PAGE2基于PLC的礦井熱風機組控制系統(tǒng)設計摘要本文是以礦井井口溫度為研究對象而設計的基于PLC的礦井熱風機組變頻調(diào)速系統(tǒng)，礦井熱風控制是井下采、掘行業(yè)必不可少的環(huán)節(jié)，特別是在北方冬季的礦井口，井內(nèi)的溫度狀態(tài)井口的溫度對礦井安全來說非常重要。本課題介紹了課題背景及研究意義，重點分析了PLC的發(fā)展與變頻技術的發(fā)展及調(diào)速理論；對工藝過程進行了具體的分析，設計了礦井熱風機組自動控制系統(tǒng)；構建了基于PLC的礦井熱風機組控制系統(tǒng)實施方案，設計了軟、硬件系統(tǒng)，最后由組態(tài)王軟件制造出礦井監(jiān)控系統(tǒng)及報警系統(tǒng)。仿真做出后完成康靜熱風機組控制系統(tǒng)設計。系統(tǒng)詳細控制流程是通過在礦井口安放一組熱風機，即三臺熱風機，兩臺用另一臺作為備用，并且由變頻器控制風機組，每臺電機都可以一樣的頻率或者不同的頻率運行，變頻轉換由開關控制。系統(tǒng)運行時，傳感器首先檢測環(huán)境溫度，若環(huán)境溫度高于5℃，熱風機不啟動，反之，傳感器檢測礦井巷道混合風溫度，當混合風溫度低于2℃時，進行上電啟動1號熱風機。給儀表設置上下限信號，下限為2℃時和上限為10℃。當混合風溫度仍低于2℃給變頻器信號，此時使得變頻器頻率增加，風機轉速加大，使溫度處于范圍之內(nèi)。當回水溫度低于2℃時，風機不啟動。當混合風溫度高于10℃時，傳感器傳入開關量信號給PLC，PLC給變頻器信號，此時使得變頻器頻率減少，風機轉速降低，使溫度處于范圍之內(nèi)。當一臺變頻器達到50hz時，啟動另一臺，當一臺變頻器頻率降到15hz時，則停止另一臺。啟停順序為先起先停。關鍵詞：熱風機組；PLCs7-200；組態(tài)；變頻技術；風溫；水溫。目錄31948礦井熱風機組控制系統(tǒng)設計 I17658摘要 I24179第一章緒論 1179481.1課題研究背景和意義 1126621.2國內(nèi)礦井巷道防凍技術的研究現(xiàn)狀 1199921.3礦井巷道防凍技術的發(fā)展趨勢 2192201.4PLC發(fā)展概況 3201351.4.1PLC發(fā)展歷史 3150491.4.2PLC市場情況 378101.5變頻調(diào)速發(fā)展概況 553581.5.1變頻調(diào)速發(fā)展歷史 5161501.5.2變頻器井口溫度理論分析 5458第二章礦井熱風機組工藝過程概述 7311892.1礦井熱風機組系統(tǒng)簡介 715802.2熱風機組簡介 794612.2.1熱風機組的結構及工作原理 8229482.2.2熱風機組的運行特性及特點 813092第三章礦井熱風機組自動控制系統(tǒng)設計 10327433.1總體方案設計 1035933.2熱風機組熱風溫度控制系統(tǒng)設計 10178803.3礦井巷道混合風溫度控制系統(tǒng)設計 11311003.4熱風機組回水溫度保護系統(tǒng)設計 132121第四章基于PLC的礦井熱風機組控制系統(tǒng)實施方案 14281314.1控制系統(tǒng)總體結構及原理 1465294.2自動化儀表設備選型 1525834.2.1PLC選型 1510114.2.2變頻器選型 164374.2.3熱風機選型 1771324.2.4傳感器及檢測儀表選型 21212024.3硬件系統(tǒng)設計 2278374.3.1主回路設計 2298294.3.2控制回路設計 23220234.3.3PLC設計 2463694.3.4變頻器設計 2599804.4軟件系統(tǒng)設計 26217284.4.1PLC編程語言 26281694.4.2系統(tǒng)程序設計 2730658第五章上位機監(jiān)控系統(tǒng)設計 33250655.1組態(tài)王簡介 33145135.1.1軟件定義 33130755.1.2軟件特點 34195675.1.3軟件主要亮點 3563355.2熱風機組監(jiān)控系統(tǒng)設計 3553305.3系統(tǒng)調(diào)試 3816134總結 4324792參考文獻 44緒論課題研究背景和意義在北方，大多數(shù)礦井在冬季和開春的季節(jié)，都會面臨溫度對進風井的影響，尤其是開春的季節(jié)，在井口是因為溫度較低，并且雪開始融化變成冰，造成井口結冰或者低溫導致隱患，因此井口房一般都有安置空氣加熱室，其中放至熱風機組，通過向井內(nèi)輸送熱風以來保證井口溫度在一定溫度之上，來保證礦井正常運作。目前，在北方的絕大部分礦井中，為保證井口溫度，都安置熱風機組。而為了工藝上實現(xiàn)以及本著節(jié)能的意愿，我們采用了S7-200PLC控制變頻器，由變頻調(diào)速控制風機吹進熱風量控制井口的溫度這個想法。本課題的選擇背景是針對北方礦井在冬天較冷的情況下所設計的系統(tǒng)，在距離井口10米左右放置若干熱風機，熱風由換熱器加熱，再通過熱風機吹進井口，井口放溫度傳感器,用于測量井口溫度,并且溫度測量值由儀表做顯示,在反饋給PLC,由PLC控制變頻器，從而控制風機，構成閉環(huán)，把井口溫度控制在一定溫度之內(nèi)，保證礦井井口溫度，使得井口不會結冰，造成麻煩。國內(nèi)礦井巷道防凍技術的研究現(xiàn)狀現(xiàn)在國內(nèi)礦井巷道防結冰采用鍋爐燃燒和高效水源熱泵機兩種方式，由于技術落后及大量小礦場的存在，鍋爐燃燒防凍成為主要方式。大部分井口有空氣加熱室，熱風機組安置其中，通過向井內(nèi)吹熱風來保證巷道溫度在一定溫度以上，保證礦井巷道不結冰。國內(nèi)小型的礦場一般都采用讓熱風機固定風速持續(xù)往井口內(nèi)輸送熱風的方式，這樣的方式控制不穩(wěn)定而且容易發(fā)生安全事故。人為簡單操作熱風機和設定設備參數(shù)，系統(tǒng)控制簡單，可靠性不大；熱風機一般采用直接啟動的方式，啟動不簡便，啟動電流大，對熱風機損害大；尤其是對風量的控制，采用人工改變風門擋板位置，通過這種方式輸送控制需要的風量，但這種控制自動程度低，費能。我國礦井巷道防凍在技術上，正經(jīng)歷從模仿、應用簡單的階段。走向開發(fā)研究、技術綜合，利和時期，但開發(fā)出的系統(tǒng)還有缺點，我國大多以單片機控制器的防凍監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)存儲到控制都是它完成，因而這類系統(tǒng)性能再主控制器有限制?？墒菃纹瑱C可靠乘度低并且易受外界的干擾，但是礦井巷道環(huán)境及其惡劣，因此拿單片機當作主控制器難實現(xiàn)預期效果。