畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于plc的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　可編程控制器(PLC)是一種以微處理器為核心,綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的通用工業(yè)控制裝置。它具有使用方便、維護(hù)容易、可靠性好、性能價(jià)格比高等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的眾多領(lǐng)域。</p><p>　　煤礦主通風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備，通風(fēng)機(jī)能否正常工作，直接影響煤礦的生產(chǎn)活動(dòng)。因

2、此對(duì)主通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控有很重要的意義。</p><p>　　本文針對(duì)通風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境和運(yùn)行特點(diǎn)，以PLC為主控設(shè)備，介紹了可編程序控制器（PLC）在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用；探討了通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和設(shè)計(jì)；涉及硬件設(shè)備的選型與組態(tài)；編制了通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制梯形圖；并簡要介紹了PLC與其他智能裝置及個(gè)人計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，組成的控制系統(tǒng)。</p><p>　　本系統(tǒng)提高了主通風(fēng)機(jī)設(shè)備的自

3、動(dòng)化管理水平，有力地保證了主通風(fēng)機(jī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行，為設(shè)備的管理和維修提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：煤礦通風(fēng)機(jī)； PLC； 在線控制</p><p>　　Design of Fan Control System Based on PLC</p><p><b>　　Abstract</b></p><

4、;p>　　The programmable logic controller (PLC) is a microprocessor core, a combination of computer technology, automatic control technology and network communi

5、cation technology, general industrial control devices. It has easy to use,easy maintenance, reliability, high cost performance characteristics, widely used in many areas of in

6、dustrial control.The mine vertilator coal production equipment, the fan can work a direct impact on coal production activities. Therefore, the main fa

7、n to achieve online mon</p><p>　　This system improves the ventilator equipment automation management level, toensure the main ventilator equipment,

8、 economic, reliable operation, andprovides a reliable scientific basis for the management and maintenance ofequipment.</p><p>　　Keywords: Coal mine ventilator; PLC; Online

9、monitoring</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　第1章緒 論2</p><p>　　1.1課題的研究意義2</p><p>　　1.2 PLC及風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r2</

10、p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)的要求5</p><p>　　2.2 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理5</p><p>　　2.3 變頻調(diào)速節(jié)能分5</p><p>　　2.4 變頻調(diào)速的依據(jù)6</p><p>　　2.5 離心風(fēng)機(jī)控制原理分析6</

11、p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 溫度傳感器的選擇10</p><p>　　3.2 PLC的選擇10</p><p>　　3.2.1 FP0系列PLC的特點(diǎn)10</p><p>　　3.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程10</p><p>　　3.3 變頻

12、器的選擇11</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1 PLC程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1.1 離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換過程分析18</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)工作狀態(tài)18</p><p>　　4.1.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程的實(shí)現(xiàn)方法19</p><p

13、>　　4.2 程序設(shè)計(jì)的梯形圖19</p><p>　　第5章 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)及調(diào)試23</p><p>　　5.1系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.2 系統(tǒng)調(diào)試23</p><p>　　5.21 軟件系統(tǒng)的調(diào)試23</p><p>　　5.22 硬件系統(tǒng)的調(diào)試23</p>

14、<p>　　5.23 軟硬件結(jié)合調(diào)試23</p><p><b>　　結(jié)論與展望25</b></p><p><b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p>　　附錄A 一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文28<

15、/p><p>　　附錄B 部分源程序33</p><p>　　附錄C:主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要36</p><p><b>　　插圖清單</b></p><p>　　圖2-1 自動(dòng)控制系統(tǒng)組成框圖5</p><p>　　圖2-2 變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)中的節(jié)能分析6</p><p&

16、gt;　　圖2-3 變頻器主電路原理圖7</p><p>　　圖2-4 離心風(fēng)機(jī)主電路圖8</p><p>　　圖2-5 離心風(fēng)機(jī)控制線路圖9</p><p>　　圖3-1 KA-KM接線圖10</p><p>　　圖3-2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖12</p><p>　　圖3-3 PLC接線圖13<

17、;/p><p>　　圖4-2 變頻器接線圖17</p><p>　　圖4-3 系統(tǒng)總控制流程圖21</p><p>　　圖4-4 啟動(dòng)/停止程序21</p><p>　　圖4-5 比較程序22</p><p>　　圖4-6 模擬量輸出程序22</p><p><b>　　表格清單

18、</b></p><p>　　表3-1 I/O分配表14</p><p>　　表4-1 主電路端子及功能表16</p><p>　　表4-2 控制電路端子及功能表17</p><p>　　表4-3 系統(tǒng)工作狀態(tài)表18</p><p><b>　　引 言</b></p&g

19、t;<p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中的鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合，風(fēng)機(jī)設(shè)備被大量應(yīng)用，但不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了，在生產(chǎn)過程中，不僅造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗，而且控制精度受到限制，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。</p><p>　　近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提

20、高的要求，加之采用PLC和變頻器易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)，采用基于PLC的變頻器驅(qū)動(dòng)方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案，從而大大的降低生產(chǎn)成本，減少能量損耗和對(duì)環(huán)境的污染，為企業(yè)帶來</p><p>　　觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)的重要組成部分，它承擔(dān)著風(fēng)機(jī)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等

21、重要任務(wù)，它主要由監(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器）幾部分組成。</p><p>　　部分的主要功能如下：</p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）：監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)全風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)狀況的監(jiān)視與啟、停操它包括大型監(jiān)控軟件及完善的通訊網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的主體，它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)向、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)解列

22、、故障自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)電纜解繞及自動(dòng)記錄與監(jiān)控等重要控制、保護(hù)功能。它對(duì)外的三個(gè)主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器），它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對(duì)葉片的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實(shí)現(xiàn)</p><p>　　有功率以及無功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。</p><p>　　變槳控制系統(tǒng)：與主控系統(tǒng)配合，通過

23、對(duì)葉片節(jié)距角的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行靈活性。目前來看，變槳控制系統(tǒng)的葉片驅(qū)動(dòng)有液壓和電氣兩種方式，電氣驅(qū)動(dòng)方式中又有采用交流電機(jī)和直流電機(jī)兩種不同方案。究竟采用何種方式主要取決于制造廠家多年來形成的技術(shù)路線及傳統(tǒng)。</p><p>　　變頻系統(tǒng)（變頻）器：與主控制系統(tǒng)接口，和發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)連接，直接承擔(dān)著保證供電品質(zhì)、提高功率因素，滿足電網(wǎng)兼容性標(biāo)準(zhǔn)等重要作用。</p&g

