风机监视系统设计

第1章概述1.1引言本次课程设计的目的是掌握机电传动控制系统的基本原理、PLC控制电路的设计方法以及继电器—接触器控制电路的PLC改造方法。掌握机电传动控制系统中继电器—接触器控制和PLC控制的基本原理、设计方法及两者的关系。掌握常用电器元件的选择方法。具备一定的控制电路的分析能力与设计能力电气控制系统是由各种低压电器和PLC控制器按一定要求组成的控制系统。通过机电传动系统课程设计，进一步掌握各种低压电器和PLC的结构原理、选用及使用；正确处理使用中出现的各种问题；了解器件和系统的关系；培养正确的设计思想、理论联系实际的工作作风、分析问题和解决问题的能力、运用标准与规范的能力、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。1.2PLC的由来及定义PLC的由来：

在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。继电器控制系统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了十项公开招标的技术要求，即：

1）编程简单方便，可在现场修改程序，

2）硬件维护方便，最好是插件式结构，

3）可靠性要高于继电器控制装置，

4）体积小于继电器控制装置，

5）可将数据直接送入管理计算机，

6成本上可与继电器柜竞争，

7）输入可以是交流115V，

8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，

9）扩展时，原有系统只需做很小的改动

10）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。根据招标要求，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC（PDP—14型），并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来，而且，在工业发达国家发展很快。PLC的定义：

在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会（NEMA）经过4年的调查，于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器（ProgrammableController），英文缩写为PC，并作如下定义：“可编程序控制器是一种数字式电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。”

国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁布了可编程序控制器标准的草案第一稿，1985年1月又发表了草案第二稿，1987年2月颁布了草案第三稿。该草案中对可编程序控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作的指令。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”

