电气传动控制系统毕业设计论文(编辑修改稿)

电气传动控制系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

需要用测速元件，以测量转子的瞬时状态来确定转子磁链的位置。 从应用角度看，要提高传动系统的控制精 度，就需要精确测量转子的转速，构成速度闭环控制。 但速度传感器安装要求高 , 机械调试工作量大 , 由于场地及空间的限制 , 有些装置不允许安装速度传感器 , 于是近些年，许多公司纷纷推出无速度传感器的高性能交流调速系统。 它正能弥补这些不足之处。 无速度传感器的初始方法是实时检测定子电压和电流 , 再依据电机模型对转速直接进行估算 , 用估算的值作为内部速度反馈量，完成高精度的速度控电气传动控制系统 12 制。 因此提高转速估算精度是该系统的关键。 第三类是采用目前最先进的变频控制理论 DTC 构成的交流传动。 DTC 变频器由 ABB 公司于上世 纪 90年代推出。 它的控制思路简单明了，控制性能卓越，几乎达到了交流异步电机调速的完美程度。 很快深入到工业应用的各个领域。 它摈弃了大量的矢量控制中坐标系变换的计算，直接以电机的磁场和力矩为目标进行控制，系统原理简单明确。 理论和实践都证明了异步电动机接受了变频器馈入的 SPWM 电压后 , 在定子绕组中得到的是连续的正弦电流 , 且三相正弦电流在三相定子绕组中会产生圆形的旋转磁场 , 从而产生恒定的电磁转矩。 反过来 , 如果用跟踪圆形旋转磁场的方法来控制定子绕组输入端的脉宽调制电压 , 形成反馈、闭环控制 , 那么效果会比输入 SPWM 电压更好。 这就是“ 电压空间矢量控制 ” 思想，亦称 “ 磁链跟踪控制 ”。 DTC 控制着眼于定子侧的磁链为被控对象，极大的简化了矢量控制中的坐标变换计算。 某一时刻的电压空间矢量决定了该时刻的磁链空间矢量，每一个磁链空间矢量都要根据前一个矢量的位置单独计算，由此形成的 PWM 输出，就时时刻刻反映着电机的实际力矩。 因为数据从采集到运算完输出，仅经过 25微妙，所以变频器的力矩可以快速的跟随负载的变化而变化，始终保持转速为给定值。 PWM 脉冲经过优化后在取控制逆变桥，进一步改善了速度控制 过程中的指标。 精确的电机模型直接输出电机速度值，作为反馈量，使交流异步机调速系统也具有象直流机一样的双闭环调节过程，使交流调速达到了目前的最高控制水平。 现在各厂商为了适应市场的需求，都在不断完善产品的控制性能和规格容量。 其中 ABB 公司的变频调速产品在控制原理方面涵盖了上面提到的三个类别。 有性能最好的 DTC 控制的，有现在市场大量存在的无传感器磁通矢量控制的，还有恒压频比控制的。 他们被分别定义为工业应用级，标准应用级， OEM 应用级和一般机械配套级。 根据不同的系列，功率可以从 ，大到。 电压可 以从 220V 三电气传动控制系统 13 相到 4160V 三相。 其性能几乎可以满足当前工业应用中绝大多数的需求。 此外，还有一些国外知名品牌，虽然没有 DTC变频器，但矢量控制型变频器应用的范围也是很大的。 2 电气传动控制与 PLC 控制系统的应用 利用 PLC 控制的自动配料系统 基于 PLC 控制的自动配料系统通过在配料系统中引入数据自动采集、监控以及变频、组态技术，建立以 PLC 为控制核心的自动配料系统，能够实现对配料成分进行精确计量的同时，为最终产品的生产效率与质量提供了保障。 作为精细化工生产过程中最为重要的工业环节，配 料工序的效率直接决定了产品的品质与质量。 传统工艺下的配料工序不仅效率低下，且通过人工配料的操作方式精度极其有限，因而严重制约了最终产品的质量。 可编程控制器（ PLC）的核心微处理器，通过将计算机技术与传统的继电器控制系统有机结合起来，能够实现高度灵活、高可靠性的工业控制。 为了进一步提高设备的自动化程度，越来越多的企业将 PLC 技术应用于其工厂设备中。 通过对原有配料系统的技术改造，引入配料系统的数据自动采集、监控以及变频、组态技术完善并改进自动配料系统机构 [1]。 在此基础上，实现了称重、配比、流量控制以及故障检 测与报警的自动化，结合友好人机控制界面，在对配料成分进行精确计量的同时，为最终产品的生产效率与质量提供了保障。 1．自动配料系统的主要功能模块及其原理 本文的研究对象将通过采取 PLC 以及变频调速技术，结合组态软件技术对传统的配料系统进行技术升级。 这里，传统的模拟控制方式将被数字处理的方式所取代，封闭式鼠笼电机由可编程控制器控制变频器进行拖动 [2]。 通过组态软件技术定制系统的控制平台，并控制原辅料经过传送带进入配料系统。 电子皮带秤及其称重原理 电气传动控制系统 14 在配料系统中，电子皮带秤将通过皮带将系统需要的物料 进行称重，并按照预先设定的比率与流量，将其运送到相应的功能模块。 