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1、金陵科技学院学士学位论文目录目 录摘 要.IIIAbstract.IV第一章绪论.11.1 前言.11.2 国内外的研究水平及趋势.1第二章控制系统总体设计.3第三章硬件设计及选型.43.1 可编程控制器.43.1.1 PLC 的选型.43.1.2 PLC 与 PC 连接.43.2 模拟量输入扩展模块.53.2.1 A/D 的选型.53.2.2 PLC 与 A/D 模块连接.63.3 触摸屏.73.3.1 触摸屏的选型.73.3.2 触摸屏与 PLC 连接.73.4 变频器.73.4.1 变频器的选型.73.4.2 变频器与通风机的连接.93.5 通风机.93.5.1 通风机的选型.93.6
2、温度传感器.113.6.1 温度传感器的选型.113.6.2 温度传感器与 A/D 模块的连接.11第四章系统软件设计.134.1 西门子编程软件.134.1.1 创建本次程序.13I金陵科技学院学士学位论文目录4.1.2 下载本次程序.144.1.3 PLC 系统流程图.154.1.4 PLC 接线图.174.1.5 PLC 程序分析.174.2 触摸屏编程软件.244.2.1 设置触摸屏变量.244.2.2 创建画面.254.2.3 运行系统.26第五章结论.31参考文献.32附 录.33致 谢.39II金陵科技学院学士学位论文摘要基于 PLC 控制的变频调速通风机系统摘 要近年来我国的通
3、风机品种层出不穷，各个品种的通风机也具有各自不同特点的控制方式。关于我国传统的通风机工作类型，通风机系统的运行状态大部分情况下都会保持全功率，而且由于主控系统的控制方式是由继电器来实现控制，所以系统具有不可监测性和不稳定性，这样会白白消耗大量的电能，由于这些缺陷的存在，必须要大幅改善目前的通风机控制系统。因此目前世界上的对通风机控制系统的设计及研究都是基于 PLC 控制的，目标都是要实现煤矿工作的自动化和机械化，这样才能节约能量，是通风机系统更加安全可靠。本系统以煤矿中的通风环境为基础创造了模型，主要控制对象是通风机，本系统采用的主要元器件是西门子 CPU224XP 型PLC、FR-700-7
4、40-1.5k变频器及轴流式通风机，现在由PLC来带动变频器，变频器来带动电动机，就能很好地节约电能，节省人力。本次控制系统操作便捷、运转牢靠、自动化水平高。解决了匀速交流传动中浪费能源的问题，节能效果显著，能广泛应用于通风系统等各个地方。关键字：PLC，变频调速，自动化，通风机III金陵科技学院学士学位论文AbstractVariable speed fan control system based on PLCVariable speed fan control system based on PLCAbstractAbstractInrecentyears,Chinas fan vari
5、etiesof variousvarietiesof fan emerge inanendlessstream alsohas thedifferentfeatures ofthe controlmode.About ourtraditional fan type,will maintain full power and operation state of ventilation system in most cases,and because thecontrol mode of themain control system is the relay control,sothe syste
6、m can not bemonitored and unstable,it will have to consume a lot of energy,because of these defects,wemust to improve the current fan control system.Therefore,in the world of design and Research oncontrolsystemof ventilation machine is basedonthePLCcontrol,thegoal istorealize the automation and mech