24、t;<p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1課題的研究意義</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐的燃燒系統(tǒng)、其他設(shè)備的烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合，根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對(duì)象。

25、這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失的形式消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。為此，需要采用多項(xiàng)措施實(shí)現(xiàn)對(duì)離心風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制，以使系統(tǒng)的各種性能達(dá)到合理的要求。</p><p>　　近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用P

26、LC和變頻器易操作、易維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)，采用基于PLC的變頻器驅(qū)動(dòng)方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。從而大大的降低生產(chǎn)成本，減少能量損耗和對(duì)環(huán)境的污染，為企業(yè)帶來</p><p>　　觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　隨著電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC和變頻器正成為通用、廉價(jià)和性能可靠的控制和驅(qū)動(dòng)設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。由PLC控制的變

27、頻調(diào)速離心風(fēng)機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)，具有較高的可靠性和較好的節(jié)能效果，易于組建成整體的自控系統(tǒng)，很方便地實(shí)現(xiàn)各種控制切換和遠(yuǎn)程監(jiān)控，本文通過一個(gè)實(shí)例——基于離心風(fēng)機(jī)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析。 煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦礦井安全生產(chǎn)的重要組成部分，煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)能否正常工作與礦井內(nèi)工作環(huán)境條件、生產(chǎn)效率、安全生產(chǎn)密切相關(guān)。隨著我國政府對(duì)各行各業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管力度的不斷加強(qiáng)，尤其對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的要求越來越高，對(duì)煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，提高其運(yùn)行穩(wěn)定性

28、、可靠性、節(jié)能降耗等勢(shì)在必行。 目前煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，大多仍采用繼電、接觸器控制系統(tǒng)，但這種控制系統(tǒng)存在著體積大、機(jī)械觸點(diǎn)多、接線復(fù)雜、可靠性低、排除故障困難等很多的缺陷，且因工作通風(fēng)機(jī)一直高速運(yùn)行，備用通風(fēng)停止，不能輪休工作，易使工作通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障，降低使用壽命。針對(duì)這一系列問題本系統(tǒng)將 PLC與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來，采用以礦井氣壓壓力為主控參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)工作過程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效控制使礦井中用的離心通風(fēng)機(jī)通風(fēng)高效、安全，<

29、;/p><p>　　1.2 PLC及風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，PLC的功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍也越來越廣泛,其足跡已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,形成了能夠滿足各種將需要的PLC</p><p>　　應(yīng)用系統(tǒng)。隨著市場(chǎng)需求的不斷提高PLC的發(fā)展體現(xiàn)出以下趨勢(shì)。1.向小型化、微型化和大型化、多功能兩個(gè)方向發(fā)展</p>&

30、lt;p>　　2.過程控制功能不斷增強(qiáng)</p><p>　　3.大力開發(fā)智能型I/O模塊</p><p>　　4.與個(gè)人計(jì)算機(jī)日益緊密結(jié)合</p><p>　　5.編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化</p><p>　　6.通信與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強(qiáng)</p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)

31、帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測(cè)技術(shù)不斷更新。PLC是采用大規(guī)模集成電路、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展成果逐步形成具有多種優(yōu)點(diǎn)和微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的PLC系列產(chǎn)品應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的許多控制領(lǐng)域，它最適用于以開關(guān)為主的控制功能。通過模擬/數(shù)字，（A/D）轉(zhuǎn)換器和數(shù)字/模擬（D/A）轉(zhuǎn)換器也可以控制模擬量例如控制溫度、壓力、流量、成分等參數(shù)。 </p><p>　　基于PLC的多路搶答器控制系統(tǒng)

32、可以根據(jù)PLC修改程序方便這一特點(diǎn)隨意調(diào)整設(shè)置的時(shí)間或者控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。如果對(duì)外部電路稍加修改或者在系統(tǒng)程序中加入分支可以把八路搶答器變?yōu)楦嗦返膿尨鹌鳌１热缡?、十六位或者二十位等。如果將手?dòng)按鈕變?yōu)橛|摸屏可以使搶答器更為簡單方便。如果去除系統(tǒng)中的限時(shí)功能還可以把搶答器改為呼叫器能夠在醫(yī)院病房、賓館客房、寫字樓辦公室、工廠生產(chǎn)車間等多種地方使用。</p><p>　　風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀：風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)是

33、風(fēng)機(jī)的重要組成部分，它承擔(dān)著風(fēng)機(jī)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務(wù)，它主要由監(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系（變頻器）幾部分組成。各部分的主要功能如下：</p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）：監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)全風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)狀況的監(jiān)視與啟、操作它包括大型監(jiān)控軟件及完善的通訊網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的主體，它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

34、啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)向、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)解列、故障自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)電纜解繞及自動(dòng)記錄與監(jiān)控等重要控制、保護(hù)功能。它對(duì)外的三個(gè)主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器），它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對(duì)葉片的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率以及無功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。</p><p>　　變槳控制系統(tǒng)：與主控系統(tǒng)配合，通

35、過對(duì)葉片節(jié)距角的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行靈活性。目前來看，變槳控制系統(tǒng)的葉片驅(qū)動(dòng)有液壓和電氣兩種方式，電氣驅(qū)動(dòng)方式中又有采用交流電機(jī)和直流電機(jī)兩種不同方案。究竟采用何種方式主要取決于制造廠家多年來形成的技術(shù)路線及傳統(tǒng)。</p><p>　　變頻系統(tǒng)（變頻）器：與主控制系統(tǒng)接口，和發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)連接，直接承擔(dān)著保證供電品質(zhì)、提高功率因素，滿足電網(wǎng)兼容性標(biāo)準(zhǔn)等重要作用。風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的

36、發(fā)展趨勢(shì)：隨著國內(nèi)企業(yè)所開發(fā)風(fēng)機(jī)容量越來越大，風(fēng)機(jī)控制技術(shù)必須不斷發(fā)展才能滿足這一要求，如葉片的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)、如更大容量的變頻器開發(fā)，都是必須不斷解決的新的課題，這里不進(jìn)行詳細(xì)闡述。當(dāng)前，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在我國電網(wǎng)中所占比例越來越大，風(fēng)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(shí)用戶對(duì)不同風(fēng)場(chǎng)、不同型號(hào)風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來越高，這也對(duì)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)提出了</p><p><b>　　新的任務(wù)

