PLC大型鼓风机监控系统设计

1、摘 要矿井升降机是煤矿安全生产的关键设备之一，它被广泛的用于提升煤炭、矸石，升降人员和下放物料等，在整个煤矿生产中过程中的地位十分重要。传统的矿井升降机控制系统的控制方式主要是用继电器-接触器来控制，并且通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。这种控制系统存在许多缺点，如：可靠性差、操作复杂、故障率高、能源浪费量大、效率偏低等缺点。基于这种情况，采用PLC 技术与变频器结合，以改良原有的控制系统，从而提高了系统的可靠性、控制精度和整个电控系统的调速性能。所以说，升降机提升控制系统的研究很具有现实意义，也是国内外专家和学者着重研究的课题本文针对传统升降机控制系统中存在的上述问题，把PL

2、C 可编程序控制器和变频器应用于升降机控制系统上，并在可行性方面进行了较深入的研究。事实表明：采用PLC 和变频器结合来控制系统，可使升降机工作起来更可靠，更方便，节能效果也更明显。 关键词：变频器；PLC ；矿井升降机AbstractThe shaft hoist is the foremost equipment of mines，it is widely used to transport the materials ，staff and equipment.The traditional shaft hoist control system is always controlled b

3、y the relay-contactor，and adopts the methods of connect series additional resistant in rotors winding loop to start and adjust speed. The system has many disadvantages such as bad reliability，complicatedoperation ，high fault rate，large energy wasting and low efficiency. According to this kind of con

4、dition, we adopt PLC and Transducer to reform for original control system, so as to raise the safety, reliability, control precision and speed regulation performance of the whole electric controlled system. So，carrying on the research on the shaft hoist control system has realistic meanings ，and it

5、is a subject for research by relevant experts and scholars，both at home and abroad.To these questions existing in the shaft hoist contro1 system ，the paper applied PLC(Programmable Logic Controllerand frequency converter to the system and carried on deeper research in feasibility. The fact indicates

6、 ，adopting control system ，the shaft hoist works reliably，easy to use，energy-saving well，and have dynamical shown function.Key Words：Frequency conversion ；PLC ；mine hoist目 录摘 要 . 1Abstract . 2引 言 . 31 绪 论 . . 41.1 鼓风机的简介及其发展情况 . 41.1.1 鼓风机的定义. 41.1.2 离心式鼓风机的工作原理 . . 41.1.3 鼓风机的由来与发展 . 41.1.4 鼓风机的国内外

7、发展情况 . . 51.2 可编程控制器 . 61.2.1 可编程控制器的产生 . 61.2.2 PLC的定义及工作原理 . 71.2.3 PLC的功能与特点 . . 81.2.4 PLC的发展历史、现状及其趋势 . . 102 鼓风机监控系统总体方案的设计 . . 122.1 鼓风机的工艺流程 . . 122.1.1 鼓风机控制系统的总体要求. 132.1.2 鼓风机控制系统的功能 . . 142.2 变频器的选型 . 142.2.1变频器简介 . . 142.2.2变频器调速原理 . 152.2.3变频器的选择 . 162.2.4 MM420变频器端子介绍 . 172.2.5鼓风机变频调速

8、的特点 . . 172.3 鼓风机监控系统总体方案设计 . 183 基于PLC 的大型鼓风机的监控系统的硬件设计 . 183.1 PLC的选型 . 183.1.1 PLC选型的要求 . . 183.1.2 西门子S7-300PLC 简介 . . 203.2 PLC容量估算 . . 233.2.1 I/O点数的估算 . 233.2.2 PLC存储器容量估算 . . 233.2.3 I/O模块的选择 . 233.3 PLC外部接线图及I/O分配表 . 253.3.1 分配输入/输出点 . 253.3.2 PLC外部接线图 . . 253.4 鼓风机监控系统的硬件设计 . 264 基于PLC 的大型

