变频流量自动控制系统设计分析

电力拖动控制系统课程设计

成绩

题目：变频流量自动控制系统设计

教学单位：控制工程学院

专业：自动化

学号：1109101046

姓名：王磊

指导教师：王宁

2014年11月

目录

1工程概况 (1)

1.1系统概述 (1)

1.2系统控制要求： (1)

1.3流量自动控制系统结构框图 (2)

1.4主电路设计 (2)

1.5控制线路设计 (3)

2 元器件的选择 (4)

2.1 变频器的选型 (5)

2.2 变频器接线图 (5)

2.3 涡街流量计的选型 (6)

2.4 PLC的选型 (7)

3 PID在PLC中实现 (7)

3.1 PLC实现PID控制的方式 (7)

3.2 PID控制器的数字化 (7)

3.3输入输出变量的转换 (8)

3.4 PID指令及其回路表 (10)

3.5 PID在PLC中实现的梯形图 (11)

4 小节与体会 (13)

参考文献 (13)

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。

汽提塔

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。

图1.4 PLC控制线路

图1.5 PLC的输入端口

2 元器件的选择

2.1 变频器的选型

根据我们所用的水泵功率为5.5kW，因此我们选用施耐德Altivar31型变频器。性能描述：

功率范围：0.18-15KW；

电压等级：200－500V；

加减速时间、曲线调整；

点动、电动电位器、给定值记忆；

给定值切换；

PI调节器，预置PI设定，PI调节器自动手动切换；

摆频控制，限位开关控制；

马达切换，抱闸控制；

I/o设置：3个模拟输入，1模拟逻辑混合输出；

逻辑端口可配置，支持正负逻辑；

自动直流注入；

降低噪声的开关频率控制；

混合模式（给定、控制命令源的组合）；

故障停车模式管理（自由停车，快速停车，直流制动停车）；

飞车起动断电时受控停车，可在供电电压低至－50％情况下工作电机热保护。

2.2 变频器接线图

本课题采用的是2线控制，模拟电压信号由PLC输出经AI1端子给定。

参数设置如下：

1）drC－FCS＝InI——恢复出厂设置；

2）FLt－OPL＝nO——电机缺相不检测；

3）I-O－tCC＝2C——设置控制方式；

4）I-O－rrS＝LI2——设置反转（变频器默认，可以不设置）；

5）CtL－Fr1＝AI1——设置给定方式；

PLC控制KA1、KA2、KA3、KA4闭合，电机正转，变频器显示运行频率。PLC 输出模拟量至变频器AI1端，控制变频器运行频率，继而控制水泵电机的转速。

图2.1变频器接线图

2.3 涡街流量计的选型

本系统采用LUGB型涡街流量计，LUGB 型涡街流量计是根据卡门涡街原理测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。并可作为流量变送器应用于自动化控制系统中。参比条件下涡街流量传感器工况流量范围表如表2.1所示，其主要参数如下：

精度等级：±1％、±1.5％；

连接方式：法兰夹装、法兰连接等；

介质温度：-40℃～250℃、-40℃～350℃；

公称压力：2.5Mpa(＞2.5 Mpa)；

输出方式：脉冲输出、4-20mA标准信号；

供电电源：24V；3.6V锂电池；