基于PLC控制的變頻通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)(畢業(yè)設(shè)計(jì))

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目：學(xué)生姓名 張海斌 指導(dǎo)教師 劉旭明二級(jí)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí) 11電氣一班 學(xué) 號(hào) 1104102012提交日期 2015年5月14日 答辯日期 2015年5月16日金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄目 錄摘 要 . III Abstract . IV第一章 緒論 . 11.1前言 . 11.2國(guó)內(nèi)外的研究水平及趨勢(shì) . 1第二章 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . 3第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型 . 43.1 可編程控制器 . 43.1.1 PLC的選型 . 43.1.2 PLC與PC連接 . 43.2 模擬量輸入擴(kuò)展模塊 . 53.2.1 A/D的選型

2、 . 53.2.2 PLC與A/D模塊連接 . 63.3 觸摸屏 . 73.3.1觸摸屏的選型 . 73.3.2 觸摸屏與PLC連接 . 73.4 變頻器 . 73.4.1 變頻器的選型 . 73.4.2 變頻器與通風(fēng)機(jī)的連接 . 93.5 通風(fēng)機(jī) . 93.5.1 通風(fēng)機(jī)的選型 . 93.6 溫度傳感器 . 113.6.1 溫度傳感器的選型 . 113.6.2 溫度傳感器與A/D模塊的連接 . 11第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 134.1西門(mén)子編程軟件 . 134.1.1創(chuàng)建本次程序 . 13 I金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄4.1.2下載本次程序 . 144.1.3 PLC系統(tǒng)流程圖 . 15

3、4.1.4 PLC接線圖 . 174.1.5 PLC程序分析 . 174.2觸摸屏編程軟件 . 244.2.1 設(shè)置觸摸屏變量 . 244.2.2 創(chuàng)建畫(huà)面 . 254.2.3 運(yùn)行系統(tǒng) . 26第五章 結(jié)論 . 31參考文獻(xiàn) . 32附 錄 . 33致 謝 . 39II金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 摘要基于PLC控制的變頻調(diào)速通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)摘 要近年來(lái)我國(guó)的通風(fēng)機(jī)品種層出不窮，各個(gè)品種的通風(fēng)機(jī)也具有各自不同特點(diǎn)的控制方式。關(guān)于我國(guó)傳統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)工作類型，通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)大部分情況下都會(huì)保持全功率，而且由于主控系統(tǒng)的控制方式是由繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，所以系統(tǒng)具有不可監(jiān)測(cè)性和不穩(wěn)定性，這樣會(huì)白白消耗大量的

4、電能，由于這些缺陷的存在，必須要大幅改善目前的通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)。因此目前世界上的對(duì)通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究都是基于PLC 控制的，目標(biāo)都是要實(shí)現(xiàn)煤礦工作的自動(dòng)化和機(jī)械化，這樣才能節(jié)約能量，是通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)更加安全可靠。本系統(tǒng)以煤礦中的通風(fēng)環(huán)境為基礎(chǔ)創(chuàng)造了模型，主要控制對(duì)象是通風(fēng)機(jī)，本系統(tǒng)采用的主要元器件是西門(mén)子CPU224XP型PLC、FR-700-740-1.5k變頻器及軸流式通風(fēng)機(jī)，現(xiàn)在由PLC來(lái)帶動(dòng)變頻器，變頻器來(lái)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)，就能很好地節(jié)約電能，節(jié)省人力。本次控制系統(tǒng)操作便捷、運(yùn)轉(zhuǎn)牢靠、自動(dòng)化水平高。解決了勻速交流傳動(dòng)中浪費(fèi)能源的問(wèn)題，節(jié)能效果顯著，能廣泛應(yīng)用于通風(fēng)系統(tǒng)等各個(gè)地方。關(guān)鍵字：P

5、LC，變頻調(diào)速，自動(dòng)化，通風(fēng)機(jī)III金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 AbstractVariable speed fan control system based on PLCAbstractIn recent years, Chinas fan varieties of various varieties of fan emerge in an endless stream also has the different features of the control mode. About our traditional fan type, will maintain full power and

6、 operation state of ventilation system in most cases, and because the control mode of the main control system is the relay control, so the system can not be monitored and unstable, it will have to consume a lot of energy, because of these defects, we must to improve the current fan control system. T

7、herefore, in the world of design and Research on control system of ventilation machine is based on the PLC control, the goal is to realize the automation and mechanization of coal mine work, so as to save energy, isomer safe and reliable ventilation system. This system based on the ventilation envir

8、onment in Coal Mine Based on creating model, the main control object is a true fan, the main components of this system is used in Siemens type CPU224XP, inverter and axial-flow fan, from now to drive the inverter, inverter to drive the motor, it can save electricity, save manpower. The control syste

9、m of convenient operation, reliable operation, high automation level. To solve the energy waste problem in the uniform AC drive, obvious energy saving effect, can be widely used in various places such as ventilation systems.Key words: PLC, frequency control, automation, fanIV金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論第一章 緒

