基于PLC的变频控制论文.docx
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基于PLC的变频控制论文
安徽电气工程职业技术
学院毕业论文
题目:
淀粉生产中多台
离心机控制系统的改造
专业:
生产过程自动化技术
班级:
生产过程自动化2班
姓名:
********
学号:
指导教师:
实习单位:
类型:
论文报告
二01四年4月12日
淀粉生产中多台离心机控制系统的改造
摘要:
在安庆绿控有限公司实习期间,协助该公司工程技术人员为赛而特离心机厂完成一个对“淀粉生产中多台离心机控制系统”项目的改造和制造。
安庆赛而特是以研制离心机为主的高新技术企业,公司拥有多种国内外先进加工设备,并具有国内一流的动平衡技术和仪器
在参与该项目过程中,设计人员通过多次讨论与实践,对该项目的起动方式和控制方式进行了改造。
最后的设计方案是通过变频器起动离心机,PLC和电气控制的方法控制离心机启停和系统保护,使用触摸屏和按钮进行操作。
关键词:
变频器,电气控制,PLC控制,PLC编程,触摸屏
目录
1、引言-1-
1.1、厂方要求-1-
1.2、厂方的设计方案-1-
2、控制系统改造的必须性-2-
2.1、厂方设计方案的缺陷-2-
2.2、改造后的设计方案-2-
3、改造系统设计-4-
3.1、主要设备选定-4-
3.1.1、电机:
-4-
3.1.2、变频器参数:
-4-
3.1.3、PLC的CPU:
-6-
3.1.4、PLC模拟量模块:
-6-
3.1.5、触摸屏:
-7-
3.2、电气控制回路介绍-8-
3.2.1、主回路:
-8-
3.2.2、控制回路:
-10-
3.3、PLC程序解读-16-
3.3.1、主控制柜PLC程序解读:
-16-
3.3.2、分控制柜PLC程序解读:
-23-
3.4、触摸屏程序解读-37-
3.4.1、软件界面-37-
3.4.2、主窗口结构-38-
3.4.3、参数设置窗体结构:
-42-
3.4.4、历史数据和报警记录介绍:
-44-
3.5现场调试图-45-
4、总结-46-
5、参考文献-47-
1、引言
1.1、厂方要求
厂方要求是使用一台变频器起动三台离心机的电机逐次启动。
期间要利用变频器的软启动功能将启动电流从零开始,一直缓慢增加到最大值,最大值不超过额定电流。
当电机达到额定转速时,电机脱离变频器控制,进入工频运行。
并且要求对分别三台离心机的进料流量、电机轴承振动、电机温度、电机润滑油的进口流量和出口流量、电机输入电压,输入电流、电机转速进行监视、显示、运算和操作。
通过对上述数据的监视,实现当电机轴承振动过大或温度过高时实现接触器保护动作,对电机润滑油的进出流量进行控制等。
利用继电器、熔断器等电气设备实现对系统的过电流保护、过电压保护,短路保护等。
1.2、厂方的设计方案
离心机起动方法是Y—△起动;这种起动方式是在起动时将定子绕组接成星形,星形起动时它的起动电流为额定电流2~3倍,起动转矩为三角形启动的3/1。
当起动完成后,才通过接触器、继电器触点动作,转换为三角形运行。
离心机启停控制方案是使用三台PLC分别与相对应的电气器件组配成3个控制柜,而变频器和总开关直接安装在动力室中。
三台电机分别从动力室连接工频电路和变频电路,利用多台继电器对两条电路进行互锁,通过PLC进行控制继电器的触点的动作。
控制器PLC也会进行互锁,每台控制柜的面板安装有离心机频率、轴承温度、轴承振动、进料流量、电机电流检测表计,还有启停按钮,报警、运行显示灯等。
这个设计方案每个控制柜都会引出3根连接工频电的电缆,3根连接变频器的电缆和3根连接离心机的电缆,并且控制系统互锁的需要,每个控制柜需要互相连接很多根控制线。
2、控制系统改造的必须性
2.1、厂方设计方案的缺陷
厂方的设计方案中离心机起动方式的优点是结构非常简单,价格相对于其它方法是最低的,但是因为其启动时间非常长,大概在200~300S,使得电机长时间过电流,电机发热,线圈易损坏。
并且在电机启动过程中会对电网产生冲击。
在控制方案中因为连接电缆过多,且错综复杂,对现场施工增加了很多困难。
一旦电源线连接错误很容易使得变频器损坏,而控制线连接过于复杂,非专业人士无法安装,需要公司委派技术人员进行现场施工,造成很大麻烦;同时也对系统以后发生故障时,厂方维修人员的检修造成困难。
2.2、改造后的设计方案
起动方式使用了变频器起动;变频器起动是通过改变离心机电源的频率,来改变离心机的转速和转矩,所以不存在电机长时间过电流和对电网产生冲击。
由于离心机起动完成后不需要改变转速,且离心机停机也不需要减速停机,所以在这个项目中变频器仅仅起着启动电机的作用,就是通过变频器完成起动三台离心机,起动完成以后离心机转到工频电路上。
因为一台离心机配一台变频器的使用效率太低,且考虑到大功率的变频器价格高昂,所以最终确定了通过一台变频器逐次启动三台离心机,使用PLC进行控制的方案。
在新方案中,技术人员增加了一个控制柜,作为主柜,另外三个作为分柜。
主柜中配备一个PLC和变频器,PLC用于控制电机在工频电路、变频电路中转换和离心机启停控制;变频器安装在主柜中后,将节约线材,去除了变频、工频转换电路所用的电缆,通过使用铜板在主柜内部连接,只需要从动力室连接一条三相电缆;也会简化电缆连接,只需要在柜内留下连接电源的三相电输入端子排和连接电机的三相电输出端子排。
