变频流量自动控制系统

本科生课程设计

题目：变频流量自动控制系统的设计

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：

姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

电力拖动自动控制系统设计任务书

1．题 目

变频流量自动控制系统的设计

2．原始资料

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PLC Pc 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SF 1断路器SF 2断路器KM1KM2

M2M12#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1 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．具体任务及技术要求

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；

2) PLC、变频器、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；

5)PID原理分析与选用；PID在PLC中实现。

4．实物内容及要求

课程设计报告文本内容包括：1.封面；2.任务书；3.目录；4.正文；5.参考文献 6.附录（课程设计有关程序）。

5．完成期限

任务书写于2011年2月16日，完成期限为2011年2月25日

6．指导教师

王永华吴远网

目录

1工程概况................................................................................................................................... - 5 -

1.1系统概述........................................................................................................................ - 5 -

1.2系统控制要求：............................................................................................................ - 5 -

1.3流量自动控制系统结构框图........................................................................................ - 6 -

1.4主电路设计.................................................................................................................... - 6 -

1.5控制线路设计................................................................................................................ - 7 -

2 元器件的选择.......................................................................................................................... - 8 -

2.1 变频器的选型............................................................................................................... - 9 -

2.2 变频器接线图............................................................................................................. - 13 -

2.3 涡街流量计的选型..................................................................................................... - 14 -

2.4 PLC的选型 .............................................................................................................. - 15 -

3 PID在PLC中实现................................................................................................................ - 15 -

3.2 PID控制器的数字化 .................................................................................................. - 15 -

3.3输入输出变量的转换.................................................................................................. - 16 -

3.4 PID指令及其回路表 .................................................................................................. - 18 -

4 小节与体会............................................................................................................................ - 20 -

5 参考文献................................................................................................................................ - 21 -

1工程概况

1.1系统概述

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PLC Pc 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SF 1断路器SF 2断路器KM1KM2

M2M12#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1.1 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。

1.2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。

1.3流量自动控制系统结构框图

图1.2流量自动控制系统结构框图

变频调速系统将管道流量作为控制对象，涡街流量器将管道的流量转变为电信号送给PLC，通过PLC实现PID算法控制。在PLC中，将流量信号与流量给定值进行比较，并根据差值的大小按预先设定好的PID控制模式进行运算，产生控制信号去控制变频器的输出电压和频率，调整水泵的转速，从而使实际流量始终维持在给定流量上。另外，采用该方案后，水泵从静止到稳定转速可由变频器实现软启动，避免了启动时大电流对电网的冲击和启动给水泵带来的机械冲击。

1.4主电路设计

控制过程为：根据液位开关给定的档位，经过PLC的PID控制算法计算，将输出量输出给变频器再控制水泵送水。有两台变频器和水泵互为备用。在必要时还可以切换成手动控制。

图1.3主电路图

1.5控制线路设计

PLC控制线路如图1.4,、1.5所示，控制电路控制正常运行、停车、手动切换，但当主变频器1出现故障时，变频器内部继电器R1的常闭触点R1（R1B，R1C）断开，交流接触器KM1、KM2线圈断电，切断变频器与交流电源和电动机的连接。同时R1的常开触点R1（R1A，R1C）闭合，一方面接通由蜂鸣器HA和指示灯HL组成的声光报警电路，另一方面PLC内部定时器定时，其常开触点延时闭合，自动接通备用变频器2运行电路。此时操作人员应及时将SA拨到备用变频器位置，声光报警结束，及时检修变频器。

在变频器运行时，不能通过SB1停车，只能通过SB3以正常模式停车，与SB1并联的KA常开触点保证了这一要求。