基于PLC的通风机转速调节控制系统设计
摘要：通风机的速度调节控制在各种工业应用中，使用比较广泛，通风机的使用对安全生产和物料存储起到安全的作用，本系统的设计主要对室内气体的浓度检测，将检测信号输入到可编程控制器内，通过给定信号的比较和运算输出，对通风机变频器的进行起停和速度调节的控制作用，达到环保、节能以及良好的室内密度控制的效果。
本设计按照设计工艺，进行通风机转速调节控制系统的设计，采用可编程控制器进行了系统设计。本系统设计时，首先对工艺流程进行了分析，按照工艺流程的具体要求，进行了可编程控制器的选型，在硬件设计部分，按照设计的思路对硬件设计进行了分析设计，包括可编程控制器接线图，主电路接线图以及控制电路接线图设计。在软件编程部分，主要进行了工艺流程的分析，并且对可编程控制器的I/O点进行了分配设计，介绍了编程软件的功能和设计方法。在程序设计中，主要对各个功能的实现进行了详细的说明。通过本设计，实现了系统设计的工艺要求，本系统设计逻辑思维强，思路清晰，结构简单可靠，运行比较稳定，为后期系统升级预留扩展余量，满足了设计的要求。
关键词： 通风机 可编程控制器 变频器 速度调节
Design of speed regulation and control system for ventilator based on PLC
Abstract：Fan speed regulation control in a variety of industrial applications, widely used, the use of the ventilator to safety role on the safe production and material storage, the system is designed mainly for indoor gas concentration detection, the detected signal is input to the programmable controller, through the comparison and calculation of the output signal. Fan of inverter control stop and speed regulation, to achieve environmental protection and energy saving and good indoor density control effect.
According to the design process, the design of fan speed regulation and control system is carried out in this design, and the system is designed with programmable controller. In the design of the system, the process flow is analyzed first. According to the specific requirements of the process flow, the selection of the programmable controller is carried out. In the hardware design part, the design of the hardware is analyzed and designed according to the design idea, including the wiring diagram of the programmable controller, the wiring diagram of the main circuit and the wiring of the control circuit. Graphic design. In the software programming part, the analysis of the process flow is mainly carried out, and the I/O points of the programmable controller are assigned, and the function and design method of the programming software are introduced. In programming, the implementation of each function is explained in detail. Through this design, the technical requirements of the system design are realized. The system has strong logic thinking, clear thinking, simple and reliable structure, stable operation, and reserve expansion allowance for the later system upgrade, and meet the requirements of the design.
[Key words]: Fan programmable controller frequency converter speed regulatio
目录
一 引言 4
1.1 课题的来源及研究意义 4
1.2 课题研究目的及意义 4
1.3 课题研究内容及方案比较 4
2 通风机转速调节系统的总体设计 7
2.1 控制系统的工艺分析 7
2.2 可编程控制器的介绍及选型 7
2.3变频器的介绍及选型 11
2.4电动机的调速原理及选型 12
2.5总体方案的确定及分析 13
3 通风机转速调节系统的硬件接线设计 13
3.1 PLC的硬件接线及分析 13
3.2 变频器的硬件接线及分析 15
3.3 电器元件的选型设计 16
4 通风机转速调节系统的软件编程设计 17
4.1 程序流程图的设计及分析 17
4.2 可编程控制器的I/O分配 19
4.3 程序设计及分析 21
