基于plc礦井壓風機的自動控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　日立日立日立日立日立畢業(yè)設計說明書日立日立基于PLC的礦井壓風機自動控制系統(tǒng)設計日立日立日立日立日立</p><p><b>　　日立</b></p><p>　專業(yè)電氣工程及其自動化</p><p>　學生姓名</p><p>　班級</p><p&g

2、t;　學號</p><p>　指導教師</p><p>　完成日期</p><p>　　畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）日立獨創(chuàng)性聲明日立日立本人聲明所呈交的畢業(yè)設計說明書(畢業(yè)論文)是本人在導師指導下進行的研究、設計工作后獨立完成的。除了文中特別加以標注和致謝的地方外，說明書中不包含其他人己經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究所做貢獻集體和個人，均己在說明書中作

3、了明確的說明并表示謝意。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。日立日立畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）作者簽名(手寫): 東芝 東芝 東芝 東芝 東芝 東芝 東芝 東芝 東芝日立日期: 東芝 東芝 東芝 東芝 東芝年 東芝 東芝 東芝 東芝 東芝月 東芝 東芝 東芝 東芝日日立日立指導教師簽名(手寫):日立日期: 東芝 東芝 東芝 東芝 東芝年 東芝 東芝 東芝 東芝 東芝月 東芝 東芝 東芝 東芝日日立日立日立<

4、/p><p>　　基于PLC礦井壓風機的自動控制系統(tǒng)日立摘 東芝要: 東芝空氣壓縮機是一種通過壓縮氣體來提高氣體壓力或輸送氣體的動力供給設備。螺桿式空氣壓風機更以其損失小、效率高、適應性強等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)生產領域。隨著應用規(guī)模的擴大，原有控制方式的效率低下、維修率增高等問題也日益突出。同時電子技術和微電子技術的迅速發(fā)展，由PLC自動控制壓風系統(tǒng)，具有較高的可靠性和較好的節(jié)能效果，PLC自動控制系統(tǒng)正是這種技術

5、的產物。本文在了解社會發(fā)展與需求的情況下，以山東某礦井壓風機為項目背景，設計和開發(fā)了一種PLC自動控制壓風機系統(tǒng)，取代了舊時代的手工控制和分散控制，從而提高了系統(tǒng)的自動化程度。同時論文對壓風機的幾種控制方式進行了分析。并進行了綜述，同時，設計出了壓風機自動控制的總體方案、硬件配置以及軟件與程序的設計。在該系統(tǒng)中，可編程控制器（西門子S7-300系列）作為下位機，較好的解決了自動控制等問題；上位機軟件采用的是MCGS軟件，通過此軟件開發(fā)出

6、一種可視化的監(jiān)控畫面。兩者有效的結合起來，采用以礦井氣壓壓力為主控參數，實現對壓風機工作過程和運轉速度的有效控制和監(jiān)控。系統(tǒng)運行結果顯示出本系統(tǒng)具有良好的可靠</p><p>　　Automatic 東芝control 東芝system 東芝based 東芝on 東芝PLC 東芝of 東芝the 東芝mine 東芝pressure 東芝fan日立Abstract: 東芝Air 東芝compressor 東芝is

7、 東芝a 東芝compressed 東芝gases 東芝to 東芝enhance 東芝gas 東芝pressure 東芝or 東芝transport 東芝gases 東芝power 東芝supply 東芝equipment.Screw 東芝air 東芝compressor 東芝is 東芝more 東芝with 東芝its 東芝low 東芝loss, 東芝high 東芝efficiency, 東芝the 東芝advantages 東芝of

8、 東芝strong 東芝adaptability, 東芝is 東芝widely 東芝used 東芝in 東芝industrial 東芝production 東芝field.With 東芝the 東芝enlargement 東芝of 東芝the 東芝scale, 東芝the 東芝low 東芝efficiency 東芝of 東</p><p>　　目 東芝 東芝 東芝 東芝錄日立1 東芝前言6日立1.1項目背景

9、6日立1.2課題研究意義6日立1.3 東芝PLC的發(fā)展狀況7日立1.4效果預測7日立2 東芝系統(tǒng)的總體方案設計8日立2.1方案的比較與選擇8日立2.1.1以PC機為核心控制系統(tǒng)8日立2.1.2以單片機為核心控制系統(tǒng)8日立2.1.3以PLC為核心控制系統(tǒng)9日立2.2系統(tǒng)方案11日立2.3 東芝本章小結12日立3 東芝系統(tǒng)的硬件設計13日立3. 東芝1控制系統(tǒng)的主電路的設計13日立3.2系

