退火炉温度控制系统课程设计

扬州大学水利与能源动力工程学院本科生课程设计

题目：退火炉温度控制系统

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：电气1101

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：

第一部分

任

务

书

电力拖动自动控制系统课程设计任务书

一、课程设计的目的

通过电力拖动自动控制系统的设计、了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事技术工作打下必要的基础。

二、课程设计的要求

1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。

2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。

3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。

4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问

题的能力。

三、课程设计的内容

完成某一给定课题任务，按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。

四、进度安排：共1.5周

本课程设计时间共1.5周，进度安排如下：

1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天）

2、分析控制要求、控制原理设计控制方案（1.5天）

3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天）

4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天）

5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天）

五、课程设计报告内容

完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供）退火炉温度控制系统

六、参考书

1、陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版) 机械工业出版社 1992

2、陈伯时, 陈敏逊交流调速系统机械工业出版社 1998

3、张燕宾著 SPWM变频调速应用技术机械工业出版社 1997

4、王兆义主编《可编程控制器教程》主编

5、徐世许主编《可编程控制器教程原理、应用、网络》主编

6、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册中国电力出版社

第二部分

课

程

设

计

报

告

目录

一、退火炉温度控制系统概述 (1)

二、控制系统方案设计 (2)

2.1控制原理方案 (2)

2.2主电路设计 (3)

三、控制系统器件选择 (4)

3.1温度变送器的选择 (4)

3.1.1 SBWR热电偶温度变送器介绍 (4)

3.1.2 SBWR技术参数 (4)

3.1.3最后确定温度变送器的型号、类别： (6)

3.2 PLC的选型 (6)

3.2.1 PLC选型要求 (6)

3.2.2 PLC及其扩展模块选择结果 (8)

3.3变频器的选型 (9)

3.3.1变频器选型要求 (9)

3.3.2变频器参数设置 (11)

四、PLC外部接线图 (15)

五、 PLC实现PID的控制方式 (16)

5.1 PLC的PID程序介绍 (16)

5.2 PID梯形图程序 (18)

六、小结与体会 (20)

参考文献 (201)

一、退火炉温度控制系统概述

退火炉温度控制系统由一台上位机操作台、一台SIEMENS S7-200 PLC 控制柜、一台变频器控制柜，3台风机，3台水

煤浆输送泵组成。 加热段的三个炉段，各

段于炉顶设一支热电偶，根据热电偶采集的

炉温信号，与设定值比较，经PID 计算后输

出控制信号变频器调节水煤浆流量，改变烧

嘴的输出功率，实现温度自动控制。同时根

据助燃风量的改变及空/燃比例阀的配比，

手动调节助燃风流量燃气的流量，实现最佳空/燃配比。

本系统装有3套热电偶反馈的闭环流量控制系统，分别控制3台3.7KW 变频器调节3台水煤浆输送泵化工泵转速，改变烧嘴的输出功率，实现温度自动控制。满足退火炉的工艺要求、温度实时显示。

1)分析控制要求、控制原理设计控制方案；画出温度自动控制系统结构框图；

2) PLC 、变频器、温度传感器的选择；

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) PID 原理分析与选用；PID 在PLC 中实现。

PLC 3#变频器SF 2断路器SF

断路器KM 3KM 3隔离变压器SF 4断路器3#温度变

送器

退火炉温度控制系统原理组成

1#变频器隔离开关

SF 1断路器KM 1I-3M 4M21#喷流泵

1#空气压缩机2#空气压缩机I-52#喷流泵3#喷流泵3#空气压缩机2#温度变送器1#温度变送器退火炉

M 1

33SF 3#变频器T

T

T

1#温度显示器

3#温度显示器2#温度显示器

Pc 工控机

P

压力控制器

控制柜

I-142

二、控制系统方案设计

2.1控制原理方案

整个控制系统由一台上位机操作台、一台SIEMENS S7-200 PLC控制柜、一台变频器控制柜，3台风机，3台水煤浆输送泵组成。

图（2）退火炉控制系统原理组成

退火过程是个非常复杂的过程，受各种因素的影响，因此不能采用开环控制，容易产生稳态误差，而PID控制可以很好的消除稳态误差因此事较好的选择。具体控制过程为：由热电偶采集炉体温度，经温度变送器将温度信号转换为电信号送往PLC，PLC根据PID算法，计算出需要控制的对象该变量，经由变频器控制电动机的转速从而调节水煤浆的流量，从而控制炉体的温度。