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浅谈起重机变频控制系统的设计工学论文

时间：2023-05-27 08:02:15 论文收藏本文下载本文

浅谈起重机变频控制系统的设计工学论文（共11篇）由网友“mumu59220”投稿提供，下面是小编帮大家整理后的浅谈起重机变频控制系统的设计工学论文，希望对大家有所帮助。

浅谈起重机变频控制系统的设计工学论文

篇1：浅谈起重机变频控制系统的设计工学论文

浅谈起重机变频控制系统的设计工学论文

【摘要】文章主要介绍了电力电子器件的发展、交流调速系统的发展及针对电动葫芦型起重机专用的变频控制系统的硬件设计、电路参数计算及软件设计、仿真等。

【关键词】起重机；变频控制；电流反馈

一般性能的节能调速在过去大量的所谓不变速交流传动中，风机、水泵等机械总容量几乎占工业电气传动总容量的一半，其中不少场合并不是不需要调速，只是因为过去交流电机本身不调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，许多电能因而白白的被浪费掉了。如果换成交流调速系统，把消耗再挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均约可节能20%，效果是很可观的。

高性能交流调速系统许多在工艺上就需要调速的生产机械，过去多用直流传动，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、转动惯量小、效率高，如果改成交流调速，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样直接通过电流实行灵活的即时控制。70年代初发明了矢量控制技术，通过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成励磁分量和转矩分量，用来分别控制磁通和转矩，就可以获得和直流电机相媲美的高动态性能，从而使交流电机的调速技术取得了突破性的进展。

特大容量及高转速的交流调速直流电机换向器的换向能力限制了它的容量和转速，其极限容量与转速的乘积约为10KW・r/min，超过这个数值时，直流电机的设计与制造就非常困难了。交流电机则不受这个限制，因此，特大容量的传动，如厚板札机、矿井卷扬机等，和极高转速的传动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。

一、起重机发展趋势

物料搬运成为人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。发展趋势：大型化和专用化、轻型化和多样化、自动化和智能化、成套化和系统化、新型化和实用化。

二、电动葫芦

电动葫芦，简称电葫芦。由电动机、传动机构和卷筒或链轮组成，分钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。通常用自带制动器的鼠笼型锥形转子电动机（本次设计既是选用此种电机）（或另配电磁制动器的圆柱形转子电动机）驱动，起重量一般为0.1～80t，起升高度为3～30m。多数电动葫芦由人用按钮在地面跟随操纵，也可在司机室内操纵或采用有线（无线）远距离控制。电动葫芦除可单独使用外，还可同手动、链动或电动小车装配在一起，悬挂在建筑物的顶棚或起重机的梁上使用。

三、三相异步电动机及工作原理简介

三相异步电动机由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间是空气隙。三相异步电动机具有结构简单、性能优良、制造成本低、维修费用省、坚固耐用等优点，在工农业生产中得到了广泛应用。正常情况下，定子旋转磁场的转速n和转子转速n不同步，这是因为如果同步，转子与旋转磁场之间不再有相对运动，导体不再切割磁场，就没有感应电动势产生，也就没有了转子电流和电磁转矩，无法维持电动机继续运行。

三相异步电动机有一个很重要的'参数：转差率――用s表示，其定义式为

在很多情况下，用s表示电动机的转速比直接用转速n方便得多，使很多运算大为简化。一般异步电动机的转差率在0.02～0.05之间。大部分厂家生产的异步电动机的铭牌上标有下列数据：

1．额定功率P：电动机额定运行时轴端输出的机械功率，单位一般为kw

2．额定电压U：电动机额定运行时定子加的线电压，单位为v或kv

3．额定电流I：定子加额定电压、轴端输出额定功率时的定子线电流，单位为A

4．额定频率f：我国工频为50Hz

5．额定转速n：电动机额定运行转子的转速，单位为r/min

四、笼形转子异步电动机的特点

笼形转子异步电动机具有转子结构坚实、效率高、价格低、控制设备简单和维护使用方便等优点，因此在各种应用领域中使用最广泛。但这种电机的启动性能较差，即启动转矩低而启动电流很大。因此在选择使用时应考虑启动问题，即：1．启动转矩Tk应大于负载静转矩Tl；2．启动电流在供电电网上造成的瞬间电压降不能超过容许值；3．在启动过程中电动机的能量损失要小。

本次设计用电机为锥形转子三相异步电动机。常用的电动葫芦用锥形转子制动三相异步电动机型号有：YEZS、YREZ、YBFZ和YBEZX等几种。该类型电机的主要特点是利用其锥形转子的特殊结构在通电时产生磁拉力，打开制动机构，使电机正常运转。

该类电动机的定额是断续周期工作制S，负载持续率不低于25%，每小时等效起动次数不低于120次。电源频率为50Hz，同步转速为1500r/min。4.5KW及以下的额定转速为1380r/min。7.5KW以上的额定转速为1400r/min。允许最大转速为3750r/min,

【参考文献】

[1]孙涵芳．INTEL16位单片机[M]．北京航空航天大学出版社，．

[2]康华光．电子技术基础(模拟部分)[M]．高等教育出版社，．

[3]吕汀，石红梅．变频技术原理与应用[M]．机械工业出版社，.