电子电子皮带秤是配料系统的主要组成部分，不仅能够用于各种规则物体的称重，同时也能够实现对散装配料的传输与称重。 为电子皮带秤的基本结构原理图，由图我们可以看出，物料在其上的传输方向是自左向右，依次经过落料区、称重去以及出料区。 由于皮带自身也存在一定重量，这样在称重传感器上就会有一个预加载的力。 在未加入任何物料的时候，称重传感器上的预加载以及配重块与皮带作用于称重托辊上的力相互平衡。 这样，便形成了电子皮带秤的称重零点，所有的称重任务均是在此 基础上进行的。 流量控制的实现 流量控制就是通过控制在一定时间内经皮带运送的物料总量，其一般计算方式为流经皮带的物料总量与时间的比值。 实际上，电子皮带秤通过脉冲信号来对物料进行流量的采样。 由计算机设定的计数器会定时采样，并测算物料所经过的距离，通过这一程序，我们可以得到流量的瞬时值。 在确定了瞬时流量以及系统对流量的设定值后，根据这两者之间的差额，系统需要对速度进行适当控制调节。 在实际控制中，我们多采用已在工业控制中得到广泛应用的 PID 算法进行调节控制。 PID 控制是指通过比例、微积分的算法控制来操控 流量的控制过程。 电气传动自动控制系统优化设计方法研究 2. PLC 的工作原理及其应用 PLC 的工作原理 PLC 是一种专业用于工业控制的微型计算机系统，与一般的计算机系统类似， PLC也是由中央存储器（ CPU）、存储器、电源、输入输出元件、编程器以及外设等部分组成。 一般将 PLC的运行过程大体分为输入采样、用户程序执行以及输出刷新三个阶段。 在 PLC 的运行过程中，其 CPU 会控制系统重复执行由此三阶段组成的运行周期。 在输入的采用阶段， PLC 将所输入状态以及数据通过扫描的方式一次读取，然后将其存入 I/O 映象区 中。 当进入用户程序的执行阶段后， PLC 将按照一定的顺序依次扫描并读取用户程序，并根据其逻辑运算的结果，对输入点在 I电气传动控制系统 15 ／ O映象区以外的存储数据进行刷新。 此后， PLC 进入输出刷新阶段，该阶段里，PLC 会通过 CPU 将 I/O 映象区内部对应的状态数据对所有的输出锁存电路进行刷性，然后通过输出电路驱动相应的外设执行输出结果。 3. 基于 PLC 控制的配料工艺原理 为了保证系统能正常有序的运行，必须对各执行设备的运行状况进行实时监测与控制。 即系统必须能够在要求的时间内及时作出相应并完成控制模块所规定的工作 [4]。 因而 ，配料系统工作的准确运行不仅与 PLC 系统的逻辑信号处理的正确性相关，同时也有赖于其输出结果的准确性。 系统的工艺现场设备包括电子皮带秤体、速度传感器、驱动电动机、传感器、电机的控制变频器、电磁阀以及三菱可编程控制器及其扩展模块等。 系统通过 PLC对关键部位，如电机、电磁阀以及变频器等对象信息进行采集统计，经过系统输入、处理、输出，将信息通过上级监控机，并对其进行必要的分析与处理，通过输出控制信号控制调频调试系统的工作，完成对系统的监控及对监控对象的运行控制。 将 PLC 输出的数字量信号作为对变频器的控制输入信号 ，变频器在接收到来自PLC 信号后根据其内容调整电机转速的大小，并将其工作状态信息通过反馈渠道传送至 PLC。 一旦系统发生故障，则传感器将收集到的故障信息传送到 PLC 及上级监控系统，由其项变频器发送电机的自我保护功能指令。 在精细化工生产过程的重要功能模块，即自动配料系统。 此系统以 PLC 为其控制核心，通过其对皮带电动机以及变频器的控制，能够实现工艺过程的精细化以及控制过程的数字化，不仅有利于最终产品的质量控制，同时也实现了企业能源与原料资源的节省。 PLC 控制系统与智能化中央空调 可编程控制器由 于其在工业控制方面的应用意义日趋明显，并在发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。 它具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控电气传动控制系统 16 制。 与此同时 ,智能化中央空调也正被广泛地应用 ,在将其俩双双结合的情况下 ,不仅促进了科技的发展 ,也提高了人民生活水平。 随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。 智能化也往往是从设备自动化系统开始。 本文主要针对我们本次的毕业设计《智能化小型 中央空调》阐述 PLC控制设计与智能化中央空调 (冷冻站 )系统的关系。 系统及工艺简介 现介绍如下：我们本次的设计中有两套中央空调系统，由三台冷却水泵、三台冷冻水泵、一台冷却塔风机、两台冷水机组等主要设备组成两套制冷系统（因系统小，冷却塔功率大，实验室要求等，本系统较一般两套制冷系统不同的是两台冷水机组却只选择一个冷却塔，经计算核定，这并不影响其效果）其中冷水机组是由设备生产厂成套供应的。 