基于PLC的風機控制系統(tǒng)設計(共20頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上學 號 5機電傳動控制課 程 論 文論文題目：姓 名：劉建峰班 級：機電124電 話：電子郵箱：提交日期： 河南科技大學2014 至 2015 學年 第 一 學期課程論文評分表評分內(nèi)容分值評分標準得分論文選題20A論文具有前瞻性，有較多的創(chuàng)新見解：1620分B論文具有前瞻性，有少數(shù)的創(chuàng)新見解：515分C論文沒有前瞻性，無創(chuàng)新：04分論文結構40A論文層次分明，內(nèi)容組織有序：3040分B論文層次一般，內(nèi)容組織一般：1529分C論文層次不合理，內(nèi)容組織不合理：14分以下語言組織20A語言簡練，通順：1620分B語言一般，基本通順：1215分C語言不通順，錯別字較多：11分

2、以下結合實際20A論文有較高的使用價值，能夠解決實際問題：1620分B論文使用價值一般，有一定的參考價值：815分C論文沒有使用價值：07分合計100 摘 要 隨著科學技術的進步，早期的可編程邏輯控制器已發(fā)展為現(xiàn)今的可編程控制器，簡稱PLC。PLC是微機控制技術與繼電器控制技術相結合的產(chǎn)物，是在順序控制器上發(fā)展起來的。PLC是以微處理器為核心用數(shù)字控制的專用工業(yè)計算機。即使在很惡劣的工業(yè)環(huán)境中，還能保持可靠運行。 煤礦的生產(chǎn)中，主通風機的系統(tǒng)起著極其重要的作用，通風機能否正常工作，直接影響煤礦的生產(chǎn)活動。因此對其進行PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設計和研究，不僅可以大大提高煤礦生產(chǎn)的機械化、自動化

3、水平，還能節(jié)大量的電能，具有較高的經(jīng)濟效益。本文結合PLC控制技術、變頻調(diào)速技術和組態(tài)監(jiān)控技術，對礦井通風機進行了PLC控制的狀態(tài)監(jiān)測和變頻調(diào)速的設計和研究。以PLC為主控設備，介紹了可編程序控制器（PLC）在煤礦通風系統(tǒng)中的應用；探討了通風機實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和設計；涉及了硬件設備的選型與組態(tài)；并且匯編了通風機自動實現(xiàn)的梯形圖；并且簡述了PLC與其他智能裝置的不同以及組成的控制系統(tǒng)。關鍵詞：煤礦通風機； PLC； 在線控制Design of Fan Control System Based on PLCAbstracthas been developed for the presen

4、t 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 compu

5、ter 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 des

6、ign 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

7、 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 vent

8、ilation 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 compute

9、r network, composed of control system.Keywords: Coal mine ventilator; PLC; Online monitoring 目 錄專心-專注-專業(yè)引 言 近年來，隨著科學技術的不斷發(fā)展，可編程控制技術日趨完善，PLC的功能越來越強。它不僅可以代替繼電器控制系統(tǒng)，使硬件軟化，提高系統(tǒng)的可靠性和柔和性，還具有運算.技數(shù)。計時。調(diào)節(jié)。聯(lián)網(wǎng)等功能。采用PLC的變頻器驅動方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案，從而減少了生產(chǎn)成本，減少能量消耗和對環(huán)境的污染，為企業(yè)帶來樂觀的經(jīng)濟效益和社會效益。因此對于PLC控制的設計也越來越精密。 風機的

10、重要組成部分是風機的控制系統(tǒng)，它承擔著風機監(jiān)控、自動調(diào)節(jié)、實現(xiàn)最大風能捕獲和保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務，它主要由監(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)（主控系統(tǒng)是風機控制系統(tǒng)的主體）、變槳控制系統(tǒng)(與主控系統(tǒng)配合)以及變頻系統(tǒng)（變頻器）幾部分組成。 隨著電子技術和微電子技術的迅速發(fā)展，PLC的可靠控制和變頻器的驅動，得到廣泛的應用。PLC控制的變頻調(diào)速離心風機的通風系統(tǒng)因具有較高的可靠性和較好的節(jié)能效果，深受市場的歡迎。 1.1PLC及風機控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況 經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，PLC的功能越來越強大，應用范圍也越來越廣泛,其足跡已遍及國民經(jīng)濟的各個領域,形成了能夠滿足各種將需要的PLC應用系統(tǒng)。隨著市場需