10、統(tǒng)硬件配置13日立3.2.1檢測技術與傳感器的選型13日立3.2.2可編程控制器的分析14日立3.2.3 東芝PLC的選型15日立3.2.4其它模塊的選型17日立3. 東芝3本章小結19日立4 東芝系統(tǒng)的軟件設計20日立4.1 東芝PLC軟件的設計20日立4.2主程序的設計20日立4.2.1故障判斷子程序的設計22日立4.2.2 東芝程控子程序的設計23日立4.3人機交互界面的設計24日立

11、人機交互界面方便了工作人員對于生產設備的查看，本文</p><p>　　1 東芝前言日立1.1項目背景日立本學位論文的課題來源于山東某礦井壓風機房。剛壓風機房具有4臺英格索蘭生產的MM300-2S型螺桿式壓風機，每臺壓風機獨立控制，為礦井建設提供動力。由于對4臺壓風機的操作要進行現場調試，給整個壓風機房的操作、維護和管理帶來了不變。此外，原控制系統(tǒng)是繼電器—接觸器控制，這些年，器件經常容易損壞，在控制也出現落

12、落很多的問題，嚴重影響了壓風機的正常運行。另外礦用壓風機需要長時間的運行，而且煤礦每時的風量又都不一樣，則會出現供風壓力不穩(wěn)定的現象，為避免這種情況，壓風機就要在空載（或輕載）和負載狀態(tài)下切換，經常這樣使用會導致設備使用時間的減短，對國家電力資源造成浪費。日立針對上述情況，就需要設計出對于壓風機的自動控制同時又能智能檢測的系統(tǒng)，以提高空壓機的工作效率。該系統(tǒng)能夠根據風量的變化實現自動化控制，并能夠遠程操作、監(jiān)控和報警，對于過壓、過熱、

13、電流過載等情況進行有效保護，以達到提高生產效率，穩(wěn)定了壓風機的工作性能，能夠讓工作人員得到更多的休息，提高了工作人員對工作的熱情。日立1.2課題研究意義日立煤礦礦井壓風系統(tǒng)是煤礦礦井安全生產的重要組成部分，壓風</p><p>　　PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現場的統(tǒng)調過程中發(fā)現的問題一般通過修改程序

14、就可以解決，系統(tǒng)的調試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。日立在本次設計方案的選取中，考慮到現場工作環(huán)境的惡劣，抗干擾性強，價格經濟等方便，故選取PLC控制系統(tǒng)是更為適合。日立2.2系統(tǒng)方案日立由于空壓機在礦井建設中起到至關重要的作用，設計的成功與否對該礦的生產起到一個關鍵作用。因此，安全、穩(wěn)定、高校是貫穿本次設計的一個宗旨。日立電氣系統(tǒng)方面：使用PLC做為下位機的主控制機對4臺壓風機進行控制,現場通過不同傳感器對數據進行采集，然后傳輸給

15、PLC進行A/D轉換，現場設備的檢測和控制便通過執(zhí)行機構、傳感器和PLC共同實現。日立監(jiān)控系統(tǒng)方面：上位機是在一臺計算機上通過MCGS軟件設計出主監(jiān)控畫面，從而工作人員便可以在控制室通過計算機對現場進行監(jiān)控和控制。PLC接有觸摸屏，也可以通過對觸摸屏上軟按鈕的操作以達到對壓風機的就地控制。日立系統(tǒng)的組成：本方案采用分布控制系統(tǒng)。當PLC或者控制對象某一個環(huán)節(jié)出現故障的時候不</p><p>　　圖2-4 東

16、芝系統(tǒng)結構圖日立2.3 東芝本章小結日立本章節(jié)通過分析現場設備的工作環(huán)境和設計的具體要求，我們分析并比較不同核心的控制系統(tǒng)最終選取PLC作為控制核心；而且我們了解到現場環(huán)境時惡劣的對硬件的抗干擾性和穩(wěn)定性的要求是比較高的。最終我們在現有的技術基礎上研究并確立了本次設計的具體系統(tǒng)方案。日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立3 東芝系統(tǒng)的硬件設計日立3. 東芝1控制系統(tǒng)的主電路的設計日立本系統(tǒng)可

