1、PAGE PAGE 45基于PLC的離心風機變頻調速控制系統(tǒng)設計 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231702447 1 緒論 PAGEREF _Toc231702447 h 1 HYPERLINK l _Toc231702448 2 系統(tǒng)結構和控制方案 PAGEREF _Toc231702448 h 2 HYPERLINK l _Toc231702449 2.1 系統(tǒng)的設計功能 PAGEREF _Toc231702449 h 2 HYPERLINK l _Toc231702450 2.2 系統(tǒng)結構和方案 PAGEREF _Toc231702450 h

2、2 HYPERLINK l _Toc231702451 3 系統(tǒng)硬件構成及各部分功能 PAGEREF _Toc231702451 h 4 HYPERLINK l _Toc231702452 3.1 PLC可編程控制器部分 PAGEREF _Toc231702452 h 4 HYPERLINK l _Toc231702453 3.1.1 PLC概述 PAGEREF _Toc231702453 h 4 HYPERLINK l _Toc231702454 3.1.2 PLC外部 I/O 連接 PAGEREF _Toc231702454 h 5 HYPERLINK l _Toc231702455 3.

3、2 變頻調速的基礎知識 PAGEREF _Toc231702455 h 7 HYPERLINK l _Toc231702456 3.3 模數(shù)轉換模塊 PAGEREF _Toc231702456 h 8 HYPERLINK l _Toc231702457 3.4 離心風機 PAGEREF _Toc231702457 h 8 HYPERLINK l _Toc231702458 3.5 變頻器的選型和容量的確定 PAGEREF _Toc231702458 h 9 HYPERLINK l _Toc231702459 4 系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc231702459 h 10 HYPERLI

4、NK l _Toc231702460 4.1硬件電路 PAGEREF _Toc231702460 h 10 HYPERLINK l _Toc231702461 4.2系統(tǒng)控制電路設計 PAGEREF _Toc231702461 h 11 HYPERLINK l _Toc231702462 5 軟件設計 PAGEREF _Toc231702462 h 12 HYPERLINK l _Toc231702463 5.1 瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠?PAGEREF _Toc231702463 h 13 HYPERLINK l _Toc231702464 5.2 壓力控制部分 PAGEREF _Toc231702

5、464 h 14 HYPERLINK l _Toc231702465 5.3 溫度控制部分 PAGEREF _Toc231702465 h 16 HYPERLINK l _Toc231702481 6 結束語 PAGEREF _Toc231702481 h 17 HYPERLINK l _Toc231702482 致謝 PAGEREF _Toc231702482 h 18 HYPERLINK l _Toc231702483 參考文獻 PAGEREF _Toc231702483 h 18 HYPERLINK l _Toc231702484 附圖 總程序 PAGEREF _Toc231702484

6、 h 191 緒論隨著電子技術和微電子技術的迅速發(fā)展，PLC和變頻器正成為通用、廉價和性能可靠的控制和驅動設備，得到廣泛的應用。由PLC控制的變頻調速離心風機的通風系統(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)，很方便地實現(xiàn)各種控制切換和遠程監(jiān)控，本文通過一個實例基于離心風機的礦井通風系統(tǒng)進行分析。煤礦礦井通風系統(tǒng)是煤礦礦井安全生產(chǎn)的重要組成部分，煤礦礦井通風系統(tǒng)能否正常工作與礦井內工作環(huán)境條件、生產(chǎn)效率、安全生產(chǎn)密切相關。隨著我國政府對各行各業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管力度的不斷加強，尤其對煤礦安全生產(chǎn)的要求越來越高，對煤礦礦井通風系統(tǒng)進行技術改造，提高其運行穩(wěn)定性、可靠性、節(jié)能降耗等勢

7、在必行。目前煤礦礦井通風系統(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、機械觸點多、接線復雜、可靠性低、排除故障困難等很多的缺陷；且因工作通風機一直高速運行，備用通風機停止，不能輪休工作，易使工作通風機產(chǎn)生故障，降低使用壽命。針對這一系列問題，本系統(tǒng)將 PLC與變頻器有機地結合起來，采用以礦井氣壓壓力為主控參數(shù)，實現(xiàn)對電動機工作過程和運轉速度的有效控制，使礦井中用的離心通風機通風高效、安全，達到了明顯的節(jié)能效果。PLC控制系統(tǒng)具有對驅動風機的電機過熱保護、故障報警、機械故障報警和瓦斯?jié)舛葦嚯姷裙δ芴攸c，為煤礦礦井通風系統(tǒng)的節(jié)能技術改造提供一條新途徑。2 系統(tǒng)結構和控制方案2

8、.1 系統(tǒng)的設計功能本控制系統(tǒng)具有離心通風機組的啟動、互鎖和過熱保護等功能。與常規(guī)繼電器實施的通風系統(tǒng)相比，PLC系統(tǒng)具有故障率低、可靠性高、接線簡單、維護方便等諸多優(yōu)點，PLC的控制功能使通風系統(tǒng)的自動化程度大大提高，減輕了崗位人員的勞動強度。PLC和變頻器與空氣壓力變送器配合使用，使系統(tǒng)控制的安全性、可靠性大大提高，也使通風機運行的故障率大大降低，不僅節(jié)約了電能，而且還提高了設備的運轉率。為滿足礦井通風系統(tǒng)自動控制的要求，系統(tǒng)的具體設計要求如下：（1）本系統(tǒng)提供手動自動兩種工作模式，具有狀態(tài)顯示以及故障報警等功能。（2）模擬量壓力輸入經(jīng)PID運算，輸出模擬量控制變頻器。（3）在自動方式下，

