基于PLC的风机控制新版专业系统设计.doc

学 号 机电传动控制课 程 论 文论文题目：姓 名：刘建峰班 级：机电124电 话：电子邮箱：提交日期： 河南科技大学 至 年 第 一 学期课程论文评分表评分内容分值评分原则得分论文选题20A论文具备前瞻性，有较多创新看法：1620分B论文具备前瞻性，有少数创新看法：515分C论文没有前瞻性，无创新：04分论文构造40A论文层次分明，内容组织有序：3040分B论文层次普通，内容组织普通：1529分C论文层次不合理，内容组织不合理：14分如下语言组织20A语言简洁，通顺：1620分B语言普通，基本通顺：1215分C语言不通顺，错别字较多：11分如下结合实际20A论文有较高使用价值，可以解决实际问题：1620分B论文使用价值普通，有一定参照价值：815分C论文没有使用价值：07分共计100 摘 要 随着科学技术进步，初期可编程逻辑控制器已发展为现今可编程控制器，简称PLC。PLC是微机控制技术与继电器控制技术相结合产物，是在顺序控制器上发展起来。PLC是以微解决器为核心用数字控制专用工业计算机。虽然在很恶劣工业环境中，还能保持可靠运营。 煤矿生产中，主通风机系统起着极其重要作用，通风机能否正常工作，直接影响煤矿生产活动。因而对其进行PLC控制变频调速系统设计和研究，不但可以大大提高煤矿生产机械化、自动化水平，还能节大量电能，具备较高经济效益。本文结合PLC控制技术、变频调速技术和组态监控技术，对矿井通风机进行了PLC控制状态监测和变频调速设计和研究。以PLC为主控设备，简介了可编程序控制器（PLC）在煤矿通风系统中应用；探讨了通风机实现自动控制系统系统构成和设计；涉及了硬件设备选型与组态；并且汇编了通风机自动实现梯形图；并且简述了PLC与其她智能装置不同以及构成控制系统。核心词：煤矿通风机； PLC； 在线控制Design of Fan Control System Based on PLCAbstracthas been developed for the present programmable controller，referred to as PLC. PLC is the com With the development of science and technology，the early programmable logic controller bination of the computer control technology and relay control technology，which is developed on the order controller.PLC is a special industrial computer with digital control for microprocessor as the core. Even in a very harsh industrial environment，it can be maintained In the production of coal mine，the system of the main fan plays an important role，and the fan can work normally，which directly affects the production of coal mine. So the design and research of PLC control system of frequency control of motor speed，not only can greatly improve the mechanization and automation level of the coal mine production，but also a lot of power，has high economic benefit.In this paper，the design and research of the state monitoring and frequency conversion speed regulation for the PLC control of the mine fan are carried out with the PLC control technology，the frequency conversion technology and the configuration monitoring technology. PLC based control equipment，introduces the application of programmable controller (PLC) in the mine ventilation system；discusses the fan to achieve automatic control system composition and design；relates to the hardware equipment selection and configuration；compiled the fan