7、anization of coal mine work,so as to save energy,isomer safe andreliable ventilation system.This system based on the ventilation environment in Coal Mine Basedon creating model,the main control object is a true fan,the main components of this system is usedin Siemens type CPU224XP,inverter and axial
8、-flow fan,from now to drive the inverter,inverter todrivethe motor,it cansave electricity,savemanpower.Thecontrolsystem ofconvenientoperation,reliableoperation,highautomationlevel.To solve theenergywaste probleminthe uniform AC drive,obvious energy saving effect,can be widely used in various places
9、such asventilation systems.Key words:Key words:PLC,frequency control,automation,fanIV金陵科技学院学士学位论文第一章 绪论第一章绪论1.1 前言通风机的适用范围非常普遍。从工业革命到现在，全球的能源都在以一个很高的速度快速被消耗着，而且这个速度每时每刻都在增加。所以我们必须想办法创造出一种新的通风机控制方式来节省能源，并让环境减少破坏。然而大部分矿井主通风机都必须不停地长期运行,所以必须要在矿井中设计出一种节能、减噪型的通风机控制系统。从 20 世纪 80 年代以后,因为新型科技陆续出现和实用性的提高,使得通风
10、机在使用中更加高效的应用,不只是可以在更大的调节范围内对通风机进行调节,并且即使是在变负荷的情况下，通风机也能高效工作。部分国家还将电脑和控制系统联合起来对通风机的风速和工作状态进行调节,而这就代表了今后通风机控制的主要发展方向。煤矿的主通风机担负着保护煤矿安全和工作人员人身安全的重任，所以它必须要以很大的功率长期运转。那么问题就产生了，这不但会消耗大量的能量，而且会减少通风机的使用寿命。目前在煤矿矿井通风系统中，绝大部分依然使用继电、接触器的方式来控制通风机，但是这种控制系统会存在着许多不可改良的缺陷，比如占据了大量的空间、不易维修、容易接错线、可靠性不高、容错率低，不易排除故障等诸多毛病；
11、并且因为工作通风机会长期处于全频率工作状态，而这个时候备用通风机并不工作，这样的话主通风机就很容易发生毛病，会严重影响通风机的正常使用。为了解决这些问题，并且要让工作人员能够对电动机的工作状态进行实时监控，就必须要把可编程控制器与变频器巧妙地联接在一起，并且把矿井瓦斯浓度作为主要控制信号，并节约了大量的能量。本次使用可编程控制器对通风机进行控制，让通风机系统在发生各种问题如温度超标，瓦斯浓度超标是能自动切断电路，使通风机系统的自动化技术改良明确了新的方向。1.2 国内外的研究水平及趋势电子电学随着全球工业的地飞速迅猛发展而发展，陆续创造了各种各样的大功率的半导体器件，让交流变频调速方面的应用也
12、跟着提升。虽然只经过了短短的20 多年，但是世界上的发达国家已经不再使用直流调速技术，而是采用交流调速技术，这说明现在的发展趋势是交流调速技术取代直流调速技术。当前许多国家及一些发达国家中大部分都采用变频调速的，只有少部分才使用直流调速。风机在工作中被普遍使用。而如何对通风机进行风量大小的控制，一直以来都没有出色的措施。通常都是以异步电动机带动风机以匀速转动，当需要选择风量大小的时候，唯一的方法是通过调节挡风板的位置来选择风量的大小。这种控制风量的方法十分简陋，既不能节约能量，也不能节约金钱，更不能改变风速的大小。改善电气传动的方式就是要通过合理地使用电动机的运行方式来节约能量和通过控制机械的