礦井巷道防凍技術的發(fā)展趨勢對比單片機，PLC不論從價格還是性能方面都占很大優(yōu)勢：可靠的性能、良好的穩(wěn)定性﹑高集成度、高效率、比較強的抗干擾能力、組態(tài)靈活多變﹑編程簡單易懂﹑維護也及其方便。并且?guī)Ф喾N拓展通信接口，能夠方便的建立各級連接。PLC更適合作為主控制器應用在礦井巷道防凍的監(jiān)控之中。隨著PLC和變頻調(diào)速技術迅速發(fā)展，PLC和變頻器在生產(chǎn)中得到廣泛的應用。PLC不僅有控制系統(tǒng)的功能，而且擴展了智能模塊，形成不同的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度控制、閉環(huán)控制、位置控制，以此來適應不同工業(yè)的需要。在礦山巷道的防凍技術中，PLC可用于控制熱風機組系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)自動化程度和穩(wěn)定性。采用變頻器控制熱風機的操作，可以完成熱風機的軟啟動和無級調(diào)速，也可以降低風機的能耗，節(jié)約電能。如果采用組態(tài)技術，全面改造熱風機組系統(tǒng)，建立合理完整的監(jiān)控系統(tǒng)，對提高科學管理水平和改善礦井熱風機設備運行意義重大。PLC發(fā)展概況PLC發(fā)展歷史1968年，美國GM(通用汽車)公司提出了想要帶體繼電器控制裝置，第二年美國數(shù)字公司腌制出可編程控制器弟一代，滿足公司裝備線要求。如今集成電路基數(shù)和計算機技術發(fā)展，已經(jīng)有NO.5的PLC產(chǎn)品。改變極械性能與幾何性狀的制造工業(yè)，物理變化與化雪變化將原料磚化成產(chǎn)品的過程工業(yè)，滁以連續(xù)量為主控制外，在制造業(yè)中存在議開關量為主的開環(huán)的順序空制時，它按照邏輯順序動作號進行時廳動作;除此之外有與順序、時序都沒關系的通過邏輯關系連鎖保護動作的控制;以及計時器、開關量、計數(shù)器、脈沖量、和模擬量的越限報警等狀態(tài)量為主要量的—離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視法。因為空置和監(jiān)視的要求，PLC便盛了代繼電器線條與進行順序空置為主的現(xiàn)代產(chǎn)品。在80年代至90年代時，這時的PLC是發(fā)展最快的時期，年增長率保持在30~40%。由于PLC聯(lián)系處理模逆的能力與網(wǎng)絡方面的功能進步，擠滿了部分DCS的市場并且慢慢的壟斷污水處理及別的行業(yè)，之后IPC出現(xiàn)，近年來現(xiàn)場總限技術的發(fā)展，IPC和FCS也擠占PLC市場的絕大一大部分，近年來PLC的銷售量增長速度變的緩慢了。全世界目前大概300種以上的PLC產(chǎn)品由200多個廠家總共生產(chǎn)，主應于造紙（11.3%）、加工食品（16.4%）、汽車（23.5%）、金屬（11%）和制藥（14.6%）等行業(yè)。PLC市場情況我國大約有30多個PLC生產(chǎn)的廠家，可是生產(chǎn)與名牌產(chǎn)品未形成大規(guī)模，還有部分是以仿制、組裝等方式生產(chǎn)，因此我國PLC在還沒有形成制造產(chǎn)業(yè)。我國的PLC應用方面是活躍的，每年投入PLC產(chǎn)品約10萬臺，三十億元人民幣的年銷售總額，應用廣泛。但是對比其他各國的PLC應用，在生產(chǎn)線方面和機械加工的應用需要加大投入生產(chǎn)。我國國內(nèi)PLC市場上流行的幾家PLC產(chǎn)品如下：（1）施耐德公司：Quantum和Premium等產(chǎn)品，最早儀表廠在天津的莫迪康產(chǎn)品;（2）羅克韋爾公司：目前有MicroLogix和ControlLogix等產(chǎn)品;（3）西門子公司：當前有大型S7-1200和S7-1500與小型SIMATICS7-200、S7-300、S7-400和LOGO!系列產(chǎn)品;（4）GE公司：日本松下公司、富士公司、三菱公司等產(chǎn)品。不只是在我國，PLC在日本調(diào)查顯示這樣工業(yè)發(fā)達的國家中也有，PLC配套的總機電產(chǎn)品的比為42%，機電一體化占采用接觸器控制和繼電器占比共24%的產(chǎn)品。所以說，由此可見還是很多的，需要應用PLC的地方在如今發(fā)展中的中國更是需要了。從技術創(chuàng)新的角度來看，我國大部分大中型企業(yè)也要發(fā)展CIMS（計算機制造集成系統(tǒng)），在機制廠還需要要形成FMS柔性的制造系統(tǒng)，企業(yè)的基礎是PLC的應用，所以在這種類型的工業(yè)中PLC銷售市場是廣闊的。PLC具有操作維護方便、價錢便宜、穩(wěn)定性高、多功能和應用靈活的優(yōu)點，這是它能久居在市場的根源。PLC在90年代已形成了PLC的微型、小型、中型、大型和巨型多種類系列和型號。按I/O數(shù)字參考量可分為：l微型PLC：32I/Ol小型PLC：256I/Ol中型PLC：1024I/Ol大型PLC：4096I/Ol巨型PLC：8195I/O變頻調(diào)速發(fā)展概況變頻調(diào)速發(fā)展歷史交流變頻調(diào)速理論初誕生20世紀20年代，直到60代，由于電力電子器技術的進步，才促進了變調(diào)速技術向實用方發(fā)展。70年代席工業(yè)發(fā)達國家的油危機，促使其投大量的人力、物力、財力去研制高效率的變頻器，使變頻技術有很大發(fā)展并得到推廣。80年代的時候，變頻器已經(jīng)成為了產(chǎn)品化，性能也式有了不斷提高，并開始被應用于工業(yè)部分。進入90年代，由于新電力電子器件如IGBT、IGCT等的發(fā)展性能的提長、微型計算機技能（DSP)的發(fā)展，以及先進控制理論的發(fā)展和完美（如磁場定向矢量控制、直接轉矩控制）等原因，極大地提高了變頻調(diào)速技術的技術性能，促進了變頻調(diào)速技術的發(fā)展，使變頻器在調(diào)速精度、調(diào)速范圍、動態(tài)響應、驅動能力、輸出性能、運行效率、功率因數(shù)及使用的方便性等方超過了其他常有的交流調(diào)速方式，其性能指標亦已超過直流調(diào)速系統(tǒng)，達到取代直流系統(tǒng)的地步。目前，交流調(diào)速以其優(yōu)異而深受各行業(yè)歡迎，在紡織、電力、造紙、化工、食品、水泥、船舶、煤炭、軋鋼、鐵路以及機床等傳統(tǒng)工業(yè)的改造中和航天航空等高新技術的發(fā)展應用中無不看到變頻調(diào)速技術的痕跡，變頻調(diào)速技術取得了客觀的經(jīng)濟效益。