電氣工程、電氣自動(dòng)化專業(yè)課綜合課程設(shè)計(jì).doc

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濰 坊 學(xué) 院 專業(yè)課綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 系 部： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào) 2015年 12 月 19 日 目錄 1 PLC傳送帶控制設(shè)計(jì) 1 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1 1.2 PLC傳送帶控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 1 1.3 PLC傳送帶控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 3 1.4 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì) 5 1.5 PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試 5 1.6 設(shè)計(jì)小結(jié) 6 1.7 參考文獻(xiàn) 6 2 PWM變頻器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 7 2.1設(shè)計(jì)任務(wù)要求 7 2.2 PWM變頻器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工作原理 7 2.3 PWM變頻器-異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的仿真 7 2.4 設(shè)計(jì)小結(jié) 11 2.5參考文獻(xiàn) 12 3基于組態(tài)王的雙容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 3.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 13 3.2總體設(shè)計(jì)方案 13 3.3現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 3.4上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 15 3.5遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端的設(shè)計(jì) 17 3.6 聯(lián)機(jī)調(diào)試 19 3.7小結(jié) 19 3.8 參考文獻(xiàn) 20 4工廠供電應(yīng)用設(shè)計(jì) 21 4.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 21 4.2 問(wèn)題分析 21 4.3 小結(jié) 24 4.4 參考文獻(xiàn) 25 1 PLC傳送帶控制設(shè)計(jì) 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1、控制要求： （1）逆物流方向順序啟動(dòng) 按下啟動(dòng)按鈕SB1后，振鈴10s，傳送帶3起動(dòng)，經(jīng)過(guò)6秒，傳送帶2起動(dòng)，再經(jīng)過(guò)6秒，傳送帶1起動(dòng)，同時(shí)開(kāi)啟了漏斗閘門(mén)（Y=ON),啟動(dòng)完畢。 (2). 順物流方向順序停車 按下停止按鈕SB2后，關(guān)閉漏斗閘門(mén)，經(jīng)過(guò)10秒，傳送帶1停止，再經(jīng)過(guò)10秒，傳送帶2停止，再經(jīng)過(guò)10秒，傳送帶3停止，停車完畢。 (3).在啟動(dòng)過(guò)程中，按下停止按鈕SB2，將已啟動(dòng)的皮帶仍按后啟動(dòng)先停車的原則停車。 （4).緊急狀態(tài)時(shí)，按下急停按鈕SB3，立即關(guān)閉漏斗和三條皮帶，并停車。 2、傳送帶工作示意圖： 如圖1.1傳送帶工作示意圖所示：其中1號(hào)、2號(hào)、三號(hào)為三條皮帶，分別由電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3控制；漏斗閘門(mén)由電磁閥Y控制。 1.2 PLC傳送帶控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 1、PLC機(jī)型的選擇 PLC機(jī)型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價(jià)格比。由于控制比較簡(jiǎn)單，輸入/輸出都是開(kāi)關(guān)量，數(shù)量有很少，實(shí)際上可以選用任意型號(hào)的PLC，在本次設(shè)計(jì)中采用S7-200系列PLC。 2、PLC容量估算 （1） I/O點(diǎn)數(shù)的確定； （2） 存儲(chǔ)器容量的確定。 3、I/O模塊的選擇 在PLC控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，要將對(duì)象的各種測(cè)量參數(shù)，按要求的方式送入PLC。PLC經(jīng)過(guò)運(yùn)算、處理后，再將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，此時(shí)也要把該輸出變換為適合于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的量。 （1）數(shù)字量輸入信號(hào) （2）數(shù)字量輸出信號(hào) （3）模擬量輸入信號(hào) （4）模擬量輸出信號(hào) 4、 分配輸入/輸出點(diǎn) PLC機(jī)型及輸入/輸出（I/O）模塊選擇完畢后，首先，設(shè)計(jì)出PLC系統(tǒng)總體配置圖。然后依據(jù)工藝布置圖，參照具體的PLC相關(guān)說(shuō)明書(shū)或手冊(cè)將輸入信號(hào)與輸入點(diǎn)、輸出控制信號(hào)與輸出點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)畫(huà)出I/O接線圖即PLC輸入/輸出電氣原理圖。 