10、論1.1前言通風(fēng)機(jī)的適用范圍非常普遍。從工業(yè)革命到現(xiàn)在，全球的能源都在以一個(gè)很高的速度快速被消耗著，而且這個(gè)速度每時(shí)每刻都在增加。所以我們必須想辦法創(chuàng)造出一種新的通風(fēng)機(jī)控制方式來(lái)節(jié)省能源，并讓環(huán)境減少破壞。然而大部分礦井主通風(fēng)機(jī)都必須不停地長(zhǎng)期運(yùn)行,所以必須要在礦井中設(shè)計(jì)出一種節(jié)能、減噪型的通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)。從20世紀(jì)80年代以后, 因?yàn)樾滦涂萍缄懤m(xù)出現(xiàn)和實(shí)用性的提高, 使得通風(fēng)機(jī)在使用中更加高效的應(yīng)用,不只是可以在更大的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié),并且即使是在變負(fù)荷的情況下，通風(fēng)機(jī)也能高效工作。部分國(guó)家還將電腦和控制系統(tǒng)聯(lián)合起來(lái)對(duì)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)速和工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié), 而這就代表了今后通風(fēng)機(jī)控制的主

11、要發(fā)展方向。煤礦的主通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)著保護(hù)煤礦安全和工作人員人身安全的重任，所以它必須要以很大的功率長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。那么問(wèn)題就產(chǎn)生了，這不但會(huì)消耗大量的能量，而且會(huì)減少通風(fēng)機(jī)的使用壽命。目前在煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，絕大部分依然使用繼電、接觸器的方式來(lái)控制通風(fēng)機(jī)，但是這種控制系統(tǒng)會(huì)存在著許多不可改良的缺陷，比如占據(jù)了大量的空間、不易維修、容易接錯(cuò)線、可靠性不高、容錯(cuò)率低，不易排除故障等諸多毛?。徊⑶乙?yàn)楣ぷ魍L(fēng)機(jī)會(huì)長(zhǎng)期處于全頻率工作狀態(tài)，而這個(gè)時(shí)候備用通風(fēng)機(jī)并不工作，這樣的話主通風(fēng)機(jī)就很容易發(fā)生毛病，會(huì)嚴(yán)重影響通風(fēng)機(jī)的正常使用。為了解決這些問(wèn)題，并且要讓工作人員能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，就必須要把可

12、編程控制器與變頻器巧妙地聯(lián)接在一起，并且把礦井瓦斯?jié)舛茸鳛橹饕刂菩盘?hào)，并節(jié)約了大量的能量。本次使用可編程控制器對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，讓通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在發(fā)生各種問(wèn)題如溫度超標(biāo)，瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)是能自動(dòng)切斷電路，使通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)改良明確了新的方向。1.2國(guó)內(nèi)外的研究水平及趨勢(shì)電子電學(xué)隨著全球工業(yè)的地飛速迅猛發(fā)展而發(fā)展，陸續(xù)創(chuàng)造了各種各樣的大功率的半導(dǎo)體器件，讓交流變頻調(diào)速方面的應(yīng)用也跟著提升。雖然只經(jīng)過(guò)了短短的20多年，但是世界上的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)不再使用直流調(diào)速技術(shù)，而是采用交流調(diào)速技術(shù)，這說(shuō)明現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是交流調(diào)速技術(shù)取代直流調(diào)速技術(shù)。當(dāng)前許多國(guó)家及一些發(fā)達(dá)國(guó)家中大部分都采用變頻調(diào)速的，只有少部分

13、才使用直流調(diào)速。風(fēng)機(jī)在工作中被普遍使用。而如何對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)量大小的控制，一直以來(lái)都沒(méi)有出色的措施。通常都是以異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)以勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)需要選擇風(fēng)量大小的時(shí)候，唯一的方法是通過(guò)調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的位置來(lái)選擇風(fēng)量的大小。這種控制風(fēng)量的方法十分簡(jiǎn)陋，既不能節(jié)約能量，也不能節(jié)約金錢(qián)，更不能改變風(fēng)速的大小。改善電氣傳動(dòng)的方式就是要通過(guò)合理地使用電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式來(lái)節(jié)約能量和通過(guò)控制機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)讓電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這樣才能提高產(chǎn)量、提升品質(zhì)、節(jié)約能量的目的。電氣驅(qū)動(dòng)的方法可以分成2種類型，調(diào)速控制和非調(diào)速控制，其中調(diào)速控制的類型也分為交流變頻調(diào)速和直流調(diào) 1金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論速。非調(diào)

14、速控制由電源控制電機(jī)，而且電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，可以節(jié)約能量，提高產(chǎn)品的品質(zhì)，增加產(chǎn)品的產(chǎn)出數(shù)量。在我們國(guó)家，電動(dòng)機(jī)消耗的大量的能源，占據(jù)了我國(guó)能量總消耗的大部分，毫無(wú)疑問(wèn)，這是一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)，政府對(duì)此相當(dāng)關(guān)心，它的規(guī)模也在逐步擴(kuò)大。2金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第二章 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第一步，要按照軸流式通風(fēng)機(jī)的具體控制方法，設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的控制方案。第二步，按照設(shè)計(jì)出的方案畫(huà)出系統(tǒng)原理圖。第三步，對(duì)PLC、變頻器、瓦斯變送器和人機(jī)界面等硬件進(jìn)行型號(hào)選擇并完成主要連線。第四步，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，完成PLC方面的編程，然后按照軸流式通風(fēng)機(jī)實(shí)際的控制方法，在組態(tài)軟件中完成對(duì)觸摸屏

