【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 感器感應(yīng)得出并傳送至 PLC，通過(guò) PLC 分析后做出相應(yīng)指令 [11]。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求 （ 1） 保證 PLC 控制系統(tǒng) 穩(wěn)定可靠 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要原則是能夠保證 PLC 控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行， 這就要求在設(shè)計(jì) 時(shí)做好系統(tǒng)內(nèi)每一部分的設(shè)計(jì)處理 ，確保控制系統(tǒng) 穩(wěn)定有效的運(yùn)行 。 （ 2） 力求 系統(tǒng)簡(jiǎn)單有效經(jīng)濟(jì)實(shí)用 一個(gè)新的控制系統(tǒng)雖然能夠提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率和質(zhì)量，但是在構(gòu)建新的控制系統(tǒng)工程時(shí)也 需要投入大量的人力、物力和時(shí)間。所以在滿(mǎn)足控制要求時(shí)，設(shè)計(jì)需要避免不必要的浪費(fèi)以及系統(tǒng)后期運(yùn)行時(shí)維護(hù)也要簡(jiǎn)單快捷，盡量減少資金投入。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，不僅要讓系統(tǒng)簡(jiǎn)單高效，還要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的檢修維護(hù)等。使的設(shè)計(jì)成本更低，更加簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 （ 3）適應(yīng)發(fā)展的需要 隨著科學(xué) 技術(shù)的不斷發(fā)展， 人們對(duì)于 控制系統(tǒng)的要求也不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到控制系統(tǒng) 日后的 發(fā)展和完善的 情況 [12]。 為了滿(mǎn)足日后的生產(chǎn)需要和系統(tǒng)改進(jìn)， 這就要求在 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中 要 留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊? 主電機(jī) 稀油站 控制系統(tǒng)的 控制方案 系統(tǒng)的整體控制方案 本系統(tǒng)主要由 PLC、 上位機(jī) PC、通信模塊、 控制柜 、壓力傳感器、溫度傳感器、油位傳感器、加熱器、主油泵、副油泵等組成。工作過(guò)程是各個(gè)傳感器采集相應(yīng)的參數(shù)，然后傳送給 PLC，接著送給 PC， PLC 通過(guò)對(duì)相應(yīng)參數(shù)的 處理與 分析自動(dòng)發(fā)出 相應(yīng)動(dòng)作 指令，做出報(bào)警或控制加熱器啟停 、主 /副油泵 啟停 、主機(jī)啟停，以達(dá)到 系統(tǒng) 控制要求。系統(tǒng)的總體控制流程 圖，如圖 22 所示。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 22系統(tǒng)總體控制框圖 2.4.2 系統(tǒng)內(nèi)元部件的控制方案 1. 主電機(jī)的啟?？刂? （ 1）主電機(jī)：水泥磨筒體 高速旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。主電機(jī)型號(hào)為YR10008/1180，功率為 1000kW，電壓 6000V，電流 121A，頻率 50Hz，轉(zhuǎn)速 740r/min，轉(zhuǎn)子電壓 967V，轉(zhuǎn)子電流 650A[13]。 （ 2） 所選用的主電機(jī)為電壓 6kV，功率 1000kW 的高壓繞線轉(zhuǎn)子型大功率電機(jī)。它是一種長(zhǎng)期工作制的恒轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)載， 對(duì)于調(diào)速方面這類(lèi)機(jī)械不做過(guò)多要求 ， 由于其帶載啟動(dòng)較為困難 ，所以應(yīng)采用高壓開(kāi)關(guān)柜加液體電阻變阻起動(dòng)柜的方式 來(lái)進(jìn)行啟動(dòng) 控制，以滿(mǎn)足 帶 載起動(dòng)和安全性能兩方面的要求。 （ 3） 主電機(jī)帶水電阻起動(dòng)柜起動(dòng)。 收到 PLC 發(fā)出的主機(jī)啟動(dòng)指令時(shí)，主電機(jī) 啟動(dòng) ， 此時(shí) 時(shí)間繼電器 進(jìn)入 計(jì)時(shí)， 到達(dá)計(jì)時(shí)設(shè)定值條件后 ， 接觸器得電完成主電機(jī)接地動(dòng)作。 壓力傳感器油位傳感器溫度傳感器主 、 副油泵加熱器壓力報(bào)警器溫度報(bào)警器主電機(jī)P L CPC洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2. 