13、运转状态来让电能转化为机械能，这样才能提高产量、提升品质、节约能量的目的。电气驱动的方法可以分成 2 种类型，调速控制和非调速控制，其中调速控制的类型也分为交流变频调速和直流调1金陵科技学院学士学位论文第一章 绪论速。非调速控制由电源控制电机，而且电力电子技术的飞速发展，可以节约能量，提高产品的品质，增加产品的产出数量。在我们国家，电动机消耗的大量的能源，占据了我国能量总消耗的大部分，毫无疑问，这是一个支柱产业，政府对此相当关心，它的规模也在逐步扩大。2金陵科技学院学士学位论文第二章 控制系统总体设计第二章控制系统总体设计第一步，要按照轴流式通风机的具体控制方法，设计出相对应的控制方案。第二步
14、，按照设计出的方案画出系统原理图。第三步，对 PLC、变频器、瓦斯变送器和人机界面等硬件进行型号选择并完成主要连线。第四步，根据设计方案，完成PLC 方面的编程，然后按照轴流式通风机实际的控制方法，在组态软件中完成对触摸屏程序的编写。第五步，根据设计方案，对FR-700-740-1.5k型变频器设定合适的变量，完成对通风机的加减速等各方面的控制。本方案选用PLC为主要控制中心，由触摸屏、瓦斯浓度传感器、模拟量扩展模块、变频器、温度变送器等部分构成，系统的总体框图如下图2-1所示。其主要完成任务是根据瓦斯浓度自动调节风速的大小。触摸屏PLCA/D扩展模块瓦斯浓度图 2-1 系统总体框图变频器温度
15、通风机原理分析：原理分析：本系统的控制核心是PLC，将瓦斯浓度传感器接收到的瓦斯浓度信号传送到模拟量扩展模块，模拟量扩展模块将接收到的模拟量信息转化为数字量信息并传送至PLC。并将这个值与事先设置的一个定值相互比较，如根据比较结果的不同，将会产生不同的输出信号，PLC根据输出信号的不同也会给变频器输出一个控制信号，变频器就根据这个控制信号控制通风机的工作方式，并以这个方式稳定运转。可以通过触摸屏查看通风机的工作状态，并对其进行实时监控。3金陵科技学院学士学位论文第三章硬件设计及选型第三章硬件设计及选型3.1 可编程控制器3.1.1 PLC 的选型PLC的处理核心是微处理器，它是一种非常普遍的自
16、动工控装置，是基于计算机控制、自动原理和通信通讯而产生的，以结构来分类，PLC可以分成两种类型，即整体型与模块型，以应用环境来分类，PLC可以分成控制室安装型与现场安装型；以CPU的字长来分类，PLC又可以分成1位、4位、8位等。如果从应用角度出发，就可以分为控制功能型或输入输出点数型。PLC与计算机结构类似，组成部分有中央处理单元，存储器，输入输出模式、I/O模块、通信模块和电源等。按照实际情况，PLC选择了西门子PLC的S7-200系列。如图3-1西门子PLC是CPU224XP，应用范围十分广泛。和系统相配合使用的时候，PLC比较灵便。编程使用简单;还有各种各样的种类供大家根据自身具体需求
17、而选择;反应时间快;用途十分广泛。还能和一些简易的外部设备进行交流。图3-1 CPU224XP3.1.2 PLC 与 PC 连接要想实现PC和PLC间的连接，先将数据线的一端连接到 PLC 的 RS-485 接口上，再将数据线的另一端连接到 PC 的 USB 接口上，再通过STEP7把事先设计完成的程序下载至PLC，就实现了PLC与PC之间的通讯与连接。4金陵科技学院学士学位论文第三章硬件设计及选型3.2 模拟量输入扩展模块3.2.1 A/D 的选型模拟量并不是一个定值，它可以在一定的范围内随意变化，这个状态是跟数字量截然相反的。一般来说模拟量是用于表示具体的电压电流信号和频率信号。模拟量输入
18、模块是一种通过采集模拟量信号并用 485 总线传输到 PLC 上使之变成数字量信号的智能模块。它所使用的通信协议是 MODBUS RTU 协议，和施工现场取得的数据进行了实时交流，编程简单快捷。根据 PLC 的型号选择与之相对应的图 3-2 西门子 EM231。图 3-2 EM231从图 3-3 中可以看出如何用组态 DIP 开关来组态 EM 231 模块。一切输入量的模拟量输入量程都是完全一样。在图3-3中，ON 表示接通，OFF 表示不通。想要读取开关设置，必须先接通电源。然后抉择EM 231模拟量输入和4/8输入的模拟量输入量程。若选择8输入模块和开关三，四，五作为模拟量的选择量程的时候
19、，就要利用开关一和二来选择电流的输入方式。若要选择通道六作为电流输入方式时，开关一就要处于打开状态，若要选择通道六作为电压输入方式时，开关一就要处于闭合状态开关。若要选择通道七作为电流输入方式时，开关二就要处于打开状态，若要选择通道七作为电压输入方式时，开关二就要处于闭合状态。5金陵科技学院学士学位论文第三章硬件设计及选型图 3-3 组态 DIP 开关3.2.2 PLC 与 A/D 模块连接要实现模拟量扩展模块与PLC的通信，首先通过PLC来输出24电源给模拟量扩展模块供电，即将模拟量扩展模块上的“L”电源端连接上PLC输出“L”，然后将模拟量扩展模块上的“M”端连接上PLC上的“M”端，就完