17、編程控制器、空壓機組、傳感器、接觸器控制柜以及觸摸屏等構成。系統(tǒng)可以通過遠程控制和手動控制對壓風機進行操作。所謂遠程控制，現場設備層的器件采集模擬信號或開關信號傳達給PLC，PLC進行運算之后再次上床給上位機，上位機根據數據匯總分析發(fā)布執(zhí)行指令。工作人員通過對上位機的操作來完成壓風機啟停和風壓的改變。同時PLC上也接有觸摸屏，觸摸屏上裝有監(jiān)控軟件，通過觸摸屏上的軟按鈕也可以對壓風機進行操作。當工作人員在現場操作時，遇到突發(fā)事件或進行器件

18、的檢修時我們可以采用手動控制。具體電氣原理圖如圖3-1所示。日立圖3-1主電路圖日立3.2系統(tǒng)硬件配置日</p><p>　　2、溫度傳感器的選型日立鉑電阻具有適用范圍廣、測量范圍大、穩(wěn)定性高、重復性好、價格低廉、使用方便等優(yōu)點，成為目前工業(yè)和實驗室中溫度測量應用最廣泛普遍的傳感元件之一。本系統(tǒng)選擇用PT100作為本次設計的溫度傳感器。日立3.2.2可編程控制器的分析日立1、可編程控制器（PLC）工作

19、原理日立PLC是一種工業(yè)控制用的計算機。PLC的工作方式有周期掃描方式、定時中斷方式、輸入中斷方式和通信方式等，最主要的方式是周期掃描方式。周期掃描方式大致分為7個過程，如圖3-2所示日立圖3-2 東芝PLC工作過程日立PLC啟動后，要進行第一次啟動的初始化處理。在啟動處理過程通過以后，要進到共同處理過程，共同處理的主要任務是復位監(jiān)視計時器、檢查I/O總顯示否正常、檢查掃描周期是否過長和檢查程序存儲器是否有異常等。由于PLC采

20、用的是掃描工作過程，所以當一個掃描周期結束之后，即使此時外部設備傳輸進來的輸入發(fā)生改變，但此時的輸入狀態(tài)映射寄存器中的內容也不會發(fā)生改變，等到下一個周期到達時才會隨之改變。日立2、PLC的基本結構日立PLC的硬件組成是由7部分組成，如圖3-3所示。表3-2簡單的介紹了</p><p>　　東芝3.2.3 東芝PLC的選型日立目前，PLC種類繁多，幾乎可以滿足各種工業(yè)控制的需求，因此，PLC的選型一般遵循

21、見表3-3所示。日立表3-3 東芝PLC選型原則</p><p>　　本系統(tǒng)中共有4臺空壓機，根據需求，模擬量輸入17個，數字量輸入17個，數字量輸出12個，具體的I/O點數見表3-1。日立表3-1 東芝I/O點數統(tǒng)計表</p><p>　　日立根據以上幾個方面比較，從性價比以及其它幾個方面進行比較，本設計采用SIEMENS公司的S7-300系列的CPU315-2DP。CPU315

22、-2DP具有大中規(guī)模的程序容量，對二進制和浮點數有較高處理性能，有兩個PROFIBUS-DP主站/從站接口，可以建立分布式I/O結構和大規(guī)模的I/O配置。該型號具有16數字輸入、16數字輸出?？商峁藴实?4VDC的輸入輸出電壓。日立3.2.4其它模塊的選型日立根據現場要求，本系統(tǒng)除CPU模塊意外還需要：模擬量電源模塊、模擬量輸入模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、接口模塊、通信模塊。日立1、電源模塊的選擇。系統(tǒng)選用PS30

23、7（5A），標準型號為307-1EA00-0AA0，該電源模塊輸出電流5A，輸出電壓24VDC，隔離性好，具有防開路和短路的功能。模塊圖如圖3-4所示。日立圖3-4 東芝電源模塊日立模擬量輸入模塊的選擇。本系統(tǒng)采用SM331-1KF00-0AB0，該模塊為AI8×13位，該模塊的輸入通道有8個，其模塊視圖和接線圖如圖3-5所示。日立3、數字量輸入模塊的選擇。本系統(tǒng)采用SM321-1BL00-0AA0，該模</p&g