各個(gè)模擬量的檢測(cè)與控制 加熱器的選擇與計(jì)算 首先要確定油需要的總熱量： T 總 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 +錯(cuò)誤 !未找到引用源。 +T3， kJ/h(315)； T1— 提高稀油站油溫所需要的熱量； T2— 油箱吸收的熱量 ； T2=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 c1（ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 T2T1）， kJ/h（ 317）； T3=kF（ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 平均空氣 T）， kJ/（ 318） ； k— 油箱壁的傳熱系數(shù)； F— 油箱側(cè)壁的表面積（一般不計(jì)入油箱底面積）， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。2； T 總 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 +錯(cuò)誤 !未找到引用源。 +T3 =28215+2526+2386 =331127kJ/h[14]。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的整體構(gòu)成 本水泥磨主電機(jī)稀油站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由五大部分組成，首先是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要由溫度傳感器、壓力傳感器、油位傳感器來(lái)構(gòu)成，各個(gè)傳感器在系統(tǒng)運(yùn)行期間擔(dān)任采 集各自數(shù)據(jù)的功能。還有就是 PLC 與各個(gè)模塊的通信部分尤為關(guān)鍵，其中 PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通信更是重中之重，系統(tǒng)的通信模塊將采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)傳送給 PLC，同時(shí)將 PLC 的指令送達(dá)到系統(tǒng)相應(yīng)的部位，其主要擔(dān)任系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)部分的數(shù)據(jù)傳輸指令傳達(dá)的功能。還有就是系統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)，稀油站報(bào)警系統(tǒng)像是監(jiān)考的老師一般時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)督著水泥磨主電機(jī)稀油站控制系統(tǒng)的各個(gè)部位的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如果有錯(cuò)誤出現(xiàn)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)立刻做出相應(yīng)的報(bào)警動(dòng)作 [15]。還有就是系統(tǒng)溫控模塊，這里主要涉及的是加熱模塊，這個(gè)模塊涉及到的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，僅由一個(gè)加熱器 組成。最后就是壓力控制模塊，這是系統(tǒng)中相對(duì)通信系統(tǒng)一樣很重要的模塊，主要是主副油泵的的電機(jī)控制，通過(guò)對(duì)主副油泵電機(jī)的控制來(lái)控制主副油泵啟停以及工作狀態(tài)，以達(dá)到對(duì)油壓的控制目的。系統(tǒng)整體框圖如圖 31 所示。 采 集 系 統(tǒng)主 電 機(jī)報(bào) 警 系 統(tǒng)溫 度 控 制 壓 力 控 制P L C 圖 31 系統(tǒng)整體框圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 控制系統(tǒng)中變量分析 加熱器參數(shù)分析 水泥磨主電機(jī)稀油站擔(dān)負(fù)著主電機(jī)的潤(rùn)滑和降溫的作用，顧名思義溫度控制對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的作用至關(guān)重要。溫度傳感器檢測(cè)溫度傳送至 PLC， PLC通過(guò)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的分析發(fā)出指令對(duì)加熱器進(jìn)行控制，以達(dá)到系統(tǒng)對(duì)溫度的控制。下面是對(duì)系統(tǒng)中加熱器的選擇與其數(shù)據(jù)分析： 加熱器的選擇與其數(shù)據(jù)分析 （ 1）加熱器數(shù)據(jù)分析 首先要確定油需要的總熱量： T 總 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 +錯(cuò)誤 !