4.4.1 手动程序设计及分析 21
4.4.2自动程序设计及分析 23
4.5 系统的调试与分析 27
总结 28
致 谢 29
参考文献 30
一 引言
1.1课题的来源及研究意义
由于新型电力电子器件，IGCT等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP的诞生和发展等以及先进控制理论和技术的完善和发展（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制）等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标也超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优越的性能而深受各行业的普遍欢迎，变频调速技术取得了显著的经济效益。
1.2课题研究目的及意义
变频调速器采用了微机控制技术，电力电子技术和电机传动调速技术实现了工业交流电动机的无极调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点。变频器经历了模拟控制、 数字控制、 数模混合控制， 直到全数字控制的演变， 逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应 性不断增强。随着社会的不断进步与发展，2l世纪正是我国全面地实现信息化、自动化和高科技化的崭新时代。自动化、信息化、智能化和数字化的方式将会在社会的各个城市领域得到广泛地关注和普及。至此，将会给我们带来生产效率的大幅度提高，以及社会发展的稳定与进步。机械自动化是现代先进机械领域的核心技术，是工业现代化的物质基石，是工业现代化的重要标志。当前，不断研究和探讨我国工业电气自动化的发展和战略目标，有着极其深远的现实意义和时代意义。
1.3课题研究内容及方案比较
本控制系统设计以化工厂某车间的通风机控制系统为研究对象。该车间内生产环境恶劣，车间的物料散发着有害气体，空气中的该气体达到已经浓度时，需要进行气体排出，否则会对人员健康和安全生产带来巨大隐患。该系统的方案设计有三种方案可供选择，分别为继电器控制方案、单片机控制方案、可编程控制器控制方案。对以上三个方案进行比较如下：
（1）继电器控制方案
根据继电器电路控制的原理进行系统设计，该电路线图复杂，故障率高，排查故障困难，而且电器元件比较多，更换比较频繁，很多功能输入手动状态，无法实现自动运行。需要操作人员现场观察系统的运行状态，并且根据当前的状态进行主观判断，操作相应的按钮。特别在污染环境比较大的现场，对操作人员的身体伤害比较大。现场控制主观性强，对系统的把控往往不够精确，可靠性比较差，操作人员的培训比较困难，也需要一直守在现场进行实时控制，工作效率比较低。该方案不适合本系统设计的方案。
（2）单片机控制方案
单片机控制有优点也有缺点。单片机控制的精度比较高，对现场的自动化算法比较灵活精确，性价比比较高，可以根据现场的实际情况进行参数调准。但是该方案对现场的要求比较高，不能受到信号干扰。程序设计的周期比较长，而且一旦程序固化后，很难再进行扩展，程序修改很不方便。不利于后期的系统升级和改造。特别是现场环境恶劣，单片机容易损坏。
（3）可编程控制器方案
可编程控制器通过程序编译实现现场的自动化控制，它结合了最新的计算机技术，自动化控制理论，现场通讯技术等，是一种专用于工业自动化的控制产品。可编程控制器性能比较优越，可靠性高，抗干扰能力强，对现场的适应性很好，能够适应各种恶劣的工业环境。可编程控制器通讯功能强大，可以与现场其他控制单元或者上位机进行通讯。可编程控制器的设计为模块化设计，可以按照现场的具体要求进行各种模块设计，比如高速计数模块，模拟量输入输出模块，通信模块，以及其他数字量输入输出模块等。可编程控制器使用极为方便，当现场工艺发生改变时，只需要修改程序，并重新下载即可。在设计时，往往留有足够的余量，为后期的系统设计和扩展提供方便。
按照以上三个方案的比较说明，本系统选用可编程控制器方案作为设计主控制器，为系统进行软件设计，达到工艺要求。
根据本系统的方案说明，以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，编程简单，维修方便和低成本低能耗等诸多特点。所以通过PLC控制变频器来驱动电机，使电机更灵活的应用于各种需要调速的机械设备。本系统是通过可编程控制器控制三相交流异步电动机的调速功能。按照通风机转速调节控制系统设计的工艺要求，经过工艺的详细分析和了解，提出设计研究方案，通风机转速调节控制系统的设计研究方案一般为继电器控制系统方案，单片机控制系统方案，可编程控制器控制系统方案等，对以上方案进行比较选择，结合系统实际设计要求，选择最优的方案进行设计。按照最优方案设计要求，进行系统的工艺功能分析，对动作流程和控制需求进行整理。按照设计要求进行控制单元原理分析及型号选择，以及相应的其他电气设备的原理介绍及选型，最后确定系统设计的总体方案。在硬件设计部分，首先对系统的硬件需求进行分析，对系统的接线图进行详细设计，对元件选型部分进行说明。在软件设计部分，主要对程序设计的流程图进行分析和设计，并且对I/O进行分配设计，I/O分配设计的目的是为了后期的程序设计提供方便和依据。最后进行程序的设计和分析，进行程序运行调试的步骤方法说明，提供程序仿真的解决方案。按照控制的要求，以及工艺分析，本系统在设计中，需要按照以下思路进行设计：
（1）详细了解通风机转速调节控制系统的工艺流程，特别是动作要求以及实现的控制目的，查询参考文献，了解最新设计成果，为后期设计提供依据；
（2）按照工艺流程的分析及动作流程，对系统进行方案的比较和选择，并且选择主控制器的型号，对相应的电气设备进行型号选择，确定最终的系统设计方案，分析设计思路；
（3）在硬件设计部分，先对硬件设计需求进行分析，并且设计主控制器的接线图，主电路接线图以及其他电路接线图等；
（4）在软件设计部分，对软件设计的程序流程进行详细分析，介绍编程软件的功能及实际应用，对系统的输入输出点进行分配设计，对程序进行详细设计和分析说明。
（5）按照硬件设计结果和软件设计结果，对程序进行仿真，按照仿真设计步骤，完成程序的验证和修改。
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