定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。1.3PLC的发展历程1968年，美国通用汽车公司（GM）根据市场形势与生产发展的需要，提出了“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略。要实现这个战略决策，依靠原有的工业控制装置显然不行，而必须有一种新的工业控制装置，它可以随着生产品种的改变，灵活方便地改变控制方案以满足对控制的不同要求。1969年，著名的美国数字设备公司（DEC）根据GM的功能要求，研制出了这种新的工业控制装置，并在GM公司的一条汽车自动化生产线上首次运行取得成功。根据这种新型工业控制装置可以通过编程改变控制方案这一特点，以及专门用于逻辑控制的情况，称这种新的工业控制装置为可编程序控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。从1968年到现在，PLC经历了四次换代：第一代PLC大多用一位机开发，用磁芯存储器存储，只有逻辑控制功能。在第二代PLC产品中换成了8位微处理器及半导体存储器，PLC产品开始系列化。第三代PLC产品随着高性能微处理器及位片式CPU在PLC中大量使用，PLC的处理速度大大提高，从而促使它向多功能及联网通信方向发展。第四代PLC产品不仅全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，RISC（Reducedinstructionsetcomputer）精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个处理器，进行多通道处理。同时生产了大量内含微处理器的智能模板，使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。同一时期，由PLC组成的PLC网络也得到飞速发展。PLC与PLC网络成为工厂企业中首选的工业控制装置，由PLC组成的多级分布式PLC网络成为CIMS（computer-integratedmanufacturingsystem）系统不可或缺的基本组成部分。人们高度评价PLC及其网络的重要性，认为它是现代工业自动化的三大支柱之一。1.4PLC的特点可编程逻辑控制器（PLC）具有以下鲜明的特点。一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。第2章设计分析及方案确定2.1控制要求（1）用PLC设计一个对三台通风机选择运转装置进行监视的系统。（2）有两台风机运行，指示灯常亮。一台风机运行，指示灯以0.5HZ频率闪烁，没有风机运行，指示灯以2hz频率闪烁。（3）风机M1M2M3要求有启动和停止。（4）风机M1M2M3要求有点动功能。2.2任务分析a.风机M1M2M3要求有启动和停止，风机M1M2M3要求有点动功能。b.两台风机运行，指示灯常亮。一台风机运行，指示灯以0.5HZ频率闪烁，没有风机运行，指示灯以2hz频率闪烁。2.3方案确定（包括控制规则、操作方法和设计思想）1)风的反馈信号采用风机接触器上常开触头，当风机运转接触器吸合，就反馈信号反馈到PLC2）风机的启动采用常开触头按钮3）风机的停止采用常闭触头4）风机既要有点动，又要有连续运转之后停止功能，可以采用选择开关进行点动择和连续运转。5）两台风机运行，指示灯常亮。一台风机运行，指示灯以0.5HZ频率闪烁，没有风机运行，指示灯以2hz频率闪烁。经过计算得知指示灯以0.5hz频率闪烁时，它周期是2S，我们采用fx1n系列plc中的系统定时器T201(k25)T202(K25)进过两个定时器组合即可实现灯以0.5HZ频率闪烁。同理我们通过T203（k100）T204（K100）实现灯以2HZ频率闪烁。2.4输入输出点数的确定及PLC选型1）输入点数风机的启动停止按钮需要6个三台风机的运转反馈信号是3输入。自动运转与连续运转选择开关是1总共有10入。2）输出点数三台风机运转接触器的线圈是3个输出，还有1指示灯输出共需要4输出。根据输入、输出点数选用FX2N-32MR-UA1/UL系统硬件设计3.1电动机的选型根据控制的要求，选用一下经济、使用、简单的电机。如下表所示：动力分配功率5KW(M1)6KW(M2)3KW(M3)型号Y200L2-4Y250L2-4Y200L2-4台数1113.2按钮的选择按照控制的要求，该控制系统中需要7个控制按钮——3个动断，6个动合按钮。全部选用LA18系列按钮开关(用于交流50Hz、电压至380V及直流至220V的磁力起动器、接触器、继电器及其它电气线路中作遥远控制之用)3.3熔断器的选择选用要求：在电气设备正常运行是，熔断器不应熔断，在出现短路是，应立即熔断；在电流发生正常变动（电动机启动）时，熔断器不应熔断；在用电设备持续过载时，应延时熔断。电动机M1单独运行时电流为13.2A，电动机M2单独运行时电路流过的电流约为15.7A,电动机M3单独运行时电路流过的电流约为8A。综合考虑电机M1、M2、M3选用熔断器为RT18-32,熔断体的额定电流为10A/16A。3.4接触器的选择根据接触器所控制负载的工作任务、控制对象的工作参数和控制回路电压来选择。传输带中交流接触器控制的电动机的启停，故只要使选用的接触器的额定电压和额定电流等于或稍大于电动机的额定电压和电流即可。综合考考虑交流接触器选用正泰CJX2系列。3.5热继电器的选择选择热继电器作为电动机的过载保护时，应使选择的热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能地接近甚至重合，以充分发挥电动机的能力。综合考虑本次选用的热继电器的型号为正泰JR36-20系列。3.6中间继电器的选择电磁式中间继电器实质上是一种电磁电压继电器，其特点是触头多、触头容量较大和动作灵敏。其主要用途为当其他继电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触头数或触头容量，起到中间转换作用。根据控制的要求和经济实用型综合考虑选用欧姆龙MY2N-JDC24V系列。3.7指示灯的选择为了节约成本以及从实用简单性的角度出发，本次设计选用的指示灯为双科SK501LED灯。3.8PLC的选择根据控制的要求，PLC的输入点需要10个点，输出点需要4个点。依据经济性和实用性选择三菱FX2N-32MR-UA1/UL该系列的PLC具有抗干扰能力强，可靠性高，环境适应性好，编程方法简单易学，灵活性好通用性好而且具有完善的监视和诊断功能。其输入点为：X0——X7，X10——X17；输出点为：Y0——Y7，Y10——Y17；总共32个I/O接口3.9所用的控制元件清单元件名称元件符号元件型号数量说明可编程控制器PLC三菱FX2N-32MR-UA1/UL1刀开关QSHD11F-100/381100A按钮SBLA1810AC380/50HZ熔断器FURT18/32410A/16A接触器KMCJX23AC380热继电器FRJR36-202中间继电器MMY2N-JDC24V第4章系统软件设计4.1主电路原理图及其设计说明L1L1LL2L3L3NNY4Y3Y2Y4Y3Y23#电机3#电机2#电机1#电机2#电机1#电机通过程序里面的继电器输出控制Y2。