20、成PLC与模拟量扩展模块之间的接线。扩展模块中自带一个55mm的扩展电缆，先把电缆的一端接口从扩展模块中拿出，然后插到PLC上相对应的接口中。模拟量输入模块和PLC的接线方法，如图3-4所示。图 3-4 PLC 与 A/D 模块连接6金陵科技学院学士学位论文第三章硬件设计及选型3.3 触摸屏3.3.1 触摸屏的选型人机界面（HMIHumanMachineInterface，它可HMI）产品，也被大家称为“触摸屏”以用于连接PLC、PWM、变频器、传感器等一系列的自动工控设施，并通过显示屏控制，利用触摸屏界面来写入操作指令，就可以进行人机信息互传的一种电子设备，分为硬件和软件这两个种类。西门子
21、SMART 是电子操作面板，它的功能较多比如可以进行开关操作、指示灯的显示、事实显示数据和信息和其他的较复杂的操作，不仅可以减少元器件的数量，而且可以减少系统的故障率。可以用 WINCC 在电脑上编写出一个触摸屏程序，再将程序导入触摸屏中，就可以在触摸屏上对系统进行实时监控。若要实现 SMART 的各个应用，可以通过在 WINCC 上编写指示灯元件，开关元件，数据等一系列元件来创造一个触摸屏画面；紧接着可以在变量设置中设置 PLC 中 I/O 点与触摸屏元件的对应关系实现画面内各个元件的动作方式；最后用 USB 接口把编写完成触摸屏程序导入到触摸屏中。本次设计选择与PLC相配套的西门子SMAR
22、T 700触摸屏。实物图如图3-5所示图 3-5 触摸屏3.3.2 触摸屏与 PLC 连接要实现触摸屏和 PC 的通讯，需要用一根数据线将 PLC 和触摸屏连接起来，数据线的两端都是 RS-485 接口。3.4 变频器3.4.1 变频器的选型变频器选型不是只看负载的功率就行的，电流的大小对选型起决定性作用，通常来说，7金陵科技学院学士学位论文第三章硬件设计及选型额定电流必须要得小于等于变频器自身的额定电流。在变频器发展的初期阶段，V/F控制方式是最普遍，随着变频器的发展，矢量控制也变得越来越普遍。由于控制方式的不同，这两种控制方式都具备不同的优缺点。因为开环控制比闭环控制的精度低，所以矢量控制
23、比VF控制精度高。当拖动的电机质量较大时，矢量控制比V/F控制好，因为它的低频扭矩较低。用矢量控制的变频器结构更加复杂，精密度较高，稳定性较好，所以它的价格也比 V/F控制的变频器价格高。本次设计采用额定容量为2.7kVA的FR-700-740-1.5k变频器，这款的电机额定容量是1.5kW，它的频率可以在-5%的范围内进行改变，加/减速时间可以随意在0-3600s内进行调节，也有S形和直线两种加减速方法。本次毕业设计所选FR-700-740-1.5k型变频器得实物图如图3-6.图 3-6 变频器参数说明Pr1：上限频率设定范围 0120Hz设定为50 HzPr2：下限频率设定范围 0120H
24、z设定为0 HzPr3：基准频率设定范围 0400Hz设定为50 HzPr7：加速时间设定范围 03600/360sPr8：减速时间设定范围 03600/360s设定的越小，即可快速停转Pr37：转速显示设定范围为0，1 99980：代表频率显示，设定范围为1 9998：设定值为60Hz时的机械速度Pr73：模拟量输入选择Pr79：运行模式选择设定范围0，1，2，3，4，6，7，当Pr.79 0、1时,变频器是PU工作操作模式。若Pr.79 2，变频器是外部工作状态。若Pr.79 3、4，变频器是组合工作操作模式。Pr117：PU通讯站号设定范围为031.8金陵科技学院学士学位论文第三章硬件设
25、计及选型Pr118：PU通讯速率设定范围为 48，96，192，384，设定速率。设定值x100为通讯速率。需设置成与PLC相同的波特率方可通信成功。3.4.2 变频器与通风机的连接变频器的 U V W段连接了交流接触器，要让电路安全稳定地运行下去，必须要添加热继电器，这样当通风机在发生过载情况时，就可以及时切断电路，减少了热能量损耗。变频器与通风机的连接如图 3-7 所示。图 3-7 变频器与通风机的连接3.5 通风机3.5.1 通风机的选型通风机是一种通过电机转动产生的机械能，来增加气缸内压力并将气体排出的一种设备，它是一种从动型的流体设备。它的排气压力通常都小于1.5 10帕。风机可以分