37、。</b></p><p>　　（1）采用統(tǒng)一和開放的協(xié)議以實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)場(chǎng)、不同廠家和型號(hào)的風(fēng)機(jī)之間的方便互聯(lián)。目前，風(fēng)機(jī)投資用戶和電網(wǎng)調(diào)度中心對(duì)廣布于不同地域的風(fēng)場(chǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)要求越來越迫切，雖然各個(gè)風(fēng)機(jī)制造廠家都提供了一定的手段實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)互連，但是由于采用的方案不同，不同廠家的風(fēng)機(jī)進(jìn)行互聯(lián)時(shí)還是會(huì)有很多問題存在，實(shí)施起來難度較大。因此，現(xiàn)實(shí)不同風(fēng)機(jī)之間的方便互聯(lián)是一個(gè)亟待解決的重要課題。</p&g

38、t;<p>　　（2）需要進(jìn)一步提高低電壓穿越運(yùn)行能力（LVRT）。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，尤其是雙饋型風(fēng)機(jī)，抵抗電網(wǎng)電壓跌落的能力本身較差。當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，從前的做法是讓風(fēng)機(jī)從電網(wǎng)切出。當(dāng)風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)中所占比例較小時(shí)，這種做法對(duì)電網(wǎng)的影響還可以忽略不計(jì)。但是，隨著在網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)的數(shù)量越來越大，尤其是在風(fēng)力發(fā)電集中的地區(qū)，如國家規(guī)劃建設(shè)的六個(gè)千萬千瓦風(fēng)電基地，這種做法會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響，甚至可能進(jìn)一步擴(kuò)大事故。歐洲很多國家，如德

39、國、西班牙、丹麥等國家，早就出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求在這種情況下風(fēng)機(jī)能保持在網(wǎng)運(yùn)行以支撐電網(wǎng)。風(fēng)機(jī)具有的這種能力稱為低電壓穿越運(yùn)行能力（LVRT），有的國家甚至要求當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落至零時(shí)還能保持在網(wǎng)運(yùn)行。我國也于今年8月由國家電網(wǎng)公司出臺(tái)了《風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，其中規(guī)定了我國自己的低電壓穿越技術(shù)要求，明確要求風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至20%額定電壓時(shí)能夠保持并網(wǎng)運(yùn)行625ms、當(dāng)?shù)浒l(fā)生3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電機(jī)組保持并

40、網(wǎng)運(yùn)行的低電壓穿越運(yùn)行要求。應(yīng)該說，這還只是一個(gè)初步的、相對(duì)較低的運(yùn)行要求。在今后可能還會(huì)出臺(tái)更為嚴(yán)格的上網(wǎng)限制措施。這些要求的實(shí)現(xiàn)，主要靠控制系統(tǒng)中</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)在功率預(yù)估條件下的風(fēng)電場(chǎng)有功及無功功率自動(dòng)控制。目前，風(fēng)電機(jī)組都是運(yùn)行在不調(diào)節(jié)的方式，也就是說，有多少風(fēng)、發(fā)多少電，這在風(fēng)電所占比例較小的情況下也沒有多大問題。但是，隨著風(fēng)電上網(wǎng)電量的大幅度增加，在用電低谷段往往是風(fēng)機(jī)出力最大的時(shí)段，

41、造成電網(wǎng)調(diào)峰異常困難，電網(wǎng)頻率、電壓均易出現(xiàn)較大波動(dòng)。當(dāng)前，電網(wǎng)對(duì)這一問題已相當(dāng)重視，要求開展。</p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)的要求</p><p>　　（1）高可靠性，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)十分惡劣和復(fù)雜的工作條件。</p><p>　　（2）具有實(shí)時(shí)響應(yīng)處理能力，以滿足工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)控制要求。&

42、lt;/p><p>　?。?）有豐富的可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)相連接的工業(yè)接口，方便實(shí)現(xiàn)在線</p><p><b>　　監(jiān)控。</b></p><p>　?。?）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)能組配靈活，易于擴(kuò)展。</p><p>　　（5）有先進(jìn)的系統(tǒng)環(huán)境和應(yīng)用軟件便于開發(fā)。</p><p>　　（6）有自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換系

43、統(tǒng)，保證在自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以</p><p><b>　　手動(dòng)控制。</b></p><p>　?。?）有可靠的報(bào)警系統(tǒng)，在風(fēng)機(jī)電機(jī)過熱，變頻器出現(xiàn)故障時(shí)能及</p><p><b>　　時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理</p><

44、;p>　　工業(yè)離心風(fēng)機(jī)的工作要求是指在特定的工作環(huán)境中，風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)量要隨著外界條件的變化，保持在設(shè)定的參數(shù)值上。這樣，既可滿足工作要求，又不使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，而造成電能的浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方式。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度由溫度傳感器檢測(cè)，變換成模擬輸入反饋信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后與PLC中給定值比較，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量輸出信號(hào)，控制變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)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。</

45、p><p>　　圖2-1 自動(dòng)控制系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　2.3 變頻調(diào)速節(jié)能分</p><p>　　變頻調(diào)速應(yīng)用于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)電機(jī)的自動(dòng)控制中，其節(jié)能效果明顯。 由流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n，H∝n2，P∝n3，即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正

46、比。圖2給出了風(fēng)機(jī)中風(fēng)門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速兩種控制方式下風(fēng)路的壓力-風(fēng)量(H-Q)關(guān)系及功率-風(fēng)量(P-Q)關(guān)系。其中，曲線1是風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下的H-Q曲線，曲線2是風(fēng)機(jī)在某一較低速度下的H-Q曲線，曲線3是風(fēng)門開度最大時(shí)的H-Q曲線，曲線4是風(fēng)機(jī)在某一較小開度下的H-Q曲線。可以看出，當(dāng)實(shí)際工況風(fēng)量由Q1下降到Q2時(shí)，如果在風(fēng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，則工況點(diǎn)沿曲線1由A點(diǎn)移到B點(diǎn)；如果在風(fēng)門開度最大的條件下用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的

47、轉(zhuǎn)速，則工況點(diǎn)沿曲線3由A點(diǎn)移到C點(diǎn)。顯然，B點(diǎn)與C點(diǎn)的風(fēng)量相同，但C點(diǎn)的壓力要比B點(diǎn)壓力小得多。因此，風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速運(yùn)行方式下，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可大大降低，節(jié)能效果明顯。曲線5為變頻控制方式下的P-Q曲線，曲線6為風(fēng)門調(diào)節(jié)方式下的P-Q曲線。可以看出，在相同的風(fēng)量下，變頻控制方式比風(fēng)門調(diào)節(jié)方式能耗更小，二</p><p>　?。?-1） </p><p>　　（