9、當井下壓力低于設定壓力下限時，兩組風機將同時投入工作運行，同時并發(fā)出指示和報警信號。（4）模擬量瓦斯輸入，當?shù)V井瓦斯?jié)舛却笥谠O定報警上限時，發(fā)出指示和報警。當瓦斯?jié)舛却笥谠O定斷電上限時，PLC將切斷工作面和風機組電源，防止瓦斯爆炸。（5）運用溫度傳感器測定風機組定子溫度或軸承溫度，當定子溫度或軸承溫度超過設定報警上線時，發(fā)出指示和報警信號。當定子溫度或軸承溫度超過設定風機組轉換溫度界線時，PLC將切斷指示和報警信號并自動切斷當前運行風機組，在自動方式下并能自動接入另一臺風機組運行，若在手動方式下，工作人員手動切換1。（6）為防止離心風機的疲勞運行，在任何狀態(tài)下，風機在累計運行設定時間后都會自動

10、切換至另一臺風機組運行。2.2 系統(tǒng)結構和方案通風控制系統(tǒng)主要由 2 臺離心風機組成，每臺離心風機有兩臺電機，每臺電機驅動一組扇片，兩組扇片是對旋的，一組用于吸風，一組為增加風速，對井下進行供風。根據(jù)井下用風量的不同，采用不同型號的風機。本設計以風機 2 45 kW 為例，選用一臺S72200 PLC、空氣壓力傳感器和變頻器等組成一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中還包括接觸器、中間繼電器、熱繼電器、礦用防爆型磁力啟動器、斷路器等系統(tǒng)保護電器，實現(xiàn)對電機和 PLC的有效保護，以及對電機的切換控制。plcplc控制器氣壓給定瓦斯?jié)舛冉o定顯示部分報警部分電控部分變頻器1變頻器2機組1機組2空氣壓力傳感器瓦

11、斯?jié)舛葌鞲衅鞯V井圖1 通風控制系統(tǒng)方案圖本PLC控制系統(tǒng)具有對通風機的電動機啟動與運行，進行監(jiān)控、聯(lián)鎖和過熱保護等功能。PLC與空氣壓力變送器配合使用，使系統(tǒng)控制的安全性、可靠性大大提高，也使通風機運行的故障率大大降低，提高了設備的運轉率2。為滿足煤礦礦井通風系統(tǒng)自動控制的要求，設計如下的控制方案：本系統(tǒng)提供手動 /自動兩種工作模式，具有現(xiàn)場控制方式、狀態(tài)顯示以及故障報警等功能。在手動方式下，通風機通過開關進行控制，不受礦井內氣壓的影響。為防止通風機疲勞運行，在任何狀態(tài)下風機在累計運行設定時間后要切換至另一臺風機運行。A組離心通風機與B組離心通風機可由二位開關轉換。循環(huán)次數(shù)及定時時間可根據(jù)需要

12、隨機設定。報警信號均為聲光形式，聲報警 (電笛 )可用按鈕解除 ,報警指示在故障排除后自動消失。在自動方式下，利用遠傳空氣壓力傳感器檢測礦井內的氣壓信號，用變送器將現(xiàn)場信號變換成統(tǒng)一的標準信號 (如 420 mA 直流電流信號、0 5 V直流電壓信號等 )，送入 A /D 轉換模塊進行模數(shù)轉換，然后送入 PLC，PLC將檢測到的氣壓值與設定的氣壓值進行比較和處理，輸出信號控制通風機工作。當?shù)V井內的氣壓在一個大氣壓或在設定的某個大氣壓力數(shù)值以上，工作離心通風機與備用離心通風機循環(huán)工作；當出現(xiàn)突發(fā)事故，礦井內的氣壓低于設定的某個大氣壓力數(shù)值，工作離心通風機與備用離心通風機不再循環(huán)工作，并自動切換為

13、同時工作，加大對礦井內的通風量，直至礦井內的氣壓升至設定的大氣壓力數(shù)值以上，工作通風機與備用離心通風機恢復循環(huán)工作3。在有瓦斯的礦井供風系統(tǒng)中，礦井內的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳈z測瓦斯?jié)舛?，用變送器將現(xiàn)場信號變換成統(tǒng)一的標準信號，送入 A /D 轉換模塊進行模數(shù)轉換，然后送入 PLC，同樣 PLC將檢測到的數(shù)值與設定的數(shù)值進行比較，當瓦斯?jié)舛却笥谠O定數(shù)值后，PLC輸出信號控制通風機停止工作，并輸出信號自動切斷井下的電源，滿足風電聯(lián)鎖要求，以免電子火花點著瓦斯，防止瓦斯爆炸事故發(fā)生。3 系統(tǒng)硬件構成及各部分功能3.1 PLC可編程控制器部分3.1.1 PLC概述PLC即可編程控制器（Programmabl

14、e logic Controller，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：PLC英文全稱Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結合很緊

15、密的語言，在半導體方面有很重要的應用，可以說有半導體的地方就有PLC。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 （1）CPU的構成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的