15、程序的編寫(xiě)。第五步，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，對(duì)FR-700-740-1.5k型變頻器設(shè)定合適的變量，完成對(duì)通風(fēng)機(jī)的加減速等各方面的控制。本方案選用PLC為主要控制中心，由觸摸屏、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、模擬量擴(kuò)展模塊、變頻器、溫度變送器等部分構(gòu)成，系統(tǒng)的總體框圖如下圖2-1所示。其主要完成任務(wù)是根據(jù)瓦斯?jié)舛茸詣?dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速的大小。圖2-1 系統(tǒng)總體框圖原理分析：本系統(tǒng)的控制核心是PLC，將瓦斯?jié)舛葌鞲衅鹘邮盏降耐咚節(jié)舛刃盘?hào)傳送到模擬量擴(kuò)展模塊，模擬量擴(kuò)展模塊將接收到的模擬量信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信息并傳送至PLC。并將這個(gè)值與事先設(shè)置的一個(gè)定值相互比較，如根據(jù)比較結(jié)果的不同，將會(huì)產(chǎn)生不同的輸出信號(hào)，PLC根據(jù)輸出信號(hào)的不

16、同也會(huì)給變頻器輸出一個(gè)控制信號(hào)，變頻器就根據(jù)這個(gè)控制信號(hào)控制通風(fēng)機(jī)的工作方式，并以這個(gè)方式穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)觸摸屏查看通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。3金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型3.1 可編程控制器3.1.1 PLC的選型PLC的處理核心是微處理器，它是一種非常普遍的自動(dòng)工控裝置，是基于計(jì)算機(jī)控制、自動(dòng)原理和通信通訊而產(chǎn)生的，以結(jié)構(gòu)來(lái)分類，PLC可以分成兩種類型，即整體型與模塊型，以應(yīng)用環(huán)境來(lái)分類，PLC可以分成控制室安裝型與現(xiàn)場(chǎng)安裝型；以CPU的字長(zhǎng)來(lái)分類，PLC又可以分成1位、4位、8位等。如果從應(yīng)用角度出發(fā)，就可以分為控制功能型或輸入輸出

17、點(diǎn)數(shù)型。PLC與計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)類似，組成部分有中央處理單元，存儲(chǔ)器，輸入輸出模式、I/O模塊、通信模塊和電源等。按照實(shí)際情況，PLC選擇了西門(mén)子PLC的S7-200系列。如圖3-1西門(mén)子PLC是CPU224XP，應(yīng)用范圍十分廣泛。和系統(tǒng)相配合使用的時(shí)候，PLC比較靈便。編程使用簡(jiǎn)單;還有各種各樣的種類供大家根據(jù)自身具體需求而選擇;反應(yīng)時(shí)間快;用途十分廣泛。還能和一些簡(jiǎn)易的外部設(shè)備進(jìn)行交流。圖3-1 CPU224XP3.1.2 PLC與PC連接要想實(shí)現(xiàn)PC和PLC間的連接，先將數(shù)據(jù)線的一端連接到PLC的RS-485接口上，再將數(shù)據(jù)線的另一端連接到PC的USB接口上，再通過(guò)STEP7把事先設(shè)計(jì)完成的程

18、序下載至PLC，就實(shí)現(xiàn)了PLC與PC之間的通訊與連接。4金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型3.2 模擬量輸入擴(kuò)展模塊3.2.1 A/D的選型模擬量并不是一個(gè)定值，它可以在一定的范圍內(nèi)隨意變化，這個(gè)狀態(tài)是跟數(shù)字量截然相反的。一般來(lái)說(shuō)模擬量是用于表示具體的電壓電流信號(hào)和頻率信號(hào)。模擬量輸入模塊是一種通過(guò)采集模擬量信號(hào)并用485總線傳輸?shù)絇LC上使之變成數(shù)字量信號(hào)的智能模塊。它所使用的通信協(xié)議是MODBUS RTU協(xié)議，和施工現(xiàn)場(chǎng)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)交流，編程簡(jiǎn)單快捷。根據(jù)PLC的型號(hào)選擇與之相對(duì)應(yīng)的圖3-2西門(mén)子EM231。圖3-2 EM231從圖3-3中可以看出如何用組態(tài) DIP

19、開(kāi)關(guān)來(lái)組態(tài) EM 231 模塊。一切輸入量的模擬量輸入量程都是完全一樣。在圖3-3中，ON 表示接通，OFF表示不通。想要讀取開(kāi)關(guān)設(shè)置，必須先接通電源。然后抉擇EM 231模擬量輸入和4/8輸入的模擬量輸入量程。若選擇8輸入模塊和開(kāi)關(guān)三，四，五作為模擬量的選擇量程的時(shí)候，就要利用開(kāi)關(guān)一和二來(lái)選擇電流的輸入方式。若要選擇通道六作為電流輸入方式時(shí)，開(kāi)關(guān)一就要處于打開(kāi)狀態(tài)，若要選擇通道六作為電壓輸入方式時(shí)，開(kāi)關(guān)一就要處于閉合狀態(tài)開(kāi)關(guān)。若要選擇通道七作為電流輸入方式時(shí)，開(kāi)關(guān)二就要處于打開(kāi)狀態(tài)，若要選擇通道七作為電壓輸入方式時(shí)，開(kāi)關(guān)二就要處于閉合狀態(tài)。 5金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型