傳送帶控制設(shè)計(jì)I/Q分布圖，如圖1.2所示： 輸入 輸出 啟動(dòng)SB1 I0.0 振鈴 Q0.0 停止SB2 I0.1 傳送帶M1 Q0.1 急停SB3 I0.2 傳送帶M2 Q0.2 傳送帶M3 Q0.3 電磁閥Y Q0.7 圖1.2 傳送帶控制I/Q分布圖 5、安全回路設(shè)計(jì) （1）短路保護(hù)； （2）互鎖與聯(lián)鎖措施； （3）失壓保護(hù)與緊急停車措施 PLC外部負(fù)載的供電線路應(yīng)具有失壓保護(hù)措施； （4）極限保護(hù)； 1.3 PLC傳送帶控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。要設(shè)計(jì)好PLC的應(yīng)用軟件，必須充分了解被控對(duì)象的生產(chǎn)工藝、技術(shù)特性、控制要求等。通過(guò)PLC的應(yīng)用軟件完成系統(tǒng)的各項(xiàng)控制功能。 1、傳送帶軟件設(shè)計(jì) 由圖1.2傳送帶控制I/Q分布圖得圖1.3傳送帶控制PLC梯形圖。 網(wǎng)絡(luò)3 網(wǎng)絡(luò)4 網(wǎng)絡(luò)5 網(wǎng)絡(luò)6 網(wǎng)絡(luò)7 圖1.3 傳送帶控制PLC梯形圖 2、程序調(diào)試 如圖1.3梯形圖，用STEP7-Micro/WIN軟件調(diào)試，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1（I0.0）后，振鈴（Q0.0）10s，傳送帶3(Q0.3)起動(dòng)，經(jīng)過(guò)6秒，傳送帶2(Q0.2)起動(dòng)，再經(jīng)過(guò)6秒，傳送帶1(Q0.1)起動(dòng)，同時(shí)開(kāi)啟了漏斗閘門(mén)（Q0.7),啟動(dòng)完畢。按下停止按鈕SB2（I0.1）后，關(guān)閉漏斗閘門(mén)(Q0.7短)，經(jīng)過(guò)10秒，傳送帶1（Q.1）停止，再經(jīng)過(guò)10秒，傳送帶2(Q.2)停止，再經(jīng)過(guò)10秒，傳送帶3(Q0.3)停止，停車完畢。在啟動(dòng)過(guò)程中，按下停止按鈕SB2(I0.1)，將已啟動(dòng)的皮帶仍按后啟動(dòng)先停車的原則停車。緊急狀態(tài)時(shí)，按下急停按鈕SB3(I0.3)，立即關(guān)閉漏斗和三條皮帶，并停車。 1.4 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì) 1、 抗電源干擾的措施 （1）采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾 （2）．硬件濾波措施 在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)該使用帶屏蔽層的隔離變壓器對(duì)PLC系統(tǒng)供電。還可以。在隔離變壓器一次側(cè)串接濾波器，如圖1.4所示。 (3)正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)。 圖1.4 濾波器和隔離變壓器同時(shí)使用 2、控制系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì) 良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。接地系統(tǒng)的接地方式一般可分為3種方式：串聯(lián)式單點(diǎn)接地、并聯(lián)式單點(diǎn)接地、多分支單點(diǎn)接地即第3種接地方式。PLC采用第3種接地方式即單獨(dú)接地。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。 3、防I/O干擾的措施 由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)作或死機(jī)?？刹扇∫韵麓胧┮詼p小I/O干擾對(duì)PLC系統(tǒng)的影響。 1.5 PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)在正式投入使用之前的必經(jīng)步驟。與繼電器控制系統(tǒng)不同，PLC控制系統(tǒng)既有硬件部分的調(diào)試還有軟件的調(diào)試，與繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)的硬件調(diào)試要相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是PLC程序的編制和調(diào)試。一般可按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：應(yīng)用程序的編制和離線調(diào)試、控制系統(tǒng)硬件檢查、應(yīng)用程序在線調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、總結(jié)整理相關(guān)資料、系統(tǒng)正式投入使用。 1.6 設(shè)計(jì)小結(jié) 在本次設(shè)計(jì)中，雖然遇到了很多難題，但也收獲了很多，這次實(shí)踐充分將平時(shí)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)一步穩(wěn)固和提高自己理論知識(shí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際中去，在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，提高分析和解決問(wèn)題能力。目前我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的轉(zhuǎn)型期并且隨著科技的不斷發(fā)展，未來(lái)工廠的生產(chǎn)過(guò)程必定會(huì)越來(lái)越智能化。傳送帶是一種物料傳輸設(shè)備，因其高效、連續(xù)、快速的特性，被廣泛的應(yīng)用于礦業(yè)、化工、機(jī)械、電力、建材、輕工業(yè)以及港口碼頭等重要的工業(yè)領(lǐng)域。也正因?yàn)閭魉蛶У膽?yīng)用十分的廣泛，對(duì)傳送帶的制造和自動(dòng)化改進(jìn)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的意義日趨重大。PLC自誕生起便廣受業(yè)界的關(guān)注，如今PLC依然是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一大支柱。