風機監(jiān)視系統(tǒng)設計

第1章概述1.1引言本次課程設計的目的是掌握機電傳動控制系統(tǒng)的基本原理、PLC控制電路的設計方法以及繼電器—接觸器控制電路的PLC改造方法。掌握機電傳動控制系統(tǒng)中繼電器—接觸器控制和PLC控制的基本原理、設計方法及兩者的關系。掌握常用電器元件的選擇方法。具備一定的控制電路的分析能力與設計能力電氣控制系統(tǒng)是由各種低壓電器和PLC控制器按一定要求組成的控制系統(tǒng)。通過機電傳動系統(tǒng)課程設計，進一步掌握各種低壓電器和PLC的結構原理、選用及使用；正確處理使用中出現(xiàn)的各種問題；了解器件和系統(tǒng)的關系；培養(yǎng)正確的設計思想、理論聯(lián)系實際的工作作風、分析問題和解決問題的能力、運用標準與規(guī)范的能力、實事求是的科學態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。1.2PLC的由來及定義PLC的由來：

在PLC問世之前，工業(yè)控制領域中是繼電器控制占主導地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差，尤其當生產工藝發(fā)生變化時，就必須重新設計、重新安裝，造成時間和資金的嚴重浪費。為了改變這一現(xiàn)狀，1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號不斷更新的要求，以在激烈的競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，特擬定了十項公開招標的技術要求，即：

1）編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序，

2）硬件維護方便，最好是插件式結構，

3）可靠性要高于繼電器控制裝置，

4）體積小于繼電器控制裝置，

5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機，

6成本上可與繼電器柜競爭，

7）輸入可以是交流115V，

8）輸出為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥，

9）擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小的改動

10）用戶程序存儲器容量至少可以擴展到4KB。根據(jù)招標要求，1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出世界上第一臺PLC（PDP—14型），并在通用汽車公司自動裝配線上試用，獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時期。從此，可編程控制器這一新的控制技術迅速發(fā)展起來，而且，在工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展很快。PLC的定義：

在PLC的發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）經過4年的調查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（ProgrammableController），英文縮寫為PC，并作如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術運算功能，用來對各種機械或生產過程進行控制?！?/p>

國際電工委員會（IEC）曾于1982年11月頒布了可編程序控制器標準的草案第一稿，1985年1月又發(fā)表了草案第二稿，1987年2月頒布了草案第三稿。該草案中對可編程序控制器的定義是：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、和算術運算等操作的指令。并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關外部設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”