9、鼓风机的监控系统的软件设计 . 284.1 PLC程序设计流程图 . 284.2 PLC的监控系统程序设计 . . 294.2.1 S7-300 PLC通讯功能 . 294.2.2 PLC的程序设计 . . 294.3 触摸屏程序设计 . 374.3.1 触摸屏简介 . . 374.3.2 触摸屏的工作原理及特性 . . 384.3.3 触摸屏的程序设计 . 394.3.4 鼓风机监控系统的触摸屏仿真界面 . 40结 论 . 43参 考 文 献 . 44致 谢 . 45引 言随着我国经济的快速发展，以微处理器为核心的微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速的发展。可编程控制器PLC 作

10、为工业控制的一种新方法，在工业领域得到了快速的发展，使得可编程控制器PLC 应用越来越广泛。而随着中国经济建设中环保、节能战略的推进，可持续发展战略的实施，高炉大型化成为冶炼行业的发展方向，这就对大型鼓风机高效化提出了紧迫要求, 同时中国的发展也面临着日益严峻的环保形势，为此国家出台了一系列节能减排的强制性措施，其中最主要的就是高炉的大修扩容，而大型鼓风机作为高炉的主要设备，这样就提高了鼓风机对风量以及压力的需求。同时我们知道大型鼓风机在各种行业生产中是非常重要的复杂设备，具有永久性、隐蔽性、及不可修复性等特点，这决定了鼓风机工程必须质量优良、经久耐用。在鼓风机控制技术方面，继电器控制系统由于

11、故障率高，控制方式不灵活及功率消耗大等缺点，目前已逐渐被淘汰。而可编程逻辑控制器PLC 控制系统由于运行可靠、使用维修方便、开发周期短、抗干扰性强等优越性，逐渐成为目前鼓风机控制系统中使用最多的控制方式，成为目前鼓风机控制系统的发展方向。本课题研究的主要内容是基于PLC 大型鼓风机监控系统设计，并采用触摸屏对鼓风机控制系统进行上位机的监控。论文首先对鼓风机控制系统的基础知识进行了简单的介绍，经过对鼓风机控制系统运行情况分析，对设计所用的PLC 和变频器做出了合理的选型，并详细的介绍了PLC 、触摸屏、变频器之间的通信设置，完成了基于PLC 大型鼓风机监控系统设计。1 绪 论1.1 鼓风机的简介

12、及其发展情况1.1.1 鼓风机的定义高炉鼓风机定义：它是能将一部分大气汇集起来，并通过加压提高空气压力形成具有一定压力和流量的高炉鼓风，再根据高炉炉况的需要进行风压、风量调节后将其输送至高炉的一种动力机械。从能量的观点来看，高炉鼓风机是把原动机的能量转变为气体能量的一种机械。鼓风机的作用：向高炉送风，以保证高炉中燃烧的焦炭和喷吹的燃料所需的氧气。另外，还要有一定的风压克服送风系统和料柱的阻损，并使高炉保持一定的炉顶压力。高炉鼓风设备是为冶炼高炉提供足够的含氧空气，它是高炉生产的重要组成部分。由于高炉冶炼的连续性，要求鼓风机均匀地供给一定量的空气，另外还应有一定的风压，以克服送风系统和料柱阻力，

13、并使高炉保持一定的炉顶压力，在整个冶炼过程中，由于原料、燃料、操作等条件的变化，引起炉况经常改变，也相应地要求供风参数变化，所以高炉风机需要具有一定的稳定调节范围和可靠的安全控制系统。1.1.2 离心式鼓风机的工作原理离心式鼓风机主要由静止部分和转动部分组成。静止部分由机壳、进风管、轴承、密封装置、扩叶器、回流器和出风管组成。转动部分由转子和装在转子主轴上的叶轮、推力盘、平衡轮等组成。离心式鼓风机的工作原理为鼓风机在原动机带动下高速旋转，它利用旋转时产生的离心力，使流体获得能量，使流体通过叶轮后的压能和动能都能得到升高，从而能够将流体输送到高处或远处。1.1.3 鼓风机的由来与发展顾名思义风机

