冷却风机控制系统设计.docx
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冷却风机控制系统设计.docx
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冷却风机控制系统设计
一、设计目的
通过对一个实用控制系统的设计,综合运用科学理论知识,提高工程意识和实践技能,使学生获得控制技术工程的基本训练,使学生在实践中检验真理,为以后走上工作岗位打下良好基础,使学生初步具有控制系统主电路、控制程序的分析和设计方法,培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力,培养学生的工程技术应用能力。
设计程序应用到实际生产中,符合设计要求,完成设计过程。
二、设计要求
根据风量大小调整开机的数量,冷却风机四台110kw。
电机开机时,风机按照1号、2号、3号、4号的顺序启动,采用软启动以减少启动时对电网的冲击;为降低成本使用一台软启动器。
1号风机完成启动,转速达到额定转速,切换到直接运行方式,同时软启动器退出再按相同的方法启动2号、3号、4号风机,每一台风机都具有单独停止功能,整个系统具有完整的指示和保护功能。
三、设计步骤
整体设计方案如下:
图1
1.系统设计整体思路
根据题目设计要求,应用可编程控制PLC来控制风机的启动停止,达到工业计算机自动控制,首先确定使用三菱PLC来达到控制的作用。
控制风机启动与停止的电机功率为110W,共四台,在电机选取上已确定了电机的基本功率型号;此外,要达到电机启动时对电网的冲击,故而采用软启动器来实现(为减少成本,要实现系统中一台软启动器控制四台电机的顺序软启动);在选择软启动器时,考虑到电机的功率型号偏大,故而软启动器的型号功率也应该相匹配。
在控制电机的软启动过程及全额运行能安全无误正常的工作,PLC不单单要保证正常工作,此外,还要有很好的故障保护设计;PLC控制电机的同时,还要控制软启动器的一些换机启动、故障控制以达到整个系统的稳定安全运行。
故对PLC的设计要实现合理与稳定,来控制整个系统的合理运作。
2.硬件设计
1)软启动器
软启动的原理图:
ab
图2
a、使用每一相由2个晶闸管(共6个)首尾相连的控制器,在起动时逐渐升高电压,驱动三相异步电机。
b、根据晶闸管的导通时间和角度,可以用于提供频率固定逐渐升高的电压。
c、输出电压的逐渐升高可以由加速斜坡或限制电流值控制,或者与这两个参数相关。
在此次电机控制中,考虑到电机的功率为110KW,负荷有点重,同时还要实现节约,由一台软启动器控制四台电机正常工作,选取软启动器时需要更高的要求及功能。
在查询各软启动器型号及功能手册后,结合所需的功配参数,选取了施奈德公司生产的型号为:
ZY-FR2000系列软启动器,该系列软启动器能够实
现该设计所需的要求,能够保障正常运行。
图3
CL1,CL2为电源输入端子,此外三相电源线RST线分别从1/L13/L25L3接入输出线UVW线分别从2/T14/T26/T3输出,软启动器各端子如图3所示,其接线图如图4.