16、寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。（2）I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量

17、輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit，14bit，16bit等。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少。但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。（3）電源模塊：PLC電源用于為P

18、LC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）4。3.1.2 PLC外部 I/O 連接根據(jù)系統(tǒng)的要求，選取 S72200 PLC CPU224作為控制核心，CPU224的I/O點數(shù)是14 /10;擴展了1個EM 231模擬量輸入模塊，它是A /D轉換模塊，具有4個模擬量輸入，12位A /D，其采樣速度25s，空氣壓力傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞑杉男盘柦?jīng)過變送器調理和放大處理后，成為0 5 V的標準信號，再經(jīng)過EM231模塊自動完成A /D轉換；同時擴展了1個EM222數(shù)字量輸出模

19、塊，它有8個數(shù)字量的輸出點，作用是提供附加的輸出點，這樣完全可以滿足系統(tǒng)的要求。煤礦礦井通風控制系統(tǒng)的設計主要涉及10個數(shù)字量輸入和2個模擬量輸入，15個數(shù)字量輸出。設置6個操作鍵、4個開關量傳感器和2個模擬量。傳感器作輸入信號，如表1所示。這6個操作鍵分別是自動方式開關、手動方式開關、停機按鈕、消音按鈕及2個在手動控制下控制通風機運行的按鈕開關，4 個開關量傳感器為拖動通風機的吸風電機和增風速電機發(fā)生堵轉故障時熱繼電器的控制開關，其中擴充了1個EM231的模擬量輸入模塊，主要是用于轉換氣壓信號和瓦斯?jié)舛刃盘柕摹１? PLC I/O接口分配表輸入輸出序號名稱地址序號名稱地址1A風機1電機狀態(tài)I

20、0.01故障顯示Q0.02A風機2電機狀態(tài)I0.12中高氣壓顯示Q0.13B風機1電機狀態(tài)I0.23低氣壓顯示Q0.24B風機2電機狀態(tài)I0.34報警Q0.35A風機控制開關I0.45繼電器KM1Q0.46B風機控制開關I0.56繼電器KM2Q0.57消音開關I1.07繼電器KM3Q0.68自動開關I1.18繼電器KM4Q0.79手動開關I1.29A風機1電機運行顯示Q1.010停止按鈕I1.310A風機2電機運行顯示Q1.111氣壓信號I2.011B風機1電機運行顯示Q1.212瓦斯信號I2.112B風機2電機運行顯示Q2.013手動狀態(tài)顯示Q2.114自動狀態(tài)顯示Q2.215瓦斯?jié)舛戎礠

21、I/O接線圖3L3LQ1.6L10Q1.7L11Q1.2L6Q1.3L7Q1.4L8Q1.5L9Q1.1SpeakerKM1Q0.0KM2Q0.11LKM3Q0.21MI0.0SB1I0.1SB2I0.2SB3I0.3SB5I0.5SB7I0.6SB8I0.7SB9I1.0SB10I0.4SB6EM235模擬量輸入輸出模塊瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱾鞲衅?壓力傳感器KM3QW0+QW0-AIN1+AIN-34M3220VQMM440圖2 I/O接線圖3.2 變頻調速的基礎知識異步電動機是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動力設備。作為高能耗設備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調

22、節(jié)，而電動機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。近年來，隨著變頻器生產(chǎn)技術的成熟以及變頻器應用范圍的日益廣泛，使用變頻器對電動機電源進行技術改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。 n60f(1s)/p (1)式中n異步電動機的轉速；f異步電動機的頻率；s電動機轉差率；p電動機極對數(shù)。 由式(1-1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在050Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變頻調速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調節(jié)的。變頻器主要采用交直交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的

23、交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。3.3 模數(shù)轉換模塊模數(shù)轉換模塊分為A/D轉換模塊和D/A轉換模塊。PLC模擬量處理功能主要通過模擬量輸入輸出模塊及用戶程序來完成。模擬量輸入模塊接受各種傳感器輸出的標準電壓信號或電流信號，并將其轉換為數(shù)字信號存儲到PLC中。PLC根據(jù)生產(chǎn)實際要求，通過用戶程序對轉換后的信息進行處理并將處理結果通過模擬量輸出模塊轉換為標準電壓或電流信號去驅動執(zhí)行元件。3.4 離心風機我國礦井使用的離

24、心式通風機主要就是。G4 73系列離心式通風機，G4 73系列離心式通風機最初是為鍋爐通風(引風) 設計的，后來被引用到礦井通風中并擁有一定的市場占有量。該系列離心式通風機的特點是特性曲線較平緩、無駝峰、運行噪聲較小、效率高。啟動時關閉調節(jié)門(也叫前導器)，具有啟動功率較小，啟動容易的特點。運行時調節(jié)門可在 070范圍內調節(jié)，用以改變運行工況，還可通過配置不同轉速的電動機來改變其運行工況,適應性較好。G4 73系列通風機的特性曲線較平緩，運行噪聲較小，效率高，適用于通風阻力不是太大的中小型礦井。我國地方煤礦的礦井中使用該系列通風機較多，由于機型小，配置電動機的容量也小,可配用380V或660V