14、也就是造风、送风的机械。风有自然风和机造风之别。前者的能量和威力很大很大，而后者则是我们所需要的鼓风机。我国古代是风机鼻祖的发源地，但由于长期的封建统治，人们的智慧受到抑制，工农业受到阻滞。工业生产的落后带来的是科学技术的落后，鼓风机械也就由盛而衰了。 18世纪，欧洲发生工业革命，蒸汽机车的出现、钢铁工业、煤炭工业的突飞猛进使得通风机、鼓风机、压缩机也就随波逐流地发展起来。有的国家的风机产品随着钢铁产量的起落而起落，而有的国家的风机产品则又随着石油、石油化工产品的产量的升降而升降。1862年，英国T圭贝尔发明了离心通风机，其叶轮、机壳为同心圆型，机壳用砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率为40左

15、右，主要用于矿山通风。1880年，人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳和后向弯曲叶片的离心通风机，结构比较完善。1898年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心通风机，并为各国广泛采用。19世纪，轴流通风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风，但压力仅为100300Pa ，效率仅为15%25。这种通风机，直到20世纪40年代以后才得到较快的发展。1935年，德国首先采用轴流等压通风机作为锅炉通风机和引风机。1948年，丹麦制成运行中动叶可调的轴流通风机，同时对旋轴流通风机、子午加速轴流通风机、斜流通风机和横流通风机也都获得发展。离心式压缩机是在离心通风机的基础上发展起来的，20世纪出现了压力比为4.

16、5的离心式压缩机。50年代开始，离心压缩机制造业在欧美的工业发达国家得到发展。1963年，美国生产出第一台合成氨厂用的14.7MPa 高压离心压缩机，采用筒型机壳代替水平剖分型机壳，又称筒型压缩机，它能承受10MPa 以上的压力。70年代，美国、意大利和德国先后制成6070MPa 高压筒型压缩机，筒体壁厚280mm 。80年代初排气压力已达80MPa 。离心压缩机的转速一般为每分钟几千转以上，有的已达到25000转以上，所需功率可达几万千瓦，流量已达10000m 3/min。离心压缩机的常规叶轮是以一维流动理论为基础设计的，60年代开始应用三维流动理论设计空间扭曲叶片，以改善叶轮级的性能。轴流

17、压缩机也是在欧洲首先出现的。19世纪末，英国人CA帕森斯让多级反动式汽轮机反向旋转，作为试验用轴流压缩，但由于效率很低而不能使用。20世纪初，英国制造出第一台轴流压缩机，效率仍不高。一直到30年代，由于航空事业的发展，开展了对轴流压缩机气体动力学理论研究和试验研究，效率才有显著提高。亚音速级(气流速度低于声速 中压力比不大，一般不超过1.3。为了提高风机的压力比，同时增大风机的流量，人们开始研究跨声速和超声速压缩机，并已广泛应用于喷气发动机。1.1.4 鼓风机的国内外发展情况随着鼓风机制造行业竞争的不断加剧，大型鼓风机制造企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的鼓风机制造企业愈来愈重视对行

18、业市场的研究，特别是由于对产业发展环境和产品购买者的深入研究，一大批国内优秀的风机品牌迅速崛起，逐渐成为风机制造行业中的翘楚。国内一些有代表性的企业已在透平压缩机和大型鼓风机科技制造中，普遍采用三元流动设计和计算机辅助设计及辅助制造。九五将重点发展大型电站、矿井风机、40万吨/年乙烯用裂解三机、30万吨/年合成氨和52万吨/年尿素装置用五大透平压缩机组，提高电厂锅炉引风机动叶片的耐磨性能、延长寿命。对于量大面广的高压鼓风机，以高效节能和低噪声为发展方向，改进风机设计和采用措施扩大调节范围，提高变负荷条件下鼓风机效率即运行效率。在国内工业生产和产品加工制造业中，鼓风机设备应用广泛。八十年代初发展

19、起来的变频调速技术，正是顺应了工业生产自动化发展要求，使得鼓风机类机器的控制改变了以前多采用继电器-接触器的控制的状况，克服了故障率高，可靠性低的缺点。近年来随着控制技术的不断发展，利用PLC 代替继电器-接触器则大大的改善了鼓风机监控系统的性能，目前PLC 系统已朝向人机界面更加友好，网络通讯能力大大加强，开放性和操作性大大发展，处理功能进一步增强，与以太网融合的方向发展。在国外，为满足工程装置大型、连续化要求，在鼓风机机上普遍采用了三元流动理论，使产品实现高效率。采用旋转气体密封、气体轴承、磁力轴承等技术，以提高转速，减小结构尺寸，日本神户制钢所、美国英格索兰公司已成功地研制出这种产品。由

