退火爐溫度控制系統(tǒng)

1、本科生課程設(shè)計(jì)題目：退火爐溫度控制系統(tǒng)課程：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)專業(yè)：電氣工程與其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué) 號(hào)：某某：指導(dǎo)教師：完成日期：2015年3月20日任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)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(guò)程與設(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)工作打下必要的根底。二、課程設(shè)計(jì)的要求1、熟悉交直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)原如此，設(shè)計(jì)內(nèi)容以與設(shè)計(jì)程序的 要求。2、掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制圖的根本規(guī) X,熟練掌握電氣控制局部的新圖標(biāo)。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)。4、培養(yǎng)獨(dú)立工作能力、創(chuàng)

2、造能力與綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn) 題的能力。三、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容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空制柜、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)定值比擬，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)量的改變與空/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)最優(yōu)空/燃配比。四、進(jìn)度安排：本課程設(shè)計(jì)時(shí)間共1.5周，進(jìn)度安排如下：1、 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī) X,熟悉課題設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容。1.5天2

3、、分析控制要求、控制原理設(shè)計(jì)控制方案1.5天3、 繪制控制原理圖、控制流程圖、端子接線圖。2天4、 編制程序、梯形圖設(shè)計(jì)、程序調(diào)試說(shuō)明。1.5天5、 整理圖紙、寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。1.5天五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容完成如下課題的課程設(shè)計(jì)與報(bào)告課題工藝要求由課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)提供退火爐溫度控制系統(tǒng)目錄1. 工程概況21.1概述21.2退火工藝過(guò)程22. 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)42.1控制原理方案42.2主電路設(shè)計(jì)53. 控制系統(tǒng)器件選擇5溫度變送器的選擇 53.1.1 SBWR熱電偶溫度變送器介紹 53.1.2 SBWR技術(shù)參數(shù)5最后確定溫度變送器的型號(hào)、類(lèi)別：73.2 PLC的選型：73.2.1 PLC選型要求7

4、322 PLC與其擴(kuò)展模塊選擇結(jié)果8變頻器的選型：8變頻器選型要求8變頻器選擇結(jié)果 9變頻器參數(shù)設(shè)置104. PLC外部接線圖125. PLC實(shí)現(xiàn)PID的控制方式 135.1 PLC的PID程序介紹135.2 PID梯形圖程序146小結(jié)與體會(huì)16參考文獻(xiàn)171.工程概況1.1概述退火是金屬熱處理中的重要工序，通過(guò)退火可以達(dá)到細(xì)化組織、降低硬度、改善切削性能、消除內(nèi)應(yīng)力等目的。 在退火爐的運(yùn)行過(guò)程中，需要檢測(cè)并控制的參數(shù)較多，但根本上都圍繞溫度這個(gè)核心。在燃?xì)馔嘶馉t燃燒過(guò)程控制中，需要克制控制對(duì)象的多變性、非線性、 噪聲、不對(duì)稱增益、較大純滯后等多方面因素的影響，實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的爐溫和壓力控制。根據(jù)

5、統(tǒng)計(jì)分析，燃燒過(guò)程中空氣過(guò)剩率控制要適宜，因此，控制系統(tǒng)應(yīng)該通過(guò)控制空氣和天然氣的比例保持最優(yōu)燃燒狀態(tài)。此外，爐膛壓力是隨工況變化的，其變化影響爐溫和熱效率。要維持穩(wěn)定的爐溫，還需對(duì)爐膛壓力進(jìn)展調(diào)節(jié)。由此可見(jiàn)，要保證退火質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)燃燒狀態(tài)，控制系統(tǒng)應(yīng)包括以下組成局部：天然氣、空氣流量調(diào)節(jié)回路；空氣燃?xì)庾顑?yōu)比例調(diào)節(jié)回路；爐膛壓力調(diào)節(jié)回路。 本文以燃?xì)馔嘶馉t為研究對(duì)象，結(jié)合某企業(yè)設(shè)備改造的需求，采用可編程邏輯控制器(Programmable Logic Con troller, PLC)和工控組態(tài)軟件以與 VB語(yǔ)言完成對(duì)燃?xì)馔嘶馉t的智能控制的開(kāi)發(fā)，包括硬件系統(tǒng)平臺(tái)和軟件系統(tǒng)平臺(tái)。1.2退火工藝

