矿区井道加热机组变频调速控制系统设计

论文题名一般不宜超过25个汉字。题名应避免使用不常见的缩略词、首字母缩写，避免使用英文字符、代号、公式和上下标等，对于题名和副题名的具体要求请看文中说明。论文题名在整本论文中不同地方或填写学位申请有关表格中出现时，应完全相同。不用此信息时，删除此框。请尽量调整字号大小，使1行能够显示题名和副题名，毕业设计说明书设计题目矿区井道加热机组变频调速控制系统设计毕业设计论文任务及指导书题目矿区井道加热机组变频调速控制系统设计题目来源实际工程项目科研课题教学模拟题目其它题目类型工程设计型科学研究型调研综述型其它类型0一、毕业设计（论文）任务（包括对工程图纸的具体要求）及设计参数1设计出风机的电气控制线图，选择相应的电器。风机应既可变频运行又可工频运行，通过转换开关进行切换。2风机的自动切换由PLC完成。选择PLC，编写相应的程序。3电气设备均应有过载保护、短路保护、缺相保护。并给出报警信号。选择变频器并设置参数。4应能显示井口温度、换热器进口、出口温度。选择出合适的传感器和仪表。5画出电路图，编写设计说明书。二、专题部分要求某煤矿为了保证井下温度，在矿井井口用四台风机输送热风，四台风机为3用一备。每台风机功率为15KW，要求其中一台变频器同时驱动2台风机，另一台变频器驱动一台风机，变频器功率1大1小，四台风机由2台变频器驱动，当其中某台风机故障时，备用风机可切换过去。在井下距离井口的10到20米处，装备1个温度传感器，用于测量井口温度。使该处的温度控制在5到10度之间。热风是由换热器加热的，当换热器进口温度低于20度时，应停止风机运行，并报警，只有当换热器进口温度高于30度时，风机才可以启动。当气温较高时由小功率变频器驱动运行。当气温较低时，由大功率变频器驱动运行。当大功率变频器频率达到50HZ仍然不能满足要求时，启动小功率变频器；当大功率变频器降低到15HZ时，停止小功率变频器。三、本题目的重点和难点以及与同组其他学生所做题目的关系重点电气控制系统、仪表与控制、变频调调速器的应用设计难点变频器的参数设置四、可行方案的筛选方法提要总结各种控制方法，进行比较，找出自己认为的最佳方法。五、设计进程安排1第一周了解工艺过程及对电气控制系统的要求。2第二周熟悉电动机的各种起动方法及电气控制线路。3第三、四周完成设计要求的第1、2条。4第五、六、七周完成设计要求的第3条。5第七、八周完成设计要求的第4条。6第十、十一、十二、十三、十四周完成设计要求的第5条。六、与本设计题目相关的理论知识（包括新知识）提要电气控制、电机及拖动、交流调速、变频器应用、检测与仪表、自动控制原理、计算机控制技术七、建议参考资料及使用方法1郑忠主编，新编工厂电气设备手册上、下册，兵器工业出版社，1994年。2天津电气传动设计研究所编著，电气传动自动化技术手册第2版，机械工业出版社，2006年。3宫淑贞等编著，可编程控制器原理及应用，人民邮电出版社，2002年。4SIMATICS7200可编程序控制器系统手册，SIEMEMS，2002年。5变频器行业应用实践，李方圆编著，中国电力出版社，2006年5月，北京。6变频器应用手册第2版，吴忠智、吴加林编著，机械工业出版社，2003年。7韩安荣主编，通用变频器及其应用第2版，机械工业出版社，2003年。八、答辩之前学生应作的准备工作提要1仔细检查图纸，完善电路图。2仔细检查说明书，找问题。查错误。3对所做设计认真回顾，理清思路，理解原由。4对图纸及说明书所涉及内容都要知道为什么这样做，这样做的优缺点。矿区井道加热机组变频调速控制系统设计摘要中国的大部分煤矿资源分布特点为东多西少、北富南贫，内蒙古、山西等北方寒冷地区的煤矿资源尤其丰富。随着中国煤矿工业的发展，安全生产已经成为其中重要的组成部分。而内蒙古、山西等北方寒冷地区冬天气温极低井口极易结冰或者低温导致安全隐患，为确保煤矿的安全生产，矿井防冻成为煤矿安全生产的重要要保障。本设计针对某煤矿保证矿井井口温度控制在5到10度之间，设计出一种基于PLC控制的矿区井道加热机组变频调速控制系统。该设计系统采用西门子S7200PLC来设计矿井加热机组变频调速，以矿井井道内空气温度、矿井10M到20M处的井口温度换热器进口温度为主要参数，利用先进可靠的温度传感器进行监测，经过智能仪表显示并输入PLC，PLC将检测到的数值信号与设定参数进行比较来调节热风机组电机的启/停与转速从而实现最优控制，实现了实时监测及远程通讯，达到了安全监控与节能目的，保证了矿井下温度维持在需要温度从而使矿井能经济、可靠、安全地运行。关键词西门S7200PLC、热风机、变频器、传感器MINESHAFTHEATINGUNITVARIABLEFREQUENCYSPEEDCONTROLSYSTEMDESIGNABSTRACTMOSTOFCHINASCOALRESOURCESDISTRIBUTIONCHARACTERISTICSFORTHEEASTWEST,RICHNORTHSOUTHLEAN,COALRESOURCESININNERMONGOLIA,SHANXIANDOTHERNORTHERNCOLDREGIONSESPECIALLYRICHWITHTHEDEVELOPMENTOFCHINESECOALINDUSTRY,PRODUCTIONSAFETYHASBECOMEONEOFTHEMOSTIMPORTANTPARTSINNERMONGOLIASHANXINORTHCOLDAREAINWINTERTHETEMPERATUREISVERYLOWWELLHEADEASILYICEORCOLDCAUSESSAFETYHAZARDS,TOENSURETHESAFETYPRODUCTIONINCOALMINE,MINEHASBECOMEIMPORTANTTOGUARANTEETHECOALMINESAFETYPRODUCTIONTHEDESIGNFORAMINETOENSURECONTROLINTHEMINETEMPERATURE5TO10DEGREES,DESIGNAKINDOFMINESHAFTHEATINGUNITVARIABLEFREQUENCYSPEEDCONTROLSYSTEMBASEDONPLCCONTROLTHEDESIGNOFTHESYSTEMTODESIGNTHEVARIABLESPEEDPUMPSMINEHEATINGISADOPTEDSIEMENSS7200PLC,WITHTHEWELLHEADTEMPERATUREOFAIRTEMPERATURE,THE10MTO20MMINESHAFTINSIDETHEHEATEXCHANGERINLETTEMPERATUREASTHEMAINPARAMETER,THEMONITORINGISCONDUCTEDBYUSEOFTEMPERATURESENSORISADVANCEDANDRELIABLE,THROUGHTHEINPUTPLCANDINTELLIGENTINSTRUMENTDISPLAY,PLCNUMERICALSIGNALTHEDETECTEDANDSETTINGPARAMETERSARECOMPAREDTOSTART/STOPANDSPEEDSOASTOACHIEVETHEOPTIMALCONTROLOFTHEAIRHEATERMOTOR,REALIZEDTHEREALTIMEMONITORINGANDREMOTECOMMUNICATION,ACHIEVESTHEGOALOFSAFETYMONITORINGANDENERGYSAVING,THEMINETEMPERATUREMAINTAINEDATTHEREQUIREDTEMPERATURESOTHATTHEMINECANECONOMIC,RELIABLE,SAFEOPERATIONKEYWORDSSIMONS7200PLC,HOTAIRMACHINE,INVERTER,SENSORS目录摘要IABSTRACTII第一章、前言1第二章、系统结构和控制方案221系统的设计功能222系统组成及方案323电气器件的选择4第三章、热风机组部分7311风机分类7312通风机分类832本设计热风机选型8第四章、系统硬件构成及各部分功能1041PLC可编程控制器部分10411PLC10412PLC的一般构成和基本工作原理12413S7200系列PLC概述15414CPU模块的外部连接1942温度传感器部分21421常州汇邦温控仪智能温度控制器仪表21422汇邦表功能、尺寸分类表21423CHB系列智能温度调节仪接线图22424汇邦表使用参数及选型表格22425本设计选型2443变频器部分25431变频器的基本构成25432SVFEV系列高性能矢量通用变频器26433变频器选型30434变频器参数设定31435变频器与PLC外部连接4644电路图47441主电路图47442电气控制回路49443S7200接线图51444温度监测电路图52第五章、软件设计5651温度控制部分56511温度控制工频实现57512温度控制变频实现5752温度控制程序实现部分58第六章、控制过程简析61第七章、结束语63参考文献64第一章、前言当冬季地表室外气温低于0时，井下巷道壁淋水在低温冷空气作用下容易冷凝结冰结块，尤其是晚上气温进一步降低，且行车行人减少，冷空气流动缓慢，巷道淋水或低速流动更容易凝固结冰井道防冻是矿井冬季安全生产的一个重要保证，在我国华北东北等严寒地区都存在井道结冰现象当采暖室外计算温度等于或低于4地区的进风立井，等于或低于4地区的进风斜井和6地区的进风平峒，当有淋帮水排水管和排水沟时，应设置加热设备进行井道防冻的设计进风巷冬季的空气温度高于2，低于2时，应有暖风设施不应采用明火对进入井空气直接加热在严寒地区，主要井口所有提升井和作为安全出口的风井应有保温措施，防止井口及井筒结。对此,本设计提出了矿井加热机组变频调速控制系统,基于S7200,通过对矿井井口温度、矿井空气温度、加热机进口温度检测控制风机的启/停和变频调速来实现井口温度保持在符合要求的温度范围内，从而让矿井得以安全作业。矿井安全工程必将以自动化和智能化成为发展趋势。第二章、系统结构和控制方案21系统的设计功能本矿区井道加热机组变频调速控制系统通过变频器驱动风机使风机启动、暂停、互锁和变频调速等功能来实现维系矿井温度。与常规继电器实施的矿井恒温系统相比，PLC控制的系统具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点，PLC的控制功能使矿井防冻、通风系统的自动化程度大大提高，减轻了岗位人员的劳动强度，使矿井安全运行更加有保障。PLC和变频器与温度传感器配合使用，使矿区井道加热机组变频调速控制系统控制的安全性、可靠性大大提高，也使矿井热风机组运行的故障率大大降低，节约了电能，设备寿命得以更长节约了设备折损经费，而且还提高了设备的运转率。为满足矿区井道加热机组变频调速控制系统人性化控制的要求，系统的具体设计要求如下某煤矿为了保证井下温度，在矿井井口用四台风机输送热风，四台风机为3用一备。