基于PLC矿井压风机的自动控制系统毕业设计_说明.doc
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1、. . . . 毕业设计说明书基于PLC的矿井压风机自动控制系统设计专业电气工程与其自动化学生班级学号指导教师完成日期23 / 31毕业设计说明书(毕业论文)独创性声明本人声明所呈交的毕业设计说明书(毕业论文)是本人在导师指导下进行的研究、设计工作后独立完成的。除了文中特别加以标注和致的地方外,说明书中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究所做贡献集体和个人,均己在说明书中作了明确的说明并表示意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计说明书(毕业论文)作者签名(手写): 日期: 年 月 日指导教师签名(手写):日期: 年 月 日基于PLC矿井压风机的自动控制系统摘 要
2、: 空气压缩机是一种通过压缩气体来提高气体压力或输送气体的动力供给设备。螺杆式空气压风机更以其损失小、效率高、适应性强等优点,广泛应用于工业生产领域。随着应用规模的扩大,原有控制方式的效率低下、维修率增高等问题也日益突出。同时电子技术和微电子技术的迅速发展,由PLC自动控制压风系统,具有较高的可靠性和较好的节能效果,PLC自动控制系统正是这种技术的产物。本文在了解社会发展与需求的情况下,以某矿井压风机为项目背景,设计和开发了一种PLC自动控制压风机系统,取代了旧时代的手工控制和分散控制,从而提高了系统的自动化程度。同时论文对压风机的几种控制方式进行了分析。并进行了综述,同时,设计出了压风机自动
3、控制的总体方案、硬件配置以与软件与程序的设计。在该系统中,可编程控制器(西门子S7-300系列)作为下位机,较好的解决了自动控制等问题;上位机软件采用的是MCGS软件,通过此软件开发出一种可视化的监控画面。两者有效的结合起来,采用以矿井气压压力为主控参数,实现对压风机工作过程和运转速度的有效控制和监控。系统运行结果显示出本系统具有良好的可靠性和实用性,提高了整个压风机控制系统的自动化、智能化的水平。从而最终能够实现压风机房的无人值守。关键词:螺杆式压风机;可编程控制器;组态软件;自动控制Automatic control system based on PLC of the mine pres
4、sure fanAbstract: Air compressor is a compressed gases to enhance gas pressure or transport gases power supply equipment.Screw air compressor is more with its low loss, high efficiency, the advantages of strong adaptability, is widely used in industrial production field.With the enlargement of the s
5、cale, the low efficiency of original control mode, repair rate increases and other issues are also increasingly prominent.At the same time, the rapid development of electronic technology and microelectronics technology, automatic pressure control system by PLC, with high reliability and good energy
6、saving effect, PLC automatic control system is the product of this technology.Based on the understanding of social development and the demand of cases, a fan for mine pressure in Shandong project background, design and develop a kind of PLC automatic control pressure blower system, replacing the old
7、 days of manual control and distributed control, thus improve the degree of automation of the system.At the same time the paper studies for compressor control several ways, and were summarized, at the same time, designed the fan on the overall scheme of the automatic control of pressure, hardware co
8、nfiguration and software and program design.In this system, programmable controller (Siemens S7-300 series) as the lower machine, better solved the problems such as automatic control; PC software USES MCGS software, through the software to develop a visual surveillance images. Both effective combina
9、tion, using pressure as the main control parameter, to the mine pressure in the working process of the compressor and the effective control and monitoring of the running speed.System operation results show that this system has good reliability and practicability, improves the automation and intellig
10、ence of the whole control system of compressor.So as to eventually be able to realize pressure wind room unattended.Keywords:Screw compressor;Programmable controller;Configuration software;The automatic control目 录1 前言61.1项目背景61.2课题研究意义61.3 PLC的发展状况71.4效果预测72 系统的总体方案设计82.1方案的比较与选择82.1.1以PC机为核心控制系统82.