20、圖3-3組態(tài)DIP開(kāi)關(guān)3.2.2 PLC與A/D模塊連接要實(shí)現(xiàn)模擬量擴(kuò)展模塊與PLC的通信，首先通過(guò)PLC來(lái)輸出 24電源給模擬量擴(kuò)展模塊供電，即將模擬量擴(kuò)展模塊上的“L”電源端連接上PLC輸出“L”，然后將模擬量擴(kuò)展模塊上的“M”端連接上PLC上的“M”端，就完成PLC與模擬量擴(kuò)展模塊之間的接線。擴(kuò)展模塊中自帶一個(gè)55mm的擴(kuò)展電纜，先把電纜的一端接口從擴(kuò)展模塊中拿出，然后插到PLC上相對(duì)應(yīng)的接口中。模擬量輸入模塊和PLC的接線方法，如圖3-4所示。圖 3-4 PLC與A/D模塊連接6金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型3.3 觸摸屏3.3.1觸摸屏的選型人機(jī)界面（HMIHuma

21、n Machine Interface HMI）產(chǎn)品，也被大家稱為“觸摸屏”，它可以用于連接PLC、PWM、變頻器、傳感器等一系列的自動(dòng)工控設(shè)施，并通過(guò)顯示屏控制，利用觸摸屏界面來(lái)寫(xiě)入操作指令，就可以進(jìn)行人機(jī)信息互傳的一種電子設(shè)備，分為硬件和軟件這兩個(gè)種類。西門(mén)子SMART是電子操作面板，它的功能較多比如可以進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作、指示燈的顯示、事實(shí)顯示數(shù)據(jù)和信息和其他的較復(fù)雜的操作，不僅可以減少元器件的數(shù)量，而且可以減少系統(tǒng)的故障率。可以用WINCC在電腦上編寫(xiě)出一個(gè)觸摸屏程序，再將程序?qū)胗|摸屏中，就可以在觸摸屏上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。若要實(shí)現(xiàn)SMART 的各個(gè)應(yīng)用，可以通過(guò)在WINCC上編寫(xiě)指示燈元

22、件，開(kāi)關(guān)元件，數(shù)據(jù)等一系列元件來(lái)創(chuàng)造一個(gè)觸摸屏畫(huà)面；緊接著可以在變量設(shè)置中設(shè)置PLC中I/O點(diǎn)與觸摸屏元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)畫(huà)面內(nèi)各個(gè)元件的動(dòng)作方式；最后用USB接口把編寫(xiě)完成觸摸屏程序?qū)氲接|摸屏中。本次設(shè)計(jì)選擇與PLC相配套的西門(mén)子SMART 700觸摸屏。實(shí)物圖如圖3-5所示圖3-5 觸摸屏3.3.2 觸摸屏與PLC連接要實(shí)現(xiàn)觸摸屏和PC的通訊，需要用一根數(shù)據(jù)線將PLC和觸摸屏連接起來(lái)，數(shù)據(jù)線的兩端都是RS-485接口。3.4 變頻器3.4.1 變頻器的選型變頻器選型不是只看負(fù)載的功率就行的，電流的大小對(duì)選型起決定性作用，通常來(lái)說(shuō)， 7金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型額定電流

23、必須要得小于等于變頻器自身的額定電流。在變頻器發(fā)展的初期階段，V/F控制方式是最普遍，隨著變頻器的發(fā)展，矢量控制也變得越來(lái)越普遍。由于控制方式的不同，這兩種控制方式都具備不同的優(yōu)缺點(diǎn)。因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制比閉環(huán)控制的精度低，所以矢量控制比VF控制精度高。當(dāng)拖動(dòng)的電機(jī)質(zhì)量較大時(shí)，矢量控制比V/F控制好，因?yàn)樗牡皖l扭矩較低。用矢量控制的變頻器結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，精密度較高，穩(wěn)定性較好，所以它的價(jià)格也比V/F控制的變頻器價(jià)格高。本次設(shè)計(jì)采用額定容量為2.7kVA的FR-700-740-1.5k變頻器，這款的電機(jī)額定容量是1.5kW，它的頻率可以在+-5%的范圍內(nèi)進(jìn)行改變，加/減速時(shí)間可以隨意在0-3600s內(nèi)進(jìn)