三个分柜各安装一个PLC作为控制和一个触摸屏作为人机接口,分柜PLC输出离心机启停信息给主控PLC。
触摸屏上使用485通讯端口与分柜PLC通讯,用于控制润滑油泵和离心机启停,和利用触摸屏的超限报警功能对离心机参数(轴承温度、轴承振动、电机电流、进料流量)进行超限保护。
使用触摸屏显示和控制,较原来的方案中使用表计显示参数、状态,更加形象、准确、可读性更强;较原来方案中的按钮控制,触摸控制更容易操作,对操作人员的技术要求也更加低,错误率也会更低。
3、改造系统设计
3.1、主要设备选定
3.1.1、电机:
数量:
三台
生产厂家:
安徽皖南电机股份有限公司
型号:
YZQ-225M-2V6编号:
59136406生产日期:
2013年3月
额定功率:
37kW额定电压:
380V额定电流:
67.9
额定频率:
50Hz额定转速:
2960r/min功率因数:
92%
堵转转矩:
0.9总重:
290kg
图1、电动机铭牌
3.1.2、变频器参数:
数量:
一台
生产厂家:
英威腾(invt)产品型号:
CHF100A_110G/132P-4
额定输出功率(kW):
110.0/132.0适配电机:
110.0/132
输入电压:
三相380V±15%输出电压:
0~额定输入电压
额定输入电流(A):
210/240额定输出电流(A):
210/250
输入频率范围:
47~63Hz输出频率范围:
0~400Hz
综合技术特性(只介绍本文相关):
可编程数字输入:
7路开关量输入,1路高速脉冲输入,支持PNP、NPN双极性光耦隔离输入
继电器输出:
2路输出
控制方式:
开环矢量控制(SVC)
过载能力:
150%额定电流60S;180%额定电流10S
自动电压调整功能:
当电网电压变化时,能自动保持吃输出电压恒定
提供多种故障保护功能:
过流、过压、欠压、过温、缺相、过载等保护功能。
R
S
T
P1
(+)
(-)
U
V
W
POWER
MOTOR
图2、变频器端子排
主回路的端子的功能说明:
端子名称
功能说明
R、S、T
三相电源输入端子
(+)、(-)
外接制动单元预留端子
(+)、PB
外接制动电阻预留端子
P1、(+)
外接直流电抗器预留端子
(-)
直流负母线输出端子
U、V、W
三相交流输出端子
接地端子
3.1.3、PLC的CPU:
数量:
四台
生产厂家:
西门子(SIEMENS)产品型号:
S7-224XPCN
通讯端口:
RS232/485电源:
24VDC
数字量I/O:
14DI/10DO模拟量I/O:
2AI/1AO
程序存储器:
16384B数据存储器:
10240B
图3、PLC接线介绍
3.1.4、PLC模拟量模块:
数量:
三台
生产厂家:
西门子(SIEMENS)产品型号:
EM231
模拟量输入点数:
4路模拟量输入输入类型:
差分输入
输入范围:
电压(单极性):
0~10V、0~5V
电压(双极性):
±5V,±2.5V
输入分辨率:
电压(双极性):
2.5mV(0~10V时)、 1.25mV(0~5V时)
电压(单极性):
2.5mV(±5V时) 1.25mV(±2.5V时)
电流:
5µA(0~20mA时)模数转换时间:
<250µs
数据字格式 :
单极性,全量程范围 0~32000 双极性,全量程范围 -32000~+32000
3.1.5、触摸屏:
数量:
三台
品牌:
威纶WEINVIEW产品型号:
TK6102i
显示:
显示类型:
10”TFT分辨率:
(WxHdots)800x480
显示亮度:
(cd/m2)300对比度:
500:
1
背光类型:
LED背光寿命:
30,000小时
显示色彩:
65536
触控面板:
类型:
4线模拟电阻式
触控精度:
ActiveAreaLength(X)±2%,Width(Y)±2%
RAM:
Flash储存器(MB)128DRAM:
64MB
处理器:
32BitRISC400MHzMiniUSB:
下载口USB2.0x1
COM口:
Com1:
RS-232/RS-4852w/4w,Com3:
RS-4852w
电源:
输入电源:
24±20%VDC电源功耗:
300mA@24VDC
隔离电源器:
内置耐压500VAC(1分钟)
绝缘电阻超过50MWat500VDC
抗震10to25Hz(X,Y,Z方向2G30分钟)
规格:
外壳材质工业塑料外形尺寸WxHxD271x212x50mm
开孔尺寸(mm)260x202重量(kg)约1.4kg
操作环境防护等级NEMA4/IP65
储存环境温度-20°~60°C(-4°~140°F)
使用环境温度0°~50°C(32°~122°F)
使用环境湿度10%~90%@40°C,无冷凝
3.2、电气控制回路介绍
图4、主控制柜
3.2.1、主回路:
图5、主回路电气原理图
主回路主要有两条电路,一条是工频电路、一条是变频电路。
从动力房引出三相电到主控制柜铜牌端子上,通过铜牌进行分流。
工频电路是从主控制柜铜牌上引出三条三相交流电,利用铜牌连接到三台对应的继电器触点上上,再连到控制柜的端子排上。
变频电路是从主控制柜铜牌上引出条三相交流电,利用铜牌连接到变频器输入端,从变频器输出端引出,连接到三台对于的继电器出点上,再连到控制柜的端子排
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