傳送帶和PLC的結(jié)合為大勢(shì)所趨，未來(lái)必將大放異彩。 1.7 參考文獻(xiàn) [1]李長(zhǎng)久.PLC原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [2]史國(guó)生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003. [3]汪明.網(wǎng)絡(luò)化控制變頻調(diào)速系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006. [4]范永勝王岷.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004. [5]汪志峰.可編程序控制器原理與應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004. 2 PWM變頻器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)任務(wù)要求 在實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)矢量控制調(diào)速的要求時(shí),往往需借助仿真,通過(guò)仿真可使調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試更方便,并能更快的實(shí)現(xiàn)控制。交流異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真。利用MATLAB/SIMULINK 中的電氣系統(tǒng)模塊(Power System Blocksets )構(gòu)建異步電機(jī)矢量控制仿真模型,并對(duì)其動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。 2.2 PWM變頻器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工作原理 PWM 變頻器-異步電動(dòng)機(jī)電路主要由PWM變頻電路和異步電動(dòng)機(jī)組成。圖2.1所示的電路為PWM變頻電路，它主要的作用是產(chǎn)生三相交流電供異步電動(dòng)機(jī)使用。其中圖2.1所示的 PWM變頻電路由二極管整流橋，濾波電容和逆變器組成。逆變器的輸入為直流電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器 的脈沖寬度和輸出交流電壓的頻率，既實(shí)現(xiàn)調(diào)壓 又實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。PWM 變頻電路簡(jiǎn)單，而且還有以下優(yōu)點(diǎn)：第一簡(jiǎn)化了主電路和控制電路的結(jié)構(gòu)。由二極管整流器對(duì)逆變器提供恒定的直流電壓。在 PWM 逆變器內(nèi)，在變頻的同時(shí)控制其輸出電壓。系統(tǒng)只有一個(gè)控制功率級(jí)，從而使裝置的體壓。系統(tǒng)只有一個(gè)控制功率級(jí)，從而使裝置的體善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。PWM 逆變器的輸出功率和電壓，都在逆變器內(nèi)控制和調(diào)節(jié)。因此，調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)過(guò)程中頻率和電壓配合好，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好。 2.3 PWM變頻器-異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的仿真 1、PWM 變頻器-異步電動(dòng)機(jī)的仿真模型 PWM 變頻器-異步電動(dòng)機(jī)電路在MATLAB/Simulink中的仿真模型如圖2.2所示。為了方便仿真，在模型中將圖2.1所示的三相交流整流直接用一個(gè) 550V的直流電源代替，整流電路直接用直流電源代替不影響其工作原理。因此圖2.3所示的仿真模型實(shí)際上主要直流電源 DC、逆變器 Universal Bridge、調(diào)制器 PWM Generator、異步電動(dòng)機(jī)模塊及測(cè)量模塊組成。其中 PWM 調(diào)制參數(shù)設(shè)置采用內(nèi)部產(chǎn)生正弦波調(diào)制波方式，調(diào)制度0.9,頻率為50 HZ。電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置為電動(dòng)機(jī)電壓為380 V，頻率為50 Hz,定子繞組 Rs 為0.68 ，定子繞組漏感為0.0042 H，轉(zhuǎn)子繞組電阻0.45 ，轉(zhuǎn)子繞組漏感為0.0042 H，互感為0.1486 H，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J為0.05 kg/m2，摩擦系數(shù)F為0.0081，極對(duì)數(shù)為2。 圖2.3 逆變器三相線電壓輸出仿真波形 2、仿真結(jié)果及其分析 PWM 變頻器-異步電動(dòng)機(jī)電路的仿真結(jié)果如圖所示。其中圖2.3為逆變器輸出電壓的線電壓仿真波形，從圖 2.3(a)、(b)和(c)可以看出550V的直流電經(jīng)過(guò)三相逆變器后變成了三相交流電，如果通過(guò)改變逆變器的6個(gè)開(kāi)關(guān)管可以改變其頻率和電壓波形，從而方便實(shí)現(xiàn)變頻和變壓。圖2.4為異步電動(dòng)機(jī)定子電流的仿真波形，從圖2.4(a)、(b)和(c)可以看出定子電路在剛啟動(dòng)時(shí)，電流接近100V，在0.2s后電流達(dá)到穩(wěn)定，這與異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電流比較大相符合。圖2.5為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流的仿真波形，從圖2.5(a)、(b)和(c)可以看出轉(zhuǎn)子電流在剛起動(dòng)時(shí)，電流比較大也 接近 100 V，但是在0.2s后轉(zhuǎn)子平穩(wěn)運(yùn)行后，轉(zhuǎn)子電流為零，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子為空載運(yùn)行，轉(zhuǎn)速接 近定子三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)子沒(méi)有電流。