篇2：谈单片机的变频恒压供水控制系统设计论文

1研究背景与现状

随着社会的迅速的发展，水对人们的生产和生活的影响越来越大，人们对供水的安全可靠性要求越来越高。基于单片机的变频恒压供水控制系统是把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术和节能技术应用于给水领域，采用自动控制原理实现对供水压力的连续监督与控制，提高供水质量，降低能耗。

1.1设计目标

本系统主要以单片机为核心模块，通过控制变频器的输出功率从而自动控制电动机的转速，以达到供水管网水压的闭环控制调节，使供水系统自动恒压于设定的压力值，实现恒压供水。即用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量相应减小。本次设计设置高压为3.0P，低压为2.0P，当压力值低于2.0P时启动两台，低于1.0P时启动三台电机，当压力值高于3.0P时，一台电机启动，且转速减小。

篇3：谈单片机的变频恒压供水控制系统设计论文

单片机是一种集成度很高的微型计算机，单片机以其体积小、结构紧凑、高可靠性及高抗干扰能力及高性能价格比等特点，广泛用于生产生活的各个领域，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。恒压供水的基本原理是通过传感器检测供水管道内水压，如果水压高于设定上限，则降低转速。如果水压低于下限值，则提高电机转速。居于两者之间则不做任何操作。传感器输出的电压值一般为电压信号，在本设计中使用一个电位器来模拟传感器。对电压信号的采集选择ADC0832。在实际中电机调速一般是选择三相变频器。限于条件，本设计只能用三个直流电机来模拟三台泵，因此选择适合于直流电机的PWM方式来对电机进行调速。

3单片机硬件电路的设计

传感器输出的电压值一般为电压信号在本设计中使用一个电位器来模拟传感器。对电压信号的采集选择ADC0832。在实际中电机调速一般是选择三相变频器。限于条件，本设计只能用三个直流电机来模拟三台泵，因此选择适合于直流电机的PWM方式来对电机进行调速。

3.1水管压力测量模块

在实际应用中，用传感器检测供水管道的压力，如果水压高于设定值，则降低转速；如果水压低于设定值，则提高转速。传感器输出的.电压值一般为电压信号，限于设计条件，本次设计采用一个电位器来模拟传感器。调节电阻值的大小，即可改变电压的大小，从而模拟管道水压的改变。

3.2电机控制模块

压力传感器将压力信号经过A/D转换后送入到单片机，如果压力和设定值有偏差，单片机将控制变频器使压力值稳定。本次设计中，限于条件，用三台直流电机来模拟三台水泵，用适用于直流电机的PWM方式来控制。脉宽调制(PWM)基本原理:控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。

篇4：谈单片机的变频恒压供水控制系统设计论文

主程序流程图5变频恒压供水控制系统运行调试在本系统设计的框架完成以后就行了一系列的调试与优化，在实验室做了一天时间的优化和调试。调试的内容包括，液晶是否正常显示，按键是否正常工作，调节可变电阻电机是否按相应要求工作，解决我们想到的供水问题，以免在实际供水工程中，给用户造成不便。

参考文献

[1]何立民：MCS-51系列单片机应用系统设计，北京航空航天大学出版社，1990，

[2]秦进平、官英双：基于单片机的恒压供水系统，黑龙江工程学院学报，，

[3]杜金城，电气变频调速设计技术[M]。中国电力出版社。

篇5：高压直流电源控制系统的工学论文

高压直流电源控制系统的工学论文

[论文关键词]高压输电直流输电控制系统

[论文摘要]高压直流输电(HVDC)作为一种新兴的输电技术，目前已经得到了广泛的重视和应用。随着“西电东送”和“全国联网”战略规划的实施，我国将出现越来越多的直流输电工程。主要介绍高压直流输电的特点，并且着重针对高压直流电源控制系统的运行特点进行研究。

一、引言

利用高压直流系统固有的快速、大范围可控制的输送电能的特点，可以借助交直流系统联合调节的手段来提高与直流系统相连接的交流系统的运行稳定性。为了实现这一目的，必须在直流输电系统主控制器上附加特殊的稳定控制器。文章基于此在介绍了高压直流输电的特点的基础上对高压直流电源控制系统的运行特点进行了研究。

