基于PLC的離心風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.14畢業(yè)論文.doc

目錄1緒論12總體設(shè)計(jì)方案12.1控制系統(tǒng)的要求12.2系統(tǒng)構(gòu)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(fēng)機(jī)控制原理分析33硬件設(shè)計(jì)63.1溫度傳感器的選擇63.2PLC的選擇73.2.1FP0系列PLC的特點(diǎn)73.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程73.3變頻器的選擇84軟件設(shè)計(jì)114.1PLC程序設(shè)計(jì)114.1.1離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換過(guò)程分析144.1.2系統(tǒng)工作狀態(tài)144.1.3狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程的實(shí)現(xiàn)方法154.2程序設(shè)計(jì)的梯形圖165系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)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(jié)合調(diào)試197結(jié)論19謝辭20參考文獻(xiàn)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(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐的燃燒系統(tǒng)、其他設(shè)備的烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合，根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)整受控對(duì)象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)、擋板的節(jié)流損失的形式消耗掉了。在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。為此，需要采用多項(xiàng)措施實(shí)現(xiàn)對(duì)離心風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制，以使系統(tǒng)的各種性能達(dá)到合理的要求。近年來(lái)，出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)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(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)，采用基于PLC的變頻器驅(qū)動(dòng)方案開(kāi)始逐步取代風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)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(duì)環(huán)境的污染，為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益1。2總體設(shè)計(jì)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(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)十分惡劣和復(fù)雜的工作條件。（2）具有實(shí)時(shí)響應(yīng)處理能力，以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)控制要求。（3）有豐富的可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)相連接的工業(yè)接口，方便實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)控。（4）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)能組配靈活，易于擴(kuò)展。（5）有先進(jìn)的系統(tǒng)環(huán)境和應(yīng)用軟件便于開(kāi)發(fā)。（6）有自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，保證在自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以手動(dòng)控制。（7）有可靠的報(bào)警系統(tǒng)，在風(fēng)機(jī)電機(jī)過(guò)熱，變頻器出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2.2系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理工業(yè)離心風(fēng)機(jī)的工作要求是指在特定的工作環(huán)境中，風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)量要隨著外界條件的變化，保持在設(shè)定的參數(shù)值上。這樣，既可滿(mǎn)足工作要求，又不使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，而造成電能的浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方式。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度由溫度傳感器檢測(cè)，變換成模擬輸入反饋信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后2與PLC中給定值比較，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量輸出信號(hào)，控制變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制工廠車(chē)間溫度的目的2。系統(tǒng)組成簡(jiǎn)圖如圖1所示。圖1自動(dòng)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(yīng)用于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)電機(jī)的自動(dòng)控制中，其節(jié)能效果明顯。由流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Qn，Hn2，Pn3，即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。圖2給出了風(fēng)機(jī)中風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速兩種控制方式下風(fēng)路的壓力-風(fēng)量(H-Q)關(guān)系及功率-風(fēng)量(P-Q)關(guān)系。其中，曲線(xiàn)1是風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下的H-Q曲線(xiàn)，曲線(xiàn)2是風(fēng)機(jī)在某一較低速度下的H-Q曲線(xiàn)，曲線(xiàn)3是風(fēng)門(mén)開(kāi)度最大時(shí)的H-Q曲線(xiàn)，曲線(xiàn)4是風(fēng)機(jī)在某一較小開(kāi)度下的H-Q曲線(xiàn)?？梢钥闯?，當(dāng)實(shí)際工況風(fēng)量由Q1下降到Q2時(shí)，如果在風(fēng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，則工況點(diǎn)沿曲線(xiàn)1由A點(diǎn)移到B點(diǎn)；如果在風(fēng)門(mén)開(kāi)度最大的條件下用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，則工況點(diǎn)沿曲線(xiàn)3由A點(diǎn)移到C點(diǎn)。顯然，B點(diǎn)與C點(diǎn)的風(fēng)量相同，但C點(diǎn)的壓力要比B點(diǎn)壓力小得多。因此，風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速運(yùn)行方式下，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可大大降低，節(jié)能效果明顯。曲線(xiàn)5為變頻控制方式下的P-Q曲線(xiàn)，曲線(xiàn)6為風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)方式下的P-Q曲線(xiàn)?？梢钥闯?，在相同的風(fēng)量下，變頻控制方式比風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)方式能耗更小，二者之差可由下述經(jīng)驗(yàn)公式（l）表示：30.40.6/(/)PQQeQQePe（l）其中Q為風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)實(shí)際風(fēng)量。Qe為風(fēng)門(mén)開(kāi)度為最大，且電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的風(fēng)量。Pe為風(fēng)門(mén)開(kāi)度為最大，且電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的功率。通過(guò)以上分析得出，采用轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量，比起用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量節(jié)省能源，風(fēng)量調(diào)節(jié)幅度越大，節(jié)電效果越高。對(duì)我國(guó)風(fēng)機(jī)現(xiàn)有的運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)查后得出，3其中大多數(shù)風(fēng)機(jī)處于大馬拉小車(chē)的狀態(tài)，用擋板進(jìn)行運(yùn)行流量的調(diào)節(jié)，極大的浪費(fèi)了電能，若采用調(diào)速方式運(yùn)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(fēng)機(jī)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(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，如公式（2）所示：60(1)/nfsp（2）其中n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速；f為電動(dòng)機(jī)工作電源頻率；s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；p為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有三種，主要有：(1)變極對(duì)數(shù)調(diào)速，（2）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，（3）變頻調(diào)速，即改變電源的頻率來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)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(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，變頻調(diào)速的性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)己趕上直流調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速傳動(dòng)效率高，因變頻調(diào)速屬于電氣調(diào)速，無(wú)中間機(jī)械設(shè)備，也就沒(méi)有附加的轉(zhuǎn)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(yīng)速度快，精度高，裝置安全可靠，安裝調(diào)試方便，容易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，能達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)。另外，使用變頻