变频液位系统应用.docVIP

目 录 1 前言 1 1.1变频液位系统的应用 1 1.2设计任务 2 2 变频液位系统的基本构成与工作原理 2 2.1变频液位系统的结构框图 2 2.2液位自动控制系统原理 3 2.3电动机的调速原理 3 2.4变频调速节能原理分析 3 2.5变频液位系统的工作原理 5 3 变频液位系统主电路设计及元件清单 5 3.1主电路设计结果 5 3.2主要参数计算及器件选择 6 3.3主电路元件清单 6 4 变频液位系统保护电路设计及元件清单 6 4.1保护电路设计结果 6 5 变频液位系统驱动电路设计 8 5.1驱动电路设计结果 8 5.2驱动电路主要参数计算及器件选择 8 5.3驱动电路元件清单 10 设计心得 11 参考文献 12 附录：设计总图 13 1 前 言 水是一个和人的生存息息相关的物质，而水位换言之即液位，它则是一种生产、生活中需要测量和控制的重要物理量，液位控制广泛应用于农业生产与居民生活中。比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位控制，控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。随着经济的发展，能源的过分消耗日益成为影响经济稳定快速增长的阻力，为了响应国家节能减排的号召，实现能源充分利用，就需要对电机进行转速调节，研究变频液位就是节能研究的主要内容之一。 随着电力电子技术以及工业自动控制技术的不断发展,使得变频液位系统在工业生产与居民生活领域得到了广泛应用。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。变频器技术是一门综合性的技术，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，继而达到节能和提高控制精度、自我保护等特点。 本课题就是根据PLC和变频器，设计变频液位自动控制系统。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，最终达到变频调速的目的。 1.1变频液位系统的应用 20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、轻纺、交通运输、及文化娱乐等各个行业，被称为现代技术的三大支柱之一。 2．设计任务及要求： （1）设计液位变频控制系统的主电路图、控制电路和驱动电路图并且绘制。 （2）对各个电路中需要涉及的参数进行计算。 （3）结合实际对主电路以及驱动电路各个元件进行选取。 （4）对驱动电路中计算机对水箱的控制建立数学模型，以便控制方便，准确。 3．技术参数： （1）电动机的参数：额定功率125Kw 额定电压380V 额定电流220A 额定转速1450rpm 额定效率0.92。 （2）接线方式为△ 短路电抗标准值为0.192 过载能力1.2倍、电网电压380V、50Hz。 2变频液位系统的基本构成与工作原理 2.1变频液位系统的结构框图 图2-1液位自动控制系统结构框图 2.2液位自动控制系统原理 图2-2液位自动控制系统原理图 2.3电动机的调速原理 （2-1） 式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。 从上式可知，三相异步电动机的调速方法有： （1） 改变电源频率。（2） 改变电机极对数。（3）改变转差率。 改变电机极对数调速的调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有级调速，而且级差比较大，即变速时转速变化较大，转矩也变化大，因此只适用于特定转速的生产机器。改变转差率调速为了保证其较大的调速范围一般采用串级调速的方式，其最大优点是它可以回收转差功率，节能效果好，且调速性能也好，但由于线路过于复杂，增加了中间环节的电能损耗[7]，且成本高而影响它的推广价值。 2.4变频调速节能原理分析 1．交流电机变频调速原理 根据电磁感应原理，交