二、高压直流输电的特点

1、功率传输特性。随着输送容量不断增长，稳定问题越来越成为交流输电的制约因素。为了满足稳定的要求，常需要采用串补、静补、调相机、开关站等措施，有时甚至不得不提高输电电压。但是这将增加很多电器设备，代价昂贵。直流输电没有相位和功角的问题，当然也就不存在稳定问题，只要电压降、网损等技术指标符合要求，就可以达到传输的目的，无须考虑稳定的问题，这是直流输电的重要特点，也是它的一大优势。

2、对线路故障的自防护能力好。交流线路单相接地后，其消除过程一般约0.4-0.8s，加上重合闸时间，约0.6―1s恢复。直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁，电压降到零，迫使直流电流降到零，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2-0.35s内。若线路上发生的故障重合(对直流输电系统为再启动)过程中重燃，交流线路就三相跳闸了。直流输电系统则可以用延长留待去游离时间及降压方式来进行第二、第三次再启动，创造线路消除故障、恢复正常运行的条件。对于单片绝缘子损坏，交流系统必然三相切除，直流系统则可降压运行，而且大多能取得成功。

3、潮流和功率控制可实现自动化。交流输电的潮流取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式，控制难度较大，需由值班人员调度。直流输电系统的功率传输可全部自动控制。

4、对短路容量无影响。两个电网以交流互联时，将增加两侧系统的短路容量，有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换。如果两电网以直流系统互联(背靠背方式)，无论哪里发生故障，在直流线路上增加的电流都是不大的，因此不会影响交流系统的断路容量。

5、调度管理简便。由于通过直流系统互联的两端交流系统可以有不同的频率，输送功率也可保持恒定(恒功率、恒电流等)。对于送端而言，整流站相当于交流系统的一个负荷。对于受端而言，逆变站则相当于交流系统的一个电源。两个电网相互之间的干扰和影响小，运行管理简单方便，对我国当前发展的跨大区互联、合同售电、合资办电等形成的联合电力系统非常适用。

三、高压直流输电控制系统的特点

高压直流输电系统的快速潮流控制能力以及其高度可控性在世界上的很多工程中得到了充分应用。它的有效运用决定于适当利用它的可控性以保证电力系统的所需性能。以提供高效而稳定的运行、最大限度地提高功率控制的灵活性而不危及设备的安全为目标。以下将主要论述高压直流输电控制系统的特点。

(一)控制系统基本结构。直流输电控制系统通常被分为三个层次，第一层为主控制级，也称为双层控制级。通常包含3个模块，分别是接受调度中心发来的输送功率指令的模块、功率调制和快速功率变化控制的模块和计算直流电流指令值的模块，即期望的直流电流值，电流控制的期望值从这个模块被传送到第二层次的'控制系统，即极控级。第二层为极控制级。直流输电极控制级中各控制器的目标是使直流输电系统按照某种特定的特性曲线来运行。极控制级的主要控制功能是经过控制运算以后发送一个触发角指令给第三层次阀组控制级的各个阀组控制单元。第三层为阀组控制级。阀组控制级主要有两个功能：取触发脉冲的同步信号和产生满足要求的触发脉冲系列以触发晶闸管阀。触发脉冲的同步信号应严格与换流站交流母线电压频率保持确定的倍数关系，以满足当系统发生严重故障，换流站交流母线电压大幅度跌落时仍能正常工作的要求。直流输电的阀组控制主要涉及系统硬件电路的设计。

(二)高压直流输电控制方式。直流小方式调制控制；小方式调制的目的主要是阻尼一种或多种模态的振荡，控制信号一般加于直流基本控制的电流指令环节。由于调制功率幅值不大的缘故，小方式调制无需两端换流站之间的通信。直流大方式调制控制：大方式调制控制旨在扩展系统暂态稳定极限，从而保障系统在大扰动下的安全。控制作用点通常取为直流基本控制的功率直流环节。相对于小方式调制控制，大方式调制对直流功率改变幅度较大，作用时需要与对端换流站通信。有的大方式调制控制信号取为两端交流系统的频率偏差，这样的控制器也可被称为频率调制控制器，因为由它的控制作用可以提高两侧交流系统的频率稳定性。Y角调制：对于直流联系的弱交流系统，直流功率调制的功效将大大削弱。假设整流侧调制作用使得直流电流上升，由于直流电压是由逆变侧电压控制环节以及换流站交流母线电压决定的，随着电流的上升逆变侧无功功率的需求量将增加。该问题的一种解决方法是在逆变侧引入Y角调制从而保障整流侧功率调制的有效性。

(三)钢铁企业直流输电系统的发展。在钢铁企业中积极有序地推进节电技术与管理对提高企业的节能水平尤为重要。在供配电环节，变压器等电能基础设施配置、更新及高效运行：传统的节电方法和渠道已经在钢铁企业广泛采用，并取得一定成效。在此基础上钢铁企业如何采取新的举措，开辟新的节电渠道，挖掘节电潜力。成了企业当务之急。伴随着全球性的通胀，电价上涨将是一个长期趋势，生产用电成本的上升只能靠企业加强用电管理，提高节电水平逐步消化。其中，在技术层面的节电技术发展较快，已经或者正在钢铁企业中得到大力的推广和应用。

