风机变频控制调速控制系统毕业设计.doc

目录第一部分 设计任务与调研1.1 毕业设计的主要任务31.2毕业设计的思路与方法31.3节能风机研究的意义31.4 调研的总结4第二部分 设计说明2.1电动机的选择52.2变频器的简介52.3 变频器的选择62.4plc的简介82.5 PLC的选择10第三部分 设计成果3.1 PLC控制系统103.2程序梯形图133.3系统调试13第四部分 结束语.16 第五部分 致谢.17第6部分 参考文献.18第一部分 设计任务与调研1.1 毕业设计的主要任务我国各行各业的各类机械与电气设备中与风机配套的电机约占全国电机装机量的60%，耗用电能约占全国发电总量的三分之一。特别值得一提的是，大多数风机在使用过程中都存在大马拉小车的现象，加之因生产、工艺等方面的变化，需要经常调节气体的流量、压力、温度等；许多单位仍然采用落后的调节档风板或阀门开启度的方式来调节气体的流量、压力、温度等。这实际上是通过人为增加阻力的方式，并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体流量调节的要求。这种落后的调节方式，不仅浪费了宝贵的能源，而且调节精度差，很难满足现代化工业生产及服务等方面的要求，负面效应十分严重。因此有必要设计一种能够大幅度降低能耗，提高能源利用率的新型风机。1.2毕业设计的思路与方法国内风机行业生产的各类风机，大部分内机效率较低。风机系列型谱不全。由于风机，特别是通风机的系列型谱不全，用户选用风机时在产品目录和样本上找不到适宜的品种和机号，因而被迫选用代用型号的风机，结果导致了多耗电能。风机装置效率低。一是风机的变速机构比较落后，如V带、蜗轮副等还广泛应用于风机的传动上，使风机的传动效率低；二是调节方法比较落后，大部分还是采用调节门调节。由于上述原因，尽管有的风机内效率较高（达86%），但其装置效率并不甚高。变频调速器的出现为交流调速方式带来了一场革命。随着近十几年变频技术的不断完善、发展。变频调速性能日趋完美，已被广泛应用于不同领域的交流调速。为企业带来了可观的经济效益，推动了工业生产的自动化进程。 变频调速用于交流异步电机调速，其性能远远超过以往任何交、直流调速方式。而且结构简单，调速范围宽、调速精度高、安装调试使用方便、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著，已经成为交流电机调速的最新潮流。1.3节能风机研究的意义在我国由于设计上的原因,高压电动机往往存在“大马拉小车”的现象,即使在某些场合即使裕度选得不是很大,但由于工况存在负荷波动较大的情况,由于电动机不能跟着负荷的波动进行调节,能源被大量浪费,并且造成了严重的环境污染。据统计,我国进口锅炉引风机的平均设计效率仅75%,比发达国家水平低5个百分点,系统运行效率比发达国家水平低2025个百分点,节电潜力巨大。在国内火力发电厂的厂用电占总发电量的8%10%,而锅炉给水泵、凝结水泵、占大容量机组总厂用电的50%,进口锅炉引风机、引风机消耗电量约占总厂用电的25%。因此提高进口锅炉引风机的运行效率,对节能降耗有着重要的作用。要想更准确的评估和分析节能效果和收益,应组织进行风机的热态试验,以掌握锅炉所配套的风机及其管路中的运行参数,作为经济性评价和改进的依据,目前由于条件限制,1.4 调研的总结用MM440 变频器和PLC控制系统，完成风机节能的设计。此方案具有以下几个优点：具备高可靠性，以及适应设计的要求。配套齐全，功能完善，适用性强有先进的系统环境和应用软件便于开发。有自动、手动转换系统，保证自动系统出现问题时可以手动控制。有可靠的报警系统，在风机电机发热时变频器出现故障能及时发出报警信号。系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 第二部分 设计说明2.1电动机的选择1.在选择时应与自身相适应的电动机，可根据使用的场合的环境条件选用相适应的防护方式以及冷却方式的电动机。2.选择电动机应满足生产机械所提出的各种机械特性要求。如速度、速度的稳定性、速度的调节以及启动、制动时间等。3所选择的电动机的可靠性高并且便与维护。4互换性能要好，一般情况尽量选择标准电动机产品。5.综合考虑电动机的机数和电压等级，使电动机在高效率、低损耗状态下可靠运行。电机参数设定：本系统电机选用常用的ys132S1-2 功率5.5KW。转速2900r/min。