6、過(guò)程退火是將鋼件或各種機(jī)械零件加熱到臨界點(diǎn)Ac3以上的適當(dāng)溫度、在爐內(nèi)保溫緩慢冷卻的工藝方法。其目的是細(xì)化組織、降低硬度、改善機(jī)械切削加工性能與去除內(nèi)應(yīng)力。圖1為某企業(yè)常用退火材料的工藝曲線，所要求的一般工作情況是，在一段時(shí)間(3.0 h3.5 h)從常溫較平穩(wěn)地升溫到 640 800 C之間的某一工藝要求溫度 (根據(jù)待退火材料的種類(lèi)而設(shè) 定)，在此退火工藝溫度下保溫一段時(shí)間(如5 h)。整個(gè)控制過(guò)程分為升溫與保溫2個(gè)階段。升溫時(shí)，無(wú)須使實(shí)際升溫曲線緊跟設(shè)定曲線，只要求溫度曲線是平穩(wěn)上升的趨勢(shì)；保溫階段是控制的重點(diǎn)，為了獲得好的退火效果，需以盡量小的波動(dòng)穩(wěn)定在設(shè)定的保溫溫度，一般要求限于土 5

7、C X圍內(nèi)波動(dòng)；保溫完畢后要求緩慢隨爐冷卻，此階段無(wú)需控制。900750600450300150b468時(shí)間/h10 12某企業(yè)常用退火材料的工藝曲線某企業(yè)的燃?xì)馔嘶馉t采用傳統(tǒng)手動(dòng)控制方式，在這種方式下現(xiàn)場(chǎng)操作人員需不斷地將爐溫觀測(cè)值與給定值做比擬， 然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接在操作器上手動(dòng)設(shè)定天然氣、空氣和爐壓閥位，以增大或減小供應(yīng)爐體的熱量，使?fàn)t溫保持給定溫度。 但由于燃?xì)馔嘶馉t的燃燒過(guò)程受到多種因素的干擾，因此即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工人，也很難全面考慮各種因素的影響，準(zhǔn)確控制燃燒過(guò)程，常常造成產(chǎn)品質(zhì)量不能保證。 有時(shí)，對(duì)助燃風(fēng)調(diào)節(jié)的盲目性造成煙囪冒出大量 黑煙和能量消耗過(guò)大等，對(duì)環(huán)境造成污染。圖2是

8、該燃?xì)馔嘶馉t改造前的一次退火熱處理的溫度記錄曲線，從曲線中不難看出，這種手動(dòng)控制時(shí)爐溫波動(dòng)大、控制精度低。實(shí)際生產(chǎn)中退火材料容易脫碳，難以達(dá)到工藝要求，嚴(yán)重影響了退火質(zhì)量，限制了該企業(yè)的生產(chǎn)開(kāi)展。時(shí)間退火爐改造前一次退火熱處理溫度記錄曲線2控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1控制原理方案本系統(tǒng)裝有3套熱電偶反應(yīng)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。退火爐険度揑制帯籃氏逢組咸燃?xì)馔嘶馉t是一個(gè)復(fù)雜的受控對(duì)象，具有多參數(shù)、非線性、時(shí)變性、純滯后、多干擾等 特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)展準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)建模非常困難

9、，模糊控制不需要被控對(duì)象的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，并且可以引入專家經(jīng)驗(yàn)，因此，可以較好地解決燃?xì)馔嘶馉t的溫度控制問(wèn)題。但由于單獨(dú)使用模糊控制不易消除穩(wěn)態(tài)誤差，且對(duì)控制器運(yùn)算性能要求較高，而PID算法簡(jiǎn)單又可以較好地消 除穩(wěn)態(tài)誤差，因此本文將模糊控制與 PID控制結(jié)合，利用模糊控制實(shí)時(shí)修正PID參數(shù)，提高了系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。自整定模糊PID控制器結(jié)構(gòu)2.2主電路設(shè)計(jì)主電路局部為一臺(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電源由變壓器提供。主電路圖3. 控制系統(tǒng)器件選擇3.1.1 SBWR熱電偶溫度變送器介紹SBW熱電偶溫度變送器、SBWZ電阻