24、行調(diào)節(jié)，也有S形和直線兩種加減速方法。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所選FR-700-740-1.5k型變頻器得實(shí)物圖如圖3-6.圖3-6 變頻器參數(shù)說(shuō)明Pr1：上限頻率 設(shè)定范圍 0120Hz 設(shè)定為50 HzPr2：下限頻率 設(shè)定范圍 0120Hz 設(shè)定為0 HzPr3：基準(zhǔn)頻率 設(shè)定范圍 0400Hz 設(shè)定為50 HzPr7：加速時(shí)間 設(shè)定范圍 03600/ 360sPr8：減速時(shí)間 設(shè)定范圍 03600/ 360s 設(shè)定的越小，即可快速停轉(zhuǎn)Pr37：轉(zhuǎn)速顯示 設(shè)定范圍為0，19998 0：代表頻率顯示，設(shè)定范圍為19998：設(shè)定值為60Hz時(shí)的機(jī)械速度Pr73：模擬量輸入選擇Pr79：運(yùn)行模式選擇 設(shè)定

25、范圍0，1，2，3，4，6，7，當(dāng)Pr.79=0、1時(shí),變頻器是PU工作操作模式。若Pr.79=2，變頻器是外部工作狀態(tài)。若Pr.79=3、4，變頻器是組合工作操作模式。Pr117：PU通訊站號(hào) 設(shè)定范圍為031.8金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型Pr118：PU通訊速率 設(shè)定范圍為 48，96，192，384，設(shè)定速率。設(shè)定值x100為通訊速率。需設(shè)置成與PLC相同的波特率方可通信成功。3.4.2 變頻器與通風(fēng)機(jī)的連接變頻器的U V W段連接了交流接觸器，要讓電路安全穩(wěn)定地運(yùn)行下去，必須要添加熱繼電器，這樣當(dāng)通風(fēng)機(jī)在發(fā)生過(guò)載情況時(shí)，就可以及時(shí)切斷電路，減少了熱能量損耗。變頻器

26、與通風(fēng)機(jī)的連接如圖3-7所示。圖3-7變頻器與通風(fēng)機(jī)的連接3.5 通風(fēng)機(jī)3.5.1 通風(fēng)機(jī)的選型 通風(fēng)機(jī)是一種通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能，來(lái)增加氣缸內(nèi)壓力并將氣體排出的一種設(shè)備，它是一種從動(dòng)型的流體設(shè)備。它的排氣壓力通常都小于1.5 10帕。風(fēng)機(jī)可以分為右旋型和左旋型這兩種。選擇電動(dòng)機(jī)正面觀察，如果電動(dòng)機(jī)的葉輪的旋轉(zhuǎn)方向不是逆時(shí)針，則把它叫做右旋，相對(duì)應(yīng)的如果電動(dòng)機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)方向是逆時(shí)針，則稱為左旋。軸流式通風(fēng)機(jī)組成部位穩(wěn)定，占地空間小，且易于搬運(yùn)，如電動(dòng)機(jī)具有較高的轉(zhuǎn)速，那么就可以通過(guò)簡(jiǎn)單的連接方式直接拖動(dòng)軸流式通風(fēng)機(jī)，不過(guò)由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所以維修起來(lái)有較大的難度；軸流式對(duì)旋風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)過(guò)

27、程中被普遍使用，它的優(yōu)點(diǎn)是能夠調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，還能在礦區(qū)范圍內(nèi)反風(fēng)。 9金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型軸流式通風(fēng)機(jī)的特征是能量利用率高，產(chǎn)生的風(fēng)量足，不產(chǎn)生過(guò)大的雜音，而且節(jié)省了大量的能源。軸流式對(duì)旋式通風(fēng)機(jī)的近幾年的發(fā)展速度較快，它的應(yīng)用范圍也隨之不斷提高。軸流式對(duì)旋式通風(fēng)機(jī)上有一個(gè)密閉罩，密閉罩里存放著電機(jī)，密閉罩起保護(hù)作用，可以在一定程度上防止外力損壞電機(jī)，同時(shí)也能賽熱。因此本設(shè)計(jì)選用的是軸流式通風(fēng)機(jī)。如圖2-8所示圖3-8 軸流式通風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)工作參數(shù)風(fēng)量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)的氣體體積，單位：m3/s 3/mn3/h風(fēng)壓：?jiǎn)挝惑w積的氣體經(jīng)過(guò)通風(fēng)機(jī)所取得的能量，單位：Pa（

28、1）全壓H：通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的所有能量。（2）靜壓Hst：用于抵消通風(fēng)管路阻力的能量。（3）動(dòng)壓Hd：散失到空氣中的能量。H = Hst + Hd（4）轉(zhuǎn)速n：通風(fēng)機(jī)的葉輪在60秒內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，單位：r/min。（5）功率N：10金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型a.軸功率Na電動(dòng)機(jī)送給風(fēng)機(jī)軸的功率就是輸入功率，單位：kW 。b.有效功率N風(fēng)機(jī)送給氣體的功率就是輸出功率，單位：kW 。c.效率:風(fēng)機(jī)的Na和N的比值。3.6 溫度傳感器3.6.1 溫度傳感器的選型溫度傳感器是根據(jù)不同溫度情況下，物質(zhì)的物理特性會(huì)隨之改變的特性從而將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)的一種變送器。溫度傳感器的熱電阻最