圖2.6為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的仿真波形，從圖2.6可以看出電流波形在0.2 s后達(dá)到 1500 r/m 的轉(zhuǎn)速，其輸出波形有點(diǎn)超調(diào)，不過(guò)很快達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明PWM變頻器-異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能比較好。圖2.7為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的仿真波形，從圖 2.7可以看出輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比較大，造成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的原因是由于調(diào)制頻率和輸出頻率之比固定的情況下，特別是在低頻時(shí)，高次諧波影響較大，因而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲都較大，這是PWM變頻器-異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)采取措施消除或者減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 圖2.4 異步電動(dòng)機(jī)定子電流仿真波形 圖2.5 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流仿真波形 圖2.6 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速仿真波形 圖2.7 異步電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩仿真波形 2.4 設(shè)計(jì)小結(jié) 本文詳細(xì)分析PWM變頻器-異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理，然后在 Matlab/Simulink 進(jìn)行對(duì)其進(jìn)行了建模和仿真，最后對(duì)其仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)地分析，通過(guò)仿真結(jié)果得出 PWM 變頻器-異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定及 動(dòng)態(tài)性能比較好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也指出其具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過(guò)大的缺點(diǎn)。 2.5參考文獻(xiàn) [1] 唐介.電機(jī)與拖動(dòng)[M].高等教育出版社,2007. [2] 彭鴻才.電機(jī)原理及拖動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001. [3] 劉永順.基于雙PWM技術(shù)的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011 [4] 吳慰.三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真 [M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011 3基于組態(tài)王的雙容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1、任務(wù)：以雙容下水箱液位為被控參數(shù)，以智能儀表為控制器，以電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行器構(gòu)成雙容液位單回路控制系統(tǒng)，以PC機(jī)為上位機(jī)（組態(tài)王為監(jiān)控軟）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)監(jiān)控，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接客戶端，在客戶端能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)監(jiān)控。 2、要求： （1）完成方案設(shè)計(jì)（包括設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)原理、實(shí)現(xiàn)功能等） （2）完成現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括各功能電路接線圖、框圖和說(shuō)明等） （3）完成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) （4）遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端的設(shè)計(jì) 3.2總體設(shè)計(jì)方案 客戶端1 客戶端1 客戶端1 服務(wù)器（上位機(jī)） 智能儀表 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)（液位） 圖3.1 總體設(shè)計(jì)方案 總體設(shè)計(jì)方案如圖3.1所示:系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、上位機(jī)、遠(yuǎn)程客戶端構(gòu)成。 （1）現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)：現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)控制； （2）監(jiān)控系統(tǒng)：采用PC機(jī)，預(yù)裝組態(tài)王軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)監(jiān)控。