【《烘干机加热恒温及传动控制系统的整体设计案例》4000字】

烘干机加热恒温及传动控制系统的整体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u18209烘干机加热恒温及传动控制系统的整体设计案例 1234441.烘干机加热恒温及传动控制系统的设计方案 1294741.1.传动控制方案中PLC的选择 1125321.2.控制系统的设计方案 283191.2.1.控制方案的选择 2295841.2.2.控制方案的概念示意图 3325672.控制系统的硬件选型分析及设计 4204482.1.PLC控制系统设计的基本原则 4154802.2.PLC种类的选择 4283312.2.1.PLC输出种类分析与选择 4299652.3.电气元件的选择和部分说明 7154002.3.1.电机的选型 711562.3.2.电子式电动单座调节阀的选型 833492.3.3.变频器种类的选择 9241672.3.4.中间继电器的选型 11147352.3.5.扩展模块的选型 13189913.控制程序设计 16173353.1.控制系统程序编程设计 16245403.1.1.控制系统的对象和要求 1641933.1.2.控制系统工作原理 16210893.2.I/O分配表 17108543.3.控制系统主电路 18159293.4.PLC接线图 2034043.5.控制系统流程图 21烘干机加热恒温及传动控制系统的设计方案传动控制方案中PLC的选择在我所设计的传动控制部分，主要的预选择有单片机和PLC这两种，我们需要分析这两者各自的优缺点。表2.1控制与单片机控制的比较单片机PLC优点1、体积小可靠性高2、成本相对较低3、低电压，低功耗4、控制能力强1、抗干扰能力强，稳定性好，可靠性高2、便于维护3、开发周期短4、新手学习易上手5、良好的输出驱动功能缺点抗干扰能力差进行复杂的设计时需要较长的开发时间进行维护时较为麻烦，需要较长的时间成本相对单片机要高2、拥有独立的“语言”系统，需要通过学习新的编程才能使用3、需要配套设备才能完成控制，不能单独控制4、国内外各PLC厂家硬件、编程语言和指令系统不一致，导致如果更换新厂的PLC需要学习新的编程语言从上面对单片机与PLC的比较可知，单片机适用于一些结构简单的设计开发，在一些工作量较大的环境时，需要较长的时间编程维护，不易发挥它的优点。相对于重复率高及高成功率的项目来,采用PLC作为此次课题设计中控制系统的方案是一种合理的选择。控制系统的设计方案控制方案的选择我的课题设计中的要求的原因导致工作量较大，对其稳定性有很高的要求。在烘干的过程中，由于机器的工作时间较长，控制系统要要更加平衡、稳定的动作去配合机器工作。因此提出的要求需要机器运行顺畅，少出故障，维修便利去减少额外费用，总上之言我们最终决定控制系统使用PLC，其良好的稳定性和可靠性值得我们选择。控制方案的概念示意图本次课题设计的核心功能是通过PLC来实现烘干机的控制，使用电子式电动单座调节阀来调整烘箱内的温度，设计和PLC配套的触摸屏去在烘干机运行时便于工人的操作和设备的运行。2.1图课题中PLC控制系统概念图控制系统的硬件选型分析及设计PLC控制系统设计的基本原则为了保障控制系统的稳定和高效，在设计时需要达到以下的设计要求：1、解决被控对象的基本工作要求2、保障PLC的安全性、可靠性和高效性3、有较高的的性价比，便于维护和方便使用4、可以适当的提升额外需要的功能PLC种类的选择PLC输出种类分析与选择PLC有晶体管和继电器这两种输出类型，下面的内容简单介绍了晶体管与继电器的不同点。表3.1晶体管和继电器在各方面的对比最后综合考虑选择用台达电子企业管理有限公司的系列型号为的DVP24ES00R的PLC。图3.1PLC及扩展模块展示图图3.2PLC产品外观图TOC\o"1-3"\h\u电气元件的选择和部分说明电机的选型图3.3电动机的构造当向三相\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"定子绕组中通入对称的\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"感应电动势（感应电动势的方向用\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"磁场中受到电磁力的作用（力的方向用\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"左手定则判定）。电磁力对转子轴产生\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%BC%82%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA/_blank"电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。表3.2三相异步电动电机参数电子式电动单座调节阀的选型本次设计我们选用品牌为HAISHENG型号为ZDLP的电子式电动单座调节阀，该型号的调节阀其所构成的部分中电动执行机构内有伺服系统，无需另配伺服放大器，有输入信号及电源即可控制阀门开度。调节阀利用阀输出端的反馈信号（压力、压差、温度）通过信号传递改变阀门的开度，达到调节压力、流量、温度的目的。