to achieve automatic control ladder diagram，and introduces briefly the PLC and other intelligent devices and personal computer network，composed of control system.Keywords：Coal mine ventilator；PLC；Online monitoring 目 录引 言11.1 PLC及风机控制系统发展状况2第二章 总体方案设计52.1 控制系统规定52.2 系统构成及工作原理52.3 离心风机控制原理分析6第3章 系统硬件设计103.1 温度传感器选取103.2 PLC选取103.2.1 PLC控制系统设计流程10第4章 系统软件设计154.1 PLC程序设计154.1.1 离心风机转换过程分析184.1.2 实验中系统工作状态184.1.3 实验中状态转换过程实现办法194.2 程序设计梯形图19结论25参照文献27引 言 近年来，随着科学技术不断发展，可编程控制技术日趋完善，PLC功能越来越强。它不但可以代替继电器控制系统，使硬件软化，提高系统可靠性和柔和性，还具备运算.技数。计时。调节。联网等功能。采用PLC变频器驱动方案开始逐渐取代风门、挡板、阀门控制方案，从而减少了生产成本，减少能量消耗和对环境污染，为公司带来乐观经济效益和社会效益。因而对于PLC控制设计也越来越精密。 风机重要构成某些是风机控制系统，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获和保证良好电网兼容性等重要任务，它重要由监控系统、主控系统（主控系统是风机控制系统主体）、变桨控制系统(与主控系统配合)以及变频系统（变频器）几某些构成。 随着电子技术和微电子技术迅速发展，PLC可靠控制和变频器驱动，得到广泛应用。PLC控制变频调速离心风机通风系统因具备较高可靠性和较好节能效果，深受市场欢迎。 1.1PLC及风机控制系统发展状况 通过几十年迅速发展，PLC功能越来越强大，应用范畴也越来越广泛,其足迹已遍及国民经济各个领域,形成了可以满足各种将需要PLC应用系统。随着市场需求不断提高PLC发展体现出如下趋势。1.向小型化、微型化和大型化、多功能两个方向发展2.过程控制功能不断增强3.大力开发和创新智能型I/O模块4.与个人计算机日益紧密结合5.编程语言趋向原则化6.通信与联网能力不断增强通风机控制系统当今现状：风机控制系统是风机重要构成某些。现今，由于风力发电机组在国内电网中所占比例越来越大，风力发电方式电网兼容性较差问题也逐渐暴露出来，同步顾客对不同风场、不同型号风机之间联网规定也越来越高，这也对风机控制系统提出了新一轮任务。（1）采用统一和开放合同以实现不同风场、不同厂家和型号风机之间以便互联。 （2）需要进一步提高低电压穿越运营能力（LVRT）。（3）实当前功率预估条件下风电场有功功率和无功功率及自动控制。第二章 总体方案设计2.1 系统构成及工作原理 工业离心风机工作规定是指在特定工作环境中，风机输出风量要随着外界条件变化，保持在设定参数值上。这样，既可满足工作规定，又不使电动机空转，从而减少电能挥霍。为实现上述目的，本系统采用闭环控制方式。工业现场温度由温度传感器检测，变换成模仿输入反馈信号，经A/D转换后与PLC中给定值比较，再经D/A转换变成模仿量输出信号，控制变频器调节风机转速，从而达到控制工厂车间温度目系统构成简图如图2-1所示。图2-1 自动控制系统构成框图2.2 变频调速节电路原理图变频调速应用于风机系统电机自动控制中，其节能效果明显。变频调速传动效率高，因变频调速属于电气调速，无中间机械设备，也就没有附加转差损耗，属于低损耗高效调速，并且其调速范畴广，反映速度快，精度高，装臵安全可靠，安装调试以便，容易实现闭环控制，能达到自动调节。此外，使用变频调速还具备高效节能效果。当前，变频调速控制器作为一种新型节能控制装臵，已开始在各行各业逐渐得到推广和应用 变频系统主电路原理图如图2-3所示。图2-3 变频器主电路原理图2.3 离心风机控制原理分析离心风机叶轮外覆有机械外壳，叶轮中心为进气口。离心风机工作时，动力设备运转驱动叶轮旋转，将空气从进气口吸入。离心风机叶片转动过程中对气体施加动力作用，提高气体压力和速度，气体在离心力作用下沿叶道从排气口排 在控制电路设计中，要考虑弱电和强电之间隔离问题，还要考虑电路之间互锁关系。这对于变频器安全运营十分重要。为了其可靠性和检测以便，本次设计了手动/自动转换控制电路。通过转换开关及相应电路来实现。电气控制线路图见图2-5所示。图2-5中，SA为手动/自动转换开关，KA为手动/自动转换用中间继电器，打在位置为手动状态，打在位置KA吸合，为自动状态。在手动状态，通过按钮SB1-SB12控制各台风机起停。在自动状态时，系统执行PLC控制程序，自动控制风机起停。中间继电器KA6个常闭触点串接在三台风机手动控制电路上，控制三台风机手动运营。中间继电器KA常开触点接PLCX0，控制自动变频运营程序执行。在自动状态时，三台风机在PLC控制下可以有序而平稳地切换、运营。风机电机电源通断，由中间继电器KA1-KA6控制接触器KM 1-KM6线圈来实现。