每台风机功率为15KW，要求其中一台变频器同时驱动2台风机，另一台变频器驱动一台风机，变频器功率1大1小，四台风机由2台变频器驱动，当其中某台风机故障时，备用风机可切换过去。在井下距离井口的10到20米处，装备1个温度传感器，用于测量井口温度。使该处的温度控制在5到10度之间。热风是由换热器加热的，当换热器进口温度低于20度时，应停止风机运行，并报警，只有当换热器进口温度高于30度时，风机才可以启动。当气温较高时由小功率变频器驱动运行。当气温较低时，由大功率变频器驱动运行。当大功率变频器频率达到50HZ仍然不能满足要求时，启动小功率变频器；当大功率变频器降低到15HZ时，停止小功率变频器。要符合以上要求则主要要点如下（1）本设计控制系统采用手动自动两种工作模式，具有状态显示以及故障报警等功能。当变频器或者PLC有故障时采用手动运行，设备正常时根据温度传感器检测到的温度数字以及设置的变频器参数对热风机转速进行调速控制。（2）4台风机工作模式为三用一备，大变频器同时控制两台风机，小变频器控制一台风机，其中一台风机故障时备用风机自动切换过去以保证矿井温度维系在需要温度。（3）在自动方式下，当换热器温度低于设定温度20度下限时，风机立即停止运行，同时并发出指示和报警信号。只有当换热器进口温度高于30度时风机才可以启动。（4）当气温较高时，由小功率变频器驱动风机运行。当气温较低时，由大功率变频器驱动两台风机运行。（5）当大功率变频器频率达到50HZ时仍然不能满足要求时，则同时启动小功率变频器；当大功率变频器频率降到15HZ时，则停止小功率变频器。（6）手动方式下，通过选择控制风机运行台数启、停来保证矿井井道温度维系在安全温度。22系统组成及方案矿区井道加热机组变频调速控制系统主要由加热机组，可编程控制器S7200PLC、温度传感器，变频器、，接触器、中间继电器、热继电器、断路器等系统保护电器等组成。热源由换热器提供，加热机组由4台风机组成，每台通风机有1台电机，每台电机驱动1组扇片，对矿井井道进行供风。根据矿井井口温度的要求不同，采用不同型号的风机。本设计以风机组415KW为例，选用1台西门子S7200可编程控制器PLC，温度智能仪表、温度探头、2台深川变频器等组成一个完整控制系统。温度传感器、温度探头、温度智能仪表、中间继电器、热继电器实现对电机和PLC的有效保护，以及对电机的切换控制。控制流程图如下图所示控制流程图23电气器件选择1接触器的选择根据本设计主电路中风机均为15KW，允许通过最大电流大概为30A。选用CJX8（B）系列中的CJX830，允许电流为30A。以下为CJX8系列的产品介绍及图片。CJX8B系列交流接触器以下简称接触器，主要用于交流50HZ或60HZ，额定工作电压至660V，额定工作电流至250A的电力系统中接通和分断电路。并与适当的热继电器或电子式保护装置组合成电动机起动器，以保护可能发生过载的电路。接触器CJX8302热继电器的选择根据电路中电机功率要求，电路中的电流流过大约是30A左右，而热继电器要略高于电路额定电流要求，大约为32A，根据要求，我们选择JR28LR2D系列热继电器，此继电器价格便宜，电流设定可以自由选择，完全符合要求。JR28LR2D系列热继电器用于交流50/60HZ,电压至660V,电流至93A及以下的电路中,供交流电动机热保护作用,并且有差动机构和温度补偿环节,可与CJX2LC1D交流接触器配装,也可独立安装。3中间继电器的选择根据系统要求，选择的是电压继电器，在控制回路中，选择的是220V的中间继电器，而在连接PLC输出的继电器与变频器集电极端子的输出继电器均为24V电压型继电器，所以最终选择220V继电器为HH63PAC220V，24V的中间继电器为HH63PDC24V。JQX13F1ZLY1。3空气开关的选择主电路中我们需要选择的是三相380V的空气开关，允许通过的电流大概为33A左右，根据选择要求，在价格较为便宜的情况下，我们选择了施耐德空气开关断路器，该空气开关性能优秀，性价比高，普遍用于工程上，根据选择要求，我们选择宽度为6MM，额定电流为32A的EA9AN3C32系列空气开关断路器。其具体参数如下4电缆的选择电缆的选择是根据流过的电流不同，其选择的导线横截面积也不同。需要流过的电流越大，所需要的导线横截面积也就越大，根据导线安全载流表的显示，1平的导线可流过约20A的电流，控制电路选择1平的即可，而对于主回路来说，由于选择有大变频器同时驱动两台功率均为15KW的风机以及小变频器驱动一台15KW的风机。大变频器所在主电路所流过的电流大约为2X30A，小变频器所在主电路所流过电流为30A根据要求，大变频器所在主电路与外部电源之间需要使用10平的导线，其余主电路所用导线均为4平的即可。5开关电源的选择设计过程中所使用的为PLC24V输入端，所以需要将电源220V转成24V用于连接PLC电源和变频器的外加电源，需要将220交流转变成24V直流输出，在此选择的是福来雅开关电源220V转24V直流开关电源，功率为50W。产品特性性能好，效率高，温度低，体积小，重量轻，105度输出电容器，软启动电流，有效降低AC输入冲击，100满负荷烧机测试，全球适用AC输入电源，有短路保护，过载保护，内装EMI滤波器，纹波极小。该产品的特点（1）本电源采用脉宽调制（PWM）开关技术控制，由专业集成电路组成，主要元件均为原装、进口、工作稳定可靠，是一种高可靠性的电源。内部专业设计散热，内部有足够的空间散热。