11、求的不斷提高PLC的發(fā)展體現(xiàn)出以下趨勢。1.向小型化、微型化和大型化、多功能兩個方向發(fā)展2.過程控制功能不斷增強3.大力開發(fā)和創(chuàng)新智能型I/O模塊4.與個人計算機日益緊密結合5.編程語言趨向標準化6.通信與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強通風機控制系統(tǒng)的當今現(xiàn)狀：風機的控制系統(tǒng)是風機的重要組成部分?，F(xiàn)今，由于風力發(fā)電機組在我國電網(wǎng)中所占比例越來越大，風力發(fā)電方式的電網(wǎng)兼容性較差的問題也逐漸暴露出來，同時用戶對不同風場、不同型號風機之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來越高，這也對風機控制系統(tǒng)提出了新的一輪任務。（1）采用統(tǒng)一和開放的協(xié)議以實現(xiàn)不同風場、不同廠家和型號的風機之間的方便互聯(lián)。 （2）需要進一步提高低電壓穿越運行能力

12、（LVRT）。（3）實現(xiàn)在功率預估條件下的風電場有功功率和無功功率及自動控制。第二章 總體方案設計2.1 系統(tǒng)構成及工作原理 工業(yè)離心風機的工作要求是指在特定的工作環(huán)境中，風機輸出的風量要隨著外界條件的變化，保持在設定的參數(shù)值上。這樣，既可滿足工作要求，又不使電動機空轉，從而減少電能的浪費。為實現(xiàn)上述目標，本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方式。工業(yè)現(xiàn)場的溫度由溫度傳感器檢測，變換成模擬輸入反饋信號，經(jīng)A/D轉換后與PLC中給定值比較，再經(jīng)D/A轉換變成模擬量輸出信號，控制變頻器調(diào)節(jié)風機轉速，從而達到控制工廠車間溫度的目的系統(tǒng)組成簡圖如圖2-1所示。圖2-1 自動控制系統(tǒng)組成框圖2.2 變頻調(diào)速節(jié)電路原理圖

13、變頻調(diào)速應用于風機系統(tǒng)電機的自動控制中，其節(jié)能效果明顯。變頻調(diào)速傳動效率高，因變頻調(diào)速屬于電氣調(diào)速，無中間機械設備，也就沒有附加的轉差損耗，屬于低損耗的高效調(diào)速，而且其調(diào)速范圍廣，反應速度快，精度高，裝臵安全可靠，安裝調(diào)試方便，容易實現(xiàn)閉環(huán)控制，能達到自動調(diào)節(jié)。另外，使用變頻調(diào)速還具有高效節(jié)能的效果。目前，變頻調(diào)速控制器作為一種新型的節(jié)能控制裝臵，已開始在各行各業(yè)逐漸得到推廣和應用 變頻系統(tǒng)的主電路原理圖如圖2-3所示。圖2-3 變頻器主電路原理圖2.3 離心風機控制原理分析離心風機的葉輪外覆有機械外殼，葉輪的中心為進氣口。離心風機工作時，動力設備運轉驅動葉輪旋轉，將空氣從進氣口吸入。離心風機

14、的葉片轉動過程中對氣體施加動力作用，提高氣體的壓力和速度，氣體在離心力的作用下沿葉道從排氣口排 在控制電路的設計中，要考慮弱電和強電之間的隔離問題，還要考慮電路之間互鎖的關系。這對于變頻器安全運行十分重要。為了其可靠性和檢測的方便，本次設計了手動/自動轉換控制電路。通過轉換開關及相應的電路來實現(xiàn)。電氣控制線路圖見圖2-5所示。圖2-5中，SA為手動/自動轉換開關，KA為手動/自動轉換用中間繼電器，打在位置為手動狀態(tài)，打在位置KA吸合，為自動狀態(tài)。在手動狀態(tài)，通過按鈕SB1-SB12控制各臺風機的起停。在自動狀態(tài)時，系統(tǒng)執(zhí)行PLC的控制程序，自動控制風機的起停。中間繼電器KA的6個常閉觸點串接在