變頻器井口溫度理論分析熱風機電機采用的是三相異步電動機，其轉速公式為：（2.1）式中：p電動機極對數(shù)，s轉差率，f電源頻率。從上式可知，三相異步電動機調(diào)速的方式為：（1）改變電源頻率（2）改變電機極對數(shù)（3）改變轉差率改變?yōu)楸ＷC其較大的調(diào)速范圍得改變轉差率調(diào)速，常采用的方式：串級調(diào)速，可以回收轉差功率是它最大優(yōu)點，也有比較好的節(jié)能效果，并且調(diào)速性能也不差，但由于線路太復雜，增加了中間環(huán)節(jié)電能損耗，并且成本高，進而影響它推廣的價值。以下重點分析改變電源頻率調(diào)速的方法和特點。據(jù)公式可知，當轉差率變化較小時，異步電動機的轉速n基本和電源頻率f成正比。電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡捷，費用小，節(jié)約能源效果好，工作效率高，但是需要專用變極電機，即有級調(diào)速，并且級差大，變速時轉速變化較大，轉矩也變化大，因此僅適用在特定轉速生產(chǎn)機器上。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑的改變電動機轉速。但是，僅調(diào)節(jié)電源頻率，會致使電機運行性能惡化。隨著電力電子技術發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)各種性能好、工作可靠的變頻調(diào)速的電源裝置，這些促進了變頻調(diào)速的廣泛應用。變頻通風控制主要是由變頻器、控制系統(tǒng)、電機及傳感器等部分組合而成。該系統(tǒng)由控制變頻調(diào)速器，將50Hz的交流電從0~50Hz之間頻率輸出，實現(xiàn)交流電機的無極調(diào)速。礦井熱風機組工藝過程概述礦井熱風機組系統(tǒng)簡介礦井熱風機組系統(tǒng)主要任務是通過PLC控制變頻器，繼而控制熱風機的風速使巷道混風溫度不低于2℃，保證巷道不能結冰。礦井工藝過程如圖2.1所示。圖2.1礦井熱風機組工藝流程圖風機把冷空氣風送入換熱器和熱媒體（蒸汽）進行熱交換,冷空氣加熱后經(jīng)過管道送人礦井巷道的內(nèi),與井口冷空氣混合成混合風在通風機的作用下被送進井下。因此礦井輸入冷、熱空氣風量和溫度都影響礦井巷道空氣溫度高低。礦井的冷空氣是自然情況,對于礦井，冷空氣風量和溫度可以視為一個固定值,然而熱風的風量和溫度是可以熱風機可以改變的。熱風機組簡介熱風機組的設立是為防止冬季礦井巷道結冰，必須向巷道吹入暖風，從而研發(fā)出的一種高效率、高智能空氣加熱設備。應用于礦井內(nèi)冷空氣加熱，對于工業(yè)廠房內(nèi)溫度調(diào)節(jié)和物料烘干同樣適用。熱風機是由多組雙金屬復合螺旋翅片管式空氣加熱器、高效低噪軸流風機及降噪保溫箱構成的主機，配置有傳感器、溫控閥、變頻器、組態(tài)監(jiān)控滿足用戶要求。實現(xiàn)本地或者遠程操作，實現(xiàn)模擬壓力、溫度自動控制及遠程監(jiān)控的計算機實時監(jiān)控和監(jiān)視，有散熱性好、換熱效率高、自動化程度高和組合靈活等優(yōu)點。熱風機的熱媒體常見為蒸汽和熱水，熱媒體經(jīng)控制加熱器，通過熱交換讓冷空氣加熱，風機吹出熱風到使用空氣的場所，進而滿足風量和空氣溫度的要求。箱體由擴散器和外殼組成，有熱空氣擴散、降噪、保溫和節(jié)能的優(yōu)點。熱風機組的結構及工作原理礦井熱風機組的持續(xù)進風溫度可達到230攝氏度，風量調(diào)節(jié)采用變頻器調(diào)速，更節(jié)能，可控性高和熱損少等優(yōu)異特性。通電后，鼓風機把空氣吹到加熱器，令空氣從螺旋狀的電熱絲內(nèi)、外側通過，電熱絲通電后產(chǎn)生的熱量對通過的冷空氣進行加熱，進而使出風口的風溫升高。出風口處的K型熱電偶適時將探測到的出風溫度反饋給溫控儀器，儀表根據(jù)設定溫度監(jiān)測工作地點的實際溫度，然后將有關信息傳遞給固態(tài)繼電器從而操控加熱器是否開始工作。同時，通風機可以利用風量調(diào)節(jié)器（變頻器、風門）調(diào)節(jié)吹送空氣風量的大小，來實現(xiàn)工作溫度、風量的調(diào)控功能。另外，熱風機還對通風機進風口、電機設置超溫保護回路和對總電路設置急剎摯開關，更進一步完善對設備保護。熱風機組的運行特性及特點隨著熱風機廣泛使用，特殊環(huán)境下的工業(yè)生產(chǎn)開始采用，比如一些帶有大量水汽的環(huán)境，還是需要把熱風源循環(huán)使用的。在以前熱風機產(chǎn)品中大部分無法滿足這樣的條件，新型產(chǎn)品采用菱形式換熱管于耐高溫絕緣瓷柱瓷上配于耐高溫不銹鋼支承骨架，熱轉換率更高。熱風機運行特性如下：（1）利用風洞設計，冷空氣從換熱管外側均勻通過，熱交換幾乎100%，風壓幾乎不損失；（2）配有過熱過載的保護裝置，用以保證設備安全，可在一年中不停運轉工作；（3）堅固機殼，纖維保溫棉隔熱，可長期保持高溫工作，使用安全可靠；（4）應用廣泛，持續(xù)使用溫度可達到350℃/650℃。在過去，工業(yè)熱風機因其笨重，未得到廣泛推廣。便攜式的工業(yè)熱風機近近幾年在工業(yè)生產(chǎn)得到了追捧，便攜式熱風機和熱風機在性能上區(qū)別不大，但自動化的程度上有所提高。便攜式熱風機特點如下：（1）兩檔功能設置；（2）溫度調(diào)節(jié)和復位控制；（3）手動重啟裝置，雙重自動過熱保護，內(nèi)置自動溫控器；（4）采用高品質元器件及材料；（5）內(nèi)部導線為耐高溫硅膠線，延長了使用壽命；（7）后部防雀網(wǎng)罩提高進風效率，有助電機散熱，節(jié)約相應空間。礦井熱風機組自動控制系統(tǒng)設計總體方案設計本次自動控制系統(tǒng)包括：熱風機組熱風溫度控制系統(tǒng)﹑礦井巷道混合風溫度控制系統(tǒng)﹑熱風機組回水溫度控制系統(tǒng)。熱風機是通過冷空氣和蒸汽進行熱交換輸出熱風機組。巷道混合風由熱風機輸出的熱風和礦井原有的冷空氣混合而成，所以熱風機輸出的熱風溫度需要控制。由于無法確定熱媒體的穩(wěn)定性，熱風機組熱風溫度也無法確定，間接影響到井口混風溫度，使變頻器工作量較大。礦井巷道混合風溫度控制是整個設計核心，使礦井巷道混合風溫度控制在2℃到10℃之間，避免卡罐、冰棱傷人、落冰砸人和凍裂管道等安全事故的發(fā)生，并且寒冷的風流對工作人員的身體健康造成威脅，降低勞動生產(chǎn)效率。當熱風機回水溫度低于2℃時，回水就結冰，堵塞回水管道，造成安全事故。