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1、哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 设 计 题 目：基于PLC的主通风机变频控制技术 院、 系： 姓 名： 指导教师： 系 主 任： 2014 年 6月 10日基于PLC的主通风机变频控制技术摘 要可编程控制器（PLC）是一种以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术的通用工业控制装置。它具有使用方便、维护容易、可靠性好、性能价格比高等特点,广泛应用于工业控制的众多领域。煤矿主通风机是煤矿生产的重要设备，通风机能否正常工作，直接影响煤矿的生产活动。因此对主通风机实现在线监控有很重要的意义。本文以一台矿用对旋轴流风机为控制对象，结合PLC控制技术、变频调速技术和组态监控技术，对
2、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。在变风量系统中，主要比较了风门调节与变频调节，显示出了变频调节系统不仅能使风机工作在高效区，并且其节能效果要优于其它调节方法，具有很重要的应用前景。风机调节控制由PLC+变频器控制电机转速实现风量控制。本系统提高了主通风机设备的自动化管理水平，有力地保证了主通风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据。关键词 煤矿主通风机；PLC；变频调速技术Design of Fan Control System Based on PLCAbstractThe programmable logic controller (PL
3、C) is a microprocessor core, a combination of computer technology, automatic control technology and network communication technology, general industrial control devices.It haseasy to use, easy maintenance, reliability, high cost performance characteristics, widely used in many areas of industrial co
4、ntrol. The mine vertilator coal production equipment,thefancan worka direct impact oncoalproduction activities. Therefore, the main fan to achieve online monitoring of very important significance. In this paper, a rotating axial flow fan of mine as a control object，combined with PLC control, frequen
5、cy conversion technology and configuration monitoring technology，PLC control of the mine fan was the state of monitoring and frequency control design and research. In VAV systems，the main damper adjustment compared with the frequency adjustment，frequency regulation system shows not only make the fan
6、s work in high areas，and its energy is more effective than other adjustment methods，a very important application. Regulation and control by the PLC + fan drive motor speed to achieve control of air volume control.This system improves the ventilator equipment automation management level, effectively
7、guarantee the economic and reliable operation of the main fan equipment, for equipment management and maintenance provide reliable scientific basis.Keywords coal mine main ventilator; PLC; variable frequency speed regulation technology目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题的背景及意义11.2 国内外发展现状21.3 本文的主要内容3第2章
8、系统总体设计及各部分功能52.1 控制系统的要求52.2 系统整体结构52.3 矿井主扇风机62.3.1 矿井主扇风机概述62.3.2 风机的主要技术指标62.3.3 风机的特性曲线72.3.4 风量的调节方法82.4 电机轴承和定子温度检测92.5 变频调速102.5.1 变频调速技术在矿井通风机上的应用概述102.5.2 变频调速的基本原理112.5.3 风机变频调速节能分析112.5.4 PLC控制变频器的方式13第3章 系统的硬件设计153.1 系统的硬件连接153.2 主电路153.3 控制电路的设计163.4 PLC的选型193.4.1 PLC概述193.4.2 PLC的基本构成1
9、93.4.3 PLC的工作原理203.4.4 PLC选型213.5 变频器的选型213.5.1 变频器的结构213.5.2 变频器的容量选择223.5.3 变频器的运行控制方式选择223.6 变频器与PLC的连接23第4章 系统软件设计244.1 PLC软件设计244.1.1 主控制程序流程254.1.2 子程序0和1程序流程254.1.3 子程序2和3程序流程264.1.4 子程序4程序流程274.1.5 中断子程序28结论29致谢30参考文献31附录32第1章 绪论1.1 课题的背景及意义在工业生产、产品加工制造业中，风机设备主要用于锅炉的燃烧系统、其他设备的烘干系统、冷却系统、通风系统等
10、场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失的形式消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。为此，需要采用多项措施实现对离心风机的自动控制，以使系统的各种性能达到合理的要求。近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用PLC和变频器易操作、易维护、控制精度高，并可以实现高
11、功能化等特点，采用基于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。从而大大的降低生产成本，减少能量损耗和对环境的污染，为企业带来观的经济效益和社会效益1。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2。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
12、。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
13、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经3。1.2 国内外发展现状风机控制系统的研究现状：风机的控制系统是风机的重要组成部分，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获以及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、变桨控制系统以及变频系（变频器）几部分组成。各部分的主要功能如下4：监控系统（SCADA）：监控系统实现对全风场风机状况的监视与启、操作它包括大型监控软件及完善的通讯网络。主控系统：主控系统是风机控制系统的主体，它实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、
14、自动电缆解绕及自动记录与监控等重要控制、保护功能。它对外的三个主要接口系统就是监控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器），它与监控系统接口完成风机实时数据及统计数据的交换，与变桨控制系统接口完成对叶片的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，与变频系统（变频器）接口实现对有功功率以及无功功率的自动调节。变桨控制系统：与主控系统配合，通过对叶片节距角的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，提高了风力发电机组的运行灵活性。目前来看，变桨控制系统的叶片驱动有液压和电气两种方式，电气驱动方式中又有采用交流电机和直流电机两种不同方案。究竟采用何种方式主要取决于制造厂家多年来形成的技术路线及传统。变频系统（变
15、频）器：与主控制系统接口，和发电机、电网连接，直接承担着保证供电品质、提高功率因素，满足电网兼容性标准等重要作用。风机控制系统的发展趋势：随着国内企业所开发风机容量越来越大，风机控制技术必须不断发展才能满足这一要求，如叶片的驱动和控制技术、如更大容量的变频器开发，都是必须不断解决的新的课题，这里不进行详细阐述。当前，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任务5。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。目前，风机投资用户和电网调度中心对广布于不同地域的风场之间的联网要求越来越迫切，虽然各个风机制造厂家都提供了一定的手段实现风机互连，但是由于采用的方案不同，不同厂家