26、为右旋型和左旋型这两种。选择电动机正面观察，如果电动机的叶轮的旋转方向不是逆时针，则把它叫做右旋，相对应的如果电动机的叶轮旋转方向是逆时针，则称为左旋。轴流式通风机组成部位稳定，占地空间小，且易于搬运，如电动机具有较高的转速，那么就可以通过简单的连接方式直接拖动轴流式通风机，不过由于其复杂的结构，所以维修起来有较大的难度；轴流式对旋风机是煤矿生产过程中被普遍使用，它的优点是能够调节风量的大小，还能在矿区范围内反风。9金陵科技学院学士学位论文第三章硬件设计及选型轴流式通风机的特征是能量利用率高，产生的风量足，不产生过大的杂音，而且节省了大量的能源。轴流式对旋式通风机的近几年的发展速度较快，它的应
27、用范围也随之不断提高。轴流式对旋式通风机上有一个密闭罩，密闭罩里存放着电机，密闭罩起保护作用，可以在一定程度上防止外力损坏电机，同时也能赛热。因此本设计选用的是轴流式通风机。如图 2-8所示图 3-8 轴流式通风机通风机工作参数风量Q：单位时间内通过的气体体积，单位：风机所取得的能量，单位：Pa（1）全压H：通风机产生的所有能量。（2）静压Hst：用于抵消通风管路阻力的能量。（3）动压Hd：散失到空气中的能量。H Hst Hd（4）转速n：通风机的叶轮在 60 秒内转过的圈数，单位：r/min。（5）功率N：103/h风压：单位体积的气体经过通金陵科技学院学士学位论文第三章硬件设计及选型 a.
28、轴功率Na电动机送给风机轴的功率就是输入功率，单位：kW。b.有效功率N风机送给气体的功率就是输出功率，单位：kW。c.效率:风机的Na和N的比值。3.6 温度传感器3.6.1 温度传感器的选型温度传感器是根据不同温度情况下，物质的物理特性会随之改变的特性从而将温度信号转换为模拟量信号的一种变送器。温度传感器的热电阻最常见的应用范围是中低温区。测量的精度高及性能的稳定是它的主要特点。在这之中测量精确度最高的是铂热电阻，所以它不仅仅在工业测温中被广泛引用，也被制作成了基准仪。本次毕业设计所使用的是SBWZ热电阻型温度变送器，这种传感器的温度测量范围为0-100 度。它由纯金属制造而成，它的反应速
29、度较快、而且电阻率不低，纯金属材料所体现的复现性较好，它的热容量相对也不高，价格较低、在测量范围内化学物理特性较稳定、热敏电阻温度特性较稳定等特性，实物如图 3-9 所示。图 3-9 温度传感器3.6.2 温度传感器与 A/D 模块的连接温度变送器与模拟量扩展模块的连接，首先将用不到的输入端短接端，再把要使用的通道中的“A+”端与“RA”端相接，然后把传感器的另一端与直流 24V 电源的正极相连接，从外部输入的信号是模拟量信号，因为温度变送器的接线方法只能采用两线制电流输出，所以把传感器的电流信号端与模拟量扩展模块的信号端相连接。传感器与模拟量扩展模块的实际接线方法，如图3-10所示。11金陵
30、科技学院学士学位论文第三章硬件设计及选型图 3-10 传感器与 A/D 模块的连接12金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计第四章系统软件设计4.1 西门子编程软件西门子PLC编程软件兼容最新款。经过多年的研究改良了原有的互联网方向：兼容Boot与DHCP。控制器功能中已经集成了PrefabsDPMaster/Slave,ProfibusFMS和LON Works。利用webserver进行监控。储存HTML网页、图片、PDF文件等到控制器里，这样就可以用浏览器查 看扩展操 作系统功能。我选择 使用西门子V4.0STEP7Micro WINSP9软件，Micro/Win:从1996年推出第
31、一代S7-200至今，已经改善了许多次，目前最新的版本是V4.0SP9，和SP8的改良是全面支持Windows7。STEP7 内部自带了语句表与梯形图、功能图这三种编程方式。Micro/WINV4.0SP9支持：WindowsXPSP332-bit和Windows732-bit和64-bit操作系统。SMART：西门子2012年发布了S7-200SMARTPLC,这款 PLC 是基于中国用户开发的，采用了独立的软件编程，这款软件是在Micro Win基础上升级而来的，所以不要激活码，此软件所占据的空间的大小是84.1M，友好的人机界面，简洁明了的菜单，运行简单，指令和S7-200的 STEP7