29、常見(jiàn)的應(yīng)用范圍是中低溫區(qū)。測(cè)量的精度高及性能的穩(wěn)定是它的主要特點(diǎn)。在這之中測(cè)量精確度最高的是鉑熱電阻，所以它不僅僅在工業(yè)測(cè)溫中被廣泛引用，也被制作成了基準(zhǔn)儀。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所使用的是SBWZ熱電阻型溫度變送器，這種傳感器的溫度測(cè)量范圍為0-100度。它由純金屬制造而成，它的反應(yīng)速度較快、而且電阻率不低，純金屬材料所體現(xiàn)的復(fù)現(xiàn)性較好，它的熱容量相對(duì)也不高，價(jià)格較低、在測(cè)量范圍內(nèi)化學(xué)物理特性較穩(wěn)定、熱敏電阻溫度特性較穩(wěn)定等特性，實(shí)物如圖3-9所示。圖3-9溫度傳感器3.6.2 溫度傳感器與A/D模塊的連接溫度變送器與模擬量擴(kuò)展模塊的連接，首先將用不到的輸入端短接端，再把要使用的通道中的“A+”端與“

30、RA”端相接，然后把傳感器的另一端與直流24V電源的正極相連接，從外部輸入的信號(hào)是模擬量信號(hào)，因?yàn)闇囟茸兯推鞯慕泳€方法只能采用兩線制電流輸出，所以把傳感器的電流信號(hào)端與模擬量擴(kuò)展模塊的信號(hào)端相連接。傳感器與模擬量擴(kuò)展模塊的實(shí)際接線方法，如圖3-10所示。11金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件設(shè)計(jì)及選型圖3-10傳感器與A/D模塊的連接12金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1西門(mén)子編程軟件 西門(mén)子PLC編程軟件兼容最新款。經(jīng)過(guò)多年的研究改良了原有的互聯(lián)網(wǎng)方向：兼容Boot與DHCP?？刂破鞴δ苤幸呀?jīng)集成了PrefabsDP Master/Slave, Pr

31、ofibusFMS和LON Works。利用web server進(jìn)行監(jiān)控。儲(chǔ)存HTML網(wǎng)頁(yè)、圖片、PDF文件等到控制器里，這樣就可以用瀏覽器查看擴(kuò)展操作系統(tǒng)功能。我選擇使用西門(mén)子V4.0 STEP 7 Micro WIN SP9軟件，Micro/Win:從1996年推出第一代S7-200 至今，已經(jīng)改善了許多次，目前最新的版本是 V4.0 SP9，和SP8的改良是全面支持Windows7。STEP7內(nèi)部自帶了語(yǔ)句表與梯形圖、功能圖這三種編程方式。Micro/WIN V4.0 SP9 支持：Windows XP SP3 32-bit 和Windows 7 32-bit 和 64-bit 操作系統(tǒng)

32、。SMART：西門(mén)子2012年發(fā)布了S7-200 SMARTPLC, 這款PLC是基于中國(guó)用戶開(kāi)發(fā)的，采用了獨(dú)立的軟件編程，這款軟件是在Micro Win基礎(chǔ)上升級(jí)而來(lái)的，所以不要激活碼，此軟件所占據(jù)的空間的大小是84.1M，友好的人機(jī)界面，簡(jiǎn)潔明了的菜單，運(yùn)行簡(jiǎn)單，指令和S7-200的STEP7可以相互使用，而且STEP7還提供了窗口浮動(dòng)應(yīng)用，并且可以在多個(gè)屏幕上進(jìn)行顯示。STEP7內(nèi)部自帶了語(yǔ)句表與梯形圖、功能圖這三種編程方式。4.1.1創(chuàng)建本次程序雙擊STEP7打開(kāi)軟件，新建程序并保存為通風(fēng)機(jī)編程系統(tǒng)，如圖4-1所示圖4-2創(chuàng)建程序13金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)保存項(xiàng)

33、目，如圖4-2所示：1. 從菜單欄中點(diǎn)擊文件然后另存為。2. 從“另存為”的文件名中輸入通風(fēng)機(jī)編程系統(tǒng)。3. 最后點(diǎn)擊“保存”來(lái)保存此程序。完成保存此程序的操作后，就能把通風(fēng)機(jī)編程系統(tǒng)下載至S7 200。圖4-2 保存程序4.1.2下載本次程序 下載步驟：1.先通過(guò)點(diǎn)擊工具欄中的下載按鈕或者是在命令菜單中選擇文件進(jìn)行下載；2.然后點(diǎn)擊“確定”按鈕下載本次程序到S7200中。如果這時(shí)候S7200正處于運(yùn)行模式，那么將會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框來(lái)提示CPU即將進(jìn)入STOP模式。此時(shí)只要單單機(jī)“是”，S7-200就會(huì)變成STOP狀態(tài)。圖4-3 下載程序假如想利用STEP 7-Micro/WIN軟件把S7-20