20、于鼓风机的大型化和高速化使噪声问题更为突出，国外正加紧致力于降低噪声的研究。近年来采用主动声源控制法降低通风机旋转噪声已获成功。为适应多变市场，一些公司正致力于实现CIMS ，这一技术的应用，有力的推动鼓风机向高效、大容量方向发展。此外，一些先进的制造工艺逐步在鼓风机制造中采用。1.2 可编程控制器1.2.1 可编程控制器的产生20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制，代替传统的继电接触器控制。但采用小型计算机实现工业控制价格昂贵，输入、输出电路不匹配，编程技术复杂，因而没能得到推广和应用。20世纪60年代末期，美国汽车制造工业竞

21、争激烈，为了适应生产工艺不断更新的需要，在1968年美国通用汽车公司首先公开招标，对控制系统提出的具体要求基本为：它的继电控制系统设计周期短、更改容易、接线简单、成本低；它能把计算机的功能和继电器控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学、操作方便；系统通用性强。1969年美国数字设备公司根据上述要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在通用公司汽车生产线上首次应用成功，实现了生产的自动控制。其后日本、德国等相继引入，可编程序控制器迅速发展起来。但这一时期它主要用于顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器，简称PLC （Programmablc

22、 Logic Controller。20世纪70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程逻辑控制器更多地具有计算机功能，不仅用逻辑编程取代硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，真正成为一种电子计算机工业控制装置，而且做到了小型化和超小型化。这种采用微电脑技术的工业控制装置的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程序控制器，简称PC （Programmablc Controller 。但由于PC 容易和个人计算机（Personal Computer混淆，故人们仍习惯地用PLC 作为可编程序控制器的缩写。1.2.2 PLC 的定义及工作原理可编程控制器简称PLC

23、(Programmable Logical Controller ，以微处理器为核心，综合微机技术、电子应用技术、自动控制技术及通信技术而发展起来的工业自动化控制装置。国际电工委员会（IEC ）于1987年颁布了其标准及定义：“可编程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，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。”PLC 是基于电子计算机，且适用于工业现场

24、工作的电控制器。通过运行存储于PLC 内存中的程序，进行入出信息交换实现控制。入出信息交换、可靠物理实现是PLC 实现控制的两个基本要点。入出信息交换靠运行存储于内存中的程序实现的。程序包含PLC 生产厂家提供系统程序和用户根据需要自行开发的应用程序。系统程序提供了运转平台，同时还为PLC 用户程序的可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。可靠物理实现主要输入（INPUT ）及输出（OUTPUT ）电路。PLC 的输入电路要对输入信号进行滤波处理，去掉高频干扰，在内部与计算机电路进行光电隔离，靠光耦原件或继电器建立连接。输出电路需进行功率的放大，以带动一般地工业控制元器件，如电磁阀、接触器

25、等。PLC 的工作过程： 图1.1可编程控制器的工作过程PLC 实现控制的方式是以扫描方式为主，中断方式为辅的控制方式。大量控制都是用扫描方式，个别急需的处理，可通过中断这个扫描运行的程序的方式来执行。1.2.3 PLC 的功能与特点1、PLC 的功能随着自动化技术、计算机技术及网络通信技术的迅速发展，PLC 的功能日益增多。它不仅能实现单机控制，而且能实现多机群控制，不仅能实现逻辑控制，还能实现过程控制、运动控制和数据处理等，其主要功能如下：（1）开关量逻辑控制这是PLC 的最基本的功能。PLC 具有强大的逻辑运算能力，它提供了与、或、非等各种逻辑指令，可实现继电器触点的串联、并联和串并联等

26、各种连接的开关控制，常用于取代传统的继电器控制系统。使用PLC 提供的定时、计数指令，可实现定时、计数功能，其定时值和计数值可由用户在编程时设定，也可用数字拨码开关来设定，其值可进行在线修改，操作十分灵活方便。（2）模拟量控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。PLC 提供了各种智能模块，如模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块、热电阻用模拟量输入模块、热电阻用模拟量输出模块等，通过使用这些模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU 处理；而CPU 处理的数字结果，经D/A转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。（3）闭环