32、 可以相互使用，而且 STEP7 还提供了窗口浮动应用，并且可以在多个屏幕上进行显示。STEP7 内部自带了语句表与梯形图、功能图这三种编程方式。4.1.1 创建本次程序双击 STEP7 打开软件，新建程序并保存为通风机编程系统，如图 4-1 所示图 4-2 创建程序13金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计保存项目，如图 4-2 所示：1.从菜单栏中点击文件然后另存为。2.从“另存为”的文件名中输入通风机编程系统。3.最后点击“保存”来保存此程序。完成保存此程序的操作后，就能把通风机编程系统下载至S7200。图 4-2 保存程序4.1.2 下载本次程序下载步骤：1.先通过点击工具栏中的下
33、载按钮或者是在命令菜单中选择文件进行下载；2.然后点击“确定”按钮下载本次程序到 S7200 中。如果这时候 S7200 正处于运行模式，那么将会弹出一个对话框来提示CPU 即将进入 STOP 模式。此时只要单单机“是”，S7-200 就会变成 STOP 状态。图 4-3 下载程序假如想利用STEP7-Micro/WIN软件把S7-200设置为运行状态，那么S7-200的工作状态就必须要设置成TERM或者是RUN。如果S7-200位于RUN状态，PLC 就会执行程序：1.首先单击工具栏中的运行按钮或者是在命令指令中点击PLC中的RUN。14金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计2.然后点击
34、“是”就可以改变 PLC 的工作状态。如果S7-200已经转为运行状态，CPU就会开始执行本次程序，这时候 Q0.0的输LED指示灯会闪烁。这就表明S7-200已经转入RUN模式。当选择调试 程序状态来监控程序的时候。STEP 7-Micro/WIN 就会显示执行结果。如果要停止当前程序，可以通过单击STOP按钮或者选择命令指令PLC中的STOP将S7-200选择为STOP状态。4.1.3 PLC 系统流程图软件设计分为两大部分，第一部分是通过PLC对通风机、温度信号、瓦斯信号、变频器等装置的实时通讯，总体流程图如图4-4所示，另一部分是通过PLC与变频器的主从应答式RS-232通信，通信参数
35、的具体设置是由变频器内部决定的。在工作状态下PLC是主动状态，它会不停地监控外部变量的变化，当外部有数字量信号输入时，会将数字量信号与一个定值进行比较，并根据比较结果输出一个信号给变频器。此时变频器才能开始动作，并根据接收到的信号来控制电机的动作。瓦斯浓度传感器可以把由大气中取得的模拟量信号送至模拟量扩展模块，进而实现对PLC的实时控制。15金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计系统上电手动自动选择有无启动信号有有有无报警信号无风机加减速选择风机启动运行监控程序运行程序结束图 4-4 总体流程图16无金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计4.1.4 PLC 接线图图 4-5 PLC 接
36、线图4.1.5 PLC 程序分析I0.0 是启动按钮，当 I0.0 借接通时，系统得电17金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计I0.1 是停止按钮，当温度或瓦斯浓度超过设定值时，输出停止信号。I0.5 是手动控制和自动控制的切换按钮PLC 根据瓦斯浓度的信号自动调节通风机的转速当瓦斯浓度超过 5000 时，通风机高速运转当瓦斯浓度处于 2000 到 5000 之间时，通风机中速运转18金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计当瓦斯浓度低于 2000 时，通风机低速运转通过计数器的配合运用，记录系统的累计运行时间，方便维护人员每隔一段时间对系统进行检修。19金陵科技学院学士学位论文第四章