四、结论

HVDC系统的基本控制在整流侧基本采用恒定电流控制和α限制控制相结合的方式；逆变侧多采用恒定熄弧角控制或恒定电压控制，以保证系统获得正常的直流电压，也配合有特殊情况下的恒定电流控制。直流基本控制的环节众多、控制过程相对较复杂。在这种基本控制的作用下的直流系统并不能直接提高整个交直流混合系统的稳定性，因此常常需要附加控制来拓展直流联络线的控制能力，以提高交流系统的动态性能。

篇6：CPAC控制系统设计论文

1系统架构

CPAC和其中一个客户端构成的银行自动化存取控制系统总体结构。控制系统由上位机和下位机两部分组成。上位机是计算机系统，包含控制中心计算机、客服端计算机及打印机、磁卡阅读器与密码键盘等配套设备；下位机是CPAC、端子板及存取机械手与取箱口所用的6个伺服电机及驱动器。由于CPAC只能控制8个伺服电机，控制存取机械手与取箱口1已经占用了6个接口，而一个取箱口远远不能满足客户的需求。当取箱口数量超过一个后，用PLC控制其余出箱口，PLC与CPAC之间通过RS485总线通讯，由CPAC作为主控制器协调PLC实现存取保管箱操作。整个系统工作在由交换机组建的星形局域网中，各部分之间基于TCP／IP协议进行通讯。

篇7：CPAC控制系统设计论文

2.1控制过程安全机制

2.1.1限位

为避免因软件错误或硬件故障导致的执行机构上的运行失控，保护硬件设备与操作人员的安全，在存取机械手与取箱口的每个控制轴上除了在导轨的两端安装有硬件限位块外，还必须使用限位开关来限制各轴的运动范围。软限位与硬限位配合使用，可以有效地防止运动部件跑出导轨。

2.1.2报警

当检测到驱动器报警信号以后，CPAC将关闭该轴的伺服使能，急停该轴的伺服电机，同时该轴报警触发标志位置。程序中检测到报警触发标志位以后，将故障状态报告控制中心，同时点亮报警灯并开启蜂鸣器，等待人工处理。

2.2运行速度的规划

在本控制系统中，CPAC工作采用点位运动模式。在运动控制中，梯形速度曲线以耗能低、速度快、容易实现等优点成为常用的速度控制曲线。其速度与加速度的变化曲线如图3所示。然而由于梯形速度曲线采用线性加速方式，其对应的加速度曲线不连续，因此存在柔性冲击，导致执行机构在运动过程中的平稳性能差。为了既获得平滑的加速度，又不失去梯形速度曲线的优势，将梯形速度曲线加以改进得到S型速度曲线。S型速度曲线的运动过程由加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段、减减速段组成。本控制系统采用该速度曲线作为存取机械手各轴的速度控制曲线，避免了柔性冲击因素。S型速度曲线由CPAC通过设置各轴运动参数中的平滑时间来实现。

2.3控制系统作业方式

在银行保管箱自动存取系统中，存取机械手执行任务时可以选择单一作业方式或复合作业方式。单一作业方式是：存取机械手从原点位置出发运行到任务指定的保管箱位置，将保管箱取出并送到取箱口，客户操作完成后从取箱口处把保管箱送回箱架，然后返回原点位置。复合作业方式是：存取机械手接收到一批存／取保管箱任务后，从原点位置出发运行到第一个任务指定的保管箱位置，将保管箱取出并送到取箱口，客户操作完成后从取箱口处把保管箱送回箱架，之后存取机械手不返回原点，而是直接执行下一个任务，不断循环直到完成所有任务。

2.4CPAC运动控制

CPAC的运动控制部分是整个软件系统设计的核心部分。CPAC运动控制软件主要由系统初始化模块、用户界面模块、运动控制模块、数据读写模块和网络通信模块组成。运动控制程序首先调用系统初始化模块，然后检查有无故障，如果系统运行正常，则通过网络连接控制中心，查询CPAC的控制方式，如果为手动模式，则进入手动模式运动控制子程序，否则进入自动模式运动控制子程序。用户界面模块为客户提供登录界面、图形化的存／取保管箱命令，并显示系统执行结果。运动控制模块通过在OtoStudio软件中调用CPAC运动控制库GUC－X00－TPX．lib中的运动控制函数执行以下功能：设置伺服电机的速度、加速度、移动距离（脉冲数）；读取光电开关对应的数字输入口获取光电开关的触发状态；往数字输出口写“1”、“0”来打开、关闭电磁开关。通过控制存取机械手、取箱口的.执行机构、拉板以及拉勾的动作，实现保管箱的自动存取操作。数据读写模块通过RS485总线控制激光条形码阅读器，读取条形码扫描结果。网络通信模块使CPAC通过以太连接控制中心，接收控制中心的命令与保管箱在箱架中的位置数据，并返回运行结果与报警信息。