27、过程控制使用PLC 不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制。配置PID 控制单元或模块，对控制过程中某一变量（如速度、温度、电流、电压等）进行PID 控制。（4）定时、定位、计数控制PLC 具有定时控制的功能，它为用户提供了若干个定时器，定时器的时间可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现定时或延时控制。定位控制是PLC 不可缺少的控制功能之一。PLC 提供了定位模块、脉冲输出模块等智能模块，以实现各种需求的定位控制。PLC 具有计数控制的功能，它为用户提供了若干个计数器或高速计数模块。计数器的计数值可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现

28、计数控制。（5）顺序（步进）控制在工业控制中，选用PLC 实现顺序控制，可以采用IEC 规定的用于顺序控制的标准化语言顺序功能图进行设计，可以用移位寄存器和顺序控制指令编写程序。（6）网络通信现代PLC 具有网络通信的功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC 与计算机之间的通信，从而构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，实现工厂自动化。PLC 通过RS232接口可与各种RS232设备进行通信。PLC 还可与其它智能控制设备（如变频器、数控装置）实现通信。PLC 与变频器组成联合控制系统，可提高交流电动机的自动化控制水平。（7）数据处理现代PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运

29、算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。2、PLC 的特点（1）通用性强、灵活性好、功能齐全PLC 是专为在工业环境下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点。通过选配相应的控制模块便可适用于各种不同的工业控制系统。同时，由于PLC 采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，当生产工艺改变或生产设备更新时，不必改变PLC 的硬件，只需改变程序，改变控制逻辑，其连线少，体积小，加之PLC 中每只软继电器的触点数理论上无

30、限制，因此，灵活性和扩展性都很好。（2）可靠性高、抗干扰能力强为了确保PLC 在恶劣的工业环境下能可靠的工作。在设计中强化了PLC 的抗干扰能力，使之能抗诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰。PLC 能承受电网电压的变化，可直接由交流市电供电，直接取自电控箱电源。即使在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作。PLC 在设计、生产过程中除了对元器件严格筛选外，硬件和软件还采用屏蔽、滤波。光电隔离和故障诊断、自动恢复等措施，有的PLC 还采用了冗余技术等，进一步增强了PLC 的可靠性。（3）编程简单、使用方便PLC 在基本控制方面采用梯形图语言进行编程，这种梯形图是与继电器控制电路图相呼应的，

31、形式简单、直观性强，广大电气人员容易接受。用梯形图编程出错率比汇编语言低得多。梯形图、流程图、语句表之间可以有条件的相互转换，使用极其方便。（4）模块化结构、安装简单、调试方便PLC 的各个部件，包括CPU 、电源、I/O等均采用模块化结构设计，由机架和电缆将各模块连接起来，由于配置灵活，使扩展、维护更加方便。另外，PLC 的接线十分方便，只需将输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC 的输入端子相连，将接受控制的执行元件（接触器、电磁阀等）与输出端子相连即可。调试工作大部分是室内调试，用模拟开关模拟输入信号，其输入状态和输出状态可以观察PLC 上相应的发光二极管，可以根据它进行测试、排错和修

32、改。1.2.4 PLC 的发展历史、现状及其趋势1、发展历史虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 迅速发展，其发展大致可分为三个阶段。（1）早期的PLC （20世纪60年代末-70年代中期）一般称为可编程逻辑控制器。这时PLC 多少有点继电器控制装置替代物的含义，其主要功能一般适用于单一的工序的自动控制。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上做了改进以适应工业现场控制的要求。早期的PLC 装置中主要采用分立元件和中小规模集成电路，初期采用磁芯存储区存储；另外还采用了一些措施，以提高其抗干扰能力。在软

33、件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式-梯形图。因此，早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，功耗低，有故障指示，能重复使用等。（2）中期的PLC （20实际70年代中期-80年代中后期）在微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU ）。这样使PLC 功能大大增加。在软件方面，除了保持原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块以及