15、三臺風機的手動控制電路上，控制三臺風機的手動運行。中間繼電器KA的常開觸點接PLC的X0，控制自動變頻運行程序的執(zhí)行。在自動狀態(tài)時，三臺風機在PLC的控制下能夠有序而平穩(wěn)地切換、運行。風機電機電源的通斷，由中間繼電器KA1-KA6控制接觸器KM 1-KM6的線圈來實現(xiàn)。HL0為自動運行指示燈。FR1, FR2, FR3為三臺風機的熱繼電器的常閉觸點，對電機進行過流保護。 圖2-4 離心風機主電路圖圖2-5 離心風機控制線路圖第3章 系統(tǒng)硬件設計3.1 溫度傳感器選擇 為了實時檢測車間內(nèi)的溫度，需要安裝溫度傳感器，經(jīng)比較后選定熱電偶傳感器。中間繼電器KA1-KA6控制接觸器KM1-KM6的接線圖

16、如圖3-1所示。圖3-1 KA-KM接線圖3.2 PLC的選擇經(jīng)比較最終選擇了日本松下電工FP0系列PLC產(chǎn)品。3.2.1 PLC控制系統(tǒng)設計流程 PLC控制系統(tǒng)的設計步驟如圖3-2所示，在本系統(tǒng)的設計中，使用了一個主模塊，一個擴展模塊，一個A/D轉換模塊，共使用19個輸入口，12個輸出口，在I/O口的使用上，充分考慮了系統(tǒng)在以后擴展的需要，為了提高系統(tǒng)的可靠性，在軟件設計時除了編制正常工作下的自動控制程序外，還在PLC中編制了手動控制程序，從而大大提高了系統(tǒng)可靠性。PLC模塊接線圖如圖3-2所示。圖3-2 PLC控制系統(tǒng)設計流程圖圖3-3 PLC接線圖表3-1 I/O分配表X0系統(tǒng)啟動Y0電

17、源指示燈X1系統(tǒng)停止Y1溫度過高指示燈X2變頻器信號輸入Y2接變頻器VRF端X3溫度傳感器1信號輸入Y4變頻器報警X4溫度傳感器2信號輸入Y5電機線圈過熱報警X5熱電偶傳感器信號輸入YA1#風機工頻運轉X6連接上位機YB1#風機變頻運轉X81#風機工頻選擇YC備用系統(tǒng)X91#風機變頻選擇YE2#風機工頻運轉XA1#風機啟動YF2#風機變頻運轉XB1#風機停止Y223#風機工頻運轉XC2#風機工頻選擇Y233#風機變頻運轉XD2#風機變頻選擇XE2#風機啟動XF2#風機停止X203#風機工頻選擇X213#風機變頻選擇X223#風機啟動X233#風機停止（1） 上限頻率：由于變頻器內(nèi)部具有轉差補償

18、功能，在50HZ的情況下電動機在變頻運行時的實際轉速要大于工頻運行時的轉速，目的是增大了電動機的負載。本系統(tǒng)中上限頻率設定為49.5HZ。（2） 下限頻率：在風機系統(tǒng)中，轉速過低，會出現(xiàn)電機的全揚程小于基本揚程(實際揚程)，形成電機“空轉”的現(xiàn)象。因此，在多數(shù)情況下，下限頻率不能太低，可根據(jù)實際情況適當調(diào)整。本系中下限頻率設定為35HZ。（4）啟動頻率：風機在啟動時，應適當預置啟動頻率值，使其在啟動瞬間有一定的沖擊力。本系統(tǒng)中啟動頻率設定為10HZ。第4章 系統(tǒng)軟件設計4.1 PLC程序設計 風機控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)的主要功能包括自動變頻恒溫運行、自動工頻運行、遠程手動控制和現(xiàn)場手動控制。PLC控

19、制程序設計的主要任務是接收來自溫度傳感器的信號，判斷當前的溫度狀態(tài)，通過相應的程序處理，發(fā)射出的信號去控制變頻器、繼電器、接觸器、信號燈等電器的動作，以達到調(diào)整風機的運行，從而實現(xiàn)控制車間內(nèi)溫度的目的。主電路端子及功能表如表4-1所示,變頻器接線圖如圖4-2所示。 圖4-1 變頻器連接端子圖， 圖4-2 變頻器接線圖4.1.2 實驗中系統(tǒng)工作狀態(tài)的設定 工作狀態(tài)之間的轉換條件是根據(jù)變頻器輸出頻率是否到達極限頻率和溫度是否達到設定值。設變頻器輸出頻率達到極限頻率時的信號為X1，實際溫度大于設定溫度值的信號為X2，實際溫度達到設定溫度值的信號為X3實際溫度小于設定溫度值的信號為X4。從停機到開啟1