37、系统软件设计I0.6 可以对运行时间进行清零将实际值与预设值通过程序来计较，若温度或瓦斯浓度超过设定值，将产生一个警报信息。20金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计21金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计22金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计当有报警信号时，报警灯闪烁且蜂鸣器动作当工作人员知道有故障发生后，报警灯闪烁变常亮并消音23金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计4.2 触摸屏编程软件SIMATIC WinCC(WindowsControlCenter)-视窗控制中心，因为它在早期选用的就是那时最先进的监视系统，所以跟着时代与时俱进，它的功能也变得越来越丰富，灵敏
38、度和实用性都得到了大大的提升。从刚刚开始面市，SIMATIC WinCC(WindowsControlCenter)就给人们留下了深刻印象。第一点，它的跟新换代速度快，紧跟时代的潮流，引导着全球的触摸屏向着正确的方向发展。第二点，由于它一直都保持着正确的产品发展方向，这样就可以保证使用者和合作商稳赚不赔。凭借这个战略思想，WinCC，这个运行于MicrosoftWindows2000和 XP 下的Windows的控制中心，已经占据了欧洲市场的大部分份额，不仅如此，它还在全球市场享有巨大的影响力。WinCC的作用十分广泛而且可以运用于绝大部分领域绝，虽然它不可能实现所有的要求。但这不并影响它的使
39、用。4.2.1 设置触摸屏变量外部变量能够让自控过程中的组件之间发生通讯交流（数据交换）。外部变量是指PLC中相对应的存储位置的映像。不论是HMI设备还是PLC，都可以对外部变量进行访问和读写。由于外部变量是在PLC中相对应的存储位置的映像，所以它能使用的数据类型会由与HMI设施连接的PLC所决定。如果是在集成的STEP7或者SIMOTIONScout中进行组态，那么当定义外部变量的时候，就能直接访问在PLC编程时期定义的一切变量。基本数据类型则可用于所有组态。在这之外，也可以为与之相连的PLC特意编写的外部变量并运用其余不同类型的数据。内部变量存贮于HMI装置的内部。因此，只有本台HMI装置
40、可以对它的内部变量进行访问与读写。还能编写内部变量来用于进行本地计算。变量的设置如图 4-6 所示24金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计图 4-6 设置变量4.2.2 创建画面在WinCCflexible中，都是先创建画面，来让操作员对工厂内的设施进行实时监控。编写画面的时候，预先编写的模板都会在显示当前过程值、编写装置图形和创建变量等方面提供一定援助。把需要用来表示过程的对象插入到画面中。对这个对象进行组态让它符合过程要求。画面可以包含动态和静态元素。如图 4-7 所示 静态元素（包括文本和图形对象）在运行的时时不改变它们的状态。动态元素会根据过程改变它们的状态。通过下面这些方式显示
41、当前过程值：显示会从 PLC 的存储器中输出 用字母数字、趋势图及棒图的形式显示 出 HMI 设备存储器中会输出的过程值 HMI 设备上的输入域也被认作是动态对象。通过变量就可以在控制器及 HMI 设备之间切换操作员输入值和过程值。25金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计图 4-7 创建画面4.2.3 运行系统点击使用仿真器启动运行系统如图 4-8 所示图 4-8 运行程序26金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计等编译完成后就出现仿真画面如图 4-9 所示图 4-9 仿真画面点击通风机控制则进入通风机控制页面如图 4-10 所示图 4-10 通风机控制27金陵科技学院学士学位论文第
42、四章系统软件设计点击温度与瓦斯浓度则进入指定页面如图 4-11 所示图 4-11 温度显示给温度输入一个超出警报设定值的定值，如图 4-12 所示图 4-12 温度给定28金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计触摸屏输出报警信号，如图 4-13 所示图 4-13 温度报警给时间变量输入给定值如图 4-14 所示图 4-14 时间变量29金陵科技学院学士学位论文第四章系统软件设计触摸屏上显示刚刚的输入值如图 4-15 所示图 4-15 时间显示30金陵科技学院学士学位论文第五章 结论第五章结论本次设计是利用 PLC，变频器和通风机等设备互相配合，进行节能技术改造，这样才能最大程度地让系统变得