48、l）其中Q為風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)實(shí)際風(fēng)量。</p><p>　　Qe為風(fēng)門開度為最大，且電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的風(fēng)量。</p><p>　　Pe為風(fēng)門開度為最大，且電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的功率。</p><p>　　通過以上分析得出，采用轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量，比起用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量節(jié)省能源，風(fēng)量調(diào)節(jié)幅度越大，節(jié)電效果越高。對(duì)我國風(fēng)機(jī)現(xiàn)有的運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)查后得出，其中大多數(shù)風(fēng)機(jī)處于大馬拉小

49、車的狀態(tài)，用擋板進(jìn)行運(yùn)行流量的調(diào)節(jié)，極大的浪費(fèi)了電能，若采用調(diào)速方式運(yùn)行，則可以大量節(jié)約電能，并能在1至2年內(nèi)收回投資成本。</p><p>　　圖2-2 變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)中的節(jié)能分析</p><p>　　2.4 變頻調(diào)速的依據(jù)</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正</p><p>　　比的關(guān)系，如公式

50、（2-2）所示：</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　其中n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速；</p><p>　　f為電動(dòng)機(jī)工作電源頻率；</p><p><b>　　s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；</b></p><p><b>　　p為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。</b

51、></p><p>　　通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。交流電動(dòng)</p><p>　　機(jī)調(diào)速方法有三種，主要有：</p><p>　?。?）變極對(duì)數(shù)調(diào)速，</p><p>　?。?）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，</p><p>　　（3）變頻調(diào)速，即改變電源的頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這三種方法前兩種有一定的局限

52、性，而變頻調(diào)速具有其他調(diào)速方法無可比擬的優(yōu)勢(shì)，變頻調(diào)速的性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)己趕上直流調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速傳動(dòng)效率高，因變頻調(diào)速屬于電氣調(diào)速，無中間機(jī)械設(shè)備，也就沒有附加的轉(zhuǎn)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(yīng)速度快，精度高，裝置安全可靠，安裝調(diào)試方便，容易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，能達(dá)到自動(dòng)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)能控制裝置，已開始在各行各業(yè)逐漸得到推廣和應(yīng)用。 變頻系統(tǒng)的主電路原

53、理圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 變頻器主電路原理圖</p><p>　　2.5 離心風(fēng)機(jī)控制原理分析</p><p>　　三臺(tái)大容量的離心風(fēng)機(jī)(1#, 2#, 3#)根據(jù)工作狀態(tài)的不同，具有變頻、工頻兩種運(yùn)行方式，因此每臺(tái)離心風(fēng)機(jī)均要求通過兩個(gè)接觸器分別與工頻電源和變頻電源輸出相聯(lián)。QS1, QS2, QS3, QS4分別為主電路、變頻器和各電機(jī)

54、的工頻運(yùn)行控制開關(guān)，KM1，KM2，KM3為三臺(tái)風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)的交流接觸器，KM4，KM5，KM6為三臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)的交流接觸器，F(xiàn)R1, FR2, FR3為工頻和變頻運(yùn)行時(shí)的電機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器，變頻運(yùn)行時(shí)由變頻器也可實(shí)現(xiàn)電機(jī)過載保護(hù)。變頻器的主電路輸出端子(U, V, W)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向與工頻時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)向不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子(U, V, W)的相序，否則無法工作。主電路見圖2-4所示。</p>

55、;<p>　　在控制電路的設(shè)計(jì)中，必須要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離問題。為了保護(hù)PLC設(shè)備，PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，通過中間繼電器控制接觸器線圈的得電/失電，進(jìn)而控制電機(jī)或者閥門的動(dòng)作。通過隔離，可延長系統(tǒng)的</p><p>　　使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。</p><p>　　控制電路之中還要考慮電路之

56、間互鎖的關(guān)系，這對(duì)于變頻器安全運(yùn)行十分重要。變頻器的輸出端嚴(yán)禁和工頻電源相連，也就是說不允許一臺(tái)電機(jī)同時(shí)接到工頻電源和變頻電源的情況出現(xiàn)。因此，在控制電路中，對(duì)各風(fēng)機(jī)電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行接觸器作了互鎖設(shè)計(jì)；另外，變頻器是按單臺(tái)電機(jī)容量配置，不允許同時(shí)帶多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，為此對(duì)各電機(jī)的變頻運(yùn)行也作了互鎖設(shè)計(jì)。為提高互鎖的可靠性，在PLC控制程序設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)一步通過PL</p><p>　　C內(nèi)部的軟繼電器來做互鎖。<

57、;/p><p>　　出于可靠性及檢修方面的考慮，設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路。通</p><p>　　過轉(zhuǎn)換開關(guān)及相應(yīng)的電路來實(shí)現(xiàn)。電氣控制線路圖見圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5中，SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，KA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換用中間繼電器，打在①位置為手動(dòng)狀態(tài)，打在②位置KA吸合，為自動(dòng)狀態(tài)。在手動(dòng)狀態(tài)，通過按鈕SB1-SB12控制各臺(tái)風(fēng)機(jī)的起停。在自動(dòng)

58、狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行PLC的控制程序，自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的起停。中間繼電器KA的6個(gè)常閉觸點(diǎn)串接在三臺(tái)風(fēng)機(jī)的手動(dòng)控制電路上，控制三臺(tái)風(fēng)機(jī)的手動(dòng)運(yùn)行。中間繼電器KA的常開觸點(diǎn)接PLC的X0，控制自動(dòng)變頻運(yùn)行程序的執(zhí)行。在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，三臺(tái)風(fēng)機(jī)在PLC的控制下能夠有序而平穩(wěn)地切換、運(yùn)行。風(fēng)機(jī)電機(jī)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(shí)現(xiàn)。HL0為自動(dòng)運(yùn)行指示燈。FR1, FR2, FR3為三臺(tái)風(fēng)機(jī)的熱繼電器的常閉觸點(diǎn)，

59、對(duì)電機(jī)進(jìn)行過流保護(hù)。 </p><p>　　圖2-4 離心風(fēng)機(jī)主電路圖</p><p>　　圖2-5 離心風(fēng)機(jī)控制線路圖</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 溫度傳感器選擇</p><p>　　本系統(tǒng)是將傳感器安裝在工廠車間中，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)車間內(nèi)的溫度，換算出與設(shè)定溫度之間的調(diào)整值，通