同時(shí)服務(wù)器做上位機(jī)，百特智能儀表做下位機(jī)構(gòu)成上下位機(jī)監(jiān)控邏輯結(jié)構(gòu)。 （3）客戶端：遠(yuǎn)程客戶端PC機(jī)通過(guò)OPC技術(shù)連接到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 3.3現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)：雙容水箱、液位傳感器、智能控制儀表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，原理圖如圖3.2所示，控制規(guī)律采用PID控制規(guī)律。 圖3.2 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)原理圖 1.百特智能儀表 1）適用范圍：適用于溫度控制、壓力控制、流量控制、液位控制等各種現(xiàn)場(chǎng)和設(shè)備配套。 2）萬(wàn)能輸入信號(hào)：只需做相應(yīng)的按鍵設(shè)置和硬件跳線設(shè)置，即可在以下所有輸入信號(hào)之（4） 3）多種給定方式可選：本機(jī)給定方式（LSP）；時(shí)間程序給定；外部模擬給定（遠(yuǎn)程給定）。 4）多種控制輸出方式：10mA、4-20mA、0-5V、1-5V 控制輸出。 5）專家自整定算法：獨(dú)特的PID 參數(shù)專家自整定算法，將先進(jìn)的控制理論和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。 6）可帶RS485 /RS232/Modem 隔離通訊接口或串行標(biāo)準(zhǔn)打印接口。 7）零點(diǎn)、滿度自動(dòng)跟蹤，長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)漂移，全部參數(shù)按鍵可設(shè)定。 2.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：?jiǎn)巫y，螺紋連接，線性流量。 3.液位變送器：4～20mADC 3.4上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 1.上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成 硬件：PC機(jī) 軟件：組態(tài)王 (1)組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融過(guò)程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作以及工廠資源管理于一體，將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。 (2)組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。 工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。 工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個(gè)工程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫(huà)面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)量、動(dòng)畫(huà)鏈接、命令語(yǔ)言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 運(yùn)行系統(tǒng)：工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。 (3)組態(tài)王與I/O設(shè)備通信 組態(tài)王軟件作為一個(gè)開(kāi)放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等（如：西門(mén)子PLC、莫迪康PLC、歐姆龍PLC、三菱PLC、研華模塊等等）通過(guò)常規(guī)通訊接口（如串口方式、USB接口方式、以太網(wǎng)、總線、GPRS等）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 （4）組態(tài)王的開(kāi)放性 組態(tài)王支持通過(guò)OPC、DDE等標(biāo)準(zhǔn)傳輸機(jī)制和其他監(jiān)控軟件（如：Intouch、Ifix、Wincc等）或其他應(yīng)用程序（如：VB、VC等）進(jìn)行本機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)交互。 2.上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）建立組態(tài)王新工程： 啟動(dòng)組態(tài)王，進(jìn)入工程管理器，點(diǎn)擊新建，選擇存儲(chǔ)路徑，將工程名定為基于組態(tài)王的雙容液位控制系統(tǒng)系統(tǒng)，將工程設(shè)為當(dāng)前工程。 （2）創(chuàng)建組態(tài)畫(huà)面 進(jìn)入組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)后，依次建立監(jiān)控總圖、液位現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、報(bào)警窗口、歷史趨勢(shì)曲線窗口和數(shù)據(jù)報(bào)表窗口等人機(jī)接口。其中將監(jiān)控總圖設(shè)為啟動(dòng)窗口，各窗口之間可自由切換。 （3）定義IO設(shè)備 定義IO設(shè)備包括指定設(shè)備驅(qū)動(dòng)，地址，邏輯名等關(guān)鍵參數(shù)。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“設(shè)備\COM1”， 在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А?，擇“百特儀表，XM類儀表，串口，外部設(shè)備名稱百特儀表，為設(shè)備選擇連接串口為COM1，填寫(xiě)設(shè)備地址1:0-3:0。