定義強調了PLC應直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和應用范圍。這是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。1.3PLC的發(fā)展歷程1968年，美國通用汽車公司（GM）根據(jù)市場形勢與生產發(fā)展的需要，提出了“多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌型號”的戰(zhàn)略。要實現(xiàn)這個戰(zhàn)略決策，依靠原有的工業(yè)控制裝置顯然不行，而必須有一種新的工業(yè)控制裝置，它可以隨著生產品種的改變，靈活方便地改變控制方案以滿足對控制的不同要求。1969年，著名的美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)GM的功能要求，研制出了這種新的工業(yè)控制裝置，并在GM公司的一條汽車自動化生產線上首次運行取得成功。根據(jù)這種新型工業(yè)控制裝置可以通過編程改變控制方案這一特點，以及專門用于邏輯控制的情況，稱這種新的工業(yè)控制裝置為可編程序控制器（ProgrammableLogicController），簡稱PLC。從1968年到現(xiàn)在，PLC經歷了四次換代：第一代PLC大多用一位機開發(fā)，用磁芯存儲器存儲，只有邏輯控制功能。在第二代PLC產品中換成了8位微處理器及半導體存儲器，PLC產品開始系列化。第三代PLC產品隨著高性能微處理器及位片式CPU在PLC中大量使用，PLC的處理速度大大提高，從而促使它向多功能及聯(lián)網通信方向發(fā)展。第四代PLC產品不僅全面使用16位、32位高性能微處理器，高性能位片式微處理器，RISC（Reducedinstructionsetcomputer）精簡指令系統(tǒng)CPU等高級CPU，而且在一臺PLC中配置多個處理器，進行多通道處理。同時生產了大量內含微處理器的智能模板，使得第四代PLC產品成為具有邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網通信功能的真正名符其實的多功能控制器。同一時期，由PLC組成的PLC網絡也得到飛速發(fā)展。PLC與PLC網絡成為工廠企業(yè)中首選的工業(yè)控制裝置，由PLC組成的多級分布式PLC網絡成為CIMS（computer-integratedmanufacturingsystem）系統(tǒng)不可或缺的基本組成部分。人們高度評價PLC及其網絡的重要性，認為它是現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之一。1.4PLC的特點可編程邏輯控制器（PLC）具有以下鮮明的特點。一、系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產過程的綜合自動化。二、使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。三、能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型。第2章設計分析及方案確定2.1控制要求（1）用PLC設計一個對三臺通風機選擇運轉裝置進行監(jiān)視的系統(tǒng)。（2）有兩臺風機運行，指示燈常亮。一臺風機運行，指示燈以0.5HZ頻率閃爍，沒有風機運行，指示燈以2hz頻率閃爍。（3）風機M1M2M3要求有啟動和停止。（4）風機M1M2M3要求有點動功能。2.2任務分析a.風機M1M2M3要求有啟動和停止，風機M1M2M3要求有點動功能。b.兩臺風機運行，指示燈常亮。一臺風機運行，指示燈以0.5HZ頻率閃爍，沒有風機運行，指示燈以2hz頻率閃爍。2.3方案確定（包括控制規(guī)則、操作方法和設計思想）1)風的反饋信號采用風機接觸器上常開觸頭，當風機運轉接觸器吸合，就反饋信號反饋到PLC2）風機的啟動采用常開觸頭按鈕3）風機的停止采用常閉觸頭4）風機既要有點動，又要有連續(xù)運轉之后停止功能，可以采用選擇開關進行點動擇和連續(xù)運轉。5）兩臺風機運行，指示燈常亮。一臺風機運行，指示燈以0.5HZ頻率閃爍，沒有風機運行，指示燈以2hz頻率閃爍。經過計算得知指示燈以0.5hz頻率閃爍時，它周期是2S，我們采用fx1n系列plc中的系統(tǒng)定時器T201(k25)T202(K25)進過兩個定時器組合即可實現(xiàn)燈以0.5HZ頻率閃爍。同理我們通過T203（k100）T204（K100）實現(xiàn)燈以2HZ頻率閃爍。2.4輸入輸出點數(shù)的確定及PLC選型1）輸入點數(shù)風機的啟動停止按鈕需要6個三臺風機的運轉反饋信號是3輸入。自動運轉與連續(xù)運轉選擇開關是1總共有10入。2）輸出點數(shù)三臺風機運轉接觸器的線圈是3個輸出，還有1指示燈輸出共需要4輸出。