所以應對熱風機回水溫度進行監(jiān)測。熱風機組熱風溫度控制系統(tǒng)設計熱媒體的穩(wěn)定性無法確定，導致熱風機熱風溫度波動，間接影響到井口混風溫度，使變頻器工作量變大。當熱媒體的流量變小時，熱風機熱風溫度變低，為保持巷道溫度，熱風機只能提高轉速，即變頻器輸出頻率變大。反之，熱風機熱風溫度變高，為保持巷道溫度，熱風機只能降低轉速，即變頻器輸出頻率變小。所以熱風機熱風溫度不穩(wěn)定會造成控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，因而需要控制熱風機熱風溫度。在熱風機組熱風溫度控制方面以控制機組熱風溫度為主要控制對象，在機組出熱風管道和熱媒體蒸汽管道之間形成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)。如圖3.1所示是本次系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方框圖。圖3.1熱風溫度控制方框圖PLC通過控制蒸汽流量閥門開度來控制熱風機熱風溫度，如果熱風機熱風溫度比設定值較高時，使閥門開度減小；反之使開度增大。使熱風機熱風溫度穩(wěn)定降低對混合風溫度影響。礦井巷道混合風溫度控制系統(tǒng)設計風機把冷空氣風送進換熱器,冷空氣加熱后通風機作用下被送進井下經(jīng)過管道送進礦井巷道內(nèi)與井口冷空氣混合成混合風。因此礦井輸入冷/熱空氣的風量和溫度都影響礦井巷道空氣溫度高低。礦井的冷空氣是自然情況,對于可以視為一個固定值礦井冷空氣的風量和溫度,但是風的溫度、風量是可變的。所以影響礦井混合風溫度是熱風的風量和溫度。當控制熱風的風量是定值，即熱風機轉速是定值時，熱風機熱風溫度（熱風溫度由熱媒體流量控制）成為控制對象，來控制礦井混合風溫度。在礦井巷道和熱媒體蒸汽管道之間形成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)方框圖如圖3.2所示。圖3.2混合溫度控制方框圖溫度變送器把采集到的礦井混合風的溫度信號送至控制器，控制器把混合風溫度信號與設定值比較，如果采集進來的設定溫度值較大溫度比混合風控制器控制調(diào)節(jié)閥把蒸汽流量閥門關?。蝗绻O定溫度值較小比采集進來的混合風溫度，控制器控制調(diào)節(jié)閥把蒸汽流量閥門開大,從而把礦井混合溫度控制在2℃以上。當控制熱風的溫度是定值，即通過蒸汽管道閥門開度自動調(diào)節(jié)時，熱風機的風量（風量由風機轉速控制，即由變頻器控制）成為控制對象，來控制礦井混合風溫度。在礦井巷道和熱風機之間形成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)方框圖如圖3.3所示。圖3.3混合溫度控制方框圖用戶設定傳感器儀表上下限值，PLC利用傳感器傳遞的開關量，作為控制變量，根據(jù)內(nèi)部程序輸出值調(diào)節(jié)可控變頻器，而達到調(diào)節(jié)風機轉速，控制混合風溫度。通過對以上兩者控制方案進行比較，選擇后者變頻調(diào)速。因為前者熱媒體本身穩(wěn)定性不確定，當混合風溫度達到要求處于穩(wěn)態(tài)時，有可能因為熱媒體波動造成偏差，再次進入調(diào)節(jié)過程。所以前者很難處于穩(wěn)態(tài)，需要不斷地調(diào)節(jié)，具有不穩(wěn)定性并且控制精度低。相比后者，雖然熱媒體不穩(wěn)定，但通過我們在機組出熱風管道和熱媒體蒸汽管道之間形成一個單閉環(huán)，使熱風機熱風溫度穩(wěn)定，所以不會因為熱媒體造成干擾，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并且后者采取變頻調(diào)速，不但能夠實現(xiàn)熱風機的軟啟動和無級調(diào)速，而且可以很大降低熱風機的能耗，節(jié)約電能。熱風機組回水溫度保護系統(tǒng)設計熱風機回水溫度不能低于2℃，否則回水就結冰，堵塞回水管道，造成安全事故。所以應對熱風機回水溫度進行監(jiān)測，當?shù)陀?℃的回水溫度時，進行報警，并且熱風機運轉停止?；厮疁囟缺Ｗo系統(tǒng)方框圖如圖3.4所示。圖3.4回水溫度保護系統(tǒng)方框圖在控制電路串聯(lián)溫度指示器常開點，溫度指示器把溫度變送器采集來的回水溫度信號進行比較，當回水溫度低于2℃時，在控制電路串聯(lián)溫度指示器常開點閉合，蜂鳴器接通進行報警，同時PLC接收到回水溫度低的信號停止熱風機運轉?；赑LC的礦井熱風機組控制系統(tǒng)實施方案控制系統(tǒng)總體結構及原理本次控制系統(tǒng)主要任務是保持巷道混合風溫度在2℃到10℃之間，為配合此任務熱風機的熱風溫度要保持穩(wěn)定，且回水溫度不能低于2℃。測控系統(tǒng)原理圖如圖4.1所示。圖4.1測控系統(tǒng)原理圖PLC運行之后，先運行一號熱風組，把熱風吹入到礦井里與從礦井的冷空氣進行混合后變成巷道混合風溫度。傳感器采集礦井巷道混合風溫度，PLC接收溫度變送器傳遞的信號，若采集溫度比設定值較小，PLC輸出信號給變頻器，使變頻器輸出頻率變大，既而變頻器控制電機轉速變快[15]。熱風風量變多使混合風溫度提高，當變頻器輸出頻率提高到50HZ，而混風溫度仍未達到控制要求,PLC啟動2號熱風機，同樣經(jīng)過變頻器調(diào)節(jié)風機轉速等連續(xù)控制使井口混風溫度達到控制要求。當混合風溫度比設定值高時，PLC經(jīng)過變頻器把其中一臺熱風機組的風機轉速調(diào)小，當變頻器輸出頻率降到15HZ，停止該熱風機工作，同樣原理控制剩下工作的熱風機。為降低熱風機熱風溫度對巷道混合風溫度的間接影響，降低變頻器的工作量，在機組出熱風管道和熱媒體蒸汽管道之間形成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)蒸汽管道閥門控制熱風穩(wěn)定性。對回水溫度進行監(jiān)測，當回水溫度低于2℃時，進行報警，同時停止熱風機工作。自動化儀表設備選型PLC選型在PLC選型上我們基于自己設計所需的端口數(shù)量等一系列要求，最終確定了使用西門子S7-200系列PLC作為選擇對象。可編程控制器(PLC)采用微處理器為基礎，充分綜合了計算機技術、自動控制技術以及通信技術等先進技術而發(fā)展起來的一種新的工業(yè)自動化控制裝置，是一種把計算機技術運用于工業(yè)控制領域的新技術，其主要用于代替繼電器來實現(xiàn)邏輯運算。隨著該技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的可編程控制器功能已超過了邏輯控制范圍。