10、溫度變送器是 DDZ-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420mA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)防以與科研等工業(yè)部門(mén)。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)共用一樣的兩根普通導(dǎo)線。 變送器把測(cè)溫元件所測(cè)得的微弱信號(hào)直接放大成（420）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)3.1.2

11、 SBWR技術(shù)參數(shù)1輸入信號(hào)：熱電阻Pt100、Cu50、Cu100,測(cè)量間距10 C以上任何溫度 X圍輸出信號(hào)：電流:（420）mA DC電壓:（15）V DC輸出阻抗：250 Q允許負(fù)載變化 0500 Q根本誤差：土 0.1%、土 0.5%熱電阻溫變溫度漂移：土 0.1%/10 C 熱電阻溫度傳輸方式：兩線制傳輸工作環(huán)境溫度：溫度-1075 C 濕度 90%電 源：24V DC土 10%（或配電器、安全柵供電）功耗：w 0.5W,2溫度變送器特點(diǎn)1、采用環(huán)氧樹(shù)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。2、 現(xiàn)場(chǎng)安裝于熱電阻、熱電偶的接線盒內(nèi)，直接輸出420mA這樣既省去較貴

12、的補(bǔ) 償導(dǎo)線費(fèi)用，又提高了信號(hào)長(zhǎng)距離傳送過(guò)程中的抗干擾能力。3、 精度高、功耗低、使用環(huán)境溫度X圍寬、工作穩(wěn)定可靠。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。3主要技術(shù)指標(biāo)：1、輸入：熱電阻 Pt100、Cu50、Cu100熱電偶 K、E、S、B、T、J、N2、輸出：在量程X圍內(nèi)輸出420mA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。2、根本誤差：土 0.2%、

13、土 0.5%4、傳送方式：二線制3、 變送器工作電源電壓最低12V,最高35V,額定工作電壓 24V。4、 負(fù)載：極限負(fù)二載電阻按下式計(jì)算RLmax=50X Vmm-12 即24V時(shí)負(fù)載電阻 可在0600Q X圍內(nèi)選用額定負(fù)載 250 Q。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w 0.05%1C 8、正常工作環(huán)境：a、環(huán)境溫度-25 C+80C b、相對(duì)濕度5%- 95%c機(jī)械振動(dòng)f w4接線方式：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熱電

14、偶溫度變送器校驗(yàn)步驟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。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 4mA3、 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)后的值例：在校驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)室溫為7C,輸入信號(hào)為K,量程為01000C的溫度變送器標(biāo)定， 通過(guò)查表得知7C對(duì)應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)為0.277mV, 1000C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

15、表讀數(shù)為 4mA正接后電位差計(jì)輸出讀數(shù)為 40.992mV 41.269mV0.277mV， 調(diào)整電位器S,使電流表讀數(shù)為 20mA5熱電阻溫度變送器校驗(yàn)步驟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。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)整電位器乙使電流表的讀數(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0100C的溫度變送器。正確接線后，電阻箱輸出100QQ （即熱電阻在100C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)

16、為 20mA最后確定溫度變送器的型號(hào)、類(lèi)別:型號(hào)傳感器分度號(hào)最大量程規(guī)疋規(guī)疋最小值量程X圍 上限下限之差SBWR-2160Eo 800 r3oo r3.2 PLC的選型:PLC選型要求1輸入輸出I/O丨點(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?，通常根?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)展圓整。2存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)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1015倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)16

17、位為一個(gè)字，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。3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。4機(jī)型的選擇1. PLC的類(lèi)型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類(lèi)，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類(lèi)；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)，通常可按控制功 能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。2. 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(lèi)型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓X圍廣、壽命短、響

18、應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)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(guò)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，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。3. 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(shuō)明書(shū)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) 采用不連續(xù)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，否如此應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC,對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。4. 存儲(chǔ)器的

19、選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的開(kāi)展， 存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常 投運(yùn)，一般要求 PLC的存儲(chǔ)器容量，按 256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制 功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。5. 冗余功能的選擇控制單元的冗余(1) 重要的過(guò)程單元：CPU包括存儲(chǔ)器與電源均應(yīng)1B1冗余。(2) 在需要時(shí)也可選用 PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。 I/O 接口單元的冗余(1) 控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。(2) 重要檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。3根據(jù)需要對(duì)重要的I/O信號(hào)，可選用2 重化或3重化的I/O 接口單元。6. 經(jīng)

