毕业设计（论文）-基于PLC的离心风机变频调速控制系统设计.doc

目录
1 绪论 1
2 系统结构和控制方案 2
系统的设计功能 2
系统结构和方案 2
3 系统硬件构成及各部分功能 4
PLC可编程控制器部分 4
PLC概述 4
PLC外部 I/O 连接 5
变频调速的基础知识 7
模数转换模块 8
离心风机 8
变频器的选型和容量的确定 9
4 系统硬件设计 10
10
11
5 软件设计 12
瓦斯浓度控制部分 13
压力控制部分 14
温度控制部分 16
6 结束语 17
致谢 18
参考文献 18
附图总程序 19
1 绪论
随着电子技术和微电子技术的迅速发展,PLC和变频器正成为通用、廉价和性能可靠的控制和驱动设备,得到广泛的应用。由PLC控制的变频调速离心风机的通风系统,具有较高的可靠性和较好的节能效果,易于组建成整体的自控系统,很方便地实现各种控制切换和远程监控,本文通过一个实例——基于离心风机的矿井通风系统进行分析。
煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分,煤矿矿井通风系统能否正常工作与矿井内工作环境条件、生产效率、安全生产密切相关。随着我国政府对各行各业安全生产监管力度的不断加强,尤其对煤矿安全生产的要求越来越高,对煤矿矿井通风系统进行技术改造,提高其运行稳定性、可靠性、节能降耗等势在必行。
目前煤矿矿井通风系统中,大多仍采用继电、接触器控制系统,但这种控制系统存在着体积大、机械触点多、接线复杂、可靠性低、排除故障困难等很多的缺陷;且因工作通风机一直高速运行,备用通风机停止,不能轮休工作,易使工作通风机产生故障,降低使用寿命。针对这一系列问题,本系统将 PLC与变频器有机地结合起来,采用以矿井气压压力为主控参数,实现对电动机工作过程和运转速度的有效控制,使矿井中用的离心通风机通风高效、安全,达到了明显的节能效果。PLC控制系统具有对驱动风机的电机过热保护、故障报警、机械故障报警和瓦斯浓度断电等功能特点,为煤矿矿井通风系统的节能技术改造提供一条新途径。
2 系统结构和控制方案
系统的设计功能
本控制系统具有离心通风机组的启动、互锁和过热保护等功能。与常规继电器实施的通风系统相比,PLC系统具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点,PLC的控制功能使通风系统的自动化程度大大提高,减轻了岗位人员的劳动强度。PLC和变频器与空气压力变送器配合使用,使系统控制的安全性、可靠性大大提高,也使通风机运行的故障率大大降低,不仅节约了电能,而且还提高了设备的运转率。为满足矿井通风系统自动控制的要求,系统的具体设计要求如下
:
(1)本系统提供手动/自动两种工作模式,具有状态显示以及故障报警等功能。
(2)模拟量压力输入经PID运算,输出模拟量控制变频器。
(3)在自动方式下,当井下压力低于设定压力下限时,两组风机将同时投入工作运行,同时并发出指示和报警信号。
(4)模拟量瓦斯输入,当矿井瓦斯浓度大于设定报警上限时,发出指示和报警。当瓦斯浓度大于设定断电上限时,PLC将切断工作面和风机组电源,防止瓦斯爆炸。
(5)运用温度传感器测定风机组定子温度或轴承温度,当定子温度或轴承温度超过设定报警上线时,发出指示和报警信号。当定子温度或轴承温度超过设定风机组转换温度界线时,PLC将切断指示和报警信号并自动切断当前运行风机组,在自动方式下并能自动接入另一台风机组运行,若在手动方式下,工作人员手动切换[1]。
(6)为防止离心风机的疲劳运行,在任何状态下,风机在累计运行设定时间后都会自动切换至另一台风机组运行。
系统结构和方案
通风控制系统主要由 2 台离心风机组成,每台离心风机有两台电机,每台电机驱动一组扇片,两组扇片是对旋的,一组用于吸风,一组为增加风速,对井下进行供风。根据井下用风量的不同,采用不同型号的风机。本设计以风机 2 ×45 kW 为例,选用一台S72200 PLC、空气压力传感器和变频器等组成一个完整的闭环控制系统。其中还包括接触器、中间继电器、热继电器、矿用防爆型磁力启动器、断路器等系统保护电器,实现对电机和 PLC的有效保护,以及对电机的切换控制。
plc
控
制
器
气压给定
瓦斯浓度给定
显示部分
报警部分
电控部分
变频器1
变频器2
机组1
机组2
空气压力传感器
瓦斯浓度传感器
矿
井
图1 通风控制系统方案图
本PLC控制系统具有对通风机的电动机启动与运行,进行监控、联锁和过热保护等功能。PLC与空气压力变送器配合使用,使系统控制的安全性、可靠性大大提高,也使通风机运行的故障率