43、简洁明了，让各个设施都能安全稳定地按照设计要求自动运行。还节约了大量的能量，同时也使煤矿生产过程中的安全性得到了极大地提升。能按照具体要求来选择相对应的工作方式，这样就能实现对煤矿系统的实时控制和监控，在本次设计中完成了如下要求1通过变频器和PLC的配套使用，使通风机能够顺利运行。2通过电路原理图的设计，对本系统的硬件方面选型成功。3通过对系统中的FR-700-740-1.5k变频器进行频率设置的方法来对风机进行风速控制。4利用STEP7编程软件设计出了符合设计要求的PLC程序。5利用 WINCC 设计出了符合设计要求的触摸屏程序。该控制系统已经基本能够实现以下的几个功能要求1当通风机处于工作
44、模式的时候，能通过煤矿的实际情况来手动调节变频器的风速段来调整通风机的转速来保持所需要的风量。2融会贯通了 PLC 与触摸屏的配合应用，先在触摸屏上创建出合适的监控系统，才能对这台通风机进行远程和现场监控。因为工科楼实验室的设备不能满足本次设计所有的要求，所以本次设计知识粗略地对煤矿通风机系统进行了研究，并不能实现所有的控制要求。我将在以后的学习过程中，逐步完善本次设计，使之能功能完善并能真正地投入生产生活中。31金陵科技学院学士学位论文参考文献参考文献1蓝兰.2003年国家高速公路网建设情况J.工程机械文摘,2003.2王少飞,陈建忠.公路隧道的交通特点研究J.道路交通与安全,2005.3J
45、ean Pera.The design of long road tunnels J.Tunnels and Tunneling,1989.4IJ.Cockran.UK road tunnel ventilation J.Tunnels and Tunneling,1989.5刘浩,基智能控制与 OPC 的公路隧道通风控制系统研究 D.南宁:广西大学硕士学位论,2005.6后俊杰?基于 Linux 的公路隧道监控系统设计D.成都:西华大学硕士学位论文,2013.7姚洁.高速公路隧道综合监控平台系统的设计与实现D.北京:北京邮电大学硕士学位论文,2011.8叶龙.基于 PLC 控制的高速公路險道
46、通风节能系统D.长沙:湖南大学硕生学位论文,2011.9牛慧.高速公路隧道通风监控系统D.大连:大连海事大学硕士学位论文,2008.10张吉同.万开高速公路隧道监控系统的设计与实现D.成都:西南交通大学硕士学位论文,2006.11蔡占华.基于PROFIBUS和AS-i的公路隧道监控系统的研究D.西安:长安大学硕士学位论文,2005.12中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T18567-2010高速公路隧道监控系统模式S.北京:中国标准出版社,2010.13中交第一公路勘察设计研究院.JTGD80-2006高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范S.北京:人民交通出版社,2006.14王
47、小军,韩直,公路隧道闭路电视监视系统的优化方案J.公路交通技术,2005.15韦毅,公路隧道的闭路电视监视系统构成J.交通科技,2003.32金陵科技学院学士学位论文附录附 录附录一：电气原理图33金陵科技学院学士学位论文附录附录二：梯形图34金陵科技学院学士学位论文附录35金陵科技学院学士学位论文附录36金陵科技学院学士学位论文附录37金陵科技学院学士学位论文附录附录三：实物图片38金陵科技学院学士学位论文致谢致 谢在毕业设计过程中，对我帮助最大的刘旭明老师。每当我遇到难题，导师都会不厌其烦，尽心尽力地对我进行指导。使我的知识和能力都有了长足的提升，在此，谨向刘旭明导师表示衷心感谢！通过本次毕业设计，我本身的动手能力和知识储备也得到了极大地提高。将大学 4 年来学习的主要知识都整合在一起，能够融会贯通，并运用到实际生活中。当遇到困难时，查资料，翻专业书，向老师同学请教等，通过不同的方式去解决问题。也要感谢母校为我们提供了如此融洽，和谐的学习氛围，让我们在图书馆，工科楼尽情吸收知识的力量而茁壮成长。由于时间紧张及本身知识储备不足，论文中不可避免地会出现一些不足或错误，希望各位同学和老师能够帮助我进行批评和指正。39