34、0設(shè)置為運(yùn)行狀態(tài)，那么S7-200的工作狀態(tài)就必須要設(shè)置成TERM或者是RUN。 如果S7-200位于RUN狀態(tài)，PLC就會(huì)執(zhí)行程序：1. 首先單擊工具欄中的運(yùn)行按鈕或者是在命令指令中點(diǎn)擊PLC中的RUN。14金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2. 然后點(diǎn)擊“是”就可以改變PLC的工作狀態(tài)。如果S7-200已經(jīng)轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)，CPU就會(huì)開(kāi)始執(zhí)行本次程序，這時(shí)候 Q0.0的輸LED指示燈會(huì)閃爍。這就表明S7-200已經(jīng)轉(zhuǎn)入RUN模式。當(dāng)選擇調(diào)試 程序狀態(tài)來(lái)監(jiān)控程序的時(shí)候。STEP 7-Micro/WIN就會(huì)顯示執(zhí)行結(jié)果。如果要停止當(dāng)前程序，可以通過(guò)單擊STOP按鈕或者選擇命令指令PLC

35、 中的STOP將S7-200選擇為STOP狀態(tài)。4.1.3 PLC系統(tǒng)流程圖軟件設(shè)計(jì)分為兩大部分，第一部分是通過(guò)PLC對(duì)通風(fēng)機(jī)、溫度信號(hào)、瓦斯信號(hào)、變頻器等裝置的實(shí)時(shí)通訊，總體流程圖如圖4-4所示，另一部分是通過(guò)PLC與變頻器的主從應(yīng)答式RS-232通信，通信參數(shù)的具體設(shè)置是由變頻器內(nèi)部決定的。在工作狀態(tài)下PLC是主動(dòng)狀態(tài)，它會(huì)不停地監(jiān)控外部變量的變化，當(dāng)外部有數(shù)字量信號(hào)輸入時(shí)，會(huì)將數(shù)字量信號(hào)與一個(gè)定值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出一個(gè)信號(hào)給變頻器。此時(shí)變頻器才能開(kāi)始動(dòng)作，并根據(jù)接收到的信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的動(dòng)作。瓦斯?jié)舛葌鞲衅骺梢园延纱髿庵腥〉玫哪M量信號(hào)送至模擬量擴(kuò)展模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的實(shí)時(shí)控

36、制。15金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)16金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1.4 PLC接線圖圖4-5 PLC接線圖4.1.5 PLC程序分析I0.0是啟動(dòng)按鈕，當(dāng)I0.0借接通時(shí)，系統(tǒng)得電17金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)I0.1是停止按鈕，當(dāng)溫度或瓦斯?jié)舛瘸^(guò)設(shè)定值時(shí)，輸出停止信號(hào)。I0.5是手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的切換按鈕PLC根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊男盘?hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)5000時(shí)，通風(fēng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)瓦斯?jié)舛忍幱?000到5000之間時(shí)，通風(fēng)機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)18金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?000時(shí)，通風(fēng)機(jī)低速

37、運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)計(jì)數(shù)器的配合運(yùn)用，記錄系統(tǒng)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，方便維護(hù)人員每隔一段時(shí)間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢修。19金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)I0.6可以對(duì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行清零將實(shí)際值與預(yù)設(shè)值通過(guò)程序來(lái)計(jì)較，若溫度或瓦斯?jié)舛瘸^(guò)設(shè)定值，將產(chǎn)生一個(gè)警報(bào)信息。20金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)，報(bào)警燈閃爍且蜂鳴器動(dòng)作當(dāng)工作人員知道有故障發(fā)生后，報(bào)警燈閃爍變常亮并消音23金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.2觸摸屏編程軟件 SIMATIC WinCC(Window

38、s Control Center)-視窗控制中心，因?yàn)樗谠缙谶x用的就是那時(shí)最先進(jìn)的監(jiān)視系統(tǒng)，所以跟著時(shí)代與時(shí)俱進(jìn)，它的功能也變得越來(lái)越豐富，靈敏度和實(shí)用性都得到了大大的提升。從剛剛開(kāi)始面市， SIMATIC WinCC(Windows Control Center) 就給人們留下了深刻印象。第一點(diǎn)，它的跟新?lián)Q代速度快，緊跟時(shí)代的潮流，引導(dǎo)著全球的觸摸屏向著正確的方向發(fā)展。第二點(diǎn)，由于它一直都保持著正確的產(chǎn)品發(fā)展方向，這樣就可以保證使用者和合作商穩(wěn)賺不賠。憑借這個(gè)戰(zhàn)略思想，WinCC，這個(gè)運(yùn)行于Microsoft Windows 2000和XP下的Windows的控制中心，已經(jīng)占據(jù)了歐洲市場(chǎng)的

39、大部分份額，不僅如此，它還在全球市場(chǎng)享有巨大的影響力。WinCC的作用十分廣泛而且可以運(yùn)用于絕大部分領(lǐng)域絕，雖然它不可能實(shí)現(xiàn)所有的要求。但這不并影響它的使用。4.2.1 設(shè)置觸摸屏變量 外部變量能夠讓自控過(guò)程中的組件之間發(fā)生通訊交流（數(shù)據(jù)交換）。外部變量是指PLC中相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)位置的映像。不論是HMI設(shè)備還是 PLC，都可以對(duì)外部變量進(jìn)行訪問(wèn)和讀寫(xiě)。由于外部變量是在 PLC中相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)位置的映像，所以它能使用的數(shù)據(jù)類型會(huì)由與HMI設(shè)施連接的 PLC所決定。如果是在集成的STEP 7或者SIMOTION Scout中進(jìn)行組態(tài)，那么當(dāng)定義外部變量的時(shí)候，就能直接訪問(wèn)在PLC編程時(shí)期定義的一切變量