通訊參數(shù)為：采用串口通迅，端口號(hào)COM1，波特率為9600bps，數(shù)據(jù)位8，無(wú)校驗(yàn)位，停止位1:0，通訊超時(shí)3000ms，采集頻率1000ms。 （4）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫(huà)的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送往生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)。 選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫(kù)\數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對(duì)話框，依次建立數(shù)據(jù)字典“測(cè)量值”、“輸出值”、“設(shè)定值”、“比例度”|“積分時(shí)間”、“微分時(shí)間”、“手動(dòng)自動(dòng)切換”等。 （5）動(dòng)畫(huà)連接 定義動(dòng)畫(huà)連接是指在畫(huà)面的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫(huà)面上以圖形對(duì)象的動(dòng)畫(huà)效果表現(xiàn)出來(lái)。 1)水箱的動(dòng)畫(huà)連接 水箱鏈接：雙擊下水箱，在彈出的屬性設(shè)置框中選擇填充，在彈出的設(shè)置框中連接PV值 2）按鈕鏈接：雙擊按鈕，在彈出的屬性設(shè)置框中選擇模擬量輸入，在彈出的設(shè)置框中分別連接連接“輸出值”、“設(shè)定值”、“比例度”“積分時(shí)間”、“微分時(shí)間”、“手動(dòng)自動(dòng)切換”，保存。 3）輸出連接：雙擊XXXX，在彈出的屬性設(shè)置框中選擇模擬量輸出，在彈出的設(shè)置框中分別連接連接“測(cè)量值”、“輸出值”、“設(shè)定值”、“比例度”“積分時(shí)間”、“微分時(shí)間”、“手動(dòng)自動(dòng)切換” 4）管道連接：雙擊管道，在彈出的屬性設(shè)置框中選擇流動(dòng)，在彈出的設(shè)置框中連接“輸出值/10” 5）保存畫(huà)面 （6）啟動(dòng)配置 選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“系統(tǒng)配置\設(shè)置運(yùn)行系統(tǒng)”， 雙擊打開(kāi),在彈出對(duì)話框中選擇啟動(dòng)時(shí),畫(huà)面最大化,啟動(dòng)畫(huà)面為監(jiān)控總圖。 3.5遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端的設(shè)計(jì) 遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端的設(shè)計(jì)與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相似 1.建立組態(tài)王新工程： 啟動(dòng)組態(tài)王，進(jìn)入工程管理器，點(diǎn)擊新建，選擇存儲(chǔ)路徑，將工程名定為基于組態(tài)王的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，將工程設(shè)為當(dāng)前工程 2. 創(chuàng)建組態(tài)畫(huà)面 進(jìn)入組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)后，依次建立監(jiān)控總圖、液位控制系統(tǒng)、報(bào)警窗口、歷史趨勢(shì)曲線窗口和數(shù)據(jù)報(bào)表窗口等人機(jī)接口。其中將監(jiān)控總圖設(shè)為啟動(dòng)窗口，各窗口之間可自由切換。 3.定義IO設(shè)備 選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“設(shè)備\OPC服務(wù)器”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“OPC服務(wù)器新建”圖標(biāo)，在彈出“查看OPC服務(wù)器”對(duì)話框中，“網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)名”編輯框中輸入“\\server1，然后單擊“查找”按鈕，選中“KingView.View.1”，確定。如圖3.3所示： 圖3.3 義遠(yuǎn)程客戶端設(shè)備 4.構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫(kù)\數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對(duì)話框，依次建立數(shù)據(jù)字典“測(cè)量值”、“輸出值”、“設(shè)定值”、“比例度”|“積分時(shí)間”、“微分時(shí)間”、“手動(dòng)自動(dòng)切換”。 序號(hào) 參數(shù)名 設(shè)備 寄存器 數(shù)據(jù)類型 讀寫(xiě)屬性 最大值 最大原時(shí)值 1 PV1 Server1 PV1.Value FLOAT 只讀 100 100 2 MV1 Server1 MV1.Value FLOAT 讀寫(xiě) 100 100 3 SP1 Server1 SP1.Value FLOAT 讀寫(xiě) 100 100 4 P1 Server1 P1.Value FLOAT 讀寫(xiě) 100 100 5 I1 Server1 I1.Value FLOAT 讀寫(xiě) 100 100 6 D1 Server1 D1.Value FLOAT 讀寫(xiě) 100 100 7 AM1 Server1 AM1.Value FLOAT 讀寫(xiě) 100 100 8 KDTZ1 Server1 內(nèi)存整形 9 JLBFB1 Server1 內(nèi)存整形 5.動(dòng)畫(huà)連接 以液位控制系統(tǒng)為例說(shuō)明動(dòng)畫(huà)鏈接， 1)水箱的動(dòng)畫(huà)連接 雙擊下水箱，在彈出的屬性設(shè)置框中選擇填充，在彈出的設(shè)置框中連接本地PV 2）按鈕鏈接 雙擊按鈕，在彈出的屬性設(shè)置框中選擇模擬量輸入，在彈出的設(shè)置框中分別連接 連接“輸出值”、“設(shè)定值”、“比例度”“積分時(shí)間”、“微分時(shí)間”、“手動(dòng)自動(dòng)切換”，保存。 