当烘箱内的温度不能稳定在所设定的值时，从PLC输出一个标准的数字信号，通过PLC的扩展模块转换成模拟信号给调节阀，调节阀根据这个信号来自动控制调节阀的开度，从而使温度保持在设定的温度范围。图3.4调节阀实物图变频器种类的选择变频器在实际应用中出了可以使用在改变交流电源的频率，在我的设计中，可以通过增加一个电位器来改变传动电机的转速，传动电机的转速保证了传动带的速度，稳定整个传动控制设计的速度。综合已经设计好的控制系统，最后决定选用台达电子企业管理有限公司的系列型号为VFD-055的变频器。表3.3变频器部分性能参数型号VFD-055电压等级220v最大电机适用容量5.5kw额定输出容量9.5kVA额定输出电流25A图3.5变频器产品图图3.6变频器尺寸图中间继电器的选型中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也能用来直接控制小容量的电机或者其它的电气执行元件。它的结构和工作原理和交流接触器基本相同，实际上也是电压继电器的一种，中间继电器的触点很多，同时触点允许流过的电流较大，可以断开和接通较大电流的电路。中继可以用较小的电流控制较大的电流，在电路中也能起到继电保护的作用。表3.4中间继电器的规格表电磁品牌OMRON/欧姆龙型号MY2NJ/DC24V产品系列3RH12触点形式二开二闭额定电压DC24（V）电流性质直流外形小型功率负载小功率防护特征封闭式直流电阻50（Ω）吸合电流5（A）释放电流5（A）线圈功率0.9（W）额定工作频率50（Hz）图3.7中继实物图扩展模块的选型温度模块和模拟量模块在本课题是比较重要的组成部分，是实现PLC实时对恒温控制的重要途径。温度模块选用的是台达DVP系列产品型号为DVP04PT，模拟量模块选用是台达同系列产品型号为DVP06XA。由于课题的要求，温度若想要保持恒定，需要不断的读取当前的温度，不断地反馈到PLC，再由PLC输出信号去控制温度，因此所选用的模拟量模块为混合输入输出模块。图3.8扩展模块实物图表3.4烘干机电气元件清单序号内容型号规格数量备注1PLCDVP24ES00R1台达PLC2模拟输入/输出混合模块DVP06XA1扩展模块3温度测量模块DVP04PT1扩展模块4中间继电器24V8PLC输出中继5断路器3P40A5电机电源通断6断路器2p10A2PLC电源通断，比例阀电源通断7交流接触器380V40A311Kw风机+5.5Kw输送机8交流接触器380V20A22.2Kw风机9数字式热继电器1A~80A5创泰电子10三色指示灯24v1/11开关电源/1/12触摸屏Dop110cs1台达触摸屏13电位器//控制输送电机转速14急停按钮/1/15电源指示灯/1/16变频器VFD-0551台达变频器控制程序设计控制系统程序编程设计控制系统的对象和要求本次设计木材烘干机用于非原生木材的烘干。由比例调节阀对烘箱内温度进行调控和监测，通过大风机确保烘箱的热量均匀，尽量减小烘箱内的温度差，小风机在出口出快速降低出口木材的温度，提高出板效率。在木板的传送过程中，为了能有高效率的工作状态，要让控制系统快速精准地感应到木板的位置。使用变频器来调整电位器控制传动电机的转速，稳定了木材烘干的速度。控制系统工作原理控制系统主要由传动控制和恒温控制两部分组成。烘箱恒温控制系统主要由电子式电动单座调节阀、温度测量模块以及PT100温度传感器构成。传动主要由光电传感器、电气元件及主控PLC构成。主控PLC采用台达电子企业管理有限公司的系列型号为的DVP24ES00R可编程控制器和系列型号为Dop110cs的触摸屏。其工作原理为：（1）启动后检测温度，开始调节单座调节阀的开度值，开始加热，直到检测烘箱内的温度达到设定的数值为止。（2）风机开始启动，减小温度差，当温度恒定在设定值时，传送电机启动。（3）开始人工送料从进板侧将木板送入，通电位器调整传送带的速度。（4）一猜木板送完后，根据较短的时间间隔送料，保证烘干的效率。I/O分配表本次设计选用的台达公司的DVP24ES00R型的PLC，这款PLC拥有16个输入端口（大于13个输入端口）以及8个输出端口（大于7个输出端口）。在本次课题程序设计中，一共有13个输入端和7个输出端，选择此款PLC的目的是为了在最终去完善设计产品的功能时，从而保证有一定的余量去修改而不是重新选择。以下为本次设计的输入以及输出的分配表。表4.1PLC输入端口列表序号名称地址1传动电机故障X02风机11kw故障X13风机11kw故障X24风机2.2kw故障X35风机2.2kw故障X46急停开关X57压力开关X68进板侧急停X109出板侧急停X1110左跑限位X1211右跑限位X1312上网限位X1413下网限位X15表4.2PLC输出端口列表控制系统主电路PLC的主电路包含了一个电机和四个风机，电机的作用是传动电机，选择为三相异步电动机。四个风机由交流接触器KM1~4来保护风机，在突发情况下可以迅速切断电源，保护风机。图4.1控制系统主电路图图4.2控制系统电路图PLC接线图PLC的控制电路有输入端口、输出端口以及扩展模块，输入部分为主控按钮和传感信号，输出部分控制一台传送电，四台风机，一个正常运转灯以及一个故障信号灯，扩展模块为温度模块和模拟量模块。图4.3PLC接线图控制系统流程图PLC做为控制电路的系统，主要由输入端口和输出端口两个部分组成，输入信号为主控按钮和传感信号。输出部分控制一台传送电机、四台风机以及一台电子式电动单座调节阀。主要实现的功能有：开机启动进入初始化；计时器T27计时开始，风机1开始启动，T27计时到10秒时风机2启动，T27计时到15