25、電壓的電動機，特別適用于無高壓(6000V)供電的礦井使用。但對初、后期風壓變化大的礦井，離心通風機的調節(jié)性能差。離心風機的作用：離心風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流體機械。 離心風機廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風和引風；空氣調節(jié)設備和家用電器設備中的冷卻和通風；谷物的烘干和選送；風洞風源和氣墊船的充氣和推進等。 離心風機的工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。離心風機可制成右旋和左旋兩種型式。從電動機一側正

26、視，葉輪順時針旋轉，稱為右旋轉風機，逆時針旋轉，稱為左旋。一般的高壓離心風機，其主要的動力設備是電動機，此外還包括用來控制風機風閥位置的電動或手動執(zhí)行器、風機閥門限位開關等部件。風機動力設備的傳統(tǒng)控制方法是通過手動或繼電器控制，存在可靠性和靈活性較差的問題，比如：由于電機的容量大，就存在啟動時間長、啟動電流大、運行安全可靠性差等問題，為了解決這些問題，需要采取在啟動離心風機時減少啟動負荷、通過星三角降壓啟動來降低啟動電流、進行安全互鎖控制等措施。離心通風機工作時，動力機(主要是電動機)驅動葉輪在蝸形機殼內旋轉，空氣經(jīng)吸氣口從葉輪中心處吸入。由于葉片對氣體的動力作用，氣體壓力和速度得以提高，并在

27、離心力作用下沿著葉道甩向機殼，從排氣口排出。因氣體在葉輪內的流動主要是在徑向平面內。風機的用途：一般用于高壓強制通風，如冶煉、送料、礦井、隧道、地下室、鐵路等，亦可輸送空氣及其它無腐蝕性、不含粘性物質、非易燃、易爆之氣體，介質溫度最高不超過八十度，介質中硬質顆粒物中大于150mg/m3。3.5 變頻器的選型和容量的確定本系統(tǒng)選用的是西門子全新一代標準變頻器MicroMaster440功能強大，應用廣泛。它采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應用場合。在電機的容量確定并選定其型號后，接下來就要確定變頻器的容量。確定變頻器容量的主要依據(jù)

28、是輸出電流，其原則為：變頻器的輸出額定電流應大于或等于電機的額定電流。但在連續(xù)的變動負載或斷續(xù)負載中，因電動機允許有短時間的過載，而且這種過載的時間經(jīng)常超過變頻器一般允許的一分鐘。故應考慮選擇變頻器的額定電流大于或等于電動機運行過程中的最大電流5。電動機的型號確定后，其額定電流可以從制造商提供的樣本中查到。或者，也可從電機的輸出功率由下式計算 (2) 式中，P為額定輸出功率（KW）；U為額定電壓（KV）；I為額定電流（A）；為電機效率；為功率因數(shù)。S7-200PLC 作為核心控制部件，它有總線訪問權，可以讀取或改寫變頻器的狀態(tài)，控制軟起動器的運行狀態(tài)，從而達到控制和監(jiān)視設備運行狀態(tài)的目的。系統(tǒng)

29、采用總線式拓撲結構，兩臺變頻器采用總線接插件連入總線。S7-200 選用 S7-222CPU，軟件采用 WIN3.2。采用西門子 Profibus 屏蔽電纜及9針D形網(wǎng)絡連接頭。利用 S7-222 的自由通信口功能，即 RS485 通信口。由用戶程序實現(xiàn)USS協(xié)議與兩臺MM430變頻器通信。在硬件連接完畢后，需要對兩臺MM430變頻器的通信參數(shù)進行設置，如表 2所示。表2 變頻器參數(shù)的設定參數(shù)號參數(shù)值說明Fr13固定頻率1P0110第一加速時間P0210第一加速時間P03FF頻率范圍(v/f方式)P0520DC提升水平P081變頻器起停正反轉控制方式P15200電動機運行最大頻率P1650電動

30、機運行基本頻率P182多段速率加速連動運行P32170固定頻率2P3310固定頻率3P3423固定頻率435130固定頻率5395第2加速時間設定405第二減速時間設定4 系統(tǒng)硬件設計4.1硬件電路（1）本系統(tǒng)的硬件電路如圖3所示，它由4臺電動機，一臺智能型電控柜（包括西門子變頻器、PLC、交流接觸器、繼電器等），一套壓力傳感器、斷相相序保護裝置以及供電主回路等構成。該系統(tǒng)的核心是S7-200（CPU224）和MICROMASTER 430。MICROMASTER 430是泵和風機類專用變頻器，擴展功能強CPU224集成了14點輸入10點輸出，共有24點數(shù)字量I/0，其模擬量擴展模塊具有較大的

31、適應性和靈活性，且安裝方便，滿足設計需要。（2）系統(tǒng)主電路圖3 系統(tǒng)主電路如圖3所示，該系統(tǒng)有4臺電動機，分別拖動4臺電動機。合上空氣開關后，當交流接觸器KM1、KM3, KM5、KM7主觸點閉合時，電動機為工頻運行；當KM2、KM4、KM6、KM8主觸點閉合時，電動機為變頻運行。4個熱繼電器KR1KR4分別對4臺電動機進行保護，避免電動機在過載時可能產(chǎn)生的過熱損壞。4.2系統(tǒng)控制電路設計（1）系統(tǒng)控制電路如圖4所示，Q0.0Q0.7為PLC輸出軟繼電器觸點，其中Q0.0, Q0.2, Q0.4, Q0.6控制變頻運行電路；Q0.1、Q0.3、Q0.5、Q0.7控制工頻運行電路。SA為轉圖4