因此可以做到比防水电源更加稳定工作的效果。寿命更长，使用方便，可以悬挂在墙壁上。（2）高效节能电源效率高，待机功耗低。使用寿命长，与普通变压器相比，可以节省能源约40左右。（3）适用电压范围宽，电网电压在100250V（50/60HZ）变化时，均能稳定地工作。（4）输出电压波动小，高稳定性的输出电压。提高LED发光效果，减小光衰，延长寿命。（5）外壳材质为铁壳配大型散热片，可更好的保护电源和提供更好的散热条件。第三章、热风机组部分311风机分类1、按风机工作原理分类按风机作用原理的不同，有叶片式风机与容机式风机两种类型。叶片式是通过叶轮旋转将能量传递给气体；容积式是通过工作室容积周期性改变将能量传递给气体。两种类型风机又分别具有不同型式。离心式风机叶片式风机轴流式风机混流式风机往复式风机容积式风机回转式风机2、按风机工作压力（全压）大小分类（1）风扇标准状态下，风机额定压力范围为P98PA10MMH2O）。此风机无机壳，又称自由风扇，常用于建筑物的通风换气。（2）通风机设计条件下，风机额定压力范围为98PAP14710PA1500MMH2O。一般风机均指通风机而言，也是本章所论述的风机。通风机是应用最为广泛的风机。空气污染治理、通风、空调等工程大多采用此类风机。（3）鼓风机工作压力范围为14710PAP196120PA。压力较高，是污水处理曝气工艺中常用的设备。（4）压缩机工作压力范围为P196120PA，或气体压缩比大于35的风机，如常用的空气压缩机。312通风机分类通风机通常也按工作压力进行分类。低压风机P980PA100MMH2O离心式风机中压风机980PA2942PA300MMH2O高压风机2942PAP14710PA1500MMH2O）通风机低压风机490PA50MMH2O）轴流式风机高压风机490PAP4900PA500MMH2O）32本设计热风机选型热风机（又称热风发生机，工业热风机，热风器，因各国各地区习惯及用途不同而有不同的名称）基本上由加热器,热风机，送风机，控制电路及组合载体装置而成。针对不同的需要，热风机已衍生出多种机种热风机按用途类型分类一般用途型热风机一般出风100250（最高350）轻便手提型热风机小巧轻便单相型，适合小型加热需要650高温型热风机适合热收缩或高温加热需要防爆型热风机用于须防爆场所热风循环型热风机热风可加热后再吹出，省电也降低周边温度高压型热风机可适用于长短距离管道的加热干燥强风型热风机可加大热量，提高干燥效率铸型专用型热风机因应铸型车间之特殊环境（粉尘大，环境温度高等）而设计冷冻型热风机因应环境温度低于40而设计高压型热风机因应海拔1000M以上地区（如西藏）而设计矿用型热风机特别针对煤矿企业专业设计的热风机，适合各类型煤矿使用，使用度非常安全。本次设计要求某煤矿为了保证井下温度，在矿井井口用四台风机输送热风，四台风机为3用一备。每台风机功率为15KW，要求其中一台变频器同时驱动2台风机，另一台变频器驱动一台风机，变频器功率1大1小，四台风机由2台变频器驱动，当其中某台风机故障时，备用风机可切换过去。在井下距离井口的10到20米处，装备1个温度传感器，用于测量井口温度。使该处的温度控制在5到10度之间。热风是由换热器加热的，当换热器进口温度低于20度时，应停止风机运行，并报警，只有当换热器进口温度高于30度时，风机才可以启动。当气温较高时由小功率变频器驱动运行。当气温较低时，由大功率变频器驱动运行。当大功率变频器频率达到50HZ仍然不能满足要求时，启动小功率变频器；当大功率变频器降低到15HZ时，停止小功率变频器。而由风机类型特点以及结合矿井环境特点本次设计所选风机为4台矿用型热风机功率均为15KW。主要适用于矿井井道温度控制过程全自动化控制。由变频调速器、S7200系统组成。外接温度传感器、热风机，实现了按设定温度值，自动调节热风机转速，达到按需定量温度的目的。同时实现在矿井通风，安全、有效、快速地保证矿井井口温度。为煤矿的安全生产需要提供高效节能、安全经济的自动化控制装备。第四章、系统硬件构成及各部分功能本控制系统有可编程控制器（PLCS7200CPU226）、变频器、温度传感器部分、热风机和电气控回路组成。41PLC可编程控制器部分411PLC一、PLC的产生极其特点1、可编程控制器的名称演变1969年时被称为可编程逻辑控制器，简称PLCPROGRAMMABLELOGICCONTROLLER。70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程控制器，简称PCPROGRAMMABLECONTROLLER。但由于PC容易和个人计算机PERSONALCOMPUTER相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。2、可编程控制器定义（1987年国际电工委员会）可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。3、可编程控制器的产生（1）1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM公司）提出设想。（2）1969年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台PC，型号为PDP14。（3）第一代从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。