根據(jù)輸入、輸出點數(shù)選用FX2N-32MR-UA1/UL系統(tǒng)硬件設計3.1電動機的選型根據(jù)控制的要求，選用一下經濟、使用、簡單的電機。如下表所示：動力分配功率5KW(M1)6KW(M2)3KW(M3)型號Y200L2-4Y250L2-4Y200L2-4臺數(shù)1113.2按鈕的選擇按照控制的要求，該控制系統(tǒng)中需要7個控制按鈕——3個動斷，6個動合按鈕。全部選用LA18系列按鈕開關(用于交流50Hz、電壓至380V及直流至220V的磁力起動器、接觸器、繼電器及其它電氣線路中作遙遠控制之用)3.3熔斷器的選擇選用要求：在電氣設備正常運行是，熔斷器不應熔斷，在出現(xiàn)短路是，應立即熔斷；在電流發(fā)生正常變動（電動機啟動）時，熔斷器不應熔斷；在用電設備持續(xù)過載時，應延時熔斷。電動機M1單獨運行時電流為13.2A，電動機M2單獨運行時電路流過的電流約為15.7A,電動機M3單獨運行時電路流過的電流約為8A。綜合考慮電機M1、M2、M3選用熔斷器為RT18-32,熔斷體的額定電流為10A/16A。3.4接觸器的選擇根據(jù)接觸器所控制負載的工作任務、控制對象的工作參數(shù)和控制回路電壓來選擇。傳輸帶中交流接觸器控制的電動機的啟停，故只要使選用的接觸器的額定電壓和額定電流等于或稍大于電動機的額定電壓和電流即可。綜合考考慮交流接觸器選用正泰CJX2系列。3.5熱繼電器的選擇選擇熱繼電器作為電動機的過載保護時，應使選擇的熱繼電器的安秒特性位于電動機的過載特性之下，并盡可能地接近甚至重合，以充分發(fā)揮電動機的能力。綜合考慮本次選用的熱繼電器的型號為正泰JR36-20系列。3.6中間繼電器的選擇電磁式中間繼電器實質上是一種電磁電壓繼電器，其特點是觸頭多、觸頭容量較大和動作靈敏。其主要用途為當其他繼電器的觸頭對數(shù)或觸頭容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大它們的觸頭數(shù)或觸頭容量，起到中間轉換作用。根據(jù)控制的要求和經濟實用型綜合考慮選用歐姆龍MY2N-JDC24V系列。3.7指示燈的選擇為了節(jié)約成本以及從實用簡單性的角度出發(fā)，本次設計選用的指示燈為雙科SK501LED燈。3.8PLC的選擇根據(jù)控制的要求，PLC的輸入點需要10個點，輸出點需要4個點。依據(jù)經濟性和實用性選擇三菱FX2N-32MR-UA1/UL該系列的PLC具有抗干擾能力強，可靠性高，環(huán)境適應性好，編程方法簡單易學，靈活性好通用性好而且具有完善的監(jiān)視和診斷功能。其輸入點為：X0——X7，X10——X17；輸出點為：Y0——Y7，Y10——Y17；總共32個I/O接口3.9所用的控制元件清單元件名稱元件符號元件型號數(shù)量說明可編程控制器PLC三菱FX2N-32MR-UA1/UL1刀開關QSHD11F-100/381100A按鈕SBLA1810AC380/50HZ熔斷器FURT18/32410A/16A接觸器KMCJX23AC380熱繼電器FRJR36-202中間繼電器MMY2N-JDC24V第4章系統(tǒng)軟件設計4.1主電路原理圖及其設計說明L1L1LL2L3L3NNY4Y3Y2Y4Y3Y23#電機3#電機2#電機1#電機2#電機1#電機通過程序里面的繼電器輸出控制Y2。Y3，Y4進而控制電機，同時繼電器上的自鎖信號反饋到plc,plc經過計算，指示燈輸出。4.2PLCI/O輸入輸出說明X1風機11：風機1工作0：風機1停止輸入X2風機21：風機1工作0：風機1停止X3風機31：風機1工作0：風機1停止X4風機1啟動信號X5風機1停止信號X6風機2啟動信號X7風機2停止信號X8風機3啟動信號X9風機3停止信號X10自動電動選擇Y1指示燈報警輸出Y2風機1接觸器線圈Y3風機2接觸器線圈Y4風機3接觸器線圈4.3PLCI/O輸入輸出表Y1Y20Y30Y40DC24VDC24VPLC輸入模塊1X2X3X4X5X6X7X8X9X10PLC輸出模塊4.3PLCI/O輸入輸出表Y1Y20Y30Y40DC24VDC24VPLC輸入模塊1X2X3X4X5X6X7X8X9X10PLC輸出模塊T201K25X1T2022臺以上風機運行Y1指示燈輸出M0M3M4M1M2M3有一臺風機運行M0M1M1沒有風機運行X1X2X3X2X3X1X3M0X1X2M4T203K100T204K100T203M3T204M2T202T201EQ\o\ac(○,一)風機3運行風機2運行風機1運行X10M6X7X10X10Y4Y3Y2M5X5X8X9X7X6X6X7M5X4X5EQ\o\ac(○,二)T201K25X1T2022臺以上風機運行Y1指示燈輸出M0M3M4M1M2M3有一臺風機運行M0M1M1沒有風機運行X1X2X3X2X3X1X3M0X1X2M4T203K100T204K100T203M3T204M2T202T201風機3運行風機2運行風機1運行X10M6X7X10X10Y4Y3Y2M5X5X8X9X7X6X6X7M5X4X5M7X9M7X9T201、T202、T203、T204計時單位均為10ms時間設定T201、T202為250ms（常數(shù)K＜25）用于產生2Hz頻率閃爍T203、T204為1s，（常數(shù)K＜100）用于產生0.5Hz頻率閃爍M1為2Hz頻率閃爍啟動信號M2為2Hz頻率閃爍輸出M3為0.5Hz頻率閃爍啟動信號M4為0.5Hz頻率閃爍輸出4.4PLC程序設計及其設計說明程序中M0代表風機運行有兩臺風機運行信號，M1代表沒有風機運行信號，M3代表有一臺風機運行信號。