近二十年來,PLC的生產(chǎn)廠家在美、日、德等發(fā)達工業(yè)國家中迅速增加，PLC的種類更為繁多。如:美國德州儀器公司的TI、PM等系列；日本三菱電機公司的FX、A、K等系列;德國西門子公司的SIMATICS7等系列。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面:（1）豐富指令系統(tǒng)在S7-200系列PLC中，即使是小型機，也具有近200條指令。除能實現(xiàn)一般邏輯控制外，還可以進行運動控制，復雜數(shù)據(jù)處理，甚至可以直接控制變頻器實現(xiàn)電動機調(diào)速控制。此外，S7-200可以單臺使用,也可以多模塊組合,最多可增加3個擴展模塊,I/O口從最小10點可擴大到128點。（2）快速的CPU處理速度S7-200系列PLC各種機型的CPU速度均優(yōu)于同類產(chǎn)品，小型機尤為突出，超小型S7-200的幾ms/千步，對于大型機，處理速度會更快。FPO的運行速度在同類產(chǎn)品中是最快的，每個基本指令執(zhí)行速度為0.94s。500步的程序只需0.5ms的掃描時間。還可讀限制50s的窄脈沖，即FPO有脈沖捕捉功能。（3）大程序容量S7-200系列機的用戶程序容量也較同類機型大，其小型機一般都可達3000步左右，最高可達到5000步。S7-200具有大容量的數(shù)據(jù)寄存器,可用于復雜控制及大數(shù)據(jù)量處理。（4）功能強大的編程工具S7-200系列無論采用的是手持編程器還是編程工具軟件,其編程及監(jiān)控功能都很強。其S7-200型手持編程器還有用戶程序轉存功能。其編程軟件除已漢化的V4.0STEP7MicroWINSP3。這些工具都為用戶的軟件開發(fā)提供了方便的環(huán)境。（5）強大的網(wǎng)絡通信功能S7-200系列機的各種機型都提供了通信功能，而且它們所采用的應用層通信協(xié)議又具有一致性，這為構成多級PLC網(wǎng)絡，開發(fā)PLC網(wǎng)絡應用程序提供了方便。松下電工提供了多達6種的PLC網(wǎng)絡產(chǎn)品，在同一子網(wǎng)中集成了幾種通信方式，用戶可根據(jù)需要選用。盡管這些網(wǎng)絡產(chǎn)品的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層各不相同，但都保持了應用層的一致性。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如:沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。系統(tǒng)中PLC的選型包括一個CPU226主模塊。如此PLC有24個數(shù)字量輸入，16個數(shù)字量輸出。輸入和輸出均有余量，可以滿足日后系統(tǒng)擴充的要求。變頻器選型本系統(tǒng)中，采用富士通用變頻器FRN11P11S-4CX，此為低噪聲高性能多功能變頻器，屬風機、泵用的P11S系列，功率范圍為7.5～500KW，該系列有自帶操作面板。功率大于75KW以上的，有自帶直流電抗器，可以使用延伸電纜選件，可簡單地實現(xiàn)遠方操作。高性能和多功能的理想結合，動態(tài)轉矩控制，能在各種運行條件下實現(xiàn)對電動機的最佳控制，具有PG反饋更高性能的控制系統(tǒng)，新方式在線自整定系統(tǒng)，能使電機低轉速時脈動大大減小，方便使用的鍵盤面板，適應了各種環(huán)境的結構。其特點為：采用富士電機獨自開發(fā)的動態(tài)轉矩矢量控制方式，在0.5Hz時的啟動轉矩可達到200%；具有包括自整定功能在內(nèi)的許多方便功能；小型、全封閉防護結構(22KW)，容量范圍0.2～400KW，機種規(guī)格齊全。P11S系列有它內(nèi)在的性能以及功能，即動態(tài)轉矩矢量控制、帶PG反饋更高的性能的控制系統(tǒng)、電動機低轉速時脈動大大減小、新方式在線自整定系統(tǒng)、優(yōu)良的環(huán)境兼容性。熱風機選型（1）定義:礦井加熱機組又名空氣加熱機組，工業(yè)熱風器。是專門針對工礦企業(yè)開發(fā)的一種采暖通風設備。是傳統(tǒng)空氣加熱器升級換代產(chǎn)品。本設備主要解決礦井井口或工廠車間內(nèi)，因冬季溫度太低可能出現(xiàn)結冰現(xiàn)象。使工作環(huán)境溫度控制在2°C以上，有效防凍，保證生產(chǎn)。（2）空氣加熱機組構件組成:機組采用框板結構:由面板，鋁合金本色桿件，鋼鋁復合加熱器，低噪音軸流風機，進風過濾網(wǎng)，出風調(diào)節(jié)閥，簡易電控柜，黑色底座等組成。桿件為鋁合金（70/70mm)，厚度2.5mm，內(nèi)加密封條。面板為彩鋼板（籃或白色)厚度0.5mm，中間保溫材料為5.0mm聚氨酯保溫板。底座是10#槽鋼焊接而成，安裝不需要地腳螺絲。該機組適用于各種工礦企業(yè)通風加熱，，熱媒熱水。結構設計合理，具有安裝方便，性能穩(wěn)定，使用管理方便，節(jié)能效果明顯,外型美觀,使用壽命長。采用框板結構有藍色面析，鋁合金本色桿件，黑色底座組成，桿件為鋁合金（70/70m)，厚度2.5m，內(nèi)加密封橡膠條。面板為彩鋼板，厚度0.5m中間保溫材料為50聚氨酯保溫板。底座是10#槽鋼焊接成型,安裝不需要地騰螺絲。工業(yè)場地主斜井機組計算參數(shù)風量：35000m/h機組外余壓：403pa電機功率：11kw電壓：660V機組進風溫度:-23.3C機組出風溫度:≥40C熱媒參數(shù):110℃/70℃高溫熱水加熱器工作壓力:1.0MPa制熱量:1000kw加熱面積:≥600m進風口尺寸:寬×高=1500×1500出風口尺寸:寬×高=1500×1500機組熱媒進口管徑:2×DN80機組熱媒出口管徑:2×DN80機組數(shù)量:共3臺副立井機組計算參數(shù)風量:50000m/h機組外余壓:503Pa電機功率:11Kw電壓:380V機組進風溫度:-23.3℃機組出風溫度:≥40℃熱媒參數(shù):110℃/70℃高溫熱水加熱器工作壓力:1.0MPa制熱量:1850kW加熱面積:≥1150m進風口尺十:寬×高=1800×1800出風口尺十:寬×高=1800X1800機組熱媒進口管徑:2×DN100機組熱媒出口管徑:2×DN100機組數(shù)量:共3臺（3）加熱機組性能控制要求機組性能基本要求空氣加熱機組要求散熱面積大、換熱效率高、送風量足，空氣溫度和風量可自動控制，節(jié)能環(huán)保、安裝簡便等。機組結構為整體型結構機組。機體采用板框結構，骨架為高強度金屬型材，外形美觀，拆卸方便。