40、?；緮?shù)據(jù)類型則可用于所有組態(tài)。在這之外，也可以為與之相連的 PLC特意編寫(xiě)的外部變量并運(yùn)用其余不同類型的數(shù)據(jù)。內(nèi)部變量存貯于HMI 裝置的內(nèi)部。因此，只有本臺(tái)HMI裝置可以對(duì)它的內(nèi)部變量進(jìn)行訪問(wèn)與讀寫(xiě)。還能編寫(xiě)內(nèi)部變量來(lái)用于進(jìn)行本地計(jì)算。變量的設(shè)置如圖4-6所示24金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖4-6 設(shè)置變量4.2.2 創(chuàng)建畫(huà)面 在 WinCC flexible中，都是先創(chuàng)建畫(huà)面，來(lái)讓操作員對(duì)工廠內(nèi)的設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。編寫(xiě)畫(huà)面的時(shí)候，預(yù)先編寫(xiě)的模板都會(huì)在顯示當(dāng)前過(guò)程值、編寫(xiě)裝置圖形和創(chuàng)建變量等方面提供一定援助。把需要用來(lái)表示過(guò)程的對(duì)象插入到畫(huà)面中。對(duì)這個(gè)對(duì)象進(jìn)行組態(tài)讓它符

41、合過(guò)程要求。 畫(huà)面可以包含動(dòng)態(tài)和靜態(tài)元素 。如圖4-7所示 靜態(tài)元素（包括文本和圖形對(duì)象）在運(yùn)行的時(shí)時(shí)不改變它們的狀態(tài)。 動(dòng)態(tài)元素會(huì)根據(jù)過(guò)程改變它們的狀態(tài)。 通過(guò)下面這些方式顯示當(dāng)前過(guò)程值： 顯示會(huì)從 PLC 的存儲(chǔ)器中輸出 用字母數(shù)字、趨勢(shì)圖及棒圖的形式顯示 出HMI 設(shè)備存儲(chǔ)器中會(huì)輸出的過(guò)程值 HMI 設(shè)備上的輸入域也被認(rèn)作是動(dòng)態(tài)對(duì)象。通過(guò)變量就可以在控制器及HMI 設(shè)備之間切換操作員輸入值和過(guò)程值。25金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖4-7 創(chuàng)建畫(huà)面4.2.3 運(yùn)行系統(tǒng)點(diǎn)擊使用仿真器啟動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)如圖4-8所示圖4-8 運(yùn)行程序26金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件

42、設(shè)計(jì)等編譯完成后就出現(xiàn)仿真畫(huà)面如圖4-9所示圖4-9 仿真畫(huà)面點(diǎn)擊通風(fēng)機(jī)控制則進(jìn)入通風(fēng)機(jī)控制頁(yè)面如圖4-10所示圖4-10 通風(fēng)機(jī)控制27金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)點(diǎn)擊溫度與瓦斯?jié)舛葎t進(jìn)入指定頁(yè)面如圖4-11所示圖4-11 溫度顯示給溫度輸入一個(gè)超出警報(bào)設(shè)定值的定值，如圖4-12所示圖4-12 溫度給定28金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)觸摸屏輸出報(bào)警信號(hào)，如圖4-13所示圖4-13 溫度報(bào)警給時(shí)間變量輸入給定值如圖4-14所示圖4-14 時(shí)間變量29金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)觸摸屏上顯示剛剛的輸入值如圖4-15所示圖4-15 時(shí)間顯示30

43、金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 結(jié)論第五章 結(jié)論本次設(shè)計(jì)是利用PLC，變頻器和通風(fēng)機(jī)等設(shè)備互相配合，進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，這樣才能最大程度地讓系統(tǒng)變得簡(jiǎn)潔明了，讓各個(gè)設(shè)施都能安全穩(wěn)定地按照設(shè)計(jì)要求自動(dòng)運(yùn)行。還節(jié)約了大量的能量，同時(shí)也使煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的安全性得到了極大地提升。能按照具體要求來(lái)選擇相對(duì)應(yīng)的工作方式，這樣就能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控，在本次設(shè)計(jì)中完成了如下要求1通過(guò)變頻器和PLC的配套使用，使通風(fēng)機(jī)能夠順利運(yùn)行。2通過(guò)電路原理圖的設(shè)計(jì)，對(duì)本系統(tǒng)的硬件方面選型成功。3通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中的FR-700-740-1.5k變頻器進(jìn)行頻率設(shè)置的方法來(lái)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)速控制。4利用STEP7編程軟件設(shè)計(jì)出了符合設(shè)計(jì)要求的PLC程序。5利用WINCC設(shè)計(jì)出了符合設(shè)計(jì)要求的觸摸屏程序。該控制系統(tǒng)已經(jīng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)以