32、系統(tǒng)控制電路換開關，實現(xiàn)手動、自動控制切換。當SA切在手動位時，通過SB1SB4按鈕分別起動4臺水泵工頻運行,SB5SB8按鈕分別停止4臺離心風機工頻運行當SA在自動位時，由PLC控制水泵進行變頻或工頻狀態(tài)的起動、切換、停止運行。（2）PLC及變頻器控制模塊電路PLC及變頻器控制模塊是本系統(tǒng)的核心，它包括時間控制電路、故障報警保護電路、斷相相序保護電路。5 軟件設計該系統(tǒng)除部分為順序控制外，從總體上來看具有隨機離散控制的特點?？刂葡到y(tǒng)軟件結構的流程圖如圖2所示。設定由瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱾魉蛠淼耐咚節(jié)舛戎禐镈，用戶設定不能超過的瓦斯?jié)舛戎禐镈0，氣壓傳感器傳來的壓力為F1，用戶要求的礦井內氣壓值為F

33、2。由圖5可知，按下啟動鍵后，首先檢測是否手動，如果是則手動控制操作，否則就自動正常運行;接著檢測礦井內瓦斯?jié)舛戎岛痛髿鈮毫χ?，進行處理判斷。若 D D0，則通風機與礦井下供電電源聯(lián)鎖停止工作并報警，否則比較判斷F1與F2的大小，若F1 F2，進入風機輪休控制子程序，啟動A風機，A風機運行一定時間后，啟動B組風機工作，A組風機停止。否則兩臺通風機同時參與工作。 開始開始數(shù)據(jù)采集子程序DD0 ?F1F2?風機輪休控制子程序是否手動轉手動控制風機連鎖停止并報警兩組風機同時運行結束F1F2?YNYNNYYN圖5 系統(tǒng)總流程圖5.1 瓦斯?jié)舛瓤刂撇糠滞咚節(jié)舛瓤刂撇糠趾蜏囟瓤刂撇糠窒嗨?。本設計用到的瓦斯

34、濃度傳感器為KGJ16B 型，其性能參數(shù)見硬件設計部分，瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑦B續(xù)變化的瓦斯?jié)舛刃盘栟D換為420毫安的電流，然后經(jīng)A/D轉換模塊EM235，通過其內部的采樣、濾波，轉換為PLC能識別的二進制信號存儲到VD196中。在離心風機運行過程中若礦井工作面的瓦斯?jié)舛却笥谠O定的報警瓦斯?jié)舛壬暇€時，M0.1閉合，Q1.1也閉合，系統(tǒng)將發(fā)出指示并報警。以警示工作人員工作面瓦斯涌出量已有安全隱患，做好排放瓦斯的準備。若井巷工作面瓦斯?jié)舛壤^續(xù)增大，當VD196的存儲值大于設定的斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時，M0.2閉合，PLC將發(fā)出切斷電源的指令，將PLC所有輸出和內部位復位，并切斷風機電源各井巷工作面的電源，防

35、止有明火引起與其爆炸。同時并發(fā)出報警。抽放瓦斯后，當瓦斯?jié)舛萔D196的存儲值再次下降到小于斷電瓦斯?jié)舛壬暇€時，風機組并不能重新運行工作。只有當瓦斯?jié)釼D196的存儲值下降到小于瓦斯?jié)舛葓缶暇€時，PLC才恢復風機組再次啟動并將風機組運行工作。圖6 瓦斯?jié)舛瓤刂瞥绦?.2 壓力控制部分壓力是本控制系統(tǒng)的主控參數(shù)，在壓力數(shù)據(jù)處理過程中運用到PID算法。所謂的PID就是比例、積分、微分的總稱。其結構如圖6所示。PID運算中的積分作用可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，提高精度，加強對系統(tǒng)參數(shù)變化的能力，而身分作用可以克服慣性滯后，提高抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可改善系統(tǒng)動態(tài)響應速度。因此，對于速度、位置等快過

36、程擴溫度、化工合成等慢過程，PID控制都具有良好的實際效果。壓力是本控制系統(tǒng)的主控參數(shù)，在壓力數(shù)據(jù)處理過程中運用到PID算法。所謂的PID就是比例、積分、微分的總稱。其結構如圖4所示。PID運算中的積分作用可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，提高精度，加強對系統(tǒng)參數(shù)變化的能力，而身分作用可以克服慣性滯后，提高抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可改善系統(tǒng)動態(tài)響應速度。因此，對于速度、位置等快過程擴溫度、化工合成等慢過程，PID控制都具有良好的實際效果。在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，PID控制器的作用就是通過調節(jié)其輸出使偏差為零。偏差由定量（SP，希望值）與過程變量（PV，實際值）之差來確定。系統(tǒng)PID調節(jié)的微分方程式由比例項、