34、各种特殊功能模块，并扩大了存储器容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据存储器，使PLC 应用范围得以扩大。（3）近期的PLC （20世纪80年代中后期至今）由于超大规模集成电路的应用并迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，各种类型的PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高，而且为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂还纷纷研发了专用逻辑处理芯片，这使得PLC 软硬件功能发生了巨大变化，跨入21世纪后，就整体而言，不论是硬件还是系统软件，以至于联网通信，PLC 正在向标准化方向发展。PLC 自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销

35、售额不断上升，生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。作为离散控制的首选产品，PLC 在我国的应用已有30年的历史。PLC 自20世纪70年代后期进入中国以来，应用增长十分迅速。PLC 进入中国时最初是从成套设备引进应用，由于PLC 价格昂贵，引进的PLC 主要用于冶金、电力、自动化生产线等大的设备和系统。在引进国外PLC 产品的过程中，我国也曾组织了相关单位消化、吸收PLC 的关键技术，试图对PLC 进行国产化。到80年代在上海、北京、西安、广州、长春等地的20多家科研单位、大专院校和工厂研制和生产PLC 产品，具体的单位有：北京机械工业自动化研究所、上海工业自动

36、化仪表研究所、大连组合机床研究所、成都机床电器研究所、中科院北京计算机所及自动化所、长春一汽、上海起重电器厂、上海香岛机电公司、上海自力电子设备厂等单位。但终因缺乏资金和后续研究力量、生产技术相对落后，都没有成功实现产业化。PLC 产品运作是否成功不是由简单的一两种因素决定的。近10年来，随着PLC 价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC 进行控制。2、现状及趋势PLC 被公认为现代工业自动化三大支柱（PLC 、机器人、CAD/CAM）之一，从世界范围来看，PLC 的产量、销量都非常的高，在我国也呈直线上升，几乎在国民经济的所有部门得到了迅速的普及与推广。全世界P

37、LC 及其系统的研究与制造达200多家公司，生产着100多个系列的产品。但若按其发展的历史渊源和所受的地域影响来划分，大体可分为三个流派，即美国产品、日本产品及欧洲产品。PLC 集三电（电控、电仪、电传）于一体。从现代控制装置来看，无论是逻辑控制、过程控制还是运动控制都使用计算机的控制装置，计算机称为三电一体的物质基础。随着PLC 的处理器处理速度的不断提高，PLC 的功能不断增多，现在发展成具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的名符其实的多功能控制器。（1）功能向增强化和专业化的方向发展，针对不同行业的应用特点，开发出专业化的PLC 产品。以此来提高产品的

38、性能和降低产品的成本，提高产品的易用性和专业化水平。（2）规模向小型化和大型化的方向发展，小型化是指提高系统可靠性基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；大型化是指应用在工业过程控制领域较大的应用市场，应用的规模从几十点扩展到上千点，应用功能从单一的逻辑运算扩展几乎能满足所有的用户要求。（3）系统向标准化和开放化方向发展，以个人计算机为基础，在Windows 平台上开发符合全新一体化开放体系结构的PLC 。通过提供标准化和开放化的接口，可以很方便地将PLC 接入其它系统。2 鼓风机监控系统总体方案的设计2.1 鼓风机的工艺流程高炉冶炼可采用喷吹重油或煤粉，目前全改为喷吹煤粉，强化冶炼，提高出

39、铁量。为了使炉内温度提高还需配合富氧措施，即使空气中的含氧率提高，为了降低能耗，采用在鼓风机前，把纯氧混入吸入机内空气的方法，采用制氧站的空分后的低压氧，经氧气混合器混合后随空气加压至入炉所需的空气压力，如图 2.1。同时，为了安全起见，在进入氧气混合器处外接一根保安氮气管，当鼓风机有故障时，一方面可紧急切断氧气输入；另一方面氮气注入阀打开，注入氮气，稀释氧气，避免事故的扩大。为配合高炉强化冶炼、喷吹煤粉入炉，要求提高喷吹口的温度，降低燃料消耗，就要使入炉空气中的水分尽可能低，以免水蒸发消耗热量，因此采用脱湿后送风也是高炉冶炼降低焦比的重要措施之一。 图2.1鼓风机的工艺流程图2.1.1 鼓风

