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1、机电传动控制学号课程论文论文题目：姓名：班级：电话：电子邮箱：提交日期：刘建峰机电124河南科技大学2014 至 2015 学年第 一 学期课程论文评分表评分分值内容评分标准A论文具有前瞻性，有较多的创新见解：1620分论文选题20B论文具有前瞻性，有少数的创新见解：515分C论文没有前瞻性，无创新：04分得分A论文层次分明，内容组织有序：3040分论文结构40B论文层次一般，内容组织一般：1529分C论文层次不合理，内容组织不合理：14分以下A语言简练，通顺：1620分语言组织20B语言一般，基本通顺：1215分C语言不通顺，错别字较多：11分以下A论文有较高的使用价值，能够解决实际问题：1
2、620分结合实际20B论文使用价值一般，有一定的参考价值：815分C论文没有使用价值：07分合计100摘摘要要随着科学技术的进步，早期的可编程逻辑控制器已发展为现今的可编程控制器，简称PLC。PLC是微机控制技术与继电器控制技术相结合的产物，是在顺序控制器上发展起来的。PLC是以微处理器为核心用数字控制的专用工业计算机。即使在很恶劣的工业环境中，还能保持可靠运行。煤矿的生产中，主通风机的系统起着极其重要的作用，通风机能否正常工作，直接影响煤矿的生产活动。因此对其进行PLC控制的变频调速系统的设计和研究，不仅可以大大提高煤矿生产的机械化、自动化水平，还能节大量的电能，具有较高的经济效益。本文结合
3、 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控制的状态监测和变频调速的设计和研究。以PLC为主控设备，介绍了可编程序控制器（PLC）在煤矿通风系统中的应用；探讨了通风机实现自动控制系统的系统组成和设计；涉及 了硬件设备的选型与组态；并且汇编了通风机自动实现的梯形图；并且简述了PLC与其他智能装置的不 同以及组成的 控制系统。关键词关键词：煤矿通风机；PLC；在线控制Design of Fan Control System Based on PLCDesign of Fan Control System Based on PLCAbstractAbstracthas
4、been developed for the present programmable controller,referred to as PLC.PLC is the com With the development of science and technology,the earlyprogrammable logic controller bination of the computer control technology andrelay control technology,which is developed on the order is a special industri
5、alcomputer with digital control for microprocessor as the core.Even in a very harshindustrial environment,it can be maintained In the production of coal mine,the system of the main fan plays an importantrole,and the fan can work normally,which directly affects the production ofcoal mine.So the desig
6、n and research of PLC control system of frequency controlof motor speed,not only can greatly improve the mechanization and automationlevel of the coal mine production,but also a lot of power,has high economicbenefit.In this paper,the design and research of the state monitoring and frequencyconversio
7、n speed regulation for the PLC control of the mine fan are carried outwith the PLC control technology,the frequency conversion technology and theconfiguration monitoring technology.PLC based control equipment,introduces theapplication of programmable controller(PLC)in the mine ventilation system;dis
8、cusses the fan to achieve automatic control system composition and design;relates to the hardware equipment selection and configuration;compiled the fanto achieve automatic control ladder diagram,and introduces briefly the PLC andother intelligent devices and personal computer network,composed of co