根据本次设计的实验室要求，我们选择了 2*5 匹全封闭式压缩机冷水机组。 它一般是根据空气调节原理及规律等 由微处理器自动控制。 冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成。 压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷机进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。 液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器蒸发吸收热量，使冷冻水降温，然后冷冻水进入冷风机盘管吸收空气中的热量。 如此循环不已，把室内的热量带出，达到降低环境温度的目的。 因此，中央空调冷冻系统的工艺控制要求为： （ 1）测量冷冻水供回水温度及流量，从而计算空调实际的冷负荷，根据实际的冷负荷来决定冷水机组的开启台数，达到最佳节能状态。 （ 2）各设备的程 序联动：启动：冷却塔风机 ——冷却水泵 ——冷冻水泵 ——冷水机组。 停止：冷水机组 ——冷冻水泵 ——冷却水泵 ——冷却塔风机。 当其中一台冷却水泵 /冷冻水泵出现故障时，备用冷却水泵 /冷冻水泵会自动投入工作。 （ 3）测量冷冻水系统供回水管的压差 △ P=P1－ P2控制其旁通阀 (TV)的开口度，使其维持压差。 电气传动控制系统 17 （ 4）因我们本次设计的实验室的目的是为给同学们更形象生动的学习理解中央空调系统，所以设计过程中，我们还会考虑到在合适并重要的位置处装上便于观察制冷剂或水流情况的窥视镜。 PLC 原理及应用 中央空调冷冻 系统的控制有 3 种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器 DDC以及 PLC(可编程序控制器 )控制系统。 继电器控制系统由于故障率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器 DDC 虽然在智能化方面有了很大的发展。 但由于 DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。 相反， PLC 控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。 可编程控制器是计算机家族中的一员。 于上个世纪中后叶被发明后， 在机床、各种流水线的输送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用，早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller） , 即简称为 PLC。 PLC 具有功能强大、使用可靠、维修简便等许多优点。 对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，并易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。 而 PLC 正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。 随着 科学技术不断的飞跃发展， PLC 也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。 因此今天这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为 PLC。 2 PLC 的体系结构 PLC 结构图 电气传动控制系统 18 PLC 实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。 如图 所示： 图 PLC 硬件的基本结构 PLC 主要是模块式的，包含 CPU模块、 I/O 模块等， PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经 PLC读、运算等处理下达给执行器，执行器动作。 PLC 相当于 继电器的作用，其好处是可靠性高，自动化程度高、可进行网络化等。 PLC 的选型及设置 为 了满足以上所介绍的空调工艺要求，整个控制系统需要可编程序控制器的输入、输出点分别是 112 点和 32点，其中模拟量输入、输出为 6点和 4点。 根据 PLC 的I/O 原理使用原则，即留出一定的 I/O 点以做扩展时使用，以及系统设计中实际所需的 I/O 点数。 选用华光电子工业有限公司的 SU－ 5/B 型。 主机： SU－ 5/B；输入模块： U－ 25N、 U－ 01AD；输出模块： U－。