11、1.2以单片机为核心控制系统82.1.3以PLC为核心控制系统92.2系统方案112.3 本章小结123 系统的硬件设计133. 1控制系统的主电路的设计133.2系统硬件配置133.2.1检测技术与传感器的选型133.2.2可编程控制器的分析143.2.3 PLC的选型153.2.4其它模块的选型173. 3本章小结194 系统的软件设计204.1 PLC软件的设计204.2主程序的设计204.2.1故障判断子程序的设计224.2.2 程控子程序的设计234.3人机交互界面的设计24人机交互界面方便了工作人员对于生产设备的查看,本文人机交互界面使用的软件是MCGS244.3.1 MCGS软件
12、的介绍244.3.2 主界面的设计254.4 本章小结275总结与展望28参考文献29致 301 前言1.1项目背景本学位论文的课题来源于某矿井压风机房。刚压风机房具有4台英格索兰生产的MM300-2S型螺杆式压风机,每台压风机独立控制,为矿井建设提供动力。由于对4台压风机的操作要进行现场调试,给整个压风机房的操作、维护和管理带来了不变。此外,原控制系统是继电器接触器控制,这些年,器件经常容易损坏,在控制也出现落落很多的问题,严重影响了压风机的正常运行。另外矿用压风机需要长时间的运行,而且煤矿每时的风量又都不一样,则会出现供风压力不稳定的现象,为避免这种情况,压风机就要在空载(或轻载)和负载状
13、态下切换,经常这样使用会导致设备使用时间的减短,对国家电力资源造成浪费。针对上述情况,就需要设计出对于压风机的自动控制同时又能智能检测的系统,以提高空压机的工作效率。该系统能够根据风量的变化实现自动化控制,并能够远程操作、监控和报警,对于过压、过热、电流过载等情况进行有效保护,以达到提高生产效率,稳定了压风机的工作性能,能够让工作人员得到更多的休息,提高了工作人员对工作的热情。1.2课题研究意义煤矿矿井压风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分,压风机在其中又起到至关重要的作用,压风机一般用在气动设备的动力提供上,将空气压缩成一定压力的气体,使之运转。例如供井下风镐、风泵等气动设备。可以把井下的
14、粉尘冲淡,这样就能给工作人员创造出一个好的工作环境,保证了他们的健康。所以压风机是矿井系统安全运行的重要保障。设备运行的平稳性将直接决定整个生产是否能够完成指标。PLC作为驱动设备,凭借着其通用性和可靠性等优点,在这个电子技术和微电子技术的迅速发展的社会中得到广泛应用。由PLC自动控制压风系统,提高了可靠性和节能效果,在整个自控系统中,通过远程控制能够更好的完成生产需求。本文通过一个实例基于PLC的矿井压风机自动控制进行分析。矿井中工作环境的好坏,将直接决定了工作效率与工作人员的身体健康,所以压风机的使用就显得越发的至关重要。我国是煤矿大国,煤矿安全与生产效率是我国政府一再强调的问题,因此提高
15、生产安全性和生产效率是至关重要的。所以提高矿井系统的安全性。可靠性和快速性是势在必行的。之前的煤矿压风机控制系统中,多采用继电器和接触器控制方式,这种控制方式体积庞大;由于触电过多,会出现接触不良等故障的发生,同时当故障产生时也不利于检修;而且运行速度慢,生产效率低下。PLC与上位机有效的结合在一起将解决这一系列的问题,通过PLC对现场设备的控制,并把工作状态上传给上位机,我们就可以通过上位机进行实时监控,这样使得压风机的使用寿命增加,故障排除简单,工作效率提高。为煤矿矿井压风系统的节能技术改造提供一条新途径。1.3PLC的发展状况在工业生产过程中,存在着大量的开关量信号。这些信号遵循一定的逻
16、辑条件和逻辑关系按顺序做出相应 的动作,根据动作的结果来驱动。在PLC出现之前,传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。工厂自动化控制的初期阶段采用继电器进行控制,但是这种控制方式存在着很多的弊端,这个继电器控制组体积过于庞大、耗电量多、继电器由于长时间的吸合断开导致寿命短、运行的速度也不尽人意等,所以后期就急需研发出一种可以替代继电器控制的控制方式。随着工业现代化的发展,企业规模的不断扩大,对生产率的要求也越来越高,控制系统的可靠性也要随之提高,以至于原有的继电器控制方式渐渐不能满足这些需求。1969年,美国数字设备公司把继电接触器控制的有点与计算机功能齐全、灵活、通用的特点结 合