M2表示燈以2hz頻率閃爍信號，M3表示燈以0.5hz頻率閃爍信號。M5代表風機1連續(xù)運轉信號，M6表示風機2連續(xù)運轉信號，M7表示風機3連續(xù)運轉信號。1，風機點動的實現(xiàn)當風機自動和點動選擇開關X10選擇點動，此時按下風機啟動按鈕，風機連續(xù)運轉信號M5M6M7不會得電。風機接觸器線圈Y2Y3Y4會在啟動按鈕按下的時候得電，這樣接觸器觸頭吸合，風機會轉動起來，按鈕松開，線圈失電，觸點斷開，風機就會停下來。2，風機的停止當風機的自動和點動選擇開關X10選擇自動，此時按下風機啟動按鈕，風機連續(xù)運轉信號M5M6M7得電。風機接觸器線圈Y2Y3Y4會在啟動按鈕按下的時候得電，這樣接觸器觸頭吸合，風機會轉動起來，按鈕松開時，由于程序里面的自鎖，風機連續(xù)運轉信號M5M6M7仍然得電，這樣風機仍會繼續(xù)轉動。當按下風機停止開關，風機連續(xù)運轉信號M5M6M7失電，這樣風機就會停下來。3，有兩臺風機運行，指示燈常亮。一臺風機運行，指示燈以0.5HZ頻率閃爍，沒有風機運行，指示燈以2hz頻率閃爍。(1)當沒有風機運行時，風機沒有運行反饋信號（X1X2X3）反饋到plc，這時輔助繼電器M1得電。T=0時，開始計時，在T201（T=0.25S）計時到到,T201常開觸頭閉合，這時T202開始計時，M2得電，在T202（T=0.5s）計時到，T202線圈得電，常閉觸頭斷開，T201線圈斷電，常開觸頭斷開，T202線圈斷電，M2斷電，此時T201重新開始計時。如此沒有電機運行時，指示燈以2HZ頻率閃爍。如下圖所示M1M1M2(2)當有兩臺風機運行時，風機運行反饋信號（X1X2或X1X3或X2X3）反饋到plc，只是輔助繼電器M0得電，此時Y1得電，燈常亮。（3）當只有一臺風機運行時（說明有風機運行但是不是兩臺風機運行）。此時輔助繼電器M3得電。T=0時。開始計時，在T203（T=1s）計時到，T203常開觸頭閉合，此時T204線圈得電，開始計時，M4得電，在T204（T=2S）計時到，T204常閉觸頭斷開，T203線圈斷電。常開觸頭斷開，T204線圈斷電，M4斷電，T201重新計時。如此只有一臺電機運行時。指示燈以0.5HZ頻率閃爍。M3M3M4T=1S第5章結束語此次為期2周的課程設計，經過老師的指導同學的幫助終于完了，通過這次的課程設計，使我掌握了電氣控制系統(tǒng)的設計方法，電氣器件的選用，電氣控制線路的設計，了解并應用了可編程控制器電路的設計方法，掌握了可編程控制軟件PLC設計思路和梯形圖的設計方法。在此次設計過程中，我充分運用機電傳動控制課程中所學的基本知識和內容，在此基礎上，通過查閱相關資料，結合設計任務，參考先人經驗，設計出最終方案。這次課程設計是一個理論和實踐結合過程，讓我明白到僅僅依靠理論知識是不夠的，只有把理論知識和實踐行動相結合，才能提高自己的綜合實際能力和獨立思考能力。在設計中遇到了很多的問題，在通過一番的查閱和相應的咨詢后最后得到了解決。該過程中不僅使我學到了新的知識而且對以往的知識也得到了鞏固，是我受益匪淺。這次課程涉及到的時間雖然短，但是讓我體會到的和學到的卻很多。從中我學到了很多知識，對自己的成長和處理事情的能力都很有幫助。同時也讓我明白思路即是出路，遇到不懂得地方就要去請教或上網查詢，只用認真思考，動手實踐，才能收到豐碩的成果。第6章致謝此次課程設計是在指導老師田立勇的悉心指導下完成的，在課程設計設計期間，從開始的設計方案確定、到硬件和軟件部分的設計以及設計說明書的編寫過程中，自始至終得到了老師的精心指導和熱情幫助，此外，在課程設計過程中遇到的不少困難也得到了同學們熱情的幫助，團結協(xié)作，共同努力完成了設計任務。老師嚴謹求實和一絲不茍的學風、扎實勤勉和孜孜不倦的工作態(tài)度時刻激勵著我努力學習，并將鞭策我在未來的工作中銳意進取、奮發(fā)努力。老師的指導將使我終生受益。在課程設計期間，田老師給予了我很大的幫助，在此謹向老師致以最衷心的感謝和最崇高的敬意。在設計說明書的撰寫過程中，同學也給予了極大的幫助，提出了許多寶貴的建議，十分感謝。感謝本次設計過程所涉及到的各位學者。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本次課程設計的全部內容。感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多有用的素材，特別是在控制系統(tǒng)的程序編寫過程中給我很多好的意見和建議，還在說明書的撰寫和排版等過程中提供熱情的幫助。由于