3）輸出連接 雙擊XXXX，在彈出的屬性設(shè)置框中選擇模擬量輸出，在彈出的設(shè)置框中分別連接 連接“測(cè)量值”、“輸出值”、“設(shè)定值”、“比例度”“積分時(shí)間”、“微分時(shí)間”、“手動(dòng)自動(dòng)切換” 4）管道連接 雙擊管道，在彈出的屬性設(shè)置框中選擇流動(dòng)，在彈出的設(shè)置框中連接“輸出值/10” 5）保存畫(huà)面 6.啟動(dòng)配置 選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“系統(tǒng)配置\設(shè)置運(yùn)行系統(tǒng)”， 雙擊打開(kāi),在彈出對(duì)話框中選擇啟動(dòng)時(shí),畫(huà)面最大化,啟動(dòng)畫(huà)面為監(jiān)控總圖。 3.6 聯(lián)機(jī)調(diào)試 1）由工程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)啟動(dòng)到運(yùn)行系統(tǒng) 2）設(shè)置SP為15,AM為0,P為10,I為20,D為0,觀察液位變化情況. 3）液位變化情況用震蕩衰減法調(diào)整PID參數(shù). 4）系統(tǒng)穩(wěn)定后,改變SP為25,觀察液位變化情況.調(diào)整PID參數(shù). 3.7 小結(jié) 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，充分將平時(shí)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)一步穩(wěn)固和提高自己理論知識(shí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際中去，在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，提高分析和解決問(wèn)題能力。此次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)組態(tài)王軟件的認(rèn)識(shí)與了解及應(yīng)用,深入地了解到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，自己從中受益匪淺，不但擴(kuò)大了我的視野，提高了我的認(rèn)識(shí)和認(rèn)知能力，同時(shí)，我也讓我深刻的認(rèn)識(shí)到，在此次課程設(shè)計(jì)中暴露出來(lái)不少問(wèn)題：我們所掌握的相關(guān)知識(shí)很少，很多需要用到的知識(shí)都是我們平常都沒(méi)學(xué)過(guò)或是我們沒(méi)見(jiàn)過(guò)的，這就要求我們必須學(xué)會(huì)很好的查資料，并且很快將資料轉(zhuǎn)化成可用的東西，會(huì)用的人不是很多，參考資料也很少，設(shè)計(jì)過(guò)程中難免有些困難；但是，我們作為一個(gè)學(xué)生，但我想這些問(wèn)題都是暫時(shí)的，只要我們努力，問(wèn)題一定會(huì)解決的。通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程我們鍛煉了自己的實(shí)踐能力，并從中總結(jié)規(guī)律，為以后我們?cè)趯?shí)踐工作中打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 3.8 參考文獻(xiàn) [1]朱玉璽.崔如春.鄺小磊.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2010. [2]陳夕松.過(guò)程控制系統(tǒng)[M].科學(xué)出版社,2011. [3]金以慧.過(guò)程控制[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003. [4]劉紫剛.賈永盛.淺議水箱液位控制系統(tǒng)研究.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)。2011. 4工廠供電應(yīng)用設(shè)計(jì) 4.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 某工廠供電系統(tǒng)如圖4.1所示，已知電力系統(tǒng)出口斷路器為SN10—10Ⅱ型。全廠用電設(shè)備總?cè)萘繛?6000KW，需要系數(shù)為0.45，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.9，高壓配電所進(jìn)線側(cè)選用ZN12—12型高壓戶內(nèi)真空斷路器，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為1.1S，斷路器短路時(shí)間為0.1S，試分析如下問(wèn)題： （1）計(jì)算全廠的計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流。 （2）計(jì)算變電所高壓10kV母線上K—1點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。 S9－1000 （DYn11） S9－1000 （DYn11） l = 3.2Km （3）選擇高壓戶內(nèi)真空斷路器的型號(hào)和規(guī)格。 圖4.1 工廠供電系統(tǒng)電路圖 4.2 問(wèn)題分析 1.計(jì)算全廠的計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流 通過(guò)負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算求出的、用來(lái)按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各個(gè)元件的負(fù)荷值，稱為計(jì)算負(fù)荷。用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷，是指用電設(shè)備組從供電系統(tǒng)中取用的半小時(shí)最大負(fù)荷P30，用電設(shè)備組的設(shè)備容量Pe，是指用電設(shè)備組所有設(shè)備（不含備用設(shè)備）的額定容量PN之和。Kd稱為需要系數(shù)。