9、ntrolsystem.KeywordsKeywords:Coal mine ventilator;PLC;Online monitoring目目 录录引引言言.1 PLC 及风机控制系统的发展状况.2第二章第二章 总体方案设计总体方案设计.5控制系统的要求.5系统构成及工作原理.5离心风机控制原理分析.6第第 3 3 章章 系统硬件设计系统硬件设计.10温度传感器的选择.10 PLC 的选择.10 PLC 控制系统设计流程.10第第 4 4 章章 系统软件设计系统软件设计.15 PLC 程序设计.15离心风机转换过程分析.18实验中系统工作状态.18实验中状态转换过程的实现方法.19程序设计
10、的梯形图.19结论结论.25参考文献参考文献.27引引言言近年来，随着科学技术的不断发展，可编程控制技术日趋完善，PLC的功能越来越强。它不仅可以代替继电器控制系统，使硬件软化，提高系统的可靠性和柔和性，还具有运算.技数。计时。调节。联网等功能。采用PLC的变频器驱动方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案，从而减少了生产成本，减少能量 消耗和对环境的污染，为企业带来乐观的经济效益和社会效益。因此对于 PLC控制的设计也越来越精密。风机的重要组成部分是风机的控制系统，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的电网兼容性等重要任务，它主要由监控系统、主控系统（主控系统是风机控制系
11、统的主体）、变桨控制系统(与主控系统配合)以及变频系统（变频器）几部分组成。随着电子技术和微电子技术的迅速发展，PLC的可靠控制和变频器的驱动，得到广泛的应用。PLC控制的变频调速离心风机的通风系统因具有较高的可靠性和较好的节能效果，深受市场的欢迎。及风机控制系统的发展状况经过几十年的迅速发展，PLC的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛,其足迹已遍及国民经济的各个领域,形成了能够满足各种将需要的PLC应用系统。随着市场需求的不断提高PLC的发展体现出以下趋势。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
12、合5.编程语言趋向标准化6.通信与联网能力不断增强通风机控制系统的当今现状：风机的控制系统是风机的重要组成部分。现今，由于风力发电机组在我国电网中所占比例越来越大，风力发电方式的电网兼容性较差的问题也逐渐暴露出来，同时用户对不同风场、不同型号风机之间的联网要求也越来越高，这也对风机控制系统提出了新的一轮任务。（1）采用统一和开放的协议以实现不同风场、不同厂家和型号的风机之间的方便互联。（2）需要进一步提高低电压穿越运行能力（LVRT）。（3）实现在功率预估条件下的风电场有功功率和 无功功率 及自动控制。第二章第二章 总体方案设计总体方案设计系统构成及工作原理工业离心风机的工作要求是指在特定的工
13、作环境中，风机输出的风量要随着外界条件的变化，保持在设定的参数值上。这样，既可满足工作要求，又不使电动机空转，从而减少 电能的浪费。为实现上述目标，本系统采用闭环控制的方式。工业现场的温度由温度传感器检测，变换成模拟输入反馈信号，经 A/D转换后与 PLC中给定值比较，再经 D/A转换变成模拟量输出信号，控制变频器调节风机转速，从而达到控制工厂车间温度的目的系统组成简图如图 2-1所示。图2-1 自动控制系统组成框图变频调速节电路原理图变频调速应用于风机系统电机的自动控制中，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，也就没有附加的转差损耗，属于低损耗的高效调速
14、，而且其调速范围广，反应速度快，精度高，装臵安全可靠，安装调试方便，容易实现闭环控制，能达到自动调节。另外，使用变频调速还具有高效节能的效果。目前，变频调速控制器作为一种新型的节能控制装臵，已开始在各行各业逐渐得到推广和应用变频系统的主电路原理图如图2-3所示。图2-3 变频器主电路原理图离心风机控制原理分析离心风机的叶轮外覆有机械外壳，叶轮的中心为进气口。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。离心风机的叶片转动过程中对气体施加动力作用，提高气体的压力和速度，气体在离心力的作用下沿叶道从排气口排在控制电路的设计中，要考虑弱电和强电之间的隔离问题，还要考虑电路之间互锁的关
15、系。这对于变频器安全运行十分重要。为了其可靠性和检测的方便，本次设计 了手动/自动转换控制电路。通过转换开关及相应的电路来实现。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 控制各台风机的起停。在自动状态时，系统执行PLC的控制程序，自动控制风机的起停。中间继电器KA的6个常闭触点串接在三台风机的手动控制电路上，控制三台风机的手动运行。中间继电器KA的常开触点接PLC的X0，控制自动变频运行程序的执行。在自动状态时，三台风机在PLC的控制下能够有序而