未找到引用源。 +T3， kJ/h(315)； T1提高稀油站油溫所需要的熱量； Q油箱 內(nèi)潤(rùn)滑介質(zhì)總量 ，按裝滿(mǎn)的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 .75 計(jì)算， L； T1 和 T2 分別為加熱前后潤(rùn)滑介質(zhì)的溫度 ， ℃ ； T2油箱吸收的熱量 ； T2=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 c1（ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 T2T1）， kJ/h（ 317）； 錯(cuò)誤 !未找到引用 源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 油箱金屬的重量， kg； T3加熱 過(guò)程中油箱散失的熱量 ， kJ/h； T3=kF（ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 平均空氣 T）， kJ/（ 318） ； K油箱壁的傳熱系數(shù)； F油箱側(cè)壁的表面積（一般不計(jì)入油箱底面積）， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。2； T1 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = （ T2T1)Q =***（ 5040） *錯(cuò)誤 !未找到引用源。 .75*2*錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =28215kJ/h T2=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 c1（ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 2t1） =(+137++)***10 =洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 3=kF（ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 平均空氣 t） =T 總 =T1+T2+T3 =28215+2526+2386 =331127kJ/h[14] （ 2）加熱器的選擇： 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求 選用的電加熱器 為 電壓 220V，功率 24kw ，SRY4220/6。 系統(tǒng)控制變量分析 本系統(tǒng)主要控制的變量有潤(rùn)滑油溫度和壓力，其中對(duì)油溫的控制是通過(guò)溫度傳感器、 PLC、加熱器之間的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)的 [16]。 首先是溫度傳感器檢測(cè)油箱內(nèi)溫度，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)通信系統(tǒng)傳送至 PLC， PLC 溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析同 ，并且與設(shè)定的油溫?cái)?shù)據(jù)（下限值 38℃ 、上限值 42℃ ）進(jìn)行對(duì)比，如果數(shù)據(jù)低于下限值， PLC 將發(fā)出加熱器啟動(dòng)加熱的指令由系統(tǒng)通信模塊傳送至加熱器，與此同時(shí)郵箱內(nèi)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)郵箱內(nèi)溫度，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的關(guān)系只有這 樣才能保證油箱溫度始終處于一個(gè)主電機(jī)所需要的正常的水平 [ 17]。 對(duì)于油壓的控制和上述所描述的溫度的控制如出一轍。采集數(shù)據(jù)的傳感器由溫度傳感器變?yōu)閴毫鞲衅?，其中的通信過(guò)程一樣， PLC 對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并與初設(shè)值對(duì)比，當(dāng)油箱內(nèi)溫度正常時(shí)主油泵啟動(dòng)，壓力傳感器送回的數(shù)據(jù)油壓低于設(shè)定值 時(shí)，備用油泵啟動(dòng)（此時(shí)主油泵依舊運(yùn)行），當(dāng)壓力傳感器送回的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值 時(shí)，備用油泵停止（主油泵依舊運(yùn)行） [ 18]。這依然是一個(gè)動(dòng)態(tài)的關(guān)系。本設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的 輸入輸出表， I/O 分配表如表 31 所示 。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 硬件選型 PLC 的選型 PLC 選用西門(mén)子 S7200， S7200 PLC 是一種小型的可編程控制器，其適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制 [19]。 