其特点是CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；（4）第二代70年代初期到70年代末期。其特点是CPU采用微处理器，存储器采用EPROM；（5）第三代70年代末期到80年代中期。其特点是CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；（6）第四代80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到1US/步；7第五代90年代中期至今。PC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已使用RISC芯片。二、可编程控制器的基本特点1、灵活、实用2、可靠性高、抗干扰能力强3、编程简单、使用方便4、接线简单5、功能强6、体积小、重量轻、易于实现自动化三、可编程控制器的发展趋势1向高速度、大存储容量方向发展CPU处理速度进一步加快，存储容量进一步扩大。2控制系统将分散化分散控制、集中管理的原则。3可靠性进一步提高随着PC进入过程控制领域，对可靠性的要求进一步提高；硬件冗余的容错技术将进一步提高。4控制与管理功能一体化PC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。四、PC的应用领域1、开关量逻辑控制2、模拟量闭环控制3、数据量的职能控制4、数据采集与监控5、通讯联网与集算散控制412PLC的一般构成和基本工作原理一、PLC的一般构成以及分类PLC是以微处理器为核心的一种特殊的工业用计算机，其结构与一般的计算机相类似，由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM等）、输入接口、输出接口、I/O扩展接口、外部设备接口以及电源等组成。结构如图3所示。图3PLC的一般构成1、中央处理单元CPU1诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。2采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。3逐条读取指令，完成各种运算和操作。4将处理结果送至输出端。5响应各种外部设备的工作请求。2、存储器（ROM/RAM）（1）系统程序存储器（ROM）用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据，PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。（2）用户存储器（RAM）包括用户程序存储区和工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOSRAM构成，其中的存储内容可读出并更改。掉电会丢失存储的内容，一般用锂电池来保持。注意PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。3、可编程控制器输入端口电路开关量输入接口电路采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。4、可编程控制器输出接口电路开关量输出接口电路采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型第一继电器输出型为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。第二晶闸管输出型为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。第三晶体管输出型为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。5、模拟量接口电路（1）模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的有若干位二进制数字表示的信号标准的模拟量信号电流信号420MA电压信号110V。（2）模拟量输出接口将PLC运算处理的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制的要求信号。（3）智能输入输出接口自带CPU，由专门的处理能力，与主CPU配合共同完成控制任务，可减轻主CPU工作负担，又可提高系统的工作效率。6、电源PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备（传感器）提供标准电源。7、编程器编程器专用的手持式、台式；电脑编程软件。作用编程，调试，监控。8、可编程控制器的分类按硬件的结构类型分类整体式、模块式、叠装式。按I/O点数的多少分类小型PLC、中型PLC、大型PLC。二、PLC工作原理1、可编程控制器是如何工作的继电器控制系统硬逻辑并行运行的方式。计算机控制系统采用等待命令的工作方式，如键盘扫描方式或I/O扫描方式。可编程控制器控制系统循环扫描工作方式，即系统工作任务管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的。2、可编程控制器工作原理可编程控制器在开机后，完成内部处理、通信处理、输入刷新、程序执行、输出刷新五个工作阶段，称为一个扫描周期。