20、#風機的條件為：滿足X2；保持現(xiàn)有工作狀態(tài)的條件為：滿足X3；增開風機條件：同時滿足X1，X2；減開風機條件：同時滿足X1，X4；系統(tǒng)工作狀態(tài)如表4-3所示：表4-3 系統(tǒng)工作狀態(tài)表狀態(tài)符號工作狀態(tài)S0停機狀態(tài)，傳感器檢測。S201#風機變頻運行，2#，3#風機停機。S211#風機工頻運行，2#風機變頻運行，3#風機停機。S221#風機工頻運行，2#風機工頻運行，3#風機變頻運行。S233臺風機全部工頻運行，備用系統(tǒng)啟動。S24關閉備用系統(tǒng)，3#風機變頻運行。S25關閉1#風機，2#風機工頻運行，3#風機變頻運行。S26關閉2#風機，3#風機變頻運行。S27關閉3#風機，傳感器檢測。S28系統(tǒng)

21、異常，出現(xiàn)故障。4.1.3 實驗中狀態(tài)轉換過程的實現(xiàn)方法 從傳感器檢測狀態(tài)到開啟1#風機，只需用變頻器以起始頻率起動1#風機電機運行即可；減開風機過程是在滿足減開風機條件的前提下，通過PLC控制，斷開工頻運行狀態(tài)電機的接觸器主觸點即可。本控制系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4-4所示。4.2 程序設計的梯形圖圖4-3 系統(tǒng)總控制流程圖圖4-4 啟動/停止程序圖4-5比較程序 圖4-6 模擬量輸出程序結論利用PLC控制的變頻器來實現(xiàn)離心風機變頻調(diào)速自動控制的設計是完全可行的。采用本節(jié)設計的系統(tǒng)可以根據(jù)風機現(xiàn)場的實際情況，按照當時溫度要求快速的調(diào)節(jié)風機葉輪轉速，既不影響工作效果又能達到節(jié)能要求，減少了人力物

22、力資源。本系統(tǒng)利用PLC實現(xiàn)就地控制，還設計了自動/手動互相切換兩種工作方式，既能在正常生產(chǎn)中實現(xiàn)自動控制以確保安全的工作，又能在突發(fā)事件(如斷電自控元器件出現(xiàn)故障或需要檢修調(diào)整自控系統(tǒng)且不影響生產(chǎn)等)出現(xiàn)時，切換到手動控制進行應急處理。防止事故的發(fā)生而且系統(tǒng)的防干擾能力強，即使在惡劣的環(huán)境中也能可靠地工作，大大的縮短了故障修復時間。然而，本次設計的控制系統(tǒng)僅僅只對工業(yè)車間內(nèi)對溫度的特定要求而設計的，可能還會受到一些外來因素的影響，在硬件的選取上還留有一定的空間。另外系統(tǒng)的程序可根據(jù)實際需要而改變，具有良好的柔性。 參考文獻1 史正勇.基于變頻調(diào)速及PLC的風機控制系統(tǒng)的研究D.北京：北京科技

23、大學機械工程學院，2005.2 汪向華，周捍東.工業(yè)除塵風機工況自動控制系統(tǒng)的研制J.林業(yè)產(chǎn)業(yè)，2006，33(6)：5759.3 楊鈴.變頻調(diào)速技術在離心式引風機控制中的節(jié)能分析J.風機技術，2006(4)：4748.4 王樹.變頻調(diào)速系統(tǒng)設計與應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2005.5 李國厚.PLC原理與應用設計M.北京：化學工業(yè)出版社，2005. 6 王廷才,王偉.變頻器原理及應用M.北京： 機械工業(yè)出版社，2057 蔡建軍，孔鵬.基于PLC和變頻調(diào)速的供暖鍋爐控制系統(tǒng)設J.儀器儀表用戶，2004，11(2)：2627.8 徐健，王延年.基于PLC的高爐鼓風機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)J.西安工程科技學院學報，2003(9).9 范永勝.變頻器及可編程控制器在鍋爐引風機上的應用J.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2004，17(3)：6466.10富魏，陳