37、積分項和微分項組成。在自動方式下，利用遠傳空氣壓力傳感器檢測礦井內的氣壓信號，用變送器將現(xiàn)場的模擬壓力信號變換成統(tǒng)一的110V直流電壓信號，送人AD轉換模塊進行模數(shù)轉換，轉變?yōu)镻LC內部能識別的二進制信號。壓力參數(shù)的設置與礦井的深度、巷道的截面等諸多因素有關，所以本設計利用觸摸屏進行PID參數(shù)設置。圖7 PID參數(shù)設置其設置調用了壓力子程序見附圖。PID參數(shù)設置好后要分別對壓力設定值、增益值、采樣值、積分時間和微分時間進行填表。程序圖如圖8所示。圖8 壓力中斷子程序本系統(tǒng)的壓力控制是用SMB34定時設定的時間周期進行中斷處理的，利用SMB34固定的時間間隔作為采樣周期，對模擬量AIW0輸入進行

38、采樣，然后通過A/D轉換模塊進行模數(shù)轉換。中斷子程序如圖8所示。壓力中斷程序分兩部分進行處理數(shù)據(jù)，一部分將轉換后的數(shù)據(jù)存儲到VD128中與設定的壓力值進行比較處理。假設礦井內的氣壓在一個大氣壓或在設定的某個大氣壓力數(shù)值以上，PLC通過控制變頻器，工作通風機與備用通風機循環(huán)工作，由礦井的氣壓參數(shù)通過PLC運算去控制變頻器來達到風機的轉速的控制；當出現(xiàn)突發(fā)事故，或礦井內的氣壓低于設定的某個氣壓參數(shù)時，VD128的壓力值與工頻壓力值VD136進行比較，若VD128小于或等于VD136的值，則當前運行通風機將由變頻轉到工頻運行，此時如果仍滿足不了通風的需要時，工作通風機與備用通風機不再循環(huán)工作，并自動

39、切換為同時工作，另外，接入的備用通風機根據(jù)礦井的氣壓參數(shù)進行變頻運行，加大對礦井內的通風量，直至礦井內的氣壓生至設定的大氣壓力數(shù)值以上，工作通風機與備用通風機恢復循環(huán)工作。壓力中斷程序如圖9所示。圖9 壓力中斷程序5.3 溫度控制部分本設計的風機組設有軸承溫度和定子溫度過熱保護。綜合所選用的風機組自身特性和國家規(guī)定標準，設置了風機組軸承溫度和定子溫度報警溫度和跳閘溫度。軸承溫度保護設置85為報警溫度，90為跳閘溫度。定子溫度保護設置120為報警溫度，125為跳閘溫度。由于PLC所能識別的是數(shù)字量信號，所以要對傳感器采集的電壓或電流信號的輸入信號進行轉換。若輸入電壓范圍為010V的模擬量信號，則

40、對應的數(shù)字量結果應為032000或需要的數(shù)字。若數(shù)據(jù)格式為單極性，模擬量信號的類型為電壓信號，滿量程為010V，那么根據(jù)公式1可得軸承溫度和定子溫度報警溫度和跳閘溫度所對應的數(shù)量和電壓的關系如表3所示。表3 工程值與數(shù)字量對應關系溫度值（）數(shù)字量電壓值（V）12023652.27.3912524347.87.618518782.65.879019478.36.09模擬量和數(shù)字量的轉換公式為： (y-AL)/(AH-AL)=(X-0)/(65535-0) (3)y:轉換過后的工程值（多少電流）AH：工程值的上限（電流的上限）AL：工程值的下限（電流的下限）X：工程轉換后的數(shù)字量值（電流轉換后的數(shù)

41、字值）若數(shù)據(jù)格式為單極性，模擬量信號的類型為電壓信號，滿量程為010V，那么根據(jù)公式1可得軸承溫度和定子溫度報警溫度和跳閘溫度所對應的數(shù)量和電壓的關系如表3所示。模擬量信號的類型及范圍是通過模擬量模塊右下側的DIP設定開關進行輸入和輸出信號選擇的 。6 結束語利用 PLC變頻器和離心機通風系統(tǒng)進行節(jié)能技術改造，不僅簡化了系統(tǒng)，提高了設備的可靠性和穩(wěn)定性，設備的操作和維護方便，節(jié)省能耗，同時也大大地提高了煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)。另外還可以根據(jù)需要配置相應的通信模塊，很方便地組成集散式控制系統(tǒng)，進行遠程監(jiān)控現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，具有一定的推廣價值。致謝在畢業(yè)設計過程中，得

42、到導師的悉心指導。特別是在課題的設計過程中，對論文的技術問題，導師都花費了大量的心血，付出了大量的勞動，并一直給予我無微不至的指導與多方面的幫助，使我的知識、能力等各方面都有了很大的進步，在此，謹向導師表示最衷心的感謝！在課題進行期間，學院為我們提供了良好的學習和設計環(huán)境。在課題的研究和進展中，同組同學也給予了很大的幫助，這里也一同表示感謝！由于時間和知識水平所限，論文中還可能會有許多紕漏或錯誤之處，懇請各位老師和同學批評指正。參考文獻1殷洪義可編程控制器選擇、設計與維護M北京：機械工業(yè)出版社，20022周九寧可編程控制器在礦山設備中的應用J采礦技術，2004，4(1)：45463彭桂力，劉知

