER 420，經(jīng)校驗(yàn)，滿足要求。</p><p>　　MIC

42、ROMASTER 420框圖如下：</p><p>　　圖（6）MICROMASTER 420框圖</p><p>　　3.3.2變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　1、控制方式選擇 </b></p><p>　　變頻器控制方式的選擇由負(fù)荷的力矩特性所決定，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)下列關(guān)系式?jīng)Q定： p= t

43、n/ 9550 </p><p>　　式中：p--電動(dòng)機(jī)功率(kw) </p><p>　　t--轉(zhuǎn)矩(n·m) </p><p>　　n--轉(zhuǎn)速(r/ min) </p><p>　　轉(zhuǎn)矩t與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系根據(jù)負(fù)載種類大體可分為3種。 </p><p>　　(1) 即使速度變化轉(zhuǎn)矩也不大變化的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，此類

44、負(fù)載如傳送帶、起重機(jī)、擠壓機(jī)、壓縮機(jī)等。 </p><p>　　(2) 隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的平方減小的負(fù)載。此類負(fù)載如風(fēng)機(jī)、各種液體泵等。 </p><p>　　(3) 轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)矩越小的恒功率負(fù)載。此類負(fù)載如軋機(jī)、機(jī)床主軸、卷取機(jī)等。 </p><p>　　變頻器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制。v/f控制中有線性v/f控制、拋物線特性v/

45、f控制。將變頻器參數(shù)p1300設(shè)為0，變頻器工作于線性 v/f控制方式，將使調(diào)速時(shí)的磁通與勵(lì)磁電流基本不變。適用于工作轉(zhuǎn)速不在低頻段的一般恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速對(duì)象。 </p><p>　　將p1300設(shè)為2，變頻器工作于拋物線特性v/f控制方式，這種方式適用于風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載。這類負(fù)載的軸功率n近似地與轉(zhuǎn)速n的3次方成正比。其轉(zhuǎn)矩m近似地與轉(zhuǎn)速n的平方成正比。對(duì)于這種負(fù)載，如果變頻器的v/f特性是線性關(guān)系，則低速時(shí)電機(jī)的許

46、用轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而造成功率因數(shù)和效率的嚴(yán)重下降。為了適應(yīng)這種負(fù)載的需要，使電壓隨著輸出頻率的減小以平方關(guān)系減小，從而減小電機(jī)的磁通和勵(lì)磁電流，使功率因數(shù)保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。 </p><p>　　可以進(jìn)一步通過設(shè)置參數(shù)使v/f控制曲線適合負(fù)載特性。將p1312在0至250之間設(shè)置合適的值，具有起動(dòng)提升功能。將低頻時(shí)的輸出電壓相對(duì)于線性的v/f曲線作適當(dāng)?shù)奶岣咭匝a(bǔ)償在低頻時(shí)定子電阻引起的壓降導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小

47、的問題。適用于大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的調(diào)速對(duì)象。 </p><p>　　變頻器v/f控制方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，在某些頻率段，電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速會(huì)發(fā)生振蕩，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)無法運(yùn)行，甚至在加速過程中出現(xiàn)過電流保護(hù)，使得電機(jī)不能正常啟動(dòng)，在電機(jī)輕載或轉(zhuǎn)矩慣量較小時(shí)更為嚴(yán)重。可以根據(jù)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的頻率點(diǎn)，在v/f曲線上設(shè)置跳轉(zhuǎn)點(diǎn)及跳轉(zhuǎn)頻帶寬度，當(dāng)電機(jī)加速時(shí)可以自動(dòng)跳過這些頻率段，保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。從p1091至p1094可以設(shè)定4個(gè)不同的跳

48、轉(zhuǎn)點(diǎn)，設(shè)置p1101確定跳轉(zhuǎn)頻帶寬度。 </p><p>　　有些負(fù)載在特定的頻率下需要電機(jī)提供特定的轉(zhuǎn)矩，用可編程的v/f控制對(duì)應(yīng)設(shè)置變頻器參數(shù)即可得到所需控制曲線。設(shè)置p1320、p1322、p1324確定可編程的v/f 特性頻率座標(biāo)，對(duì)應(yīng)的p1321、p1323、p1325為可編程的v/f 特性電壓座標(biāo)。 </p><p>　　參數(shù)p1300設(shè)置為20，變頻器工作于矢量控制。這種控制