箱體結構應具備良好的保溫、隔音性能，熱阻不得低于0.85m.K/W。箱體要求具備足夠的強度，保證在承受±2000Pa時運行，外殼不變形。風機進風段配檢修門?？諝饧訜釞C組新風入口處配過濾器以對換熱器盤管和風機講行保護。過濾器要求容塵量大，阻力小于50pa，過濾效率適應煤礦室外環(huán)境，能反復清洗,拆裝維護方便。機組加熱器采用雙金屬鋼鋁復合螺旋翅片管式空氣加熱器，主材選用鋼鋁復合扎片式螺旋翅片管（翅片管主管采用鍋爐管，壁厚不小于2.5mm，外套工業(yè)無縫鋁管機械軋制，基管直徑25*2.5mm，翅片外徑55mm）制造。要求散熱面積大，換熱效率高、熱媒流動性好、耐腐蝕、使用壽命長。冬季，無論機組是在運行過程中還是處于停機狀態(tài)，機組內(nèi)的換熱盤管均具備可靠的防凍措施。機組配置大風最低噪聲高壓機翼型礦用軸流風機，全鋼結構，要求質量可靠，經(jīng)久耐用，風機應具備20小時/天連續(xù)運行功能，主斜井空氣加熱機組風機電源660V，副立井空氣加熱機組風機電源：380V。配置變頻器，根據(jù)室外氣候條件調(diào)節(jié)送風量，在確保井口溫度的同時進行實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化運行。機組出風口設置調(diào)節(jié)送風閥門，材料為壓型高強度鋼材要求風阻小于8pa，可承受2000pa風壓。每臺機組必須單獨配置控制系統(tǒng)，實現(xiàn)獨立控制，任何一臺出現(xiàn)故障時應不影響其他機組的運行。機組要求采用機電一體化設計，電氣部分配置變頻器，自控系統(tǒng)可根據(jù)室外氣侯條件和設定值實現(xiàn)自動啟停和運行，實現(xiàn)真正的無人值守?？刂葡到y(tǒng)采用雙向控制：風量控制(變頻器)智能流量調(diào)節(jié)閥。機組控制1.每臺機組自帶單獨控制裝置。采用雙節(jié)能智能控制系統(tǒng)，風系統(tǒng)和水系統(tǒng)需分設單獨反饋、閉環(huán)控制裝置。要求控制簡單、便捷，當任意一臺機組出現(xiàn)故障時均不影他機組的*運行。機組控制箱帶變頻器，可根據(jù)室外氣家條件實現(xiàn)變風量調(diào)節(jié)，在確保井口溫度的同時實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化運行。機組自動化程度高，實現(xiàn)直正的無人值班。2.機組控制要求：⑴熱水系統(tǒng)：每臺加熱機組采用智能溫控閥AHZF-DM100(或AHEF-DNBO)，可預先設定送風溫度，按程序控制要求自動控制熱水的流量達到節(jié)約熱媒目的，當送風溫度超過設定值時熱媒流量自動調(diào)節(jié)閥動作（關小)﹔當送風溫度低于設定值時，熱媒流量自動調(diào)節(jié)閥全開。數(shù)顯智能溫控閥AHZF-DN100(或AHZF-DN80）的操作和控制部分在機組電控柜上集中顯示和操作。（2）風機系統(tǒng)：機組采用變風量系統(tǒng)，根據(jù)室外氣候條件及設定參數(shù)要求實現(xiàn)變風量調(diào)節(jié)。傳感器及檢測儀表選型在這個基于PLC的礦井熱風機組控制系統(tǒng)中，我們需要測量四個溫度，混合風溫度，回水溫度，環(huán)境溫度，熱風溫度。由于設計的要求，儀表測量量程只要滿足在0℃到50℃之間，所以使用相同的儀表測量。雖然每個儀表安放的位置不同，但是測量值的范圍和類型差不多，PT100熱電阻就能滿足要求。PT100的量程為-200℃到400℃。儀表選用的是常州溫度儀表，具體常州溫度儀表如表4.1。序號名稱1外型401

:48mm*48mm*85mm402

:48mm*96mm*82mm901

:96mm*48mm*82mm2控制方式0：PID1：位式控制3輸入方式1：熱電偶輸入2：熱電阻輸入4輸出方式1：斷續(xù)輸出2：連續(xù)輸出5制冷方式0：不制冷1：位式制冷2：比例制冷6報警方式0：不報警1：上限報警2：下限向下報警3：上限向上報警7輸入類型1：K分度2：E分度3：PT1004：CU508輸出類型1：繼電器觸點開關輸出2：邏輯電平輸出3：單向可控硅過零觸發(fā)輸出9報警類型0：不報警1：繼電器觸點開關輸出2：邏輯電平輸出3：單向可控硅過零觸發(fā)輸出10溫度范圍1

:0℃—100℃2：0℃—150℃3：0℃—400℃尾綴電源輸入類型無尾綴：線性電源EP：開關電源表4.1常州溫度儀表常州溫度儀表硬件系統(tǒng)設計PLC是整個系統(tǒng)的控制器，處理系統(tǒng)的每一個細節(jié)，根據(jù)要求設有上下限的溫度傳感器把巷道溫度信號傳送給PLC，測量溫度到達上限時傳感器輸出一個開關量信號給PLC，測量溫度到達下限時傳感器輸出一個開關量信號PLC，PLC接收到內(nèi)部的信號，在內(nèi)部通過計算把信號再由輸出口輸出，變頻器接收到PLC的控制信號，由給出的信號調(diào)節(jié)風機轉速以及當時風機所要的頻率。熱機是被控設備，風機轉速時刻隨著電源頻率的改變而改變實現(xiàn)無級調(diào)速。傳感器和變送器作是檢測元件，把溫度模擬信號轉換成標準的電信號傳遞給PLC運算。通過連接上面幾部分構成了完整的控制系統(tǒng)，由傳感器和變送器組建了的被控量采集部分；PLC和變頻器構成了運算、控制、執(zhí)行部分；熱風機是被控部分。主回路設計主回路設計中，用到三臺熱風機，通常情況下兩臺風機只有一臺啟動另一臺備用，每臺熱風機由變頻器控制調(diào)速，通過工/變轉換開關可以轉換熱電機在工頻和變頻運行狀態(tài)。主回路設計如圖4.2所示。圖4.2主回路電路圖控制回路設計本設計的控制回路主要實現(xiàn)熱風機手/自控制的轉換、熱風機的啟/停、回水溫度低和變頻器故障報警等。部分控制回路電路圖如圖4.3所示。圖4.3部分控制回路電路圖通過手/自開關轉換熱風機的控制狀態(tài)，當轉換開關置于手動狀態(tài)時，熱風機由工作人員人工控制，接觸器KM3線圈通電形成自鎖通過閉合SBS1，串聯(lián)在主回路的KM3常開點閉合，1號熱風機啟動；當裝換開關置于自動狀態(tài)時，PLC輸出啟動信號與PLC閉合接觸器KM1線圈通電，串聯(lián)在主回路的KM1常開點閉合，一號變頻器啟動，熱風機由變頻器調(diào)速。2號風機同理。PLC設計本設計的PLC主要控制熱風機運行狀況（熱風機的加/減速，熱風機的啟/停），為了控制礦井巷道溫度在溫度在2℃到10℃之間，設置溫度儀表下限為2℃和上限為10℃，當溫度達到儀表所設置的上下限時，分別給PLC傳遞相應的開關量，PLC接收到開關量后通過內(nèi)部程序的運算輸出控制信號。