3结束语

基于CPAC设计的银行全自动保管箱控制系统，实现了保管箱的自动存取与信息化管理，降低了银行的管理与维护成本，为客户提供了使用方便的保管箱业务，具有广阔的应用前景。

篇8：润滑油站控制系统设计论文

润滑油站控制系统设计论文

PLC（ProgrammableLogicController）可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它已广泛应用于工业控制，通过用户存储的应用程序来控制生产过程，具有强大的优点。也为工业自动化提供近乎完美的现代化自动控制装置。随着技术的快速发展，PLC技术的应用越来越广泛，如合理应用PLC技术，是现代工业控制正在努力发展的方向之一。作为4747m3高炉重要配套设施的240t/h锅炉，其给水泵是关系到锅炉系统安全稳定运行的关键。240t/h锅炉的给水泵系统由两台给水泵组成，由一台启动给水泵为主，另一台给水泵作为备用或辅助。这样的给水泵配置有利于给水泵主机系统出现故障或不能满足锅炉运行需求时，启动备用给水泵系统补充不足，避免由于给水泵故障造成的锅炉停炉。而稀油润滑站为锅炉给水泵的运行提供润滑用油，以保证给水泵的顺利运行，进一步保障了锅炉的安全运行。作为给水泵运行的.重要条件，稀油润滑站的正常运转是整个锅炉系统安全稳定运行的根本。240t/h锅炉自投运以来，因润滑油站故障先后造成4#给水泵轴瓦和电机、1#给水泵轴瓦烧毁，严重影响生产稳定，造成了巨大的经济损失。出于以上原因，为保证锅炉系统的正常运行，对稀油润滑站的控制方式进行改造十分必要。

1原设计方案程序及存在的问题

根据系统原设计方案，每台给水泵各配有一个独立的稀油润滑站，每个润滑油站各有两台润滑油泵。而远程控制时，一个启动命令控制两台泵的启停。两台油泵共用一个备妥信号，油泵启动后若备妥信号消失，则会造成停泵，且备用泵无法远程启动。润滑油压只有一个测压点，在联锁状态，当油压低于设定值时，由电气系统进行判断后，备用泵自动启动，油压高于设定值时，备用泵自动停止。若油泵启动后，油压依然低于设定值，水泵停止。两个润滑油泵的互备在电器柜上实现。控制箱在汽轮机0m平台，操作室在8m的平台。这种方案存在以下问题：①两台油泵只有一个启停，备妥以及压力低信号，反映出的信息较为笼统，不够直观，水泵出现故障时，不能够及时清楚的判断是哪台油泵的问题，不利于油泵的检修。②油压检测只反馈一个压力低信号，发生误报的可能性较大，结果可能会不准确。③操作室在16m平台，控制箱在0m平台，距离较远，出现紧急情况时，不方便操作人员进行应急操作。

2油泵控制改造原则

鉴于以上问题，对水泵稀油润滑站控制方式进行改造，应遵守以下原则：①在操作室能实时监控油泵的运行情况，并能在就地操作箱和操作室共同控制油泵的启停。②增强连锁条件的准确性。③在满足连锁条件时能快速准确的启动备用设备，从而不影响给水泵的正常运行。为满足上述油泵控制的改造原则，引入施耐德PLC自动控制体统，用PLC程序来控制油泵的启停和连锁，真正做到高度的精准控制。针对改造原则和PLC的引入，做到以下几点：①增加一个启停控制信号，使两台润滑油泵各具有一个启停控制信号。增加一个备妥信号，使两台润滑油泵各有一个备妥信号，备妥信号等同于集中信号参与控制。②两台油泵的电源准备好的信号由原来的在电器盘上变为上传到PLC，方便操作人员在上位机观察，及时发现问题。③在润滑油泵出口油压力只有一个测压点的基础上再增加为三个压力开关，并调整至给水泵正常工作所需的润滑油油压力值，在润滑油压力低时压力开关动作。④在运行中如果有至少两个压力开关动作，且油泵处于联锁状态时，自动启用备用泵，以保证水泵的润滑系统正常工作。⑤所有联锁控制全部由下位机程序判断，全部由上位机集中控制，现场操作箱只有启停功能和就地集中切换开关。