完成一次扫描后，又重新执行上述过程，可编程控制器这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。（1、信号传递过程从输入到输出最终输出刷新将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动作。（2、扫描周期和I/O滞后时间可编程控制器在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值为1100MS。I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。I/O滞后现象的原因（1）输入滤波器有时间常数（2）输出继电器有机械滞后（3）PC循环操作时，进行公共处理、I/O刷新和执行用户程序等产生扫描周期（4）程序语句的安排，也影响响应时间3、可编程控制器的技术性能指标1输入/输出点数2存储容量3扫描速度4指令系统5可扩展性6通信功能413S7200系列PLC概述一、S7200CPU西门子S7系列可编程控制器分为S7400、S7300、S7200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。小型PLC中，CPU221价格低廉能满足多种集成功能的需要。CPU222是S7200家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。CPU224具有更多的输入输出点及更大的存储器。CPU226和226XM是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。四种型号的PLC具有下列特点（1）集成的24V电源可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU221和CPU222具有180MA输出。CPU224输出280MA，CPU226、CPU226XM输出400MA可用作负载电源。（2）（2）高速脉冲输出具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHZ，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。（3）通信口CPU221、CPU222和CPU224具有1个RS485通信口。CPU226、CPU226XM具有2个RS485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。（4）模拟电位器CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。（6）EEPROM存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。（7）电池模块用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。（8）不同的设备类型CPU221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。（9）数字量输入/输出点CPU221具有6个输入点和4个输出点；CPU222具有8个输入点和6个输出点；CPU224具有14个输入点和10个输出点；CPU226/226XM具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。（10）高速计数器CPU221/222有4个30KHZ高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHZ的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。2、S7200系列CPU226型PLC的结构1CPU226型PLC外型CPU226型，其输入、输出、CPU、电源模块均装设在一个基本单元的机壳内，是典型的整体式结构。当系统需要扩展时，选用需要的扩展模块与基本单元连接。底部端子盖下是输入量的接线端子和为传感器提供的24V直流电源端子。基本单元前盖下有工作模式选择开关、电位器和扩展I/O连接器，通过扁平电缆可以连接扩展I/O模块。西门子整体式PLC配有许多扩展模块，如数字量的I/O扩展模块、模拟量的I/O扩展模块、热电偶模块、通信模块等，用户可以根据需要选用，让PLC的功能更强大。2CPU226型PLC端子介绍（1）基本输入端子CPU224的主机共有24个输入点（I00I07、I10I17、I20I27）和16个输出点（Q00Q07，Q10Q17），在编写端子代码时采用八进制，没有08和09。CPU226输入电路采用了双向光电耦合器，24V直流极性可任意选择，系统设置1M为输入端子（I00I14）的公共端，2M为（I15I27）输入端子的公共端。（2）基本输出端子CPU226的16个输出端参Q00Q03共用1M和1L公共端，Q04Q10共用2M和2L公共端，Q11Q17共用3M和3L公共端,在公共端上需要用户连接适当的电源，为PLC的负载服务。（3）高速反应性CPU226PLC有6个高速计数脉冲输入端（I00I05），最快的响应速度为30KHZ用于捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号CPU226PLC有2个高速脉冲输出端（Q00，Q01），输出频率可达20KHZ，用于PTO（高速脉冲束）和PWM（宽度可变脉冲输出）高速脉冲输出。