24、t;<p>　　表4-2 東芝SM321I/O分配表</p><p>　　表4-3 東芝SM322I/0分配表</p><p>　　日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立日立圖4-1 東芝主程序流程圖日立4.2.1故障判斷子程序的設計日立為了能夠準確了解系統(tǒng)的運行狀況，同時可以對系統(tǒng)出現的異常情況進行快速處理，因此在程序中必須進行參數異常值得判

25、讀和報警。其程序流程圖如4-2所示。日立圖4-2 東芝故障判斷流程圖日立4.2.2 東芝程控子程序的設計日立本系統(tǒng)以總管壓力為依據，運用程序自動控制功能，實現了4臺壓風機之間的自動控制，其控制時序的設定如下：在程序中設定了4個量，即停機值、開機值、加載值、卸載值，并且對每一臺壓風機的停機時間、開機時間、加載時間、卸載時間通過計時器計時，例如一臺壓風機開始工作時，則觸發(fā)開機計時器開始計時，同時停機計數器計時器清零，反之，當壓風機停止

26、工作，則觸發(fā)其停機計時器，開機計時器清零。同樣的原理，當加載時加載觸發(fā)加載計時器開始計時，卸載計時器清零，卸載時，卸載計時器開始計時，加載計時器清零。通過記錄壓風機的這4個量來控制壓風機的循環(huán)使用。我們通過外部設備獲得總管壓力，壓風機組正常工作狀態(tài)下的總管壓力值處于加載值和卸載值之間，當測量出總管壓力值偏高，程序</p><p>　　4.3人機交互界面的設計日立人機交互界面方便了工作人員對于生產設備的查看，本文

27、人機交互界面使用的軟件是MCGS日立4.3.1 東芝MCGS軟件的介紹 東芝日立組態(tài)軟件的主要作用就是監(jiān)控，他集監(jiān)控與控制于一身，工業(yè)生產帶來了許多方便次軟件在控制系統(tǒng)的層次中屬于監(jiān)控層，是直接面對用戶的，所以開發(fā)者在開發(fā)時不僅僅要完成功能，也要考慮到人機之間交互的和諧性。組態(tài)軟件的應用領域非常廣泛，煤礦行業(yè)、大型工業(yè)、電力系統(tǒng)等領域中都得到了廣泛的應用。本系統(tǒng)的上位機和觸摸屏都采用的是MCGS。MCGS操作方便、功能齊全、界面優(yōu)

28、美、維護性強等優(yōu)點。日立打開MCGS軟件，新建一個工程便發(fā)現每個工程是由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據和運行策略這五個部分組成，如圖4-4所示。每個部分都具有自己的功能，這些功能合理的組在一起才能完成一個系統(tǒng)。主控窗口中存在的是工程的主窗口，在主控部分中我們可以根據需求放置一個或多個界面，用戶通過對這些界面的操作來調用其它窗口；設備窗口就是用來和外部設備進行連接的，本窗口中添加控制輸出的設備，定義了工程所需的變量名稱，驅動程

29、序和配置數據也是在其中完成的；用戶窗口是</p><p>　　致 東芝 東芝 東芝 東芝謝日立伴隨著畢業(yè)設計的最終成稿，心情也輕松起來，從拿到論文的題目到現在接近設計的尾聲，中間的過程并不輕松。雖然大學四年學習了很多的科目，但真正的運用到實際設計中時就會發(fā)現自己知識的匱乏與零散，不能夠很好的結合在一起完成一個完美的設計。很慶幸的是我的指導老師楊老師一次次對我的細心指導，使得我把大學期間零散的知識可以簡單整合到一

30、起，同時，當遇到問題時我會更好使用各種途徑進行解決，這使我的自學能力得到了更大的提升，這一切都要感謝指導老師孜孜不倦的教導。通過本次設計，我學習到了當我們要對某系統(tǒng)設計時，首先要進行市場調查，無論你的設計多么完美，但是沒有適用價值那就是一堆廢紙；其次要確立好整體框架，由于我們現有知識與實戰(zhàn)經驗的匱乏，整體框架的確定需要進行各種資料查詢與老師的指導；之后便是都每一個模塊進行分析設計，這其中遇到過很多困難，但經過靜心思考，仔細查閱資料，很多