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19922、陈伯时,陈敏逊交流调速系统机械工业出版社19983、张燕宾著SPWM变频调速应用技术机械工业出版社19974、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................................................22.1控制原理方案....................................................22.2主电路设计......................................................3三、控制系统器件选择................................................43.1温度变送器的选择................................................43.1.1SBWR热电偶温度变送器介绍..................................43.1.2SBWR技术参数..............................................43.1.3最后确定温度变送器的型号、类别：...........................63.2PLC的选型......................................................63.2.1PLC选型要求...............................................63.2.2PLC及其扩展模块选择结果...................................83.3变频器的选型....................................................93.3.1变频器选型要求.............................................93.3.2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........................................165.1PLC的PID程序介绍.............................................165.2PID梯形图程序.................................................18六、小结与体会.....................................................20参考文献..........................................................2011一、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SIEMENSS7-200PLC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。PLC3#变频器SF2断路器SF断路器KM3KM3隔离变压器SF4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SF1断路器KM1I-3M4M21#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M133SF3#变频器TTT1#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-1422二、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SIEMENSS7-200PLC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。3图（3）闭环温度控制系统原理框图2.2主电路设计主电路部分为一台PLC控制三台变频器，分别用PLC的KM1、KM2、KM3三个输出触点控制变频器的投切。PLC电源由变压器提供。图（4）主电路图4三、控制系统器件选择3.1温度变送器的选择3.1.1SBWR热电偶温度变送器介绍SBWR热电偶温度变送器、SBWZ热电阻温度变送器是DDZ-S系列仪表中的现场安装式温度变送单元。它采用二线传送方式（两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线）。将热电偶、热电阻信号变换成输入电信号或被测温度或成线性的4～20mA的输出信号，变送器可以安装于热电偶、热电阻的接线盒内与之形成一体化结构。它作为新一代测温仪表可广泛应用于冶金、石油化工、电力、轻工、纺织、食品、国防以及科研等工业部门。二、两线制热电阻温度变送器，其特点是采用两线传输，即电源与输出信号共用相同的两根普通导线。变送器把测温元件所测得的微弱信号直接放大成(4～20)mADC信号，远传给控制室仪表，作指示、记录、调节之用，组成各种各样的检测，控制系统3.1.2SBWR技术参数一、输入信号：热电阻Pt100、Cu50、Cu100,测量间距10℃以上任何温度范围输出信号：电流:(4～20)mADC电压:(1～5)VDC输出阻抗：250Ω允许负载变化0～500Ω基本误差：±0.1%、±0.5%热电阻温变温度漂移：±0.1%/10℃热电阻温度传输方式：两线制传输工作环境温度：温度-10～75℃湿度≤90%电源：24VDC±10%(或配电器、安全栅供电)功耗：≤0.5W,二、温度变送器特点1、采用环氧树脂密封结构，因此抗震、耐温，适合在恶劣现场环境中安装使用。2、现场安装于热电阻、热电偶的接线盒内，直接输出4～20mA，这样既省去较贵的补偿导线费用，又提高了信号长距离传送过程中的抗干扰能力。53、精度高、功耗低、使用环境温度范围宽、工作稳定可靠。4、量程可调，并具有线性化较正功能，热电偶温度变送器具有冷端自动补偿功能。应用面广，既可与热电偶、热电阻形成一体化现场安装结构，也可作为功能模块安装入检测设备中。三、主要技术指标：1、输入：热电阻Pt100、Cu50、Cu100热电偶K、E、S、B、T、J、N2、输出：在量程范围内输出4～20mA直流信号可与热电阻温度计的输出电阻信号成线性，可与热电阻温度计的输入温度信号成线性；可与热电偶输入的毫伏信号成线性，也可与热电偶温度计的输入温度信号成线性。2、基本误差：±0.2%、±0.5%4、传送方式：二线制3、变送器工作电源电压最低12V，最高35V，额定工作电压24V。4、负载：极限负二载电阻按下式计算RL（max）=50×（Vmm-12）即24V时负载电阻可在0～600Ω范围内选用）额定负载250Ω。注：量程可调式变送器，改变量程时零点与满度需反复调试；电偶型变送器在调试前须预热30分钟。7、环境温度影响≤0.05%1℃8、正常工作环境：a、环境温度-25℃～+80℃b、相对湿度5%～95%c、机械振动f≤55Hz振幅＜0.15mm四、接线方式：热电阻三线制变送器安装接线图热电阻二丝制变送器安装接线图热电偶变送器安装接线图导轨式变送器安装接线图一体化液晶显示变送器接线图□热电偶温度变送器校验步骤1、校验时，在输入端接入电位差计，输出信号为电动势，在输出端接上24VDC稳压电源并串接上标准电流表。2、调零：反接信号输入线，使电位差计输出校验现场室温对应电动势，调整电位器Z，使电流表读数为4mA。3、调满：正接信号输入线，使电位差计输出满量程对应电动势，调整电位器S，使电流表读数为20mA。（该电动势为满度电动势减去室温对应电动势后的值）例：在校验现场室温为7℃，输入信号为K，量程为0～1000℃的温度变送器标定，通过查表得知7℃对应电动势为0.277mV，1000℃对应电动势这41.269mV,反接后，电位差计输出0.277mV，调整电位器Z，使电流表读数为4mA；正接后电位6差计输出读数为40.992mV（41.269mV～0.277mV），调整电位器S，使电流表读数为20mA。五、热电阻温度变送器校验步骤1、标定时，按以上典型接线图接线，在输入端接入标准电阻箱（如ZX-25a），在输出端接上24VDC稳压电源并串接上标准电流表。2、改变信号源发生器（电阻箱），使之等于量程的下限值，调整电位器Z，使电流表的读数为4mA，改变信号源，使之等于量程的上限值，调整电位器S，使电流表的读数为20mA即可。例：输入型号为Pt100量程为0～100℃的温度变送器。正确接线后，电阻箱输出100Ω，调整电位器Z，使电流表读数为4mA；电阻箱输出读数为138.50Ω(即热电阻在100℃时相对应的电阻值），调整电位器S，使电流表的读数为20mA。3.1.3最后确定温度变送器的型号、类别：型号传感器分度号最大量程规定规定最小值量程范围（上限下限之差）SBWR-2160E0～800℃300℃3.2PLC的选型3.2.1PLC选型要求一、输入输出（I/O