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1、扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目：变频器在印染机械多电机同步调速系统中应用课 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092 学 号: 0910246 姓 名: 指导教师： 吴远网 王永华 完成日期： 013-03-15 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
2、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.周本课程设计时间共15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.天)2、分析控制要求、控制原理设计控制方案（15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.天)、整理图纸、写课程设计报
3、告。（.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 922、陈伯时， 陈敏逊 交流调速系统 机械工业出版社 1998、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
4、备手册（第版)上、下册 中国电力出版社第二部分课程设计报告目 录一 印染机械多电机同步调速系统方案设计 (一）概述6 （二)系统控制要求(三)系统控制方案设计7 二 系统硬件选型 （一)PL选型10 （二)变频器选型 12(三）传感器选型1 (四）同步控制器选型13 三 印染机械多电机同步调速系统的原理图16 (一)主电路1（二)PLC控制电路1 (三）变频器控制电路19四 印染机械多电机同步调速系统变频器的故障分析 2五 设计小结1 六 参考文献22一、印染机械多电机同步调速系统方案设计（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
5、。另外，由于L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L实现印染机械多电机同步调速系统的控制。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
6、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PL和变频器，设计印染机械多电机同步调速系统。PC的作用是对系统进行控制,而变频器的作用则是对电机进行调速，最终达到维持多电机同步运行的目的。(二)系统控制要求变频调速在印染行业中应用有以下特点:1、运行环境差 印染设备运行环境一般很差，潮湿度大(相对湿度可达9%以上),环境温度高(有时变频器周围温度可达50以上），“织物尘”多，这就要求变频器的防护等级要高,同时变频器及相应的控制设备尽量与印染机械隔离,并增加通风降温设施。
7、2、工作制式是长期连续工作制 印染机械是长期连续运行的,即要求“常年不停机”，每次停机除减少产量外,还会产生大量的次品,因此要求变频器及相应的电控设备具有长期不出故障的高可靠性。、起动平稳且各电机的起动时间应一致 印染机械一般是多电机同步运行，各电机功率差别较大（从几百瓦到几十千瓦）,所带负载差别亦较大,要想使电机同时起动并在相同的时间内达到工艺要求的转速,即各电机在起动阶段就达到同步运行,就要根据电机功率大小及所带负载情况对各变频器的加速时间、起动频率、转矩提升等进行合理的设置。、快速制动 由于各电机负载差别较大,若停车时各电机自由运行,会由于惯性差别较大而使各电机完全停车的时间不一致,造成
8、布料撕裂或布料堆积引起机械故障，同时还会对下次开车增加难度。因此除对变频器的有关参数进行合理的设置外，还要根据各变频器的功率配备合理的制动电阻，使各电机快速停车。(三）系统控制方案设计印染机械有烧毛机、退浆机、退煮漂联合机、打底机、显色皂洗机、水洗机、印花机、布铗丝光机、烘干机等多种,品种千差万别，功能各不相同,电机数量及功率差别较大（电机功率一般在0.k40k范围内),但就其电气传动原理而言,却是大同小异。现以比较简单的MH11烘干机为例来说明,如图-1所示。布料经上浆槽由轧车电机拖进1#烘干机,在进行烘干之前,先经过张力架（也叫松紧架）,布料从1#烘干机出来之后再经张力架进入2#烘干机，从
9、2#烘干机出来之后经张力架和落布架落入出布车,整个工作过程结束。1#烘燥出布车传感器传感器传感器进布车上浆槽轧车2#烘燥落布架张力架图1-1烘干机示意图烘筒胶辊导布辊胶辊在烘干机中通常将轧车电机作为主令单元,而其它电机全部作为从动单元，主令单元没有张力架,是全机速度的基准，各从动单元都有各自的张力架,要根据布张力的大小调整相应电机变频器的给定频率，使之与主令机同步运行。张力架可以上下活动,布料太紧时,张力加大,张力架向下移动,需要使张力架后面的电机变慢或张力架前面的电机变快;布料松时张力减小,张力架向上移动，需要使后面的电机变快或使前面的电机变慢。 应当注意,不一定将第一台电机作为主令机。哪台
10、电机作为主令机应根据电机功率和工艺要求由印染机械制造厂决定,张力架是控制前面的电机还是控制后面的电机应根据主令机的位置及张力架的位置决定。烘干机四台电机功率为:轧车5.5KW，#烘干2.2K，2#烘干2.K,落布1.KW，主电路如图1-2所示。电机容量由印染机械厂提供，为便于同步,一般选用容量较大的电机，即存在着大马拉小车现象,除非机械有故障不会出现过载现象，因此变频器的容量只须与各单元的电动机容量相符即可。图1- LMH101烘干机同步调速系统的主电路印染机械的同步控制并非纯理论上的使各电机的线速度完全一致。布料在加工过程中,要进行蒸、煮、酸洗、碱洗、上浆、水洗、上色等多种工艺。由于布料的品
11、种不同，加工工艺不同,存在着布料缩水及伸长现象。有些工艺要缩水,有些工艺要伸长,实际上各电机的线速度并不完全相同，要根据布的张力来调节各电机的速度。反馈信号是不断变化的。因此,在稳定时除了UG保持不变外,其它各变频器的频率给定信号(UG2、U3、4、UG5)也是不断变化的。整个系统维持动态平衡,达到所谓的同步运行。由图11可知,布料的张力可以从张力架的位置反映出来,然后通过传感器得到偏差信号UF,反馈到控制中心,控制中心将反馈信号UF与标准给定信号UG比较后给出各变频器的频率给定信号,控制各变频器运行。同步控制示意图如图1所示。反馈信号UF可以是电阻、电流或电压信号,信号的种类及大小随传感器品
12、种不同而异,同步控制中心的任务是根据反馈信号UF提供各变频器的给定信号，对于不同的反馈信号，控制中心对信号的处理方式有区别，但最终都是处理成变频器能接受的直流电压信号(例如01V)或直流电流信号（例如20A)。另外，也可以用专用的同步控制器来完成，但当实际的反馈信号与同步控制器所要求的反馈信号不一致时，需要先对反馈信号进行处理。图1-3同步控制示意图二、系统硬件选型(一）PLC的选型1、机型的选择 LC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下,选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好(维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最
13、好选用模块式结构的PLC。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑,因此,选用带A/D转换、D/转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PI运算、闭环控制、通信联网等)，可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。对于一个大型企业系统,应尽量做到机型统一。这样,同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理;同时,其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发;此外，由于其外部设备通用，资源可以共享,因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信,集中管理。2、输入/输出的选择 P的输入/输出选择包括以下几部分:1)确定I/O点数根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时,应再增加02%的备用量,以便随时增加控制功能。对于一个控制对象,由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。2)开关量输入/输出通过标准的输入/输出接口可从传感器和开关(如按钮、限位开关等）及控制（开关）设备(如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为240V，直流输入