3油泵控制的改造过程

根据以上设想，进行以下工作：①在稀油润滑站出口总油管上加装3个压力开关，在润滑油压力低于给水泵正常工作所需要的压力值，在油压低于此值时，压力快关吸合，并接线将此信号传送至PLC控制系统。②从油泵的电源柜中取两台油泵的电源准备好信号，运行和停止信号，接线进入PLC控制系统。③在操作站上位机的画面上增加集中，电源准备好，开泵，停泵，连锁投入，压力低等按钮和指示灯。④对下位机程序进行修改，使其具有以下功能：两台泵都处于自动状态，主泵集中信号到，电源准备好，键盘开启动，则主泵启动，而后自锁，主泵运行。当主泵意外停止（非手动停止）时，另外一个泵自动启动。当检测润滑油压力的三个压力开关信号出现两个以上时，未启动的油泵自动启动。⑤完成以上工作后，我们又对新增设以及改动后的部分进行打点，经试验，所有改动前后画面比较。

4改造后的应用效果

经过这次对给水泵润滑油站的改造，提高了现场反馈信号的准确度以及清晰度，便于操作人员及检修人员发现和解决问题，由上位机集中控制，方便操作人员的及时采取应急措施。在很大的程度上降低了操作人员的劳动强度，改造前每半小时都需要到现场查看油泵运行情况，改造后只需在操作站上就能准确的观察油泵的运行情况，只需每小时定点检时观察即可。两台泵互备，一台泵意外停止，自动启另一台泵，降低了水泵发生故障的可能性，确保了水泵和锅炉系统的正常运行，有力地维护了生产的稳定，为创造更高的经济效益提供了根本保证。

5结语

在对240t锅炉给水泵稀油润滑站控制系统的改造后，实现了油泵的连锁自动启停，解决了在油压底时，备用油泵不启动，而使得给水泵不能正常工作，大大减少了生产隐患的发生，相比原有的系统而言，很大程度上降低了操作人员的劳动强度；设备的运行更加稳定，备件的消耗明显降低，实现了低成本的运行，并对类似的控制系统提供了技术支持。

篇9：利用压力传感器实现液位控制系统的设计工学论文

利用压力传感器实现液位控制系统的设计工学论文

摘要：控制器单片机，液位控制高度，报警、高度显示等功能，由于增加了气体压力传感器，使其具有与液面不接触的特点，可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制，具有较高的研究价值。该控制器不仅可用于学校进行教学研究，还可用于生产实际，是目前比较缺少的一种产品。

关键词：传感器；AD转换；控制器；外围硬件电路

0引言

随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。

1系统设计方案比较说明

对于液位进行控制的方式有很多，而应用较多的主要有2种，一种是简单的机械式控制装置控制，一种是复杂的控制器控制方式。两种方式的实现如下：

(1)简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等，这种控制形式的优点是结构简单，成本低廉。存在问题是精度不高，不能进行数值显示，另外很容易引起误动作，且只能单独控制，与计算机进行通信较难实现。

(2)复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号，经过前置放大、多路切换、AD变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和给定参量的比较，进行PID运算，得出调节参量；经由DA变换给调压变频调速装置输入给定端，控制其输出电压变化，来调节电机转速，以达到控制水箱液位的目的。

针对上述2种控制方式，以及设计需达到的性能要求，这里选择第二种控制方式，同时考虑到成本需要把PID控制去掉。最终形成的方案是，利用单片机为控制核心，设计一个对供水箱水位进行监控的系统。根据监控对象的特征，要求实时检测水箱的.液位高度，并与开始预设定值做比较，由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整，最终达到液位的预设定值。检测值若高于上限设定值时，要求报警，断开继电器，控制水泵停止上水；检测值若低于下限设定值，要求报警，开启继电器，控制水泵开始上水。现场实时显示测量值，从而实现对水箱液位的监控。

2工作原理

基于单片机实现的液位控制器是以AT89C51芯片为核心，由键盘、数码显示、AD转换、传感器，电源和控制部分等组成。

工作过程如下：水箱(水塔)液位发生变化时，引起连接在水箱(水塔)底部的软管管内的空气气压变化，气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为0～5V标准信号，送入AD转换器，AD转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度，可任意控制水位高度。

3硬件设计

液位控制器的硬件主要包括由单片机、传感器(带变送器)、键盘电路、数码显示电路、AD转换器和输出控制电路等。

3.1单片机

单片机采用由Atmel公司生产的双列40脚AT89C51芯片。

3.2传感器

传感器使用SY一9411L―D型变送器，它内部含有1个压力传感器和相应的放大电路。压力传感器是美国SM公司生产的555―2型OEM压阻式压力传感器，其有全温度补偿及标定(O～70℃)，传感器经过特殊加工处理，用坚固的耐高温塑料外壳封装。在水箱底部安装1根直径为5mm的软管，一端安装在水箱底部；另一端与传感器连接。水箱水位高度发生变化时，引起软管内气压变化，然后传感器把气压转换成电压信号，输送到AD转换器。

