基于PLC的离心风机变频调速控制系统设计

河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：基于PLC的离心风机变频调速控制系统设计学生姓名：黎永闯所在院系：机电学院所学专业：应用电子技术教育043导师姓名：刘法治完成时间：2009年05月20日1摘要在最近几年，PLC以其诸多优异特点获得广泛的使用，在工业先进国家已成为工业控制的标准设备。它专为工业控制而设计，集电气、仪表、控制三电于一体，是实现机电一体化的理想控制设备。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，实现对离心风机工作过程和运转速度的有效控制，使矿井通风机通风高效、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。关键词：矿井，离心通风机，PLC，变频器2PLCbasedonthecentrifugalfanVVVFControlSystemDesignAbstractInrecentyears,PLCalotofthecharacteristicsofitswideuse,intheindustriallyadvancedcountrieshavebecomethestandardindustrialcontrolequipment.Itisspecificallydesignedforindustrialcontrol,setelectrical,instrumentation,controlthree-inone,istoachievetheidealofmechanicalandelectricalintegrationofcontrolequipment.ThePLCandinvertersystemwillcombinetheuseofpneumaticpressuretominetheparametersforthemastertoachievetheprocessofcentrifugalfanspeedandoperationofeffectivecontrol,sothatefficientmineventilationfan,security,achieveasignificantenergy-savingeffect.PLCcontrolsystemwiththeelectricfantodriveover-temperatureprotection,faultalarm,mechanicalbreakdownandgasalarmfeatures,suchastheconcentrationofpower,coalmineventilationsystemforenergy-savingtechnologytoprovideanewway.Keywords:Mine；CentrifugalFan；PLC；Inverter目录1绪论...........................................................................................................................12系统结构和控制方案...............................................................................................12.1系统的设计功能.................................................................................................12.2系统结构和方案.................................................................................................23系统硬件构成及各部分功能...................................................................................33.1PLC可编程控制器部分...................................................................................33.1.1PLC概述......................................................................................................33.1.2PLC外部I/O连接.....................................................................................53.2变频调速的基础知识.........................................................................................63.3模数转换模块.....................................................................................................73.4离心风机.............................................................................................................73.5变频器的选型和容量的确定.............................................................................84系统硬件设计..........................................................................................................104.1硬件电路............................................................................................................104.2系统控制电路设计............................................................................................105软件设计.................................................................................................................115.1瓦斯浓度控制部分...........................................................................................125.2压力控制部分...................................................................................................135.3温度控制部分...................................................................................................156结束语.....................................................................................................................16致谢.............................................................................................................................17参考文献.....................................................................................................................17附图总程序.............................................................................................................1811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2.1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2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。2.2系统结构和