60、過變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)到合適的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p>　　，從而使車間內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度值。中間繼電器KA1-KA6控制接觸器KM1-KM6的接線圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 KA-KM接線圖</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的具體情況，經(jīng)認(rèn)真比較最后選定熱電偶傳感器，它是工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響

61、，具有較高的精確度；測(cè)量范圍廣，可從-50℃～1600℃進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，當(dāng)工作端的被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電勢(shì)隨之發(fā)生變化將熱電勢(shì)送入PLC進(jìn)行處理，即可得到溫度值。</p><p>　　3.2 PLC的選擇</p><p>　　對(duì)于主控設(shè)備PLC的選擇，從收集的國內(nèi)外各種PLC產(chǎn)品的資料來看，充分考慮了工業(yè)離心風(fēng)機(jī)工作狀況和本控制系統(tǒng)的特點(diǎn)以及現(xiàn)有條件，最終選擇了日本松下電工FP0系列P

62、LC產(chǎn)品。</p><p>　　3.2.1 FP0系列PLC的特點(diǎn)</p><p>　　FP0系列PLC在小機(jī)殼內(nèi)匯聚了先進(jìn)的功能和優(yōu)異的表現(xiàn)，包括脈沖捕捉，兩路脈沖輸出，PID，PWM，高速計(jì)數(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信，模擬量設(shè)定和時(shí)鐘功能等。主機(jī)單元是集成了CPU，電源(AC)，輸入輸出單元的獨(dú)立模塊，可單獨(dú)使用，也可以和擴(kuò)展單元任意組合使用，最多可配置3個(gè)擴(kuò)展模塊。I/O點(diǎn)可以從最少的10點(diǎn)擴(kuò)展到

63、最多的128點(diǎn)。使用時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合。主機(jī)和擴(kuò)展單元都有專門的擴(kuò)展接口，在擴(kuò)展時(shí)可以直接連接，</p><p>　　不需要連接電纜。本設(shè)計(jì)根據(jù)需要，主模塊選用FP0C32，擴(kuò)展模塊選用FP0E16，A/D轉(zhuǎn)換模塊采用FP0-A80模塊。</p><p>　　3.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖3-2所示，

64、在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使用了一個(gè)主模塊，一個(gè)擴(kuò)展模塊，一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換模塊，共使用19個(gè)輸入口，12個(gè)輸出口，在I/O口的使用上，充分考慮了系統(tǒng)在以后擴(kuò)展的需要，對(duì)一些有特殊用途的端口如A/D轉(zhuǎn)換模塊的接口盡量不用或者少用。為了提高系統(tǒng)的可靠性，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)除了編制正常工作下的自動(dòng)控制程序外，還在PLC中編制了手動(dòng)控制程序，這樣做較之以往的控制系統(tǒng)有三個(gè)好處：第一，可以在系統(tǒng)安裝完成后，對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行單個(gè)調(diào)試，以檢查設(shè)備是否工作正常；第二，可

65、以在系統(tǒng)自動(dòng)控制程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，用手動(dòng)方式在PLC上控制系統(tǒng)的運(yùn)行；第三，當(dāng)系統(tǒng)工作單元如電機(jī)出了故障時(shí)，可以手動(dòng)切換出現(xiàn)故障的電機(jī)，使之停止運(yùn)行，把沒有故障的電機(jī)切換入系統(tǒng)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行；正是因?yàn)橛羞@些好處，在PLC上用了12個(gè)輸入口實(shí)現(xiàn)對(duì)手動(dòng)控制程序的支持，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，I/O分配</p><p><b>　　如表3-1所示。</b><

66、/p><p>　　3.3 變頻器的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用變頻器為森蘭BT12S系列，變頻器的連接端子圖如圖3-3所示。輸入端R，S，T通過主電路接至電源，輸出端U，V，W通過主電路接至離心風(fēng)機(jī)，使用時(shí)絕對(duì)不允許接反，控制端子FWD為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)端，為保證電動(dòng)機(jī)單向正轉(zhuǎn)運(yùn)行，將FWD與公共端CM相接。變頻器的功能預(yù)置為：</p><p>　　F01=5 頻率

67、由X4，X5設(shè)定。</p><p>　　F02=1 使變頻器處于外部FWD控制模式。</p><p>　　F28=0 使變頻器的FMA輸出功能為頻率。</p><p>　　F40=4 設(shè)置電動(dòng)機(jī)極數(shù)為4極。</p><p>　　FMA為模擬信號(hào)輸出端，可在FMA和GND兩端之間跨接頻率表，用于監(jiān)視變頻器的運(yùn)行頻率。</p>&l

68、t;p>　　F69=0 選擇X4，X5端子功能，即用于控制端子的通斷實(shí)現(xiàn)變頻器的</p><p><b>　　升降速。</b></p><p>　　X5與公共端CM接通時(shí)，頻率上升；X5與公共端CM斷開時(shí)，頻率保持。</p><p>　　X4與公共端CM接通時(shí)，頻率下降；X4與公共端CM斷開時(shí)，頻率保持。</p><p

69、>　　本系統(tǒng)中使用S1和S2兩個(gè)按鈕分別與X4和X5相接，按下按鈕S2使X5與公共端CM接通，控制頻率上升；松開按鈕S2，X5與公共端CM斷開，頻率保持。同樣，按下按鈕S1使X4與公共端CM接通，控制頻率下降；松開按鈕S1，X4與公共端CM斷開，頻率保持。VRF，Y1接至PLC，接收和發(fā)送與PLC主機(jī)之間的控制信號(hào)。</p><p>　　變頻器頻率參數(shù)設(shè)置為：</p><p>　?。?/p>

70、1）最高頻率：風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速的平方成正比</p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)速超過其額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)矩將按平方規(guī)律增加，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載。因此，變頻器的最高頻率只能與電動(dòng)機(jī)額定頻率相等。本系統(tǒng)中最高輸頻率設(shè)定為50Hz。</p><p>　　圖3-2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　圖3-3 PLC接線圖</p><p&g

71、t;　　表3-1 I/O分配表</p><p>　　上限頻率：由于變頻器內(nèi)部具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，在50HZ的情況</p><p>　　下電動(dòng)機(jī)在變頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要高于工頻運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，從而增大了電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，因此實(shí)際預(yù)置的頻率應(yīng)略低于額定頻率。本系統(tǒng)中上限頻率設(shè)定為49.5HZ。</p><p>　　下限頻率：在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過低，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)的全揚(yáng)程小</