20、濟(jì)性的考慮選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)展比擬和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能X圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。根據(jù)系統(tǒng)所需I/O點(diǎn)數(shù)，系統(tǒng)程序所需存儲(chǔ)容量以與系統(tǒng)需要用PID進(jìn)展調(diào)節(jié)。3.2.2 PLC與其擴(kuò)展模塊選擇結(jié)果EM 235。最后經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，選擇西門(mén)子S7-200PLC, CPU為

21、221，模擬量輸入輸出模塊為EM 3S5! “理一 FI 日Hrs曰一申匚 4 Jg4 J-土上斶5 101堪制帽樓1 記黑2*DC電*Ml：負(fù)卩:詞 _亠 -EM 235端口連接圖3.3變頻器的選型:1采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。2變頻器的負(fù)載類(lèi)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。3變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題；1. 電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。2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)載如深水泵等如此需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過(guò)載能力。3 轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)

22、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。5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，防止 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。變頻器選擇結(jié)果綜合以上情況，選擇 MICROMASTER 420經(jīng)校驗(yàn)，滿足要求。Ettrnjl24 VDIS1INSawnss. lijjmfi5仇I七站 Pl 1：E rr*二 NJTsop nt4L1,LL JEH”h3jc ST ayne 劃

23、f 羽 i邙je snejrt *9* 罠 劃 hstxT ooiiijurw io m 31：iem dataUV.M1 - j f w,W1-1!PEaulnrsflci|PiMICROMASTER 42框 圖變頻器參數(shù)設(shè)置1方式選擇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)如下關(guān)系式?jīng)Q定： p= t n/9550式中：p-電動(dòng)機(jī)功率（kw）t-轉(zhuǎn)矩（n ?m）n-轉(zhuǎn)速（r/ min）轉(zhuǎn)矩t與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系根據(jù)負(fù)載種類(lèi)大體可分為3種：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(lèi)負(fù)載如傳送帶、起重機(jī)、擠壓機(jī)、 壓縮機(jī)等。2. 隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的平方

24、減小的負(fù)載。此類(lèi)負(fù)載如風(fēng)機(jī)、各種液體泵等。3. 轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)矩越小的恒功率負(fù)載。此類(lèi)負(fù)載如軋機(jī)、機(jī)床主軸、卷取機(jī)等。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/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)磁電流根本不變。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。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(lèi)負(fù)載。這類(lèi)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，如

25、此低速時(shí)電機(jī)的許用 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)腦圍內(nèi)。可以進(jìn)一步通過(guò)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 適宜的值，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)矩減小的問(wèn)題。適用于大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的調(diào)速對(duì) 象。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(wú)法運(yùn)行，甚至在加速過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)， 使得電機(jī)不能正常啟

26、動(dòng)，在電機(jī)輕載或轉(zhuǎn)矩慣量較小時(shí)更為嚴(yán)重?？梢愿鶕?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)與跳轉(zhuǎn)頻帶寬度，當(dāng)電機(jī)加速時(shí)可以自動(dòng)跳過(guò)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)不同的跳轉(zhuǎn)點(diǎn)，設(shè)置 p1101確定跳轉(zhuǎn)頻帶寬度。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)。參數(shù)p1300設(shè)置為20,變頻器工作于矢量控制。這種控制相對(duì)完善，調(diào)速X圍寬，低速X圍起動(dòng)力

27、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。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)展保角變換而進(jìn)展調(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)展控制，控制簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高。2快速調(diào)試在使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)前，必須進(jìn)展快速調(diào)試。參數(shù)p0010設(shè)為1、p3900設(shè)為1,變頻器進(jìn)展快速調(diào)試，快速調(diào)試完成后，進(jìn)展了必要的電動(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

28、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)展。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(kāi)始電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)。3加減速時(shí)間調(diào)整加速時(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)行與調(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)置的約束是將電流限制在過(guò)電流X圍內(nèi)，不應(yīng)使過(guò)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(guò)逆變器將電能回饋到直流側(cè)?；仞伒碾娔軐?dǎo)致