系統(tǒng)不 論 是 在獨(dú)立運(yùn)行過(guò)程中，還是相連成網(wǎng)絡(luò) ， S7200 系列 PLC 都能 對(duì)系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 這就是 S7200 性?xún)r(jià)比高于其他 PLC 的理由 [20]?？紤]到水泥生產(chǎn)過(guò)程中惡劣的環(huán)境和為了降低成本減少開(kāi)銷(xiāo)所以選擇 S7200PLC。本控制系統(tǒng)中采用性?xún)r(jià)比比較高的 CPU224 和 EM231 模塊。 各元件的選型 （ 1） 加熱 器的選型：加熱器選用型號(hào)為 SRY4220/6 的電加熱器，電壓 220V，功率 24kw（原因同 ）。 （ 2） 各閥門(mén)的選型： AFE40/ 安全閥， DF40 的單向閥， Q11F的球閥。 （ 3） 油泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型：選用成本相對(duì)較低性?xún)r(jià)比高的 CBB 型號(hào)的齒輪泵，具體型號(hào)為 CBB125，（額定壓力 ，額定流量125L/min）。其驅(qū)動(dòng)電機(jī)為額定功率 4KW，轉(zhuǎn)速 1440/min 的 Y112M4135。 （ 4） 潤(rùn)滑介質(zhì)的選擇：本設(shè)計(jì)考慮到稀油站的使用環(huán)境和液壓大小選用油膜強(qiáng)度較高，潤(rùn)滑性 能能較好，抗氧化能力強(qiáng)，穩(wěn)定性較強(qiáng)，腐蝕作用小的 N22N23的工業(yè)潤(rùn)滑油。 表 31 系統(tǒng) I/O 分配表 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 控制器的接線 主電路接線圖 水泥磨主電機(jī)稀油站控制系統(tǒng)主電路中主要由空氣開(kāi)關(guān)，接觸器，熱繼電器以及主副油泵，加熱器和主電機(jī)構(gòu)成，系統(tǒng)主電路接線圖如圖 32所示。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 M 3 ~M 3 ~ L 2L 1 L 3N Q F 0Q F 1K M 0 Q F 2 Q F 3 Q F 4 K M 1 K M 2K M 3油 泵 1油 泵 2電 加 熱 圖 32 系統(tǒng)主電路接線圖 本系統(tǒng)主電路圖是使用 AUTOCAD 所繪制， AUTOCAD 是一個(gè)專(zhuān)業(yè)的繪圖軟件，圖中所示 L1， L2,L3,為三相電源三個(gè)相， N 為接地。 QF0 空氣開(kāi)關(guān)是整個(gè)系統(tǒng)電路接線圖的總開(kāi)關(guān)，電路圖中所有的元器件所需要的電流必經(jīng)由 QF0 開(kāi)關(guān)。 QF QF QF QF4 為各支路空氣開(kāi)關(guān)， KM0、KM KM KM3 為接觸器。電路通電后 QF0 閉合， QF1 閉合， KM0 閉合 1號(hào)油泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)；以此類(lèi)推 2 號(hào)油泵、電加熱器、主電機(jī)。 PLC 模塊接 線圖 （ 1） CPU224 模塊 CPU224 模塊 CPU 的外 部 圖如圖 33 所示 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 33 CPU224 模塊 CPU 的外形圖 CPU224 模塊使用得最多的 S7 200 產(chǎn)品 ，其性能的提高主要表現(xiàn)在運(yùn)算速度 、 程序存儲(chǔ)區(qū)容量 、 變量存儲(chǔ)區(qū)容量 以及 其他性能方面。本機(jī)集成 14 輸入 /10 輸出，程序存儲(chǔ)容量 的 擴(kuò)大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量 的大幅 擴(kuò) 大 ，是其 和 大多數(shù) CPU 相比 的明顯優(yōu)勢(shì) ，它最多可以有 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力。 操作較為簡(jiǎn)單 也是 CPU224模塊 相比較其他 CPU 模塊的 優(yōu)勢(shì) ，我們?cè)趯W(xué)校所做的實(shí)驗(yàn)大都是 CPU224模塊 ，由于自己已經(jīng)熟練使用和它普及率較高以及其自身所具有的高性?xún)r(jià)比使其讓大家普遍接受，所以選用 CPU224 模塊 。 CPU224 模塊 CPU 的內(nèi)部接線圖如圖 34 所示。 圖 中 接線端子分別代表： 2 號(hào) ， 3 號(hào) 1 備 2,4號(hào) 2 備 1， 5 號(hào) 號(hào)手動(dòng) ,6 號(hào) 號(hào)手動(dòng) ,7 號(hào) 手動(dòng)加熱 ,9號(hào) ,10號(hào) ， 11號(hào) ,12號(hào) ,13 號(hào) 。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 1 2 3 4 5 6 7 8 91 0