72、p><p>　　于基本揚(yáng)程(實(shí)際揚(yáng)程)，形成電機(jī)“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。所以，在多數(shù)情況下，下限頻率不能太低，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。本系中下限頻率設(shè)定為35HZ。</p><p>　?。?）啟動(dòng)頻率：風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，存在一定的阻力，在從0HZ開始啟動(dòng)的一段頻率內(nèi)，實(shí)際上轉(zhuǎn)不起來。因此，應(yīng)適當(dāng)預(yù)置啟動(dòng)頻率值，使其在啟動(dòng)瞬間有一定的沖擊力。本系統(tǒng)中啟動(dòng)頻率設(shè)定為10HZ。</p><p

73、>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)可包括以下幾部分：初始化，風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)/停止，信號(hào)顯示</p><p>　　，模擬量輸入，測(cè)量值與設(shè)定值的比較，模擬量輸出等。 </p><p>　　4.1 PLC程序設(shè)計(jì)</p><p>　　風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的主要功能有自動(dòng)變頻恒溫運(yùn)行、自動(dòng)工頻運(yùn)行、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制

74、。全自動(dòng)變頻恒溫運(yùn)行方式是系統(tǒng)中最主要的運(yùn)行方式，也是系統(tǒng)的主要功能，是指利用PLC控制，通過變頻調(diào)</p><p>　　速自動(dòng)調(diào)節(jié)車間內(nèi)的溫度，其核心是根據(jù)恒溫條件下風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過程中設(shè)計(jì)的PLC控制程序；自動(dòng)工頻運(yùn)行是指在變頻器故障狀態(tài)下，為維持溫度的相對(duì)恒定，系統(tǒng)根據(jù)溫度高低自動(dòng)調(diào)節(jié)工頻運(yùn)行的電機(jī)臺(tái)數(shù)，這種運(yùn)行方式只是在特殊情況下的一種備用方案，目的是提高系統(tǒng)可靠性的冗余度；遠(yuǎn)程手動(dòng)控制是

75、指在控制室，通過計(jì)算機(jī)和PLC通信遠(yuǎn)程操控風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行，是一種輔助方案；現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制運(yùn)行是指通過現(xiàn)場(chǎng)按鈕，人工控制電機(jī)工頻、變頻運(yùn)行，這一方式完全通過電氣控制線路來實(shí)現(xiàn)，PLC不參與，主要用于檢修、調(diào)試及PLC故障時(shí)的運(yùn)行。PLC控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接收來自溫度傳感器的信號(hào)，判斷當(dāng)前的溫度狀態(tài)，通過程序處理，輸出信號(hào)去控制變頻器、繼電器、接觸器、信號(hào)燈等電器的動(dòng)作，進(jìn)而調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，從而達(dá)到控制車間內(nèi)溫度的目的。主電路端子及功能

76、表如表4-1所示, 控制電路端子及功能表如表4-2所示。變頻器接線圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-1 變頻器連接端子圖</p><p><b>　　， </b></p><p>　　表4-1 主電路端子及功能表</p><p>　　表4-2 控制電路端子及功能表</p><p>　　

77、圖4-2 變頻器接線圖</p><p>　　4.1.1 離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換過程分析</p><p>　　啟動(dòng)自動(dòng)變頻運(yùn)行方式時(shí)，首先啟動(dòng)1#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，當(dāng)溫度達(dá)到要求時(shí)，保持該頻率，如果達(dá)到上限頻率溫度仍達(dá)不到設(shè)定要求，則延時(shí)10s后，PLC給出控制信號(hào)，切換1#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，2#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。在2#風(fēng)機(jī)</p><p>　　變頻運(yùn)行過程中，變頻器根據(jù)溫度的變化通過PI

78、D調(diào)節(jié)器調(diào)整1#風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制風(fēng)量，使溫度達(dá)到設(shè)定值。若溫度仍然達(dá)不到設(shè)定值，則由PLC給出控制信號(hào)，將2#風(fēng)機(jī)與變頻器斷開，轉(zhuǎn)為工頻恒速運(yùn)行，同時(shí)3#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。系統(tǒng)工作于1#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行、2#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行、3#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行的狀態(tài)。若溫度仍高于設(shè)定值，3臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)工頻運(yùn)行也不能滿足要求時(shí)，將啟動(dòng)備用系統(tǒng)，直到滿足溫度要求。整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中，總是保證原來工作于變頻運(yùn)行狀態(tài)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)入工頻恒速運(yùn)行，新開風(fēng)機(jī)運(yùn)行在變頻狀態(tài)，保證只有一

79、臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行在變頻狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)外界溫度降低時(shí)，變頻器通過PID調(diào)節(jié)器降低風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量。并按“先起先?！钡脑瓌t，由PLC給出控制信號(hào)，將當(dāng)前最先工作在工頻方式的風(fēng)機(jī)關(guān)閉，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器將根據(jù)調(diào)整值自動(dòng)升高變頻器輸出頻率，加大風(fēng)量，維持溫度的恒定。當(dāng)溫度繼續(xù)降低時(shí)，系統(tǒng)繼續(xù)按“先起先停“原則逐臺(tái)關(guān)閉處于工頻運(yùn)行的風(fēng)機(jī)。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)處于單臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行

80、狀態(tài)時(shí)，如變頻器輸出頻率達(dá)到下限頻率，溫度低于設(shè)定值時(shí)，則關(guān)閉變頻器運(yùn)行，此時(shí)三臺(tái)風(fēng)機(jī)都已關(guān)停，系統(tǒng)通過溫度傳感器時(shí)時(shí)檢測(cè)車間內(nèi)溫度值，一旦溫度高于設(shè)定值，則啟</p><p>　　動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)工作狀態(tài)</p><p>　　工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件是依據(jù)變頻器輸出頻率是否到達(dá)極限頻率及溫度是否達(dá)到設(shè)定值。設(shè)變頻器輸出頻率達(dá)

81、到極限頻率時(shí)的信號(hào)為X1，實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度值的信號(hào)為X2，實(shí)際溫度達(dá)到設(shè)定溫度值的信號(hào)為X</p><p>　　3實(shí)際溫度低于設(shè)定溫度值的信號(hào)為X4。從停機(jī)到開啟1#風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)條件：同時(shí)滿足X1，X2；減開風(fēng)機(jī)條件：同時(shí)滿足X1，X4；系統(tǒng)工作狀態(tài)如表4-3所示：</p><p>　　表4-3 系統(tǒng)工作狀態(tài)表</p>