HL0为自动运营批示灯。FR1，FR2，FR3为三台风机热继电器常闭触点，对电机进行过流保护。 图2-4 离心风机主电路图图2-5 离心风机控制线路图第3章 系统硬件设计3.1 温度传感器选取 为了实时检测车间内温度，需要安装温度传感器，经比较后选定热电偶传感器。中间继电器KA1-KA6控制接触器KM1-KM6接线图如图3-1所示。图3-1 KA-KM接线图3.2 PLC选取经比较最后选取了日本松下电工FP0系列PLC产品。3.2.1 PLC控制系统设计流程 PLC控制系统设计环节如图3-2所示，在本系统设计中，使用了一种主模块，一种扩展模块，一种A/D转换模块，共使用19个输入口，12个输出口，在I/O口使用上，充分考虑了系统在后来扩展需要，为了提高系统可靠性，在软件设计时除了编制正常工作下自动控制程序外，还在PLC中编制了手动控制程序，从而大大提高了系统可靠性。PLC模块接线图如图3-2所示。图3-2 PLC控制系统设计流程图图3-3 PLC接线图表3-1 I/O分派表X0系统启动Y0电源批示灯X1系统停止Y1温度过高批示灯X2变频器信号输入Y2接变频器VRF端X3温度传感器1信号输入Y4变频器报警X4温度传感器2信号输入Y5电机线圈过热报警X5热电偶传感器信号输入YA1#风机工频运转X6连接上位机YB1#风机变频运转X81#风机工频选取YC备用系统X91#风机变频选取YE2#风机工频运转XA1#风机启动YF2#风机变频运转XB1#风机停止Y223#风机工频运转XC2#风机工频选取Y233#风机变频运转XD2#风机变频选取XE2#风机启动XF2#风机停止X203#风机工频选取X213#风机变频选取X223#风机启动X233#风机停止（1） 上限频率：由于变频器内部具备转差补偿功能，在50HZ状况下电动机在变频运营时实际转速要不不大于工频运营时转速，目是增大了电动机负载。本系统中上限频率设定为49.5HZ。（2） 下限频率：在风机系统中，转速过低，会浮现电机全扬程小于基本扬程(实际扬程)，形成电机“空转”现象。因而，在多数状况下，下限频率不能太低，可依照实际状况恰当调节。本系中下限频率设定为35HZ。（4）启动频率：风机在启动时，应恰当预置启动频率值，使其在启动瞬间有一定冲击力。本系统中启动频率设定为10HZ。第4章 系统软件设计4.1 PLC程序设计 风机控制系统可以实现重要功能涉及自动变频恒温运营、自动工频运营、远程手动控制和现场手动控制。PLC控制程序设计重要任务是接受来自温度传感器信号，判断当前温度状态，通过相应程序解决，发射出信号去控制变频器、继电器、接触器、信号灯等电器动作，以达到调节风机运营，从而实现控制车间内温度目。主电路端子及功能表如表4-1所示,变频器接线图如图4-2所示。 图4-1 变频器连接端子图， 图4-2 变频器接线图4.1.2 实验中系统工作状态设定 工作状态之间转换条件是依照变频器输出频率与否到达极限频率和温度与否达到设定值。设变频器输出频率达到极限频率时信号为X1，实际温度不不大于设定温度值信号为X2，实际温度达到设定温度值信号为X3实际温度不大于设定温度值信号为X4。从停机到启动1#风机条件为：满足X2；保持既有工作状态条件为：满足X3；增开风机条件：同步满足X1，X2；减开风机条件：同步满足X1，X4；系统工作状态如表4-3所示：表4-3 系统工作状态表状态符号工作状态S0停机状态，传感器检测。S201#风机变频运营，2#，3#风机停机。S211#风机工频运营，2#风机变频运营，3#风机停机。S221#风机工频运营，2#风机工频运营，3#风机变频运营。S233台风机所有工频运营，备用系统启动。S24关闭备用系统，3#风机变频运营。S25关闭1#风机，2#风机工频运营，3#风机变频运营。S26关闭2#风机，3#风机变频运营。S27关闭3#风机，传感器检测。S28系统异常，浮现故障。4.1.3 实验中状态转换过程实现办法 从传感器检测状态到启动1#风机，只需用变频器以起始频率起动1#风机电机运营即可；减开风机过程是在满足减开风机条件前提下，通过PLC控制，断开工频运营状态电机接触器主触点即可。本控制系统主程序流程图如图4-4所示。4.2 程序设计梯形图图4-3 系统总控制流程图图4-4 启动/停止程序图4-5比较程序 图4-6 模仿量输出程序结论运用PLC控制变频器来实现离心风机变频调速自动控制设计是完全可行。采用本节设计系统可以依照风机现场实际状况，按照当时温度规定迅速调节风机叶轮转速，既不影响工作效果又能达到节能规定，减少了人力物力资源。本系统运用PLC实现就地控制，还设计了自动/手动互相切换两种工作方式，既能在正常生产中实现自动控制以保证安全工作，又能在突发事件(如断电自控元器件浮现故障或需要检修调节自控系统且不影响生产等)浮现时，切换到手动控制进行应急解决。防止事故发生并且系统防干扰能力强，虽然在恶劣环境中也能可靠地工作，大大缩短了故障修复时间。然而，本次设计控制系统仅仅只对工业车间内对温度特定规定而设计，也许还会受到某些外来因素影响，在硬件选用上还留有一定空间。此外系统程序可依照实际需要而变化，具备良好柔性。 参照文献1 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