49、相對(duì)完善，調(diào)速范圍寬，低速范圍起動(dòng)力矩高，精度高達(dá)0.01%，響應(yīng)很快，高精度調(diào)速都采用svpwm矢量控制方式。 </p><p>　　參數(shù)p1300設(shè)置為22，變頻器工作于矢量轉(zhuǎn)矩控制。這種控制方式是目前國(guó)際上最先進(jìn)的控制方式，其他方式是模擬直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，進(jìn)行保角變換而進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的，矢量轉(zhuǎn)矩控制是直接取交流電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行控制，控制簡(jiǎn)單，精確度高。 </p><p><b>

50、;　　2、快速調(diào)試 </b></p><p>　　在使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)前，必須進(jìn)行快速調(diào)試。參數(shù)p0010設(shè)為1、p3900設(shè)為1，變頻器進(jìn)行快速調(diào)試，快速調(diào)試完成后，進(jìn)行了必要的電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的計(jì)算，并將其它所有的參數(shù)恢復(fù)到它們的缺省設(shè)置值。在矢量或轉(zhuǎn)矩控制方式下，為了正確地實(shí)現(xiàn)控制，非常重要的一點(diǎn)是，必須正確地向變頻器輸入電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)，而且，電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測(cè)參數(shù)p1910必須在電動(dòng)機(jī)處于常溫時(shí)進(jìn)行

51、。當(dāng)使能這一功能 (p1910 =1)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信號(hào)a0541，給予警告，在接著發(fā)出on 命令時(shí)，立即開始電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)。 </p><p>　　3、加減速時(shí)間調(diào)整 </p><p>　　加速時(shí)間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時(shí)間，減速時(shí)間是指從最大頻率下降到0所需時(shí)間。加速時(shí)間和減速時(shí)間選擇的合理與否對(duì)電機(jī)的起動(dòng)、停止運(yùn)行及調(diào)速系統(tǒng)的響應(yīng)速度都有重大的影響。加速時(shí)間設(shè)置

52、的約束是將電流限制在過電流范圍內(nèi)，不應(yīng)使過電流保護(hù)裝置動(dòng)作。電機(jī)在減速運(yùn)轉(zhuǎn)期間，變頻器將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并通過逆變器將電能回饋到直流側(cè)。回饋的電能將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器兩端電壓上升。因此，減速時(shí)間設(shè)置的約束是防止直流回路電壓過高。加減速時(shí)間計(jì)算公式為： </p><p>　　加速時(shí)間:ta=(jm+jl)n/9.56(tma-tl) </p><p&

53、gt;　　減速時(shí)間:tb=(jm+jl)n/9.56(tmb-tl) </p><p>　　式中：jm 一 電機(jī)的慣量 </p><p>　　jl - 負(fù)載慣量 </p><p><b>　　n - 額定轉(zhuǎn)速 </b></p><p>　　tma- 電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　tmb -

54、電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　tl - 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　加減速時(shí)間可根據(jù)公式算出來，也可用簡(jiǎn)易試驗(yàn)方法進(jìn)行設(shè)置。首先，使拖動(dòng)系統(tǒng)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行(工頻運(yùn)行)，然后切斷電源，使拖動(dòng)系統(tǒng)處于自由制動(dòng)狀態(tài)，用秒表計(jì)算其轉(zhuǎn)速從額定轉(zhuǎn)速下降到停止所需要的時(shí)間。加減速時(shí)間可首先按自由制動(dòng)時(shí)間的1/2~1/3進(jìn)行預(yù)置。通過起、停電動(dòng)機(jī)觀察有無過電流、過電壓報(bào)警，調(diào)整加減速時(shí)間設(shè)定值，

55、以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳加減速時(shí)間。 </p><p><b>　　4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)置 </b></p><p>　　電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的設(shè)置往往被忽視，認(rèn)為加減速時(shí)間的正確設(shè)置可保證系統(tǒng)正常工作。其實(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)置不當(dāng)會(huì)使得系統(tǒng)振蕩，調(diào)速精度也會(huì)受到影響。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式： </p><p>　　j=t/dω/dt &

56、lt;/p><p>　　電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的獲得方法一樣，讓變頻器工作頻率在合適的值，5～10hz。分別讓電機(jī)空載和帶載運(yùn)行，讀出參數(shù)r0333額定轉(zhuǎn)矩和r0345電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間，再將變頻器工作頻率換算成對(duì)應(yīng)的角速度，代入公式，計(jì)算得出電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。設(shè)置參數(shù)p0341(電動(dòng)機(jī)的慣量)與參數(shù)p0342(驅(qū)動(dòng)裝置總慣量 / 電動(dòng)機(jī)慣量的比值)，這樣變頻器就能更好的調(diào)速。</p><p>　