82、<p>　　4.1.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程的實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　從傳感器檢測(cè)狀態(tài)到開啟1#風(fēng)機(jī)，只需用變頻器以起始頻率起動(dòng)1#風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行即可；減開風(fēng)機(jī)過程是在滿足減開風(fēng)機(jī)條件的前提下，通過PLC控制，斷開工頻運(yùn)行狀態(tài)電機(jī)的接觸器主觸點(diǎn)即可。以一號(hào)風(fēng)機(jī)為例啟動(dòng)控制流程圖如圖4-3。增開風(fēng)機(jī)過程的實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜一些，首先要將運(yùn)行在變頻狀態(tài)的電機(jī)和變頻器脫離后，再切</p><p&

83、gt;　　換到電網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)變頻器又要以起始頻率起動(dòng)一臺(tái)新的電機(jī)運(yùn)行。切</p><p>　　換過程主要考慮三方面的問題：</p><p>　　切換過程的可靠性。決不允許出現(xiàn)變頻器的輸出端和工頻電源接</p><p>　　連的情況，這一點(diǎn)通過控制電路、PLC內(nèi)部軟繼電器的互鎖及PLC控制程序中動(dòng)作的時(shí)間先后次序來保證。</p><p>　　切

84、換過程的完成時(shí)間。時(shí)間太長，原變頻運(yùn)行的電機(jī)轉(zhuǎn)速下降</p><p>　　太多，一方面造成溫度升高快，另一方面在接下來切換到工頻時(shí)沖擊電流時(shí)間太短，切換過程的可靠性下降。具體時(shí)間還需根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量大小來設(shè)定，容量越大，時(shí)間越長，一般情況下，500ms足夠。</p><p>　　切換過程的電流。因變頻器輸出電壓相位和電網(wǎng)電壓相位一般</p><p>　　不同，當(dāng)電機(jī)

85、從變頻器斷開后，轉(zhuǎn)子電流磁場(chǎng)在定于繞組中的感應(yīng)電壓與電網(wǎng)電壓往往也存在相位差。此時(shí)，切換到工頻電網(wǎng)瞬間，如果二者剛好反相，則將產(chǎn)生比直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流更大的沖擊電流，反過來對(duì)變頻器造成沖擊。解決辦法有：</p><p>　　電機(jī)定子繞組中接入三相滅磁電阻的方法。這種方法一般需要</p><p>　　延時(shí)2~3秒，時(shí)間太長，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降太多，不合適。</p><p>

86、;　　相位鑒定法。通過相位鑒別電路，在電網(wǎng)電壓和變頻器輸出電</p><p>　　壓相位一致時(shí)，快速切換。這種方法十分有效、可靠，對(duì)于100 kW以上的大容量電機(jī)一般要求采用這一方法。</p><p>　?。?）利用變頻器的自由停車指令BX來實(shí)現(xiàn)的快速滅磁法。這一方法的實(shí)質(zhì)是通過定子繞組中和變頻器逆變橋上的續(xù)流二極管組成的回路來達(dá)到快速滅磁的目的。其動(dòng)作順序是，在電機(jī)從變頻器斷開前，PLC

87、的Y2給出動(dòng)作信號(hào)，變頻器VRF端子功能生效，自由停車命令BX生效，變頻器立即停止輸出，經(jīng)短暫延時(shí)(約500ms)滅磁后，將電機(jī)從變頻器斷開，并立即投入電網(wǎng)。這種方法簡單有效、控制方便，本次設(shè)計(jì)中采用了這一方法。本控制系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4-4所示。</p><p>　　4.2 程序設(shè)計(jì)的梯形圖</p><p>　　（1）啟動(dòng)/停止程序</p><p>　　啟動(dòng)/

88、停止程序主要控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)開始運(yùn)行，按下停止按鈕自動(dòng)控制系統(tǒng)停止運(yùn)行。程序梯形圖見圖4-5所示。</p><p>　?。?）模擬量輸入程序</p><p>　　由于本控制系統(tǒng)采用兩個(gè)溫度傳感器測(cè)量車間內(nèi)不同兩點(diǎn)的溫度信號(hào)，所以要分別讀兩次模擬量值。按系統(tǒng)要求，模擬量輸入與比較采取以下程序設(shè)計(jì)方法，程序梯形圖見圖4-5所示。</p><p

89、><b>　?。?）比較程序</b></p><p>　　將溫度傳感器的兩次測(cè)量值的平均值分別與前次測(cè)量值進(jìn)行濾波，然后取平均值與設(shè)定值比較，與設(shè)定值不等則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制，此程序梯</p><p><b>　　圖如圖4-5所示。</b></p><p>　　（4）模擬量輸出程序</p><p&

90、gt;　　把通過比較計(jì)算的輸出模擬量，輸送到變頻器中，從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的</p><p>　　轉(zhuǎn)速，此程序梯形圖如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-3 系統(tǒng)總控制流程圖</p><p>　　圖4-4 啟動(dòng)/停止程序</p><p><b>　　圖4-5比較程序</b></p><p>　　圖4

91、-6 模擬量輸出程序</p><p>　　第5章 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)及調(diào)試</p><p>　　5.1系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)中采用的工控設(shè)備變頻器和 PLC均具有抗干抗能力強(qiáng)，可靠性</p><p>　　好的特點(diǎn)。但作為一個(gè)完整的系統(tǒng)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，還是有必要考慮加強(qiáng)抗干擾措施，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。</p>&l

92、t;p>　?。?）變頻器和PLC應(yīng)安裝于專門的控制柜中，但一定要保證良好的通風(fēng)環(huán)境和散熱，PLC四周留有50mm以上的凈空間。環(huán)境溫度最好控制在45℃以下，相對(duì)濕度在5~90%，盡量不要安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動(dòng)、熱源或潮濕的地方。</p><p>　?。?）控制柜和風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)距離不要太遠(yuǎn)，尤其是信號(hào)傳輸電纜要盡可短，</p><p>　　而且要盡量遠(yuǎn)離那些會(huì)產(chǎn)

93、生電磁干擾的裝置。</p><p>　?。?）外圍設(shè)備信號(hào)線、控制信號(hào)線和動(dòng)力線應(yīng)分開敷設(shè)，不能扎在</p><p>　　一起，應(yīng)采用屏蔽線且屏蔽層接地。</p><p>　?。?）變頻器和 PLC均要可靠接地。接地電阻要小，接地線須盡可能短和粗，并且應(yīng)連接于專用接地極或公用接地極上，不要使用變頻器、PLC外殼或側(cè)板上的螺釘作為接地端。而且二者在接地時(shí)，應(yīng)盡量分開，

