基于PLC的離心風機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設計6.14畢業(yè)論文.doc

目錄1緒論12總體設計方案12.1控制系統(tǒng)的要求12.2系統(tǒng)構成及工作原理12.3變頻調(diào)速節(jié)能分析22.4變頻調(diào)速的依據(jù)32.5離心風機控制原理分析33硬件設計63.1溫度傳感器的選擇63.2PLC的選擇73.2.1FP0系列PLC的特點73.2.2PLC控制系統(tǒng)設計流程73.3變頻器的選擇84軟件設計114.1PLC程序設計114.1.1離心風機轉換過程分析144.1.2系統(tǒng)工作狀態(tài)144.1.3狀態(tài)轉換過程的實現(xiàn)方法154.2程序設計的梯形圖165系統(tǒng)可靠性設計166系統(tǒng)調(diào)試196.1軟件系統(tǒng)的調(diào)試196.2硬件系統(tǒng)的調(diào)試196.3軟硬件結合調(diào)試197結論19謝辭20參考文獻20附錄：程序清單2211緒論在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風機設備主要用于鍋爐的燃燒系統(tǒng)、其他設備的烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風速、風量、溫度等指標進行控制和調(diào)節(jié)以適應工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節(jié)流損失的形式消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產(chǎn)成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。為此，需要采用多項措施實現(xiàn)對離心風機的自動控制，以使系統(tǒng)的各種性能達到合理的要求。近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用PLC和變頻器易操作、易維護、控制精度高，并可以實現(xiàn)高功能化等特點，采用基于PLC的變頻器驅動方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案。從而大大的降低生產(chǎn)成本，減少能量損耗和對環(huán)境的污染，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益1。2總體設計方案2.1控制系統(tǒng)的要求控制系統(tǒng)的要求：（1）高可靠性，以適應工業(yè)現(xiàn)場十分惡劣和復雜的工作條件。（2）具有實時響應處理能力，以滿足工業(yè)生產(chǎn)過程實時控制要求。（3）有豐富的可與工業(yè)現(xiàn)場信號相連接的工業(yè)接口，方便實現(xiàn)在線監(jiān)控。（4）控制系統(tǒng)結構應能組配靈活，易于擴展。（5）有先進的系統(tǒng)環(huán)境和應用軟件便于開發(fā)。（6）有自動/手動轉換系統(tǒng)，保證在自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以手動控制。（7）有可靠的報警系統(tǒng)，在風機電機過熱，變頻器出現(xiàn)故障時能及時發(fā)出報警信號。2.2系統(tǒng)構成及工作原理工業(yè)離心風機的工作要求是指在特定的工作環(huán)境中，風機輸出的風量要隨著外界條件的變化，保持在設定的參數(shù)值上。這樣，既可滿足工作要求，又不使電動機空轉，而造成電能的浪費。為實現(xiàn)上述目標，本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方式。工業(yè)現(xiàn)場的溫度由溫度傳感器檢測，變換成模擬輸入反饋信號，經(jīng)A/D轉換后2與PLC中給定值比較，再經(jīng)D/A轉換變成模擬量輸出信號，控制變頻器調(diào)節(jié)風機轉速，從而達到控制工廠車間溫度的目的2。系統(tǒng)組成簡圖如圖1所示。圖1自動控制系統(tǒng)組成框圖2.3變頻調(diào)速節(jié)能分析變頻調(diào)速應用于風機系統(tǒng)電機的自動控制中，其節(jié)能效果明顯。由流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Qn，Hn2，Pn3，即流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。圖2給出了風機中風門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速兩種控制方式下風路的壓力-風量(H-Q)關系及功率-風量(P-Q)關系。其中，曲線1是風機在額定轉速下的H-Q曲線，曲線2是風機在某一較低速度下的H-Q曲線，曲線3是風門開度最大時的H-Q曲線，曲線4是風機在某一較小開度下的H-Q曲線。可以看出，當實際工況風量由Q1下降到Q2時，如果在風機以額定轉速運轉的條件下調(diào)節(jié)風門開度，則工況點沿曲線1由A點移到B點；如果在風門開度最大的條件下用變頻器調(diào)節(jié)風機的轉速，則工況點沿曲線3由A點移到C點。顯然，B點與C點的風量相同，但C點的壓力要比B點壓力小得多。因此，風機在變頻調(diào)速運行方式下，風機轉速可大大降低，節(jié)能效果明顯。曲線5為變頻控制方式下的P-Q曲線，曲線6為風門調(diào)節(jié)方式下的P-Q曲線。可以看出，在相同的風量下，變頻控制方式比風門調(diào)節(jié)方式能耗更小，二者之差可由下述經(jīng)驗公式（l）表示：30.40.6/(/)PQQeQQePe（l）其中Q為風機運行時實際風量。Qe為風門開度為最大，且電機運行在額定轉速時的風量。Pe為風門開度為最大，且電機運行在額定轉速時的功率。通過以上分析得出，采用轉速進行調(diào)節(jié)風量，比起用擋板調(diào)節(jié)風量節(jié)省能源，風量調(diào)節(jié)幅度越大，節(jié)電效果越高。對我國風機現(xiàn)有的運行狀況進行調(diào)查后得出，3其中大多數(shù)風機處于大馬拉小車的狀態(tài)，用擋板進行運行流量的調(diào)節(jié)，極大的浪費了電能，若采用調(diào)速方式運行，則可以大量節(jié)約電能，并能在1至2年內(nèi)收回投資成本3。圖2變頻調(diào)速在風機中的節(jié)能分析2.4變頻調(diào)速的依據(jù)變頻調(diào)速技術的基本原理是根據(jù)電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系，如公式（2）所示：60(1)/nfsp（2）其中n表示電機轉速；f為電動機工作電源頻率；s為電機轉差率；p為電機磁極對數(shù)。通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。交流電動機調(diào)速方法有三種，主要有：(1)變極對數(shù)調(diào)速，（2）變轉差率調(diào)速，（3）變頻調(diào)速，即改變電源的頻率來改變電機的轉速。這三種方法前兩種有一定的局限性，而變頻調(diào)速具有其他調(diào)速方法無可比擬的優(yōu)勢，變頻調(diào)速的性能和經(jīng)濟指標己趕上直流調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速傳動效率高，因變頻調(diào)速屬于電氣調(diào)速，無中間機械設備，也就沒有附加的轉差損耗，屬于低損耗的高效調(diào)速，而且其調(diào)速范圍廣，反應速度快，精度高，裝置安全可靠，安裝調(diào)試方便，容易實現(xiàn)閉環(huán)控制，能達到自動調(diào)節(jié)。另外，使用變頻