图4
2)接触器
接触器的选型主要需要确定种类,负载类型,主回路参数,控制回路参数辅助触头,以及电气寿命,机械寿命及工作制等多种情况综合考虑。
因为电机功率为15KW,电压为380V,所以电流为39.5A。
所以选择施耐德D2系列国产,LC2D5011Q5N。
型号说明:
LC1-D0910M5C
LC:
交流线圈1-:
单个接触器D:
D系列09:
对应电流规格10:
辅助触点M:
电压代码,380V-Q5:
线圈特性,50HZ,交流线圈;C:
产品类型,C标准型,N,经济型。
3)断路器
选用施耐德公司GV2m01*C
型号说明:
GV2:
系列;m:
按钮式,热磁型;01:
热脱扣设定范围或磁脱扣电流大小;C:
合资厂产品,无:
进口产品。
4)PLC部分硬件接线
控制电路主要由PLC实现,而同时,PLC的选取就很重要。
PLC是整个冷却风机控制系统的核心,它要完成对系统中所有输入信号的采集、来对电机的控制。
一般我们在选择PLC时,要考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素,以日本三菱PLC为例,该PLC有FX;A;Q三大系列,在FX系列中又有FX.1S;FX.lN和FX.2N三种型号。
依据控制任务,从PLC的输入/输出点数、存储器容量、输入/输出接口模块类型等方面等来选PLC型号。
在该题目的升级要求中,我们可以选择三菱FX1N-40MR-001。
三菱FX1N-40MR-001的主要参数为:
属于基本单元模块
自带24点输入/16点输出
采用继电器输入输出
可扩展性
用交流供电
是FX1N系列里面的40点数模块
I/O端口分配
输入信号输出信号
启动X0一号风机软起动Y0
停止X1二号风机软起动Y1
t T 2T 3T 一号风机停止X6三号风机全速运行Y6 二号风机停止X7四号风机全速运行Y7 三号风机停止X10报警Y10 四号风机停止X11 一号风机额定转速X12 二号风机额定转速X13 三号风机额定转速X14 四号风机额定转速X15 一号风机故障X16 二号风机故障X17 三号风机故障X21 四号风机故障X22 报警X20 手动清除报警X23 PLC的I/O接线图 图5 5) 硬件主电路图 图6 3.软件设计 1)风机启动控制 按照要求四台风机公用一台软起动器,且风机启动时要按照顺序启动,启动时1号风机先启动;若需要运行2号风机,其启动必须在1号风机软起动结束后进行;同理,3号风机必须在2号结束软起动后进行启动。 因此每台风机在开始软起动前要先检测有无其他风机正在软起动,若有其他风机正在软起动则等待软起动结束后开始启动,若没有其他风机在软起动则可软起动。 2)风机运行控制 因风机做冷却风机使用,故认为其对冷却对象进行吹风冷却。 当被冷却物温度较高时,认为需要的风量大,可运行多台风机;当被冷却物温度不是很高时,认为需要的风量小,可运行一台风机。 本次设计假设温度设定值为T0,即当被冷却物的温度t等于或者小于设定值T0时,认为符合要求。 本次设计做如下设定: 当检测到被冷却物温度t在T0和1.5T0之间时,运行一台风机;当t在1.5T0和2.0T0之间时,运行两台风机;当t在2.0T0和2.5T0之间时,运行三台风机;当t高于2.5T0时,四台风机全部运行,并发出报警。 风机运行过程控制流程图如下。 图7 3)电气元件列表 元件名字 符号 型号 数量 可编程控制器 PLC FX1N-40MR-001 1 软启动器 ZY-FR2000 1 断路器 QF GV2m01*C 6 热继电器 FR JR20-160 4 接触器 KM LC2D5011Q5N 9 按钮开关 SB XB4-BA31 7 报警器 XZS-110A 1 风机电机 M 110KW 4 表1 4)仿真及结果分析 按下启动按钮SB0后,X000闭合,当温度温度传感器检测到的温度他t 当检测温度T 当检测温度2T 当检测温度3T 四、设计心得 通过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了有关冷却风机控制系统方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。 实践出真知,通过亲自动手制作,使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 在这次课程设计中,我掌握了设计软件的识别和测试;熟悉了冷却风机控制系统;了解了仿真软件的使用方法;以及如何提高风机运行的性能等等。 更重要的是,我们学会了很多学习的方法。 而这是日后最实用的,真的是受益匪浅。 要面对社会的挑战,只有不断的学习、实践,再学习、再实践。 这对于我们的将来也有很大的帮助。 我认为,在这学期的设计中,培养了我们独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。 使我们初步具有控制系统主电路、控制程序的分析和设计方法,培养理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力,培养学生的工程技术应用能力。 参考文献: [1]《微型控制技术计算机》.赖寿宏.机械工业出版社,2012.1 [2]《PLC原理与应用基础》.曾令琴.人民邮电出版社,2012.3 [3]《ATS48软启动器用户手册》.源自网络,2012.10 [4]《电机及拖动基础》.顾绳谷.机械工业出版社,2010.9 [5]《现代控制原理》刘豹、唐万生机械工业出版社,2011.11 附录
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