3.3键盘电路

P1口作为键盘接口，连接一个4×4键盘。

3.4液位显示电路

液位显示采用数码管动态显示，范围从0～999(单位可自定)，选择的数码管是7段共阴极连接，型号是LDSl8820。在这里使用到了74LS373，它是一个8位的D触发器，在单片机系统中经常使用，可以作地址数据总线扩展的锁存器，也可以作为普通的LED的驱动器件，由于单独使用HEF4511B七段译码驱动显示器来完成数码管的驱动显示，因此74LS373在这里只用作扩展的缓冲。

3.5AD转换电路及控制输出

AD转换电路在控制器中起主导作用，用它将传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能处理的数字量。该控制器采用CMOS工艺制造的逐步逼近式8位AD转换器芯片ADC0809。在使用时可选择中断、查询和延时等待3种方式编制AD转换程序。控制输出主要有上下限状态显示、超限报警。另外在设计过程中预留了串行口，供进一步开发使用。

4软件设计

4.1键盘程序

由于键盘采用的是4×4结构，因此可使用的键有16个，根据需要分别定义各键，0～9号为数字键，10～15号分别是确定键、修改键、移位键、加减键、取消键和复位键。

值得注意的是，在用汇编语言编写控制器程序时，相对会比较麻烦，如果用C语言编写程序会简单很多，这里就不再做具体说明。

5结束语

基于单片机实现液位控制器模型设计的关键在于硬件电路的正确构建，只有在电路准确的前提下再进行软件编程才能取得成功。

参考文献：

[1]黄智伟.传感器技术.，21（9）：31～33

[2]窦振中.单片机原理主程序设计.北京航空航天大学出版社.

[3]贾民平.测试技术.高等教育出版社

篇10：自控变频节能节水灌溉系统的研究工学论文

目前全球淡水资源日趋紧张,在我国有很多地方农田和生活用水紧张的情况相当严重,有的已出现断水现象,因此节水问题已成为全社会共同关注的严重问题。

早在,在桐乡市政府支持下,经市水利勘测设计所设计并在河山含村示范区等地建成低压地下管道灌溉试点工程,由于田间用水量变化大,为了解决水量流量的实时调控,泵站的出水池新建了高大的蓄水池,蓄水池内安装了液位控制器,串接于电机控制柜的控制回路中,初步解决了用水量、出水量的实时调控。“液位自动控制节水灌溉系统”于获浙江省水利厅科技进步三等奖,获浙江省水利厅优秀工程设计奖。秋,桐乡市水利局在石门镇民丰村明渠灌溉的庙桥浜泵站试用手动变频调速控制水泵运行,取得较好地效果,受到当地群众的高度赞誉。

一、“自控变频节能节水灌溉系统”的总体设计

一是引入变频调速技术、压力传感技术、可编程控制技术于农田灌溉。由变频器、压力变送器、压力显示器、可编程控制器、可编程时控器、相序保护器和空气开关、断路器、交流接触器、时间继电器、热继电器、按钮、指示灯、仪表等电器集成(均为国产)的智能型自动控制柜“自控变频节能控制柜”,作为“自控变频节能节水灌溉系统”的指挥中心,能根据田间用水量的变化,自动变频调速调节水泵出水量,自动进行工频变频切换和单泵双泵切换,自动按设定时间开机停机。在泵站建设中,针对平原水网地区泵站规模较小的特点,采用了涵洞式引水道、竖井式水泵室,使引水道和水泵井四周的土压力相互平衡,比传统的开敞式引水道有限地节省了工程量,减少了土方开挖和回填土,方便了施工。

二是将“液位自动控制节水灌溉”中的高蓄水池,改为较小的地下压力水池,建在泵房地面之下。既节省了工程量,又减少了耕地占用。水池壁上预埋安装压力变送器和水位观察管的镀锌钢管,水池边上设置调压溢流管。选用专门为本地区低压管道灌溉研制且不需要加引水、适于自动开机的HDB系列导叶式混流泵。用UPVC双壁波纹管作为地下管道,用钢筋混凝土预制接头,施工方便,漏水少,管壁糙率小。干管和部份支管的进口处安装蝶阀控制,部份渠尾设置调压管。用专利产品、工程塑料制造的FN-150(100)农田灌溉节水阀作为田间放水阀,使用寿命长,不需维修,可做到滴水不漏。一只放水阀控制面积约5亩左右。

二、关键设备“自控变频节能控制柜”的原理和工作过程

田间用水量的信息,通过管网压力的变化,传递到压力水池中,压力水池中安装的压力变送器,把压力信号变成电模拟量,输入变频器控制回路,变频器根据输入的模拟量,自动将连接水泵电机的主回路的交流电频率变化,使管网压力不断向设定的“控制压力”接近,达到恒压供水。从而使水泵根据田间用水量自动调节供水量,达到节水节能目的。一个泵站安装两台水泵,为了节省投资,采用一台变频器控制两台电机,由于田间用水量的变化涉及到单泵供水或双泵供水,需单泵双泵切换和工频变频切换,用可编程控制器设定条件进行控制,还要设置“最高压力”、“最低压力”等参数。