17、起来研制出了一种新型工业控制装置,并在其他行业很快得到了推广应用,这就是第一代可编程控制器。社会在发展进步,各个领域都向着自动化、信息化的方向发展,其中工业生产一直强调提高工作效率,减少人力,这就更大大的强调了自动化的重要性。而PLC作为工业控制中的电控装置,其重要性更是不言而喻的。而且随着技术的发展和市场需求的增加,可编程控制器也随之更新,体积越来越小,功能越来越全,可靠性越来越高、运行速度越来越快、稳定性也越来越强。1.4效果预测本系统通过智能传感器对设备层的一些数据进行检测,通过背板总线上传给PLC控制单元,PLC存储器中是可以进行程序编写的,通过对测量数据的比较,对压风机组进行轮流工作
18、,以达到自动化控制的目的。控制结果上传给上位机,上位机界面对压风机进行实时监控,工作人员通过对观察上位机就可以准确的了解到每个压风机的工作状态和实时数据,还可以通过对上位机界面的控制来实现对压风机组的远程控制。当故障出现时,可以与时确定故障所在,并把压风机组的自动控制切换到手动控制,放便检修。通过此系统能够达到矿井压风机的无人值守,提高压风效率、节能减排、减员增效的目的。2 系统的总体方案设计2.1方案的比较与选择在本次设计中,对于压风机的控制系统的方案,按控制核心的不同,大致可分为以PC机为核心控制系统,以单片机为核心控制系统,以PLC为核心控制系统这三种。2.1.1以PC机为核心控制系统以
19、PC机为核心控制系统的简略系统结构图如图2-1所示。图2-1 基于PC机为核心结构图 以PC机为核心的控制系统在大小型工业控制中占有一定的比例,基于其技术开放、操作方便、结构简单,并且具有丰富的软件资源。主要特点是:把I/O装置做成板卡的形式,这样就能将它直接和PC机上的总线相连接,也就是说可以直接插在计算机的扩展槽上使用。这种方案以其结构简单、器件少而立足,但是也正是由于它过于简单,所以存在着很多的不足之处:1、我们所要检测点信号都集中到一起,信号线过多造成现场信号相互之间存在一定的干扰,并且维护也不方便;2、控制中心只有一台PC机,当计算机出现故障,系统整体就有可能出现瘫痪,风险高;3、工
20、作现场不能够看到检测数据,也不能报警,灵活性差。2.1.2以单片机为核心控制系统以单片机为核心控制系统简略结构图如图2-2所示。图2-2 以单片机为核心控制系统结构图运用单片机控制方案,是因为单片使用起来结构简单,成本低。但是采用单片机控制,还有很多不足之处:1、在对此系统进行设计时,扩展电路和系统配置电路这两部分设计比较复杂,耗费了大量的时间,影响了工作进程。2、由于此次系统设计的使用环境是矿井,工作环境比较恶劣,所以对系统的抗干扰性的要求就比较高,而用单片机控制方案抗干扰性差,虽然我们采取了一些措施减少干扰,但总体效果并不是怎样理想。3、系统的电源模块还需要自己设计,这就更增加了设计者的工
21、作量 ,而且系统的稳定性和可靠性都得不到保障。4、每个系统在长时间运转之后都有一个维修周期,而单片机控制方案维修不方便,给维修人员带来了不便。2.1.3以PLC为核心控制系统以PLC为核心控制系统的简略系统结构图如图2-3所示。图2-3以PLC为核心控制系统结构图PLC是适合于工业生产控制的一个电子装置,通过在其部村存储器中编写程序来进行逻辑运算、计时、算法运算等操作,同时通过外部设备对一些数字量和模拟量的提取,并通过输出对现场控制。把PLC和外部设备有效的结合运用,使得整个系统适用于各种大中小的工业控制。PLC具备以下特点见表2-1所示。表2-1 PLC特点1)、集成电路式样可靠性高,抗干扰
22、能力强是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。2)、配套齐全,功能完善,适用性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。3)、易学易用,深受工程技术人员的欢迎采用简明的梯形图、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。4)、系统的设计、建造工作量小、维护方便、容易改造PLC用软件功能取代了继电器控制系统量的中间继电器、时
23、间继电器、计数器等器件,使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试,输入信号用小开关来模拟,通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后,在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决,系统的调试时间比继电器系统少得多。在本次设计方案的选取中,考虑到现场工作环境的恶劣,抗干扰性强,价格经济等方便,故选取PLC控制系统是更为适合。2.2系统方案由于空压机在矿井建设中起到至关重要的作用,设计的成功与否对该矿的生产起到一个关键作用。因此,安全、稳定、高校是贯穿本次设计的一个宗旨。电气
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