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1、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。本文针对通风机的工作环境和运行特点，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；涉及硬件设备的选型与组态；编制了通风机实现自动控制梯形图；并简要介绍了PLC与其他智能装置及个人计算机联网，组成的控制系
2、统。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：煤矿通风机； PLC； 在线控制Design of Fan Control System Based on PLCAbstractTheprogrammablelogiccontroller (PLC)isamicroprocessorcore,a combination of computertechnology,automatic control technologyandnetwork communication technology,general i
3、ndustrial control devices.It haseasy to use,easy maintenance, reliability, high cost performancecharacteristics,widely used inmanyareasofindustrial control.Themine vertilatorcoalproductionequipment,thefancan worka direct impact oncoalproduction activities.Therefore,themainfanto achieveonline monitor
4、ingofvery importantsignificance. In this paper,theworking environmentand operational characteristicsoftheventilator,thePLC as themasterdeviceto introduceaprogrammable logiccontroller(PLC) inthemine ventilationsystem;explorecomposition anddesignoffansystemtoachieveautomatic control system;involved in
5、equipmentselectionand configurationofhardware;the preparation oftheventilatorto achieveautomatic controlladder;and briefly describesthePLC andotherintelligent devicesand personalcomputersnetworkedcontrol system composed of.This systemimproves theventilatorequipmentautomationmanagement level,toensure
6、themainventilatorequipment,economic,reliable operation,andprovides a reliablescientific basisforthe management and maintenanceofequipment.Keywords: Coal mine ventilator; PLC; Online monitoring目 录引 言1第1章绪 论21.1课题的研究意义21.2 PLC及风机控制系统的发展状况2第二章 总体方案设计52.1 控制系统的要求52.2 系统构成及工作原理52.3 变频调速节能分52.4 变频调速的依据62.
7、5 离心风机控制原理分析6第3章 系统硬件设计103.1 温度传感器的选择103.2 PLC的选择103.2.1 FP0系列PLC的特点103.2.2 PLC控制系统设计流程103.3 变频器的选择11第4章 系统软件设计154.1 PLC程序设计154.1.1 离心风机转换过程分析184.1.2 系统工作状态184.1.3 状态转换过程的实现方法194.2 程序设计的梯形图19第5章 系统可靠性设计及调试235.1系统的可靠性设计235.2 系统调试235.21 软件系统的调试235.22 硬件系统的调试235.23 软硬件结合调试23结论与展望25致 谢26参考文献27附录A 一篇引用的外
8、文文献及其译文28附录B 部分源程序33附录C:主要参考文献的题录及摘要36插图清单图2-1 自动控制系统组成框图5图2-2 变频调速在风机中的节能分析6图2-3 变频器主电路原理图7图2-4 离心风机主电路图8图2-5 离心风机控制线路图9图3-1 KA-KM接线图10图3-2 PLC控制系统设计流程图12图3-3 PLC接线图13图4-2 变频器接线图17图4-3 系统总控制流程图21图4-4 启动/停止程序21图4-5 比较程序22图4-6 模拟量输出程序22 技术发展表格清单表3-1 I/O分配表14表4-1 主电路端子及功能表16表4-2 控制电路端子及功能表17表4-3 系统工作状
9、态表18引 言 在工业生产中的锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，风机设备被大量应用，但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、挡板的节流损失消耗掉了，在生产过程中，不仅造成大量的能源浪费和设备损耗，而且控制精度受到限制，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。 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、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点，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
10、观的经济效益和社会效益。 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统（变频器）几部分组成。部分的主要功能如下：监控系统（SCADA）：监控系统实现对全风场风机状况的监视与启、停操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、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
11、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）接口实现有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。第1章 绪论1.1课题的研究意义 在工业
12、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
13、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。 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
14、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
15、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经。1.2 PLC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.大力开发智能型I/O模块4.与个人计算机日益紧密结合5.编程语言趋向标准化6.通信与联网能力不断增强近年