控制柜的电路,有变频器-电机主回路和控制回路两大部份,控制回路有压力变送显示电路、可编程控制器外接电路、可编程时控器外接电路、变频器外接电路、交流接触器互锁电路、手动控制电路、电机工况显示电路、直流电源外接电路等,另外还设置了相序保护器、热继电器等。

控制柜的工作过程,以一台变频器控制两台电机的控制柜为例。首先合上电源空气开关,接通电源,按照“自控变频节能控制柜使用维护简要说明”在变频器控制面板上设置好“控制压力”,在压力显示器上设置好“最低压力”、“最高压力”,在可编程时控器上设置好开机停机时间(或在时间继电器上设置好停机时间),把“功能转换旋钮”旋到“自动”,然后即可正常工作。其工作过程为:

当到达时控器设定的开机时间,如果压力变送器检测到的压力低于“最低压力”,1号机组(两台机组中功率较大的一台)首先变频软起动,可见压力显示器中数值逐渐上升,水位观察管中水柱同步上升,如此时田间用水量不多,一台水泵水量已够,则压力上升到“控制压力”以上,变频器即自动降频,压力降低到“控制压力”以下,变频器即自动升频,使水泵保持恒压供水,田间用水量的变化反映在水泵转速的变化上。

如果田间用水量逐渐增加,1号机组的出水量不够了,此时尽管电机以最大频率即50Hz运行,但压力显示器中数值还是逐渐下降,待下降到设定的加泵压力即“最低压力时”,控制柜等待五分钟,如果不是特殊的波动造成,五分钟的压力都低于最低压力,此时才将1号机组自动转为工频运行,将2号机组自动变频软起动,可见压力显示器中数值逐渐上升,如此时两台水泵供水量已够田间用水,则压力上升到“控制压力”后,即保持恒压供水,田间用水量的变化反映在2号机组转速的变化上。如果田间用水量继续上升,两台水泵的供水量也不够了,尽管两台水泵都以最高频率50Hz运行,供水压力还是逐步下降,此时,应关闭或调小部份节水阀,用水量减少到二两台水泵供水量以下,供水压力就会恢复到设定的“控制压力”。

如果田间用水量逐步减少,管道和压力水池中的压力会稍微上升,正在变频运行的'2号机组转速随即降低,水泵出水减少,以保持恒压供水。如果田间用水量进一步减少,小于1号机组的出水量,但仍大于2号机组出水量,当供水压力超过设定的“最高压力”,这时首先将正在工频运行的1号机组自动停机,然后自动将正在变频运行的2号机组转成工频运行,再自动变频软起动1号机组。如果田间用水量进一步减少,小于2号机组的出水量,这时即使1号机组频率和转速降到最低,水池压力还是超过“最高压力”,则正在工频运行的2号机组自动停机。如果田间用水量再进一步减少到接近于零,则1号机组以最低频率(设置为15HZ)运行,使管道压力保持一定数值,以备田间可以随时用水。

可编程时控器到达设定停机时间,正在变频运行的1号机组变频软停机。也可以将“功能转换旋钮”从“自动”转向“停止”。如果按下“紧急停车按钮”,任何情况之下,两台机组都会立即停机。

三、该系统的改进意见

任何技术都是在不断改进的,“自控变频节能节水灌溉系统”也是在综合许多先进技术的基础上改进的,今后也将随着技术的发和进步不断改进。经过一个灌溉季节的实践,笔者认为应对系统做如下改进:

一是对于只有一台水泵的泵站,可以利用变频器内置简易PLC编程控制,可降低控制柜造价。

二是对于只有一台水泵的泵站,可以取消压力水池,以进一步降低泵站造价,逆止阀、调压管仍旧保留。对于两台或两台以上水泵的泵站,压力水池还是需要的。

三是针对现有泵站管理人员文化程度偏低的现象,建议今后选配泵站管理人员时,最好文化程度能在初中以上,便于熟练掌握控制柜各种功能的应用,最大限度地发挥先进设备的功能。

四是假使有两台水泵的控制柜,还应增加“先开机选择旋钮”,在“自动”状态下,可以先起动任意一台机组,有利于两台机组的均匀使用。

桐乡市这样的平原水网地带,泵站的规模比较小,一般都是明渠灌溉的泵站,多数安装一台水泵。经过以上改进,泵站和控制柜的造价将明显降低。可以和明渠灌溉的泵站极为接近。这就为“自控变频节能节水灌溉系统”的进一步推广开辟了广阔的空间。未来将成为桐乡市和类似地区农田灌溉的主要模式。