（4）模拟电位器模拟电位器用来改变特殊寄存器（SM28，SM29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）存储卡该卡位可以选择安装扩展卡。扩展卡有EEPROM存储卡，电池和时钟卡等模块。存储卡用于用户程序的拷贝复制。在PLC通电后插此卡，通过操作可将PLC中的程序装载到存储卡。当卡已经插在基本单元上，PLC通电后不需任何操作，卡上的用户程序数据会自动拷贝在PLC中。利用这一功能，可对无数台实现同样控制功能的CPU22X系列进行程序写入。注意每次通电就写入一次，所以在PLC运行时，不要插入此卡。电池模块用于长时间保存数据，使用CPU226内部存储电容数据存储时间达190小时，而使用电池模块数据存储时间可达200天。三、PLC的CPU226的工作方式1CPU的工作方式CPU前面板上用两个发光二极管显示当前工作方式，绿色指示灯亮，表示为运行状态，红色指示灯亮，表示为停止状态，在标有SF指示灯亮时表示系统故障，PLC停止工作。（1）STOP（停止）CPU在停止工作方式时，不执行程序，此时可以通过编程装置向PLC装载程序或进行系统设置，在程序编辑、上下载等处理过程中，必须把CPU置于STOP方式。（2）RUN（运行）CPU在RUN工作方式下，PLC按照自己的工作方式运行用户程序。2改变工作方式的方法（1）用工作方式开关改变工作方式。工作方式开关有3个挡位STOP、TERM（TERMINAL）、RUN。把方式开关切到STOP位，可以停止程序的执行。把方式开关切到RUN位，可以起动程序的执行。把方式开切到TERM（暂态）或RUN位，允许STEP7MICRO/WIN32软件设置CPU工作状态。如果工作方式开关设为STOP或TERM，电源上电时，CPU自动进入STOP工作状态。设置为RUN时，电源上电时，CPU自动进入RUN工作状态。（2）用编程软件改变工作方式。把方式开关切换到TERM（暂态），可以使用STEP7MICRO/WIN32编程软件设置工作方式。（3）在程序中用指令改变工作方式。在程序中插入一个STOP指令，CPU可由RUN方式进入STOP工作方式。四、可编程控制器的工作方式PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点，不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式循环扫描技术。循环扫描技术是指，当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，如图4所示，即输入采样、用户程序执行和输出刷新。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。图4PLC工作过程1PLC选型及特点根据系统的应用领域、采集数据的类型和大小、I/O点数、以及设置数据需要得内存大小，本系统选用西门子公司S7200系列CPU为226型号的PLC。该系列可以单机运行，容易地组成PLC网络，同时具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，具有可靠性高，运行速度快的特性，使用方便灵活等特点。所以在规模不太大的领域是较为理想的控制设备。2PLC内部分配CPU226I/O接口分配如表3所示。表3I/O接口分配表输入输出1变频器启动SB5I00总运行灯L1Q001变频器停止SBS5I01总停止灯L2Q01井口温度低于5度KV12I021变频器启、停KV1Q02井口温度高于10度KV13I032变频器启、停KV2Q03换热器进口温度低于20度KV14I041变频器频率增加KV3Q04换热器进口温度高于30度KV15I051变频器频率减小KV4Q05外部气温低于0度KV16I062变频器频率增加KV5Q06外部气温高于10度KV17I072变频器频率减小KV6Q071变频器达到50HZKV18I101、2风机变频运行KV7Q101变频器降到15HZKV19I111、4风机变频运行KV8Q112变频器达到50HZKV20I122、4风机变频运行KV9Q122变频器降到15HZKV21I133风机变频运行KV10Q132变频器启动SB6I144风机变频运行（小变频器控制）KV11Q142变频器停止SBS6I15低温报警灯H0Q15总开始开关SB0I16总停止开关SBS0I17414CPU模块的外部连接CPU226接线规则（1）输入端接线DC24V电源的正极接输入开关，连接到CPU226各个输入端；负极接公共端1M，2M；一般规定DC输入端中1M、I00I14为第1组，2M、I15I27为第2组组成（1M、2M分别为各级公共端）。（2）输出端接线DC24V电源的正极接1L端；负极接1M端，输出负载的一端接到1M端，另一端接到CPU226各输出端；一般规定DC输出端中1M、1L、Q00Q07为第1组，2M、2L、Q10Q17为第2组组成（1L、2L分别为公共）。PLC输入/输出接线图如图5所示。图5PLC输入/输出接线图42温度传感器部分421常州汇邦温控仪智能温度控制器仪表CHB系列智能温度调节仪是汇邦公司潜心研发的一款普及型温控仪表。该仪表以单片计算机为控制中枢，具有数字PID及自整定功能，精炼的电路设计、成熟的控制程序加上进口的主要器件、使仪表具有稳定可靠、适应性广，抗干扰能力强等特点。