29、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(guò)高。加減速時(shí)間計(jì)算公式為：加速時(shí)間:ta=(jm+jl)n/9.56(tma-tl)減速時(shí)間:tb=(jm+jl)n/9.56(tmb-tl)式中：jm 電機(jī)的慣量jl -負(fù)載慣量n -額定轉(zhuǎn)速 tma-電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 tmb -電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩tl -負(fù)載轉(zhuǎn)矩加減速時(shí)間可根據(jù)公式算出來(lái)，也可用簡(jiǎn)易試驗(yàn)方法進(jìn)展設(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?gòu)念~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1/21/3進(jìn)展預(yù)置。通過(guò)起、停電動(dòng)機(jī)觀察

30、有無(wú)過(guò)電流、過(guò)電壓報(bào)警，調(diào)整加減速時(shí)間設(shè)定值，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不 發(fā)生報(bào)警為原如此，重復(fù)操作幾次，便可確定出最優(yōu)加減速時(shí)間。4轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)置電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的設(shè)置往往被無(wú)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：j =t/d 3 /dt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適宜的值，510hz。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)

31、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。西門(mén)子變頻器 M420實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置：注意：端子18旁的AIN1拔到ON 5-9端子短接+ P2285延時(shí)啟動(dòng)，9端=24V,28端=0V 28與4短接壓力信號(hào)直接接入 3端+和4端，兩線制有源4-20MA輸入P756 =2 選擇 4-20MA 輸入P757 =4 最小值 4MAP759 =20 最大值 20MAP761 =4 死區(qū)為 4MAP1000=1頻率設(shè)定的選擇即為面板P2200=1允許PID進(jìn)展閉環(huán)控制P223仁=1 PID設(shè)定值的保存P2240=52% PID-MOP面板的設(shè)定值，允許用戶以 %值的形式設(shè)定數(shù)字的P

32、ID設(shè)定值P2253=2250 已激活的PID設(shè)定值P2257=20S加速時(shí)間P2258=20S減速時(shí)間P2264=755.0 模擬量輸入1設(shè)定值P2280=0.5 PID比例增益系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值P2285=10S PID積分時(shí)間經(jīng)驗(yàn)值 P2800=1P2802=1P2849=722.0P2850=5秒P285仁=2 04. PLC外部接線圖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(chē)，以與控制 變頻器的投入與切出。PLC經(jīng)過(guò)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。n屯土產(chǎn)丈褸4Jtf #()?*l=Z*S-b -耗豊叫奧盤(pán)毗書(shū)朝j2辜土注電吒

33、! tr. staiTr*M-JM-1；GWCOMKIOC10t0282ai回KH00409OSS0?H.OCT.Q! MJAl 1gillCl 3IS 41- ptsQT5111oidIlTUTTJU音A.-V31 dua iNVi一 KU3143KIMIOHwUr -o-oKMT mg-LJ-o43unKJU1KillKillwi11KMlKM1KK14J 百：i?. mrA*. .；* ：*-處】可!a：j* ：iPLC接線圖5. PLC實(shí)現(xiàn)PID的控制方式5.1 PLC的PID程序介紹1. PLC-PID控制器的實(shí)現(xiàn)本文以西門(mén)子S7-200PLC為例，說(shuō)明PID控制的原理與PLC的PI

34、D功能指令的使用與控 制功能的實(shí)現(xiàn)。2. PID控制器的數(shù)字化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)律為根底，將其數(shù)字化寫(xiě)成離散形式的PID控制方程，再跟據(jù)離散方程進(jìn)展控制程序設(shè)計(jì)。在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1所示。圖1中sp(t)是給定值，pv(t)是反應(yīng)量，c(t)是系統(tǒng)的輸出量，PID控制的輸入輸出關(guān)系式為：11 rIEiF)| L.: 12 f t -丿：/I生()式中:M(t)控制器的輸出量，M0為輸出的初始值 e(t)=sp(t)-pv(t) 誤差信號(hào);KC比例系數(shù)；TI 積分時(shí)間常數(shù)；TD-微分時(shí)間常數(shù)。連續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖式的右邊前3項(xiàng)分別是比例、積分、微分局部，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。假設(shè)采樣周期為 TS,系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)刻為 t = 0,用矩形積分來(lái)近似準(zhǔn)確積分，用差分近似準(zhǔn)確微分，將公式 1離散化，第n次采樣時(shí)控制器的輸出為:en-1 第n-1次采樣時(shí)的誤差值；KI積分系數(shù)；KD-微分系數(shù)?；赑LC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖2所示。圖中的虛線局部在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