實(shí)際上，Kd不僅與用電設(shè)備組的工作性質(zhì)、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備效率和線路損耗等因素有關(guān)，而且與操作人員的技能和生產(chǎn)組織等多種因素有關(guān)。 全廠有功計(jì)算負(fù)荷： P30=KdPe=0.45 X 26000KW=11700KW 全廠視在計(jì)算負(fù)荷： = 15600KVA 計(jì)算電流： = 23.7A 2.計(jì)算變電所高壓10kV母線上K—1點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量 進(jìn)行短路電流計(jì)算，首選要繪出計(jì)算電路圖。在計(jì)算電路圖上，將短路計(jì)算所需考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來(lái)，并將各元件依次編號(hào)，然后確定短路計(jì)算點(diǎn)。短路計(jì)算的方法，常有歐姆法和幺制法。UC為短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓（或稱平均額定電壓）由于線路首端短路時(shí)其短路最為嚴(yán)重，因此按線路首端電壓考慮，即短路計(jì)算電壓取為比線路額定電壓UN高5%。電力系統(tǒng)的電阻相對(duì)于電抗來(lái)說(shuō)很小，一般不予考慮。電力系統(tǒng)的電抗，可由電力系統(tǒng)變電站饋電線出口斷路器的斷電流，容量SOC來(lái)估算，這SOC就看作詩(shī)電力系統(tǒng)的極限路容量SK. 在計(jì)算短路電路的阻抗時(shí)，假如電路內(nèi)含有電力變壓器時(shí)，電路內(nèi)各元件的阻抗都應(yīng)統(tǒng)一換算到短路點(diǎn)的短路計(jì)算點(diǎn)去，阻抗等效換算的條件是元件的功率損耗不變。 求K—1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量，已知UC = 10.5 kv 。 （1） 電力系統(tǒng)的電抗：由附錄表12可查得SN10-10Ⅱ型斷路器的斷流容量SOC = 500 MVA，因此 = 0.22Ω （2）架空線路的電抗：由表3-1查得X0 = 0.35Ω/ km，因此 = 1.75Ω （3）繪K—1點(diǎn)短路的等效電路如圖4.2所示，然后計(jì)算電路的總電抗： 2 1.12Ω 1 0.22Ω K—1 圖4.2 K—1點(diǎn)短路的等效電路 = 1.95Ω 2、計(jì)算三相短路電流和短路容量 （1）三相短路電流周期分量有效值： = 3.08KA （2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流有效值： = 3.08KA （3） 三相短路沖擊電流及其有效值： = 7.85KA = 4.65KA （4）三相短路容量： = 52.0MVA 3選擇高壓戶內(nèi)真空斷路器的型號(hào)和規(guī)格 根據(jù)線路計(jì)算電流 23.7A ，試選ZN12—12/1250型真空斷路器來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)。 短路假想時(shí)間： 電壓校驗(yàn)： 電流校驗(yàn)： 斷流能力校驗(yàn)： 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)： 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 校驗(yàn)結(jié)果：所選ZN12—12/1250型真空斷路器是合格的。 合格 252 4=2500 4.52(1.1+0.1)=24.3 5 合格 63kA 2.554.5kA=11.5kA 4 合格 25kA 4.5kA 3 合格 1250A ⅠN 750A I30 2 合格 12kV UN 10kv /11.5kV UN / Umax 1 結(jié)論 數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù) 據(jù) 項(xiàng)目 ZN12-12/1250型真空斷路器 裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件 序號(hào) 高壓斷路器的選擇校驗(yàn)表 4.3 小結(jié) 通過(guò)實(shí)習(xí)學(xué)到了很多，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，將書(shū)本知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用中才是硬道理，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)工廠供電的知識(shí)有了更全面的認(rèn)識(shí)和理解。同時(shí)，我也讓我深刻的認(rèn)識(shí)到，在此次課程設(shè)計(jì)中暴露出來(lái)不少問(wèn)題：我們所掌握的相關(guān)知識(shí)很少，很多需要用到的知識(shí)都是我們平常都沒(méi)學(xué)過(guò)或是我們沒(méi)見(jiàn)過(guò)的，這就要求我們必須學(xué)會(huì)很好的查資料，并且很快將資料轉(zhuǎn)化成可用的東西，會(huì)用的人不是很多，參考資料也很少，設(shè)計(jì)過(guò)程中難免有些困難；但是，我們作為一個(gè)學(xué)生，但我想這些問(wèn)題都是暫時(shí)的，只要我們努力，問(wèn)題一定會(huì)解決的。 4.4 參考文獻(xiàn) [1] 劉介才.工廠供電第五版[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2009. [2]孫永發(fā).工廠供電區(qū)高壓配電的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性分析[J]湖北民族學(xué)院，2010. [3]居榮.工廠供電系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]南京工業(yè)大學(xué)，2011. 專業(yè)課綜合課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表 學(xué)生姓名 院/系部 專業(yè) 年級(jí) 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 成績(jī)： 簽名： 年 月 日