电流2.0电压380v效率85.5% 额定电流7 额定转矩2.3 功率因数0.88 2.2变频器的简介变频器是把工频电源换成各种频率的交流电源，从而实现电机的变速运行的设备，如图1-1 1-1变频器接线图2-3变频器的工作原理是通过控制电路来控制主电路，主电路的整流器将交流电转变为直流电，直流中间电路将直流电进行平滑滤波（电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。）逆变器最后将直流电在转换为所需频率和电压的交流电，部分变频器还会在电路内加入cpu等部件，来进行必要的转矩运算。 2-32.3 变频器的选择本系统选用的是西门子全新一代标准变频器MicroMaster440功能强大，应用广泛。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。 在电机的容量确定并选定其型号后，接下来就要确定变频器的容量。确定变频器容量的主要依据是输出电流，其原则为：变频器的输出额定电流应大于或等于电机的额定电流。但在连续的变动负载或断续负载中，因电动机允许有短时间的过载，而且这种过载的时间经常超过变频器一般允许的一分钟。故应考虑选择变频器的额定电流大于或等于电动机运行过程中的最大电流 电动机的型号确定后，其额定电流可以从制造商提供的样本中查到。或者，也可从电机的输出功率由下式计算 cos3UIP=(2)式中，P为额定输出功率（KW）； 9 U为额定电压（KV）； I为额定电流（A）； 为电机效率；COS为功率因数。 S7-200PLC 作为核心控制部件，它有总线访问权，可以读取或改写变频 器的状态，控制软起动器的运行状态，从而达到控制和监视设备运行状态的目的。系统采用总线式拓扑结构，两台变频器采用总线接插件连入总线。S7-200 选用 S7-222CPU，软件采用 WIN3.2。采用西门子PROFIBUS屏蔽电缆及9针D形网络连接头。利用 S7-222 的自由通信口功能，即 RS485 通信口。由用户程序实现USS协议与两台MM430变频器通信。在硬件连接完毕后，需要对两台MM430变频器的通信参数进行设臵，变频器参数设定如下图。 2.4plc的简介PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装臵。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密 4 的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装臵。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 （1）CPU的构成 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装臵送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 （2）I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（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，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少。但其最大数受CPU所能管理的基本配臵的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 （3）电源模块：PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）42.5 PLC的选择（1）性能与任务相适应对于小型单台、仅需数字量控制的设备，一般的小型PLC（如西门子公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM1/CPM2系列、三菱的FX系列等）都可以满足要求。（2）结构上分合理、安装要方便、机型上应统一按照物理结构，PLC分为整体式和模块式。整体式每一I/0点的平均价格比模块式的便宜，所以人们一般倾向于小型控制系统中采用整体式PLC。