广泛用于常规的控温场合。此款仪表经济实用，性价比极高，是普通指针、拨码仪表最具实力的替代品。根据汇邦仪表功能能表选择型号为CHB401PT1000400继电器180240V0548X48422汇邦表功能、尺寸分类表型号输入量程输出电压准确度等级面板尺寸CHB401E0400继电器180V240V0548X48CHB401K040010A继电器180240V0548X48CHB401K0400继电器180240V0548X48CHB401K0400逻辑电平180240V0548X48CHB401PT1000400继电器180240V0548X48CHB401PT1000400逻辑电平180240V0548X48CHB401K0999继电器180240V0548X48CHB402E0400继电器180240V0548X96CHB402PT1000400继电器180240V0548X96CHB402K0400继电器180240V0548X96CHB402K0400逻辑电平180240V0548X96CHB402K040010A继电器180240V0548X96CHB702PT1000400继电器180240V0572X72CHB702E0400继电器180240V0572X72CHB702E0400逻辑电平180240V0572X72CHB702K040010A继电器180240V0572X72CHB702K0400继电器180240V0572X72CHB702K0400逻辑电平180240V0572X72CHB702PT1000400逻辑电平180240V0572X72CHB902E0400继电器180240V0596X96CHB902K0400继电器180240V0596X96CHB902K040010A继电器180240V0596X96CHB902K0400逻辑电平180240V0596X96CHB902PT1000400继电器180240V0596X96CHB902PT1000400逻辑电平180240V0596X96423CHB系列智能温度调节仪接线图CHB401CHB402CHB702CHB902接线图424汇邦表使用参数及选型表格1汇邦表使用参数额定电压RATEDVOLTAGE180V240VAC50/60HZOR85260VAC50/60HZ电源功耗POWERCONSUMPTION5W上海天乐测控仪表有限公司准确度等级ACCURACYCLASS05FS分辨力DISPLAYACCURACY1环境温度AMBIENTTEMPERATURE050相对湿度RELATIVEHUMIDITY3585（无冷凝NOCONDENSATION接线方式CONNECTIONTYPE接线端子TERMINALS产品符合Q/320401HBD0012000XMT系列PID智能温度调节仪标准的要求2汇邦表选型表格CHB1234567891011尾缀序号名称说明1外型40148MMX48MMX85MM40248MMX96MMX82MM90196MMX48MMX82MM70272MMX72MMX82MM90296MMX96MMX82MM168160MMX80MMX70MM2控制方式0PID控制1位式控制3输入方式1热电偶输入2热电阻输入4输出方式1断续输出5制冷方式0无制冷1位式控冷2比例制冷6报警方式0无报警1上限报警2下限向下报警3上限向上报警7输入类型1K分度2E分度3PT1004CU506J分度8输出类型1继电器触点开关输出2逻辑电平输出（用于SSR控制）3单相可控硅过零触发输出（用于控制晶闸管）天乐测控仪表89制冷类型0无制冷输出1继电器触点开关输出2逻辑电平输出（用于控制SSR）3单相可控硅过零触发输出（用于控制晶闸管）10报警类型0无报警输出1继电器触点开关输出2逻辑电平输出（用于控制SSR）3单相可控硅过零触发输出（用于控制晶闸管上海天乐测控仪表有限公司11温度范围10100201503040040400406005080050999尾缀电源输入类型无尾缀线性电源EP开关电源425本设计选型该控制系统中存在大量的模拟量信号，这些信号的输入都要通过传感器进行模拟量采集，将采集的模拟量信号送入PLC输入模块进行模数转换，将连续的变化量（大部分为420MA的电流信号，05V或010V的电压信号）转换离散的数字量，存储到PLC内存里；输出是由模拟量输出模块将我们要输出的存储在内存中的数字离散信号转换为电压信号或者电流信号。本设计中要求的温度监测1井下距离井口10M到20M的地方安装温度传感器测量井口温度，并且后面的控制要求是维持此处井口温度在5度到10度之间。2热风由换热器加热，换热器进口温度低于20度时风机应停止运行，并且报警。换热器进口温度高于30度时，风机才可以起动。3由于实际生产过程中自动化程度较高，很多具有高程度自动化的设备无人值守，为了便于观察和安全，故也需要在井口中另外安装温度传感器来专门监测井道中的空气温度。则由上面的测温要求决定本设计选用热电阻PT100温度传感器。铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温200650范围的温度测量中。PT100是一种广泛应用的测温元件，在50600范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。要想正确的使用它们，首先了解各个传感器的性能指标。PT100铂电阻温度传感器是利用金属铂在温