16、平稳地切换、运行。风机电机电源的通断，由中间继电器KA1-KA6 控制接触器 KM 1-KM6 的线圈来实现。HL0为自动运行指示灯。FR1,FR2,FR3 为三台风机的热继电器的常闭触点，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第3 3章章 系统硬件设计系统硬件设计温度传感器选择为了实时检测车间内的温度，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 的接线图如图 3-1所示。图3-1 KA-KM 接线图 PLC的选择经比较 最终选择了日本松下电工 FP0系列PLC产品。PLC控制系统设计流程 PLC
17、控制系统的设计步骤如图3-2所示，在本系统的设计中，使用了一个主模块，一个扩展模块，一个A/D转换模块，共使用 19个输入口，12个输出口，在 I/O口的使用上，充分考虑了系统在以后扩展的需要，为了提高系统的可靠性，在软件设计时除了编制正常工作下的自动控制程序外，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 分配表X0X1X2X3X4X5X6X8X9XA系统启动系统停止变频器信号输入温度传感器 1信号输入温度传感器 2信号输入热电偶传感器信号输入连接上位机1#风机工频选择1
18、#风机变频选择1#风机启动Y0Y1Y2Y4Y5YAYBYCYEYF电源指示灯温度过高指示灯接变频器 VRF端变频器报警电机线圈过热报警1#风机工频运转1#风机变频运转备用系统2#风机工频运转2#风机变频运转XBXCXDXEXFX20X21X22X231#风机停止2#风机工频选择2#风机变频选择2#风机启动2#风机停止3#风机工频选择3#风机变频选择3#风机启动3#风机停止Y22Y233#风机工频运转3#风机变频运转（1）上限频率：由于变频器内部具有转差补偿功能，在50HZ的情况下电动机在变频运行时的实际转速要大于工频运行时的转速，目的是 增大了电动机的负载。本系统中上限频率设定为。（2）下限频
19、率：在风机系统中，转速过低，会出现电机的全扬程小于基本扬程(实际扬程)，形成电机“空转”的现象。因此，在多数情况下，下限频率不能太低，可根据实际情况适当调整。本系中下限频率设定为35HZ。（4）启动频率：风机在启动时，应适当预置启动频率值，使其在启动瞬间有一定的冲击力。本系统中启动频率设定为10HZ。第第4 4章章 系统软件设计系统软件设计 PLC程序设计风机控制系统可以实现的主要功能包括自动变频恒温运行、自动工频运行、远程手动控制和现场手动控制。PLC控制程序设计的主要任务是接收来自温度传感器的信号，判断当前的温度状态，通过相应的 程序处理，发射出的信号 去控制变频器、继电器、接触器、信号灯
20、等电器的动作，以达到调整风机的运行，从而实现 控制车间内温度的目的。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 变频器接线图实验中系统工作状态的设定工作状态之间的转换条件是根据变频器输出频率是否到达极限频率和温度是否达到设定值。设变频器输出频率达到极限频率时的信号为X1，实际温度大于设定温度值的信号为 X2，实际温度达到设定温度值的信号为X3实际温度 小于设定温度值的信号为 X4。从停机到开启 1#风机的条件为：满足X2；保持现有工作状态的条件为：满足X3；增开风机条件：同时满足 X1，X2；减开风机条件：同时满足X1，X4；系统工作状
21、态如表 4-3所示：表4-3 系统工作状态表状态符工作状态号S0S20S21S22停机状态，传感器检测。1#风机变频运行，2#，3#风机停机。1#风机工频运行，2#风机变频运行，3#风机停机。1#风机工频运行，2#风机工频运行，3#风机变频运行。S23S24S25S26S27S283台风机全部工频运行，备用系统启动。关闭备用系统，3#风机变频运行。关闭1#风机，2#风机工频运行，3#风机变频运行。关闭2#风机，3#风机变频运行。关闭3#风机，传感器检测。系统异常，出现故障。实验中状态转换过程的实现方法从传感器检测状态到开启 1#风机，只需用变频器以起始频率起动1#风机电机运行即可；减开风机过程
22、是在满足减开风机条件的前提下，通过PLC控制，断开工频运行状态电机的接触器主触点即可。本控制系统的主程序流程图如图 4-4所示。程序设计的梯形图图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 模拟量输出程序结论结论利用 PLC控制的 变频器来实现 离心风机变频调速自动控制的设计 是完全可行的。采用 本节设计的系统 可以根据风机现场的实际情况，按照当时温度要求快速的 调节风机叶轮转速，既不影响工作效果又能达到节能要求，减少了人力物力资源。本系统利用 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确保安全的工作，又能在突发事
23、件(如断电自控元器件出现故障或需要检修调整自控系统且不影响生产等)出现时，切换到手动控制进行应急处理。防止事故的发生 而且系统的 防干扰能力强，即使在恶劣的环境中 也能可靠地工作，大大的缩短了 故障修复时间。然而，本次设计的 控制系统 仅仅只对工业车间 内对温度的特定要求而设计的，可能还会受到一些外来因素的影响，在硬件的选取上还留有一定的空间。另外系统的程序可根据实际需要而改变，具有良好的柔性。参考文献参考文献1 史正勇.基于变频调速及 PLC的风机控制系统的研究 D.北京：北京科技大学机械工程学院，2005.2 汪向华，周扞东.工业除尘风机工况自动控制系统的研制J.林业产业，2006，33(
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