57、　西門子變頻器M420實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置： </p><p>　　注意：端子18旁的AIN1拔到ON，5-9端子短接＋P2285延時(shí)啟動(dòng)， </p><p>　　9端=24V,28端=0V 28與4短接 </p><p>　　壓力信號(hào)直接接入3端＋和4端－，兩線制（有源）4-20MA輸入 </p><p>　　P756 ==2 選擇4-2

58、0MA輸入 </p><p>　　P757 ==4 最小值4MA </p><p>　　P759 ==20 最大值20MA </p><p>　　P761 ==4 死區(qū)為4MA </p><p>　　P1000==1 頻率設(shè)定的選擇 即為面板 </p><p>　　P2200==1 允許PID進(jìn)行閉環(huán)控制 </p

59、><p>　　P2231==1 PID設(shè)定值的保存 </p><p>　　P2240==52% （PID-MOP面板的設(shè)定值，允許用戶以[%]值的形式 </p><p>　　設(shè)定數(shù)字的PID設(shè)定值 </p><p>　　P2253==2250 （已激活的PID設(shè)定值） </p><p>　　P2257==20S 加速時(shí)間

60、</p><p>　　P2258==20S 減速時(shí)間 </p><p>　　P2264==755.0 （模擬量輸入1設(shè)定值） </p><p>　　P2280==0.5 （PID比例增益系數(shù)）－－經(jīng)驗(yàn)值 </p><p>　　P2285==10S （PID積分時(shí)間）－－經(jīng)驗(yàn)值 </p><p><b>　　P

61、2800==1 </b></p><p><b>　　P2802==1 </b></p><p>　　P2849==722.0 </p><p>　　P2850==5秒 </p><p>　　P2851==2 0</p><p>　　四、PLC外部接線圖</p><

62、p>　　PLC控制線路如圖（7）所示，控制主電動(dòng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)正常運(yùn)行、停車，以及控制變頻器的投入與切出。PLC經(jīng)過PID運(yùn)算后，得到控制量輸出給變頻器的數(shù)字輸入端，控制主電動(dòng)機(jī)的升、降速。</p><p>　　圖（7）PLC接線圖</p><p>　　五、 PLC實(shí)現(xiàn)PID的控制方式</p><p>　　5.1 PLC的PID程序介紹</p>

63、<p>　　1. PLC-PID控制器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本文以西門子S7-200PLC為例，說明PID控制的原理及PLC的PID功能指令的使用及控制功能的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2. PID控制器的數(shù)字化</p><p>　　PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化寫成離散形式的PID控制方程，再跟據(jù)離散方程進(jìn)

64、行控制程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖7所示。圖7sp(t)是給定值，pv(t)是反饋量，c(t)是系統(tǒng)的輸出量，PID控制的輸入輸出關(guān)系式為:</p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　M(t)—控制器的輸出量，M0為輸出的初始值;</p><p>　　e

65、(t)=sp(t)-pv(t)－誤差信號(hào);</p><p><b>　　KC比例系數(shù);</b></p><p>　　TI－積分時(shí)間常數(shù);</p><p>　　TD－微分時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　圖（7） 連續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　式(1)的右邊前3項(xiàng)分別是比例、積分、微分部

66、分，它們分別與誤差，誤差的積分和微分成正比。如果取其中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)，可以組成P、PD或PI控制器。</p><p>　　假設(shè)采樣周期為TS，系統(tǒng)開始運(yùn)行的時(shí)刻為t＝0，用矩形積分來近似精確積分，用差分近似精確微分，將公式1離散化，第n次采樣時(shí)控制器的輸出為: (2)</p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　en-1－第n

67、-1次采樣時(shí)的誤差值;</p><p><b>　　KI－積分系數(shù);</b></p><p><b>　　KD－微分系數(shù)。</b></p><p>　　基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖2所示。圖中的虛線部分在PLC內(nèi)。其中spn、pvn、en、Mn分別為模擬量在sp(t)、pv(t)、e(t)、M(t)在第n次采樣時(shí)的數(shù)字量。