Y3，Y4进而控制电机，同时继电器上的自锁信号反馈到plc,plc经过计算，指示灯输出。4.2PLCI/O输入输出说明X1风机11：风机1工作0：风机1停止输入X2风机21：风机1工作0：风机1停止X3风机31：风机1工作0：风机1停止X4风机1启动信号X5风机1停止信号X6风机2启动信号X7风机2停止信号X8风机3启动信号X9风机3停止信号X10自动电动选择Y1指示灯报警输出Y2风机1接触器线圈Y3风机2接触器线圈Y4风机3接触器线圈4.3PLCI/O输入输出表Y1Y20Y30Y40DC24VDC24VPLC输入模块1X2X3X4X5X6X7X8X9X10PLC输出模块4.3PLCI/O输入输出表Y1Y20Y30Y40DC24VDC24VPLC输入模块1X2X3X4X5X6X7X8X9X10PLC输出模块T201K25X1T2022台以上风机运行Y1指示灯输出M0M3M4M1M2M3有一台风机运行M0M1M1没有风机运行X1X2X3X2X3X1X3M0X1X2M4T203K100T204K100T203M3T204M2T202T201EQ\o\ac(○,一)风机3运行风机2运行风机1运行X10M6X7X10X10Y4Y3Y2M5X5X8X9X7X6X6X7M5X4X5EQ\o\ac(○,二)T201K25X1T2022台以上风机运行Y1指示灯输出M0M3M4M1M2M3有一台风机运行M0M1M1没有风机运行X1X2X3X2X3X1X3M0X1X2M4T203K100T204K100T203M3T204M2T202T201风机3运行风机2运行风机1运行X10M6X7X10X10Y4Y3Y2M5X5X8X9X7X6X6X7M5X4X5M7X9M7X9T201、T202、T203、T204计时单位均为10ms时间设定T201、T202为250ms（常数K＜25）用于产生2Hz频率闪烁T203、T204为1s，（常数K＜100）用于产生0.5Hz频率闪烁M1为2Hz频率闪烁启动信号M2为2Hz频率闪烁输出M3为0.5Hz频率闪烁启动信号M4为0.5Hz频率闪烁输出4.4PLC程序设计及其设计说明程序中M0代表风机运行有两台风机运行信号，M1代表没有风机运行信号，M3代表有一台风机运行信号。M2表示灯以2hz频率闪烁信号，M3表示灯以0.5hz频率闪烁信号。M5代表风机1连续运转信号，M6表示风机2连续运转信号，M7表示风机3连续运转信号。1，风机点动的实现当风机自动和点动选择开关X10选择点动，此时按下风机启动按钮，风机连续运转信号M5M6M7不会得电。风机接触器线圈Y2Y3Y4会在启动按钮按下的时候得电，这样接触器触头吸合，风机会转动起来，按钮松开，线圈失电，触点断开，风机就会停下来。2，风机的停止当风机的自动和点动选择开关X10选择自动，此时按下风机启动按钮，风机连续运转信号M5M6M7得电。风机接触器线圈Y2Y3Y4会在启动按钮按下的时候得电，这样接触器触头吸合，风机会转动起来，按钮松开时，由于程序里面的自锁，风机连续运转信号M5M6M7仍然得电，这样风机仍会继续转动。当按下风机停止开关，风机连续运转信号M5M6M7失电，这样风机就会停下来。3，有两台风机运行，指示灯常亮。一台风机运行，指示灯以0.5HZ频率闪烁，没有风机运行，指示灯以2hz频率闪烁。(1)当没有风机运行时，风机没有运行反馈信号（X1X2X3）反馈到plc，这时辅助继电器M1得电。T=0时，开始计时，在T201（T=0.25S）计时到到,T201常开触头闭合，这时T202开始计时，M2得电，在T202（T=0.5s）计时到，T202线圈得电，常闭触头断开，T201线圈断电，常开触头断开，T202线圈断电，M2断电，此时T201重新开始计时。如此没有电机运行时，指示灯以2HZ频率闪烁。如下图所示M1M1M2(2)当有两台风机运行时，风机运行反馈信号（X1X2或X1X3或X2X3）反馈到plc，只是辅助继电器M0得电，此时Y1得电，灯常亮。（3）当只有一台风机运行时（说明有风机运行但是不是两台风机运行）。此时辅助继电器M3得电。T=0时。开始计时，在T203（T=1s）计时到，T203常开触头闭合，此时T204线圈得电，开始计时，M4得电，在T204（T=2S）计时到，T204常闭触头断开，T203线圈断电。常开触头断开，T204线圈断电，M4断电，T201重新计时。如此只有一台电机运行时。指示灯以0.5HZ频率闪烁。M3M3M4T=1S第5章结束语此次为期2周的课程设计，经过老师的指导同学的帮助终于完了，通过这次的课程设计，使我掌握了电气控制系统的设计方法，电气器件的选用，电气控制线路的设计，了解并应用了可编程控制器电路的设计方法，掌握了可编程控制软件PLC设计思路和梯形图的设计方法。在此次设计过程中，我充分运用机电传动控制课程中所学的基本知识和内容，在此基础上，通过查阅相关资料，结合设计任务，参考先人经验，设计出最终方案。这次课程设计是一个理论和实践结合过程，让我明白到仅仅依靠理论知识是不够的，只有把理论知识和实践行动相结合，才能提高自己的综合实际能力和独立思考能力。在设计中遇到了很多的问题，在通过一番的查阅和相应的咨询后最后得到了解决。该过程中不仅使我学到了新的知识而且对以往的知识也得到了巩固，是我受益匪浅。这次课程涉及到的时间虽然短，但是让我体会到的和学到的却很多。从中我学到了很多知识，对自己的成长和处理事情的能力都很有帮助。同时也让我明白思路即是出路，遇到不懂得地方就要去请教或上网查询，只用认真思考，动手实践，才能收到丰硕的成果。第6章致谢此次课程设计是在指导老师田立勇的悉心指导下完成的，在课程设计设计期间，从开始的设计方案确定、到硬件和软件部分的设计以及设计说明书的编写过程中，自始至终得到了老师的精心指导和热情帮助，此外，在课程设计过程中遇到的不少困难也得到了同学们热情的帮助，团结协作，共同努力完成了设计任务。老师严谨求实和一丝不苟的学风、扎实勤勉和孜孜不倦的工作态度时刻激励着我努力学习，并将鞭策我在未来的工作中锐意进取、奋发努力。老师的指导将使我终生受益。在课程设计期间，田老师给予了我很大的帮助，在此谨向老师致以最衷心的感谢和最崇高的敬意。在设计说明书的撰写过程中，同学也给予了极大的帮助，提出了许多宝贵的建议，十分感谢。感谢本次设计过程所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本次课程设计的全部内容。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多有用的素材，特别是在控制系统的程序编写过程中给我很多好的意见和建议，还在说明书的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。由于