同樣設置變頻器輸出頻率上限為50HZ和下限15HZ，當達到設置的上下限時，分別給PLC傳遞相應的開關量，PLC接收到開關量后通過內(nèi)部程序的運算輸出控制信號。變頻器達到50HZ則啟動第二臺風機，變頻器降到15HZ，則關閉其中一臺風機，具體硬件連接圖如圖4.4所示。圖4.4PLC接線圖變頻器設計本次設計運用變頻調(diào)速，實現(xiàn)無級平滑調(diào)速和熱風機的軟啟動。在變頻器的接線上，在頻率選擇上選擇的是多功能頻率給定通道，接線端子5（FU）設置為頻率增加，接線端子6(FD)設置為頻率減小，而多功能開路集電極輸出一個設置為50HZ時輸出接線端子19(FH)，另一個設置為15HZ時輸出接線端子22(FL)，F(xiàn)U，F(xiàn)D均與PLC輸出繼電器相連，而FH，F(xiàn)L與PLC輸入相連，構成閉環(huán)系統(tǒng)，變頻器接線圖如圖4.5所示。圖4.5變頻器接線圖軟件系統(tǒng)設計PLC編程語言PLC常見編程語言分為：指令表(Instruction

List)、梯形圖(Ladder

Diagram)、順序功能圖(Sequential

Function

Chart)、功能塊圖(Function

Block

Diagram)。優(yōu)點：使用簡單方便，運行穩(wěn)定，很適用于小型控制系統(tǒng)，價格便宜。S7-200是種小型可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使它無論在獨立運行中，或者是相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜的控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能和價格比。S7-200系列的出色表現(xiàn)在下面幾個方面：1)極高的可靠性。2)極豐富的指令集。3)易于掌握。4)便捷的操作。5)豐富的內(nèi)置集成功能。6)實時特性。7)強勁的通訊能力。8)豐富的擴展模塊。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)之中充分發(fā)揮了它強大功能。使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域廣泛，覆蓋與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)和民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施和環(huán)境保護設備等。如:中央空調(diào)，沖壓機床，印刷機械，磨床，橡膠化工機械，運動系統(tǒng)，電梯控制。CPU單元設計集成24V負載電源可直接連接到傳感器和執(zhí)行器。CPU226輸出280，400mA。系統(tǒng)程序設計㈠控制系統(tǒng)主程序設計PLC主程序主要是由統(tǒng)初始化程序、熱風機電機啟動/停止程序、熱風機電機變頻/工頻切換程序和熱風機加/減速程序等構成。系統(tǒng)運行時，傳感器首先檢測環(huán)境溫度，若環(huán)境溫度高于5℃，熱風機不啟動，輸入端I1；反之，傳感器檢測礦井巷道混合風溫度，當混合風溫度低于2℃時，進行上電啟動1號熱風機。給儀表設置上下限信號，下限為2℃時和上限為10℃。當混合風溫度仍低于2℃，傳感器傳入開關量信號給PLC輸入端I3，PLC輸出端Q1（1FU）給變頻器信號，此時使得變頻器頻率增加，風機轉速加大，使溫度處于范圍之內(nèi)。當回水溫度低于2℃時，1號風機傳感器傳入開關量信號給PLC輸入端I4，2號風機傳感器傳入開關量信號給PLC輸入端I5。當混合風溫度高于10℃時，傳感器傳入開關量信號給PLC輸入端I2，PLC輸出端Q2（1FD）給變頻器信號，此時使得變頻器頻率減少，風機轉速降低，使溫度處于范圍之內(nèi)。當1號風機達到15HZ時，變頻器1FL開關量信號給PLC輸入端I8，受PLC控制進行變頻調(diào)速，使溫度處于范圍之內(nèi)。當1號風機達到50HZ時，變頻器1FH開關量信號給PLC輸入端I5,PLC輸出端Q8控制繼電器吸合，這樣2號熱風機啟動，同樣受PLC控制進行變頻調(diào)速，使溫度處于范圍之內(nèi)。當兩臺熱風機同時運轉，混合風溫度高于10℃時，傳感器傳入開關量信號給PLC輸入端I0.1，PLC輸出端Q4（2FD）給變頻器信號，此時使得變頻器頻率減少，風機轉速降低，PLC輸出端Q3（2FU）給變頻器信號，使得變頻器頻率增加風機轉速提高，二者相互協(xié)調(diào)，使溫度處于范圍之內(nèi)。當2號風機降到15HZ時，變頻器2FL開關量信號給PLC輸入端I11，PLC輸出端Q7控制繼電器斷開，這樣1號熱風機停止，使溫度處于范圍之內(nèi)。當2號風機達到50HZ時，變頻器1FH開關量信號給PLC輸入端I10,受PLC控制進行變頻調(diào)速，使溫度處于范圍之內(nèi)。防止干擾給系統(tǒng)的影響，變頻器輸出信號FH持續(xù)3分鐘才視為有效信號，F(xiàn)L持續(xù)7分鐘才視為有效信號。㈡程序流程圖根據(jù)工藝要求，程序要實現(xiàn)四個功能：1號熱風機的啟/停、1號熱風機的加/減速、2號熱風機的啟/停、2號熱風機的加/減速。程序流程圖4.6所示。圖4.6程序流程圖PLC通電后對系統(tǒng)進行初始化，判斷當前環(huán)境溫度是否大于5度，當判斷“Y”時，結束程序等待下一個掃描。當判斷“N”時，程序就進行了熱風機啟/停、加/減速。檢測到混合風溫度低時，熱風機加速，變頻器頻率增加，超過50HZ啟動另一臺熱風機；檢測到混合溫度高時，熱風機減速，變頻器頻率降低，低于15HZ停止另一臺熱風機。㈢PLC管腳分配本系統(tǒng)的PLC共有15個開關量，包括9個輸入，6個輸出。系統(tǒng)的變量表如表4.2所示。表4.2PLC管腳分配序號信號名稱信號性質占用資源1環(huán)境溫度高于5℃開關量I12混合風溫度高于10℃開關量123混合風溫度低于2℃開關量I341號熱風機回水溫度低于2℃開關量I452號熱風機回水溫度低于2℃開關量I561號變頻器頻率達到50赫茲開關量I871號變頻器頻率達到15赫茲開關量I982號變頻器頻率達到50赫茲開關量I1092號變頻器頻率達到15赫茲開關量I11101號變頻器頻率增加開關量Q1111號變頻器頻率減少開關量Q2122號變頻器頻率增加開關量Q3132號變頻器頻率減少開關量Q4141號熱風機啟/停開關開關量Q7152號熱風機啟/停開關開關量Q8上位機監(jiān)控系統(tǒng)設計組態(tài)王簡介軟件定義組態(tài)王，就是研制監(jiān)控系統(tǒng)的軟件，是工業(yè)自動控制系統(tǒng)新型的，它以標準的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)由工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成的。