#《电力拖动自动控制系统》课程设计《变频液位自动控制系统》

扬州大学能源与动力工程学院

本科生课程设计

题目：变频液位自动控制系统

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

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）

1、退火炉温度控制系统

2、变频液位自动控制系统设计

3、变频流量自动控制系统设计

4、变频供水系统设计

5、变频调速恒张力控制系统设计

6、变频器在温度控制系统中的应用

7、线缆设备恒张力变频器控制设计

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

一液位自动控制系统方案设计 (6)

（一）概述 (6)

（二）系统控制要求 (6)

（三）系统控制方案设计 (7)

二系统硬件选型 (8)

（一）PLC选型 (8)

（二）变频器选型 (10)

（三）液位传感器选型 (11)

三液位自动控制系统的原理图 (12)

（一）主电路 (12)

（二）PLC控制电路 (13)

（三）变频器控制电路 (13)

四液位控制系统变频器的节能控制分析 (14)

五PID原理分析及应用 (16)

六设计小结 (19)

七参考文献 (20)

一、液位自动控制系统方案设计

（一）概述

随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展,使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外,由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性,常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。此处的设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。

变频器技术是一门综合性的技术,它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比,利用变频器对交流电动机进行调速控制,有许多优点,如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换,可以进行高额度的起停运转,可以进行电气制动,可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强,在运行过程中能随时检测到各种故障,并显示故障类别(如电网瞬时电压降低,电网缺相,直流过电压,功率模块过热,电机短路等),并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能,不仅保护了变频器,还保护了电机不易损坏。

本课题就是应该PLC和变频器，设计液位自动控制系统。PLC的作用是运用PID 算法对系统进行控制，而变频器的作用则是最电机进行调速，最终达到维持提气塔液位稳定的目的。

（二）系统控制要求

汽提塔液位自动控制系统用浮子液位计、PLC与变频器构成反馈的闭环液位控制系统。用调节2.2KW化工泵转速，保证废水液位稳定、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，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。汽提塔液位实时显示。

在废水处理液位自动控制系统中，采用PLC的PID 积分分离智能型PI调节控制、编程简单、控制可靠，适合于汽提塔液位自动控制系统。汽提塔液位控制稳定、控制精度高、液位稳定在20cm±1cm，满足汽提塔液位控制要求。

3#水泵

PLC Pc 工控机

3#变频器4#

变频器

阀门

汽提塔

热交换器 隔离开关SF 4断路器SF 5断路器KM3KM4

M4

M34#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

回收废气安全阀磁性浮子液位传感器

温度传

感器1压差传感器2压力表………

………处理废水厌氧池

图1.1 汽提塔液位控制系统的工作原理

（三）系统控制方案实现

本系统恒压变量供水系统是在2台2.2ｋＷ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,并具有手动控制功能,同时还应达到以下要求：液位稳定在20cm ±1cm ，满足汽提塔液位控制要求；具有短路、欠压、过载、过流等诸多保护功能。

根据系统的总体原理图以及系统的控制要求，可以初步构建出液位自动控制系统的结果框图，如图1.2所示。

图1.2 液位自动控制系统结构框图