40、机控制系统的总体要求根据某钢厂焦炉煤气“东气西输”工程，管道中途设置了煤气加压机，以满足末端用户压力需求。为满足高炉鼓风机的启动过程和正常运行过程, 控制系统应满足：( 1 首先应满足启动条件：动力油油压、润滑油油压、润滑油温度均正常。 此外还应保证风机静叶关闭、放空阀全开、止回阀全关和逆流实验开关复位，主电机闭锁解除，允许主电机启动。( 2 风机启动过程：主电机运行、风机静叶闭锁解除。此时要判定静叶释放时间小于给定时间( 否则应静叶闭合，重复上述过程 、然后止回阀闭锁解除、放空阀闭锁解除，风机加载，启动结束。( 3 风机运行过程中有以下因素之一是主电机停机、风机轴温过高、增速箱轴温过高、主电

41、机轴温过高、风机轴振动过大、风机轴位移过大、润滑油压力过低、动力油压力过低和持续逆流等。2.1.2 鼓风机控制系统的功能（1）启动条件控制鼓风机启动前，首先要判断电机的运行状态、润滑油温度、风机静叶位置、放空阀位置、止回阀位置、动力油和润滑油压力、实验开关和存储器复位情况，所有条件满足后，PLC 发出允许启动确认命令，系统解除主电机闭锁信号。（2）压力控制风机出口压力通过改变风机静叶角度而保持不变，不受风机出口流量的影响。压力控制系统和流量控制系统使用相同的执行机构，但不同时参与控制。压缩机的正常操作方法为：控制风机出风流量时，将压力控制系统作为风机出风压力限制，从而使设备不因输出压力太高造成

42、损坏。此时只要风机出风压力低于压力控制器的给定值，压力控制器的输出始终处于最大值而稳定不变；若风机出风压力超过给定值，压力控制器的输出则下降并在低选器中与流量控制器、风机出风压力控制器信号进行比较后，风机将由压力控制器的信号来控制执行机构，风机将以压力控制方式运转，流量控制器的输出值上升到最大值。当风机出口压力再次下降，使得压力控制器的输出信号在低选器中被切断， 流量控制器再次控制风机出风流量。2.2 变频器的选型2.2.1变频器简介变频器是将工频电源变成另一种频率的电能控制装置。通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流

43、）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数等功能。另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。目前，我们所使用的变频器主要采用交-直-交方式，即先把工频电源（50HZ ）经过整流装置整流成直流，再把直流电源转换成频率、电压均可变的交流电。它一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成，如图2.2。图2.2 “交-直-交”变频器的结

44、构框图2.2.2变频器调速原理三相异步电动机的转速公式为：n =n 0(1-s =60f (1-s p式中n 0同步转速；f 电源频率，单位为Hz ；p 电动机极对数；s 电动机转差率；从公式可知，改变电源的频率、电动机极对数或电动机转差率即可实现调速。变频器是通过改变电源的频率来实现对电机的调速。对异步电动机实行调速时，希望主磁通保持不变，因为主磁通太弱，铁芯利用不充分，同样转子电流下，电动机的负载能力下降；若主磁通太强，铁芯发热，波形变坏。为了保持磁通不变，必须使电动机定子的每相电动势与定子频率成正比。因为：E 1=4.44f 1N 1m式中E 1电动机定子每相电动势；f 1电动机定子频率

45、；N 1定子相绕组有效砸数；m 每极磁通量。从公式可知，要使m 保持基本不变，必须保持E 1和f 1的比例不变或者微小变化。 因此，异步电动机的变频调速必须按照一定的规律，同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频器获得电压和频率均可调节的供电电源。 2.2.3变频器的选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得变频调速在鼓风机行业也得到广泛应用。本设计选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，可以达到变频器的控制效果。 图2.3 MM420系列变频器MM420具有模块化设计，操作面板和通讯模块可以不使用任何工具，可以非常方便的用手进行更换，MM420适合用于各种变速驱动系统装置，尤其适合用于水泵，风机和传送带系统的驱动装置。此外MM4