但是模块式PLC的功能扩张方便灵活，I/0点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/0模块的种数和块数、特殊I/0模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大得多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便。因此，对于较复杂的和要求较高的系统一般应选用模块式PLC。第三部分 设计成果3.1 PLC控制系统plc控制系统的设计步骤下图所示，在本系统的设计中，使用了一个主模块，一个扩展模块，一个A/D转换模块，共使用19个输入口，12个输出口，在I/O口的使用上，充分考虑了系统在以后扩展的需要，对一些有特殊用途的端口如A/D转换模块的接口尽量不用或者少用。为了提高系统的可靠性，在软件设计时除了编制正常工作下的自动控制程序外，还在PLC中编制了手动控制程序，这样做较之以往的控制系统有三个好处：第一，可以在系统安装完成后，对各个设备进行单个调试，以检查设备是否工作正常；第二，可以在系统自动控制程序出现错误时，用手动方式在PLC上控制系统的运行；第三，当系统工作单元如电机出了故障时，可以手动切换出现故障的电机，使之停止运行，把没有故障的电机切换入系统保证系统正常运行；正是因为有这些好处，在PLC上用了12个输入口实现对手动控制程序的支持，从而大大提高了系统可靠性。PLC模块接线图下图所示，I/O分配 如表3-1所示。3.2程序梯形图（1）启动/停止程序 启动/停止程序主要控制系统的启动和停止，按下启动按钮时自动控制系统开始运行，按下停止按钮自动控制系统停止运行。程序梯形图见图4-5所示。 （2）模拟量输入程序 由于本控制系统采用两个温度传感器不同两点的温度信号，所以要分别读两次模拟量值。按系统要求，模拟量输入与比0较采取以下程序设计方法，程序梯形图见图4-5 ，4-6所示。 图4-63.3系统调试（1）系统的启动/停止调试。（2）系统的自动/手动转换调试。（3）PLC控制系统现场调试。（4）系统工作过程调试。（5）在线监控调试。（6）报警系统调试。 （7）系统安全性能调试。 图3-1 第四部分 结束语辗转反则，毕业设计已经完成，其中有自己苦恼，有收获喜悦的时刻，我都会一一记得，可以使他成为自己以后成长的最宝贵经历。这也是自己动手持续最久的一次个人作业。他让我额外的学得了课程以外的知识。也让我了解到很多自己国内的很多一些专业知识，也明白了很多自己国内机器设备的问题。风机在我过运用于各种行业，不同的风机也会造成不同程度的效率，如果能够让他们使用的风机的效率都得到不同程度的提升，那么将会提高生产的效率，降低生产的成本，减少对能源的损耗。这样不仅对于生产商，消费者都带来了极大的收益，互惠互利，同事也保护了环境。本文设计的风机变频调速节能控制系统，同时具备可以上条件，便于操作，生产成本低。运用PLC控制系统将继续推动风机节能行业的快速发展。使人类操作机器更加趋于系统化，智能化。第五部分 致谢 通过几个月的努力毕业设计完成了，此次除了针对我们理论课程的掌握，也是对我们大学生进行综合性实践训练的过程，是对整个专业知识的综合，可以使我们理论与实践相结合，能够提高我们的个人能力和团队能力。非常感谢同学们的指点。在做毕业设计时，我查阅了很多书籍接触了很多往常不会很深入了解的专业课本。在刚开始的时候老师给了我整个制作的框架和思路，引导我如何去做，在我制作过程中，经常碰到不了解或不会的地方，我都会去询问我的老师，老师都会给我一一的讲解，使我获得知识的速度得到了极大的提升。老师一严谨的治学态度，高度的敬业精神对我产生了重要的影响，在这里我表示对我的老师由衷的感谢。通过此次设计，我也获得了极大的信心。同时在这里再次谢谢各位给我帮助的人。第六部分 参考文献1 1.2徐常武 彭秀蔓/ 沈阳鼓风机（集团）有限公司 石雪松/2徐晓航 / 辽宁节能投资控股有限公司3来源:E路风机网 作者:匿名4 luyiming789 5黄炜：基于PLC的风机控制系统设计6富魏，陈彦，张金学，韩晓春.鼠笼式三相交流异步电动机的变调 系统的研制J.淮海工学院学报，2001，10(2)：1922.7张雪平.PLC在锅炉风机控制中的应用J.微计算机信息，2005 21(6)：4243.8苏有兰，曾文波，宁常红，李彬.基于PLC焦化出焦除尘控制系统 的设计J.广西工学院学报，2005(9). 9李全利.可编程控制器及其网络系统的综合应用技术M.北京： 械工业出版社， 2005.10葛斌，赵静。PLC定时器的应用（j）辽宁师范大学学报。16