43、貴集中供熱鍋爐控制系統(tǒng)的PLC控制J電力自動化設備，2006(9)：75774馬寧，孔紅S7-300PLC和MM440變頻器的原理與應用M北京：機械工業(yè)出版社，20065許明，言自行，劉堅大型泵機組狀態(tài)監(jiān)測及工況調控系統(tǒng)的研制J機械工程學報，2002，(7)：1451476徐國林PLC應用技術M北京：機械工業(yè)出版社，20077陳建明，等電氣控制與PLC應用M北京：電子工業(yè)出版社，20068李國厚，楊青杰，余澤通球磨機潤滑站控制系統(tǒng)的設計J金屬礦山，2005(9)：74-759丁紀凱，許逸舟基于PLC和現(xiàn)場總線的污水處理系統(tǒng)J機電一體化，2006(1)：808310吳中立礦井通風與安全M徐州：中

44、國礦業(yè)大學出版社，1989：13811傅貴，秦躍平，楊偉民，等礦井通風系統(tǒng)分析與優(yōu)化M北京：機械工業(yè)出版社，1995：2312高廣軍，賈世勝，朱學軍，等通風系統(tǒng)調整中常見問題及對策J山西煤炭，2002，(2)13徐鵬張雙樓礦西翼通風系統(tǒng)調整及經(jīng)濟效果分析J煤礦安全，2001，(4)14石秋潔變頻器應用基礎M北京：機械工業(yè)出版社200315陳仕瑋礦井主要用通風機在線監(jiān)測監(jiān)控現(xiàn)狀及展望J煤礦安全，1999，(12)：394116李月紅，吳永祥變電所監(jiān)控及其網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計J工礦自動化，2005，(3)：2728附圖 總程序附錄資料：不需要的可以自行刪除C語言中如何獲取時間？精度如何？1 使用time

45、_t time( time_t * timer ) 精確到秒2 使用clock_t clock() 得到的是CPU時間精確到1/CLOCKS_PER_SEC秒3 計算時間差使用double difftime( time_t timer1, time_t timer0 )4 使用DWORD GetTickCount() 精確到毫秒5 如果使用MFC的CTime類，可以用CTime:GetCurrentTime() 精確到秒6 要獲取高精度時間，可以使用BOOL QueryPerformanceFrequency(LARGE_INTEGER *lpFrequency)獲取系統(tǒng)的計數(shù)器的頻率BOOL

46、 QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER *lpPerformanceCount)獲取計數(shù)器的值然后用兩次計數(shù)器的差除以Frequency就得到時間。7 Multimedia Timer FunctionsThe following functions are used with multimedia timers.timeBeginPeriod/timeEndPeriod/timeGetDevCaps/timeGetSystemTime/*/用標準C實現(xiàn)獲取當前系統(tǒng)時間的函數(shù)一.time()函數(shù)time(&rawtime)函數(shù)獲取當前時間距1970年1月1

47、日的秒數(shù)，以秒計數(shù)單位，存于rawtime 中。#include time.hvoid main ()time_t rawtime;struct tm * timeinfo;time ( &rawtime );timeinfo = localtime ( &rawtime );printf ( 007The current date/time is: %s, asctime (timeinfo) );exit(0);=#include - 必須的時間函數(shù)頭文件time_t - 時間類型（time.h 定義是typedef long time_t; 追根溯源，time_t是long）struct

48、 tm - 時間結構，time.h 定義如下：int tm_sec;int tm_min;int tm_hour;int tm_mday;int tm_mon;int tm_year;int tm_wday;int tm_yday;int tm_isdst;time ( &rawtime ); - 獲取時間，以秒計，從1970年1月一日起算，存于rawtimelocaltime ( &rawtime ); - 轉為當?shù)貢r間，tm 時間結構asctime （）- 轉為標準ASCII時間格式：星期 月 日 時：分：秒 年二.clock()函數(shù),用clock()函數(shù)，得到系統(tǒng)啟動以后的毫秒級時間，然

49、后除以CLOCKS_PER_SEC，就可以換成“秒”，標準c函數(shù)。clock_t clock ( void );#includeclock_t t = clock();long sec = t / CLOCKS_PER_SEC;他是記錄時鐘周期的，實現(xiàn)看來不會很精確，需要試驗驗證；三.gettime(&t); 據(jù)說tc2.0的time結構含有毫秒信息#include#includeint main(void)struct time t;gettime(&t);printf(The current time is: -:d:d.dn,t.ti_hour, t.ti_min, t.ti_sec,

50、t.ti_hund);return 0;time 是一個結構體， 其中成員函數(shù) ti_hund 是毫秒。四.GetTickCount(),這個是windows里面常用來計算程序運行時間的函數(shù)；DWORD dwStart = GetTickCount();/這里運行你的程序代碼DWORD dwEnd = GetTickCount();則(dwEnd-dwStart)就是你的程序運行時間, 以毫秒為單位這個函數(shù)只精確到55ms，1個tick就是55ms。五.timeGetTime()t,imeGetTime()基本等于GetTickCount()，但是精度更高DWORD dwStart = tim

51、eGetTime();/這里運行你的程序代碼DWORD dwEnd = timeGetTime();則(dwEnd-dwStart)就是你的程序運行時間, 以毫秒為單位雖然返回的值單位應該是ms,但傳說精度只有10ms。=/*Unix#unix時間相關,也是標準庫的/*1.timegm函數(shù)只是將struct tm結構轉成time_t結構,不使用時區(qū)信息;time_t timegm(struct tm *tm);2.mktime使用時區(qū)信息time_t mktime(struct tm *tm);timelocal 函數(shù)是GNU擴展的與posix函數(shù)mktime相當time_t timeloca