94、不要</p><p><b>　　用同一接地線。</b></p><p>　　（5）電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)冷卻效果下降，應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)具有</p><p><b>　　良好的通風(fēng)條件。</b></p><p>　?。?）在電氣設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中，充分考慮電氣設(shè)備之間的互鎖關(guān)系。</p>

95、<p>　?。?）選用性能可靠的繼電器、接觸器對(duì)于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行也具有十</p><p><b>　　重要的意義。</b></p><p>　　（8）要考慮防雷設(shè)計(jì)。如電源是架空進(jìn)線，在進(jìn)線處裝設(shè)變頻器專用避雷器，或按規(guī)范要求在離變頻器20m遠(yuǎn)處預(yù)埋鋼管做專用接地保護(hù)。如果電源是電纜引入，則應(yīng)做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設(shè)備。</p>

96、<p><b>　　5.2 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　5.21 軟件系統(tǒng)的調(diào)試</p><p>　　軟件系統(tǒng)的調(diào)試主要是PLC程序的調(diào)試，包括錯(cuò)誤的校驗(yàn)，邏輯性分析，控制要求的合理性和正確性。</p><p>　　5.22 硬件系統(tǒng)的調(diào)試</p><p>　　硬件系統(tǒng)的調(diào)試主要是各個(gè)裝置的調(diào)試，包

97、括PLC，變頻器，傳感器，繼電器等電氣裝置的安裝，連線，初始化設(shè)置等，檢查其是否存在斷線，</p><p>　　連線，錯(cuò)線以及設(shè)置錯(cuò)誤。</p><p>　　5.23 軟硬件結(jié)合調(diào)試</p><p>　　軟硬件結(jié)合調(diào)試是系統(tǒng)調(diào)試中的最后一個(gè)步驟，實(shí)際上就是在裝備正式投入運(yùn)行前的功能測(cè)試和安全性測(cè)試，這是最容易出現(xiàn)問題的一步，往往在單獨(dú)進(jìn)行硬件和軟件調(diào)試時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行正常

98、，但一旦結(jié)合起來，就會(huì)現(xiàn)各種各樣的問題，需要考慮多方面的因素才可以解決。軟硬件結(jié)合調(diào)試的主要內(nèi)容包括：PLC程序運(yùn)行控制硬件是否達(dá)到預(yù)定要求，在非正常情況下是否有報(bào)警提示和相應(yīng)的安全措施，系統(tǒng)的抗干擾措施是否達(dá)到效果。這一階段的調(diào)試可分為以下幾部分：</p><p>　　（1）系統(tǒng)的啟動(dòng)/停止調(diào)試。</p><p>　　（2）系統(tǒng)的自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換調(diào)試。</p><p&g

99、t;　　（3）PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。</p><p>　　（4）系統(tǒng)工作過程調(diào)試。</p><p>　?。?）在線監(jiān)控調(diào)試。</p><p>　　（6）報(bào)警系統(tǒng)調(diào)試。</p><p>　?。?）系統(tǒng)安全性能調(diào)試。</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p&

100、gt;　　利用 PLC來控制變頻器實(shí)現(xiàn)離心風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速自動(dòng)控制是完全可行的。采用本控制系統(tǒng)可以根據(jù)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，按照當(dāng)時(shí)溫度要求實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速，既不影響工作效果又能達(dá)到節(jié)能要求，滿足了當(dāng)時(shí)的要求。</p><p>　　本系統(tǒng)利用PLC實(shí)現(xiàn)就地控制，并有自動(dòng)/手動(dòng)互相切換兩種工作方式，既能在正常生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制保證工作效果，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

101、)出現(xiàn)時(shí)，切換到手動(dòng)控制進(jìn)行應(yīng)急處理。而且系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，平均無故障時(shí)間長，故障修復(fù)時(shí)間短。系統(tǒng)控制程序可根據(jù)需要而改變，具有很好的柔性。</p><p>　　本控制系統(tǒng)目前是針對(duì)工業(yè)車間內(nèi)對(duì)溫度的特定要求而設(shè)計(jì)的，以后可以考慮在其它的系統(tǒng)如除塵系統(tǒng)中應(yīng)用。在硬件選取時(shí)也留有一定的擴(kuò)展空間，目前只進(jìn)行了溫度測(cè)量來控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以后還可以進(jìn)行其它參數(shù)測(cè)量實(shí)現(xiàn)更多的自動(dòng)控制。在工業(yè)實(shí)際

102、應(yīng)用中，系統(tǒng)可連入工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程上位機(jī)控制，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，沒有涉及此方面的具體探討，可在以后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，再進(jìn)行認(rèn)真的分析。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)除了針對(duì)我們理論課程掌握的同時(shí)，也是對(duì)我們大學(xué)生進(jìn)行綜合性實(shí)踐訓(xùn)練的過程，是對(duì)整個(gè)專業(yè)知識(shí)的綜合，可以使我們的理論知識(shí)與實(shí)踐緊密的相結(jié)合，鍛煉我們獨(dú)立思考和

103、解決實(shí)際問題的能力。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中使我學(xué)到許多以前在課本和課堂上無法學(xué)到的知識(shí)及技術(shù)能力，特別是在查找資料的過程中體會(huì)到許多的樂趣，從而豐富了自己。在設(shè)計(jì)的過程中，自己能在指導(dǎo)老師的提點(diǎn)下獨(dú)立的分析問題、找出問題并解決問題，同時(shí)能夠更加用心的思考每個(gè)細(xì)節(jié)，把專業(yè)知識(shí)和實(shí)際操作更好的結(jié)合起來，使自己能夠自每天的學(xué)習(xí)過程中都有新的收獲。我的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)能夠順利的完成，是老師悉心指導(dǎo)的結(jié)果。在開始的時(shí)候，老師給了我整個(gè)制作的大概框架和

104、思路，引導(dǎo)我該如何去做。在我制作的過程中，每次遇到不懂或不會(huì)的地方，老師都會(huì)給我一一的講解，使我每次都有一種茅塞頓開的感覺。老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，高度的敬業(yè)精神，兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要的影響。在此我向老師表示感謝。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)我可以順利如期的完成，使我有了很大的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，我在本次設(shè)計(jì)中取得的點(diǎn)滴進(jìn)步都是來自于你</p><p>&

105、lt;b>　　作 者：</b></p><p>　　2012年06 月13日</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］ 史正勇.基于變頻調(diào)速及PLC的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的研究［D］.北京：北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2005.</p><p>　　［2］ 汪向華，周捍東.工業(yè)除塵

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