自動化技術根據(jù)當前的發(fā)展趨勢亞控科技研制出組態(tài)王kingview6.55這款軟件，朝向低端應用及自動化市場，用來實現(xiàn)一套產(chǎn)品的企業(yè)一體化為目標開發(fā)的。該產(chǎn)品以戰(zhàn)略性服務平臺的工業(yè)應用為目標而搭建，集成了對工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫(KingHistorian)的支持，這是由亞控科技自立研發(fā)的，可以提供一個對整個生產(chǎn)流程進行管理、分析及數(shù)據(jù)匯總的有效平臺為企業(yè)，能夠獲取信息及時有效地，能夠做出反應及時地，使企業(yè)獲得最優(yōu)化的結果。早期版本功能強大、使用方便并且運行穩(wěn)定是組態(tài)王依舊保持的優(yōu)點，因為國內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，所以也對功能進行了補充和完善。組態(tài)王kingview6.55具有著簡捷易用、豐富的的配置界面，很多種類的圖庫精靈和圖形元素也都提供出來，同時簡單易用的接口創(chuàng)建圖庫精靈也為用戶提供了便捷;就該產(chǎn)品而言，發(fā)展的歷史是曲折的、并且進行了大幅提升與改進在報表及web的發(fā)布功能上，并且提高了軟件的可用性和功能性。軟件特點易于擴展、適應性強、經(jīng)濟、開放性好以及開發(fā)周期短還有特別多的優(yōu)點在它的身上。通?？刂茖?、管理層和監(jiān)控層為系統(tǒng)的三個層次。其中監(jiān)控層在中間，對上連接管理層，對下連接控制層，它不但在自動控制系統(tǒng)中完成組態(tài)開發(fā)和上傳下達的重要作用，且實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制。尤其共有三個問題:動畫、畫面和數(shù)據(jù)。通過對實現(xiàn)功能及監(jiān)控系統(tǒng)要求的分析，采用組態(tài)王設計監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)王這一款軟件也提供可視化監(jiān)控畫面讓用戶可觀，有利于現(xiàn)場監(jiān)控的用戶可以實時檢測。而且，圖形編輯功能它也能充分利用，構成監(jiān)控畫面，并顯示控制設備的狀態(tài)以動畫的方式。軟件主要亮點（1）可視化操作界面；（2）自動建立I/O點；（3）儲存歷史的數(shù)據(jù)以及分布式存儲報警；（4）設備集成能力強，可連接幾乎所有設備和系統(tǒng)；熱風機組監(jiān)控系統(tǒng)設計基于組態(tài)王kingview6.55設計了本次熱風機組監(jiān)控系統(tǒng)的。主要監(jiān)控任務是：熱風機運行情況、環(huán)境溫度、熱風機組的熱風溫度、風機轉速、回水溫度和混合風溫度等。監(jiān)控系統(tǒng)畫面有熱風機組監(jiān)控界面、歷史趨勢曲線圖、溫度實時、數(shù)據(jù)采集界面和報警界面。從而達到了工作人員遠程的監(jiān)測和控制的目的。在熱風機組監(jiān)控系統(tǒng)設計中，工作人員可以在熱風機組監(jiān)控界面了解現(xiàn)場設備運行狀況，熱風機組監(jiān)控界面圖如圖5.1所示。圖5.1熱風機組監(jiān)控界面圖在熱風機組監(jiān)控系統(tǒng)設計中，工作人員可以在數(shù)據(jù)采集界面了解現(xiàn)場所需監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集界面圖如圖5.2所示。圖5.2數(shù)據(jù)采集界面圖在熱風機組監(jiān)控系統(tǒng)設計中，為了方便對比研究測控數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)儲存了歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，為了直觀觀察，把歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)做成曲線進行了顯示。實時趨勢曲線界面圖如圖5.3所示。圖5.3實時趨勢曲線圖歷史趨勢曲線界面圖如圖5.4所示。圖5.4歷史趨勢曲線圖在熱風機組監(jiān)控系統(tǒng)設計中，為防止生產(chǎn)出現(xiàn)意外狀況，及時提醒工作人員，設計了報警界面。此外，通過熱風機組主界面上的“畫面切換”來看系統(tǒng)具體報警時間。報警界面如圖5.5所示。圖5.5報警界面系統(tǒng)調(diào)試該系統(tǒng)分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試，但是兩者是相互關聯(lián)的。先進行軟件部分的調(diào)試，然后進行復雜的軟硬件聯(lián)調(diào)和現(xiàn)場調(diào)試。礦井用熱風機組控制系統(tǒng)設計的實質是PLC實現(xiàn)控制功能，所以計算機系統(tǒng)和系統(tǒng)調(diào)試大體差不多，如程序隔離法、仿真模擬法、邊界參數(shù)法和跟蹤執(zhí)行法等。

由于較多的輸入/輸出操作和PLC掃描的工作方式等，會有一些特殊的調(diào)試方式，如信號組合法和信號時序法等。在信號時序法中，應該注意脈沖觸發(fā)的定時器、計數(shù)器和信號的工作及脈沖繼電器此時的特性等。

系統(tǒng)測試一般從以下幾點進行：（1）檢驗是否具備設計全部功能；（2）檢驗是否達到設計所規(guī)定的技術指標；（3）檢驗應變能力；（4）檢驗抗干擾能力。

本設計對程序進行了仿真，當環(huán)境溫度高于5℃時，兩臺熱風機都不會運轉，仿真圖如5.6所示。圖5.6環(huán)境溫度高仿真圖在仿真圖中，即I1閉合（環(huán)境溫度高），Q7，Q8是滅的狀態(tài)（倆臺熱風機沒運轉）。當環(huán)境溫度不高于5℃時，PLC控制1號熱風機啟動，仿真圖如5.7所示。圖5.71號熱風機啟動在仿真圖中，I1沒閉合（環(huán)境溫度不高），Q7亮（1號熱風機運轉）。1號熱風機加速，仿真圖如5.8所示。圖5.81號熱風機加速在仿真圖中，I3閉合（