52、l (struct tm *tm);3.gmtime函數(shù)只是將time_t結構轉成struct tm結構,不使用時區(qū)信息;struct tm * gmtime(const time_t *clock);4.localtime使用時區(qū)信息struct tm * localtime(const time_t *clock);1.time獲取時間，stime設置時間time_t t；t = time(&t);2.stime其參數(shù)應該是GMT時間,根據(jù)本地時區(qū)設置為本地時間;int stime(time_t *tp)3.UTC=true 表示采用夏時制;4.文件的修改時間等信息全部采用GMT時間存放,

53、不同的系統(tǒng)在得到修改時間后通過localtime轉換成本地時間;5.設置時區(qū)推薦使用setup來設置;6.設置時區(qū)也可以先更變/etc/sysconfig/clock中的設置再將ln -fs /usr/share/zoneinfo/xxxx/xxx /etc/localtime 才能重效time_t只能表示68年的范圍，即mktime只能返回1970-2038這一段范圍的time_t看看你的系統(tǒng)是否有time_t64，它能表示更大的時間范圍/*windows#Window里面的一些不一樣的/*一.CTime () 類VC編程一般使用CTime類 獲得當前日期和時間CTime t = GetCu

54、rrentTime();SYSTEMTIME 結構包含毫秒信息typedef struct _SYSTEMTIME WORD wYear;WORD wMonth;WORD wDayOfWeek;WORD wDay;WORD wHour;WORD wMinute;WORD wSecond;WORD wMilliseconds; SYSTEMTIME, *PSYSTEMTIME;SYSTEMTIME t1;GetSystemTime(&t1)CTime curTime(t1);WORD ms = t1.wMilliseconds;SYSTEMTIME sysTm;:GetLocalTime(&sy

55、sTm);在time.h中的_strtime() /只能在windows中用char t11;_strtime(t);puts(t);/*獲得當前日期和時間CTime tm=CTime:GetCurrentTime();CString str=tm.Format(%Y-%m-%d);在VC中，我們可以借助CTime時間類，獲取系統(tǒng)當前日期，具體使用方法如下：CTime t = CTime:GetCurrentTime(); /獲取系統(tǒng)日期，存儲在t里面int d=t.GetDay(); /獲得當前日期int y=t.GetYear(); /獲取當前年份int m=t.GetMonth(); /

56、獲取當前月份int h=t.GetHour(); /獲取當前為幾時int mm=t.GetMinute(); /獲取當前分鐘int s=t.GetSecond(); /獲取當前秒int w=t.GetDayOfWeek(); /獲取星期幾，注意1為星期天，7為星期六二.CTimeSpan類如果想計算兩段時間的差值，可以使用CTimeSpan類，具體使用方法如下：CTime t1( 1999, 3, 19, 22, 15, 0 );CTime t = CTime:GetCurrentTime();CTimeSpan span=t-t1; /計算當前系統(tǒng)時間與時間t1的間隔int iDay=spa

57、n.GetDays(); /獲取這段時間間隔共有多少天int iHour=span.GetTotalHours(); /獲取總共有多少小時int iMin=span.GetTotalMinutes();/獲取總共有多少分鐘int iSec=span.GetTotalSeconds();/獲取總共有多少秒三._timeb()函數(shù)_timeb定義在SYSTIMEB.H，有四個fieldsdstflagmillitmtimetimezonevoid _ftime( struct _timeb *timeptr );struct _timeb timebuffer;_ftime( &timebuffe

58、r );取當前時間:文檔講可以到ms,有人測試,好象只能到16ms!四.設置計時器定義TIMER ID#define TIMERID_JISUANFANGSHI 2在適當?shù)牡胤皆O置時鐘,需要開始其作用的地方;SetTimer(TIMERID_JISUANFANGSHI,200,NULL);在不需要定時器的時候的時候銷毀掉時鐘KillTimer(TIMERID_JISUANFANGSHI);對應VC程序的消息映射void CJisuan:OnTimer(UINT nIDEvent)switch(nIDEvent)#如何設定當前系統(tǒng)時間windowsSYSTEMTIME m_myLocalTime

59、,*lpSystemTime;m_myLocalTime.wYear=2003;m_myLocalTime.wM;m_myLocalTime.wDay=1;m_myLocalTime.wHour=0;m_myLocalTime.wMinute=0;m_myLocalTime.wSec;m_myLocalTime.wMillisec;lpSystemTime=&m_myLocalTime;if( SetLocalTime(lpSystemTime) ) /此處換成 SetSystemTime( )也不行MessageBox(OK !);elseMessageBox(Error !);SYSTEM

60、TIME m_myLocalTime,*lpSystemTime;m_myLocalTime.wYear=2003;m_myLocalTime.wM;m_myLocalTime.wDay=1;lpSystemTime=&m_myLocalTime;if( SetDate(lpSystemTime) ) /此處換成 SetSystemTime( )也不行MessageBox(OK !);elseMessageBox(Error !);本文來自CSDN博客，轉載請標明出處：HYPERLINK /khuang2008/archive/2008/12/09/3483274.aspx/khuang200