68、</p><p>　　圖（8） PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 </p><p>　　在許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要P、I、D中的一種或兩種控制類型。如可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過設(shè)置參數(shù)可對(duì)回路進(jìn)行控制類型進(jìn)行選擇。</p><p>　　3. 輸入輸出變量的轉(zhuǎn)換</p><p>　　PID控制有兩個(gè)輸入量:給定值(sp)和過程變量(pv

69、)。多數(shù)工藝要求給定值是固定的值，如加熱爐溫度的給定值。過程變量是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和計(jì)算后得到的被控量的實(shí)測(cè)值，如加熱爐溫度的測(cè)量值。給定值與過程變量都是與被控對(duì)象有關(guān)的值，對(duì)于不同的系統(tǒng)，它們的大小、范圍與工程單位有很大的區(qū)別。應(yīng)用PLC的PID指令對(duì)這些量進(jìn)行運(yùn)算之前，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的浮點(diǎn)數(shù)(實(shí)數(shù))。</p><p>　　同樣，對(duì)于PID指令的輸出，在將其送給D/A轉(zhuǎn)化器之前，也需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p&g

70、t;<p>　　5.2 PID梯形圖程序</p><p>　　PID程序基于EM 235 CN擴(kuò)展模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　　圖（9）PID程序</b></p><p><b>　　六、小結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過一周半的時(shí)間，本次課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，本次課程

71、設(shè)計(jì)我們的題目是退火爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，剛開始的時(shí)候我們對(duì)這個(gè)課題是毫無頭緒，完全不知道是什么意思，當(dāng)然之前對(duì)退火爐溫度控制系統(tǒng)有所耳聞，因?yàn)橹皩W(xué)過電力拖動(dòng)和PLC這兩門課，不過學(xué)的不精，就跟天書一樣，開始我們什么也不知道所以也沒有什么感覺，后來我們經(jīng)過對(duì)這個(gè)課題的深入了解，越來越感覺到這個(gè)課題的難度，好在我們組學(xué)霸比較多，經(jīng)過我們的共同協(xié)作理解，本次課程設(shè)計(jì)圓滿完成任務(wù)。</p><p>　　老師在課設(shè)的第

72、一節(jié)課給我們布置任務(wù)時(shí)，我感覺我們的題目很簡(jiǎn)單?？墒沁M(jìn)一步做分析后我們發(fā)現(xiàn)1、思路不明確，根本不知道從什么地方入手；2、基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)，發(fā)現(xiàn)很多概念都模糊了。當(dāng)我們靜下心來，認(rèn)真理解題目并規(guī)劃好做題步驟，就發(fā)現(xiàn)原來目標(biāo)還是很明確的。首先，我們把有關(guān)電力拖動(dòng)這門課的基本知識(shí)重新復(fù)習(xí)了一遍，然后我們經(jīng)過多方查閱資料，將課程設(shè)計(jì)的大體步驟列出。最后將每一步的工作都具體化，就這樣我們一步步完成了課程設(shè)計(jì)。</p><p>

73、;　　本次課程設(shè)計(jì)共用了一周半的時(shí)間，在這一周半的時(shí)間里我們共同努力，不會(huì)的知識(shí)就去用圖書館查資料或者上網(wǎng)查資料，不斷的探索，解決一個(gè)個(gè)疑點(diǎn)，在這個(gè)過程中，我們掌握了課題上一知半解沒有掌握的東西，對(duì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)更加了解和理解了。</p><p>　　通過這次電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，我們不僅更加深刻地理解電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)這門課，更進(jìn)一步提高了我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。通過課程設(shè)計(jì)將所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)聯(lián)

74、系在一起，我們明白了理論知識(shí)的重要性和應(yīng)用范圍的寬廣，加深了對(duì)專業(yè)、對(duì)工程設(shè)計(jì)的理解。更加重要的是我們認(rèn)識(shí)到做事要有耐心，切忌浮躁。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)最大的收獲是我在課程設(shè)計(jì)中體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。古語有云：眾人拾柴火焰高。當(dāng)思路卡殼時(shí)，大家一起討論，很快便會(huì)有比較好的解決辦法，在此也感謝我們組所有成員對(duì)我的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

75、/b></p><p>　　1.陳伯時(shí)主編 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>　　2.陳伯時(shí), 陳敏遜. 交流調(diào)速系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社1998</p><p>　　3.張燕賓著 SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù) ，機(jī)械工業(yè)出版社1997</p><p>　　4.王兆義主編·