【文章內(nèi)容簡介】 感器感應(yīng)得出并傳送至 PLC，通過 PLC 分析后做出相應(yīng)指令 [11]。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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 時做好系統(tǒng)內(nèi)每一部分的設(shè)計處理 ，確?？刂葡到y(tǒng) 穩(wěn)定有效的運(yùn)行 。 （ 2） 力求 系統(tǒng)簡單有效經(jīng)濟(jì)實用 一個新的控制系統(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)工程時也 需要投入大量的人力、物力和時間。所以在滿足控制要求時，設(shè)計需要避免不必要的浪費以及系統(tǒng)后期運(yùn)行時維護(hù)也要簡單快捷，盡量減少資金投入。這就要求我們在設(shè)計系統(tǒng)時，不僅要讓系統(tǒng)簡單高效，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)計成本更低，更加簡單經(jīng)濟(jì)實用。 （ 3）適應(yīng)發(fā)展的需要 隨著科學(xué) 技術(shù)的不斷發(fā)展， 人們對于 控制系統(tǒng)的要求也不斷地提高，設(shè)計時要適當(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)計過程中 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。工作過程是各個傳感器采集相應(yīng)的參數(shù)，然后傳送給 PLC，接著送給 PC， PLC 通過對相應(yīng)參數(shù)的 處理與 分析自動發(fā)出 相應(yīng)動作 指令，做出報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。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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)動設(shè)備。主電機(jī)型號為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)。它是一種長期工作制的恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載， 對于調(diào)速方面這類機(jī)械不做過多要求 ， 由于其帶載啟動較為困難 ，所以應(yīng)采用高壓開關(guān)柜加液體電阻變阻起動柜的方式 來進(jìn)行啟動 控制，以滿足 帶 載起動和安全性能兩方面的要求。 （ 3） 主電機(jī)帶水電阻起動柜起動。 收到 PLC 發(fā)出的主機(jī)啟動指令時，主電機(jī) 啟動 ， 此時 時間繼電器 進(jìn)入 計時， 到達(dá)計時設(shè)定值條件后 ， 接觸器得電完成主電機(jī)接地動作。 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警器溫度報警器主電機(jī)P L CPC洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 2. 各個模擬量的檢測與控制 加熱器的選擇與計算 首先要確定油需要的總熱量： T 總 =錯誤 !未找到引用源。 +錯誤 !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=錯誤 !未找到引用源。 c1（ 錯誤 !未找到引用源。 T2T1）， kJ/h（ 317）； T3=kF（ 錯誤 !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（一般不計入油箱底面積）， 錯誤 !未找到引用源。2； T 總 =錯誤 !未找到引用源。 +錯誤 !未找到引用源。 +T3 =28215+2526+2386 =331127kJ/h[14]。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 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、油位傳感器來構(gòu)成，各個傳感器在系統(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 與各個模塊的通信部分尤為關(guān)鍵，其中 PLC 與計算機(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)的報警系統(tǒng)，稀油站報警系統(tǒng)像是監(jiān)考的老師一般時時刻刻監(jiān)督著水泥磨主電機(jī)稀油站控制系統(tǒng)的各個部位的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如果有錯誤出現(xiàn)，報警系統(tǒng)會立刻做出相應(yīng)的報警動作 [15]。還有就是系統(tǒng)溫控模塊，這里主要涉及的是加熱模塊，這個模塊涉及到的設(shè)計比較簡單，僅由一個加熱器 組成。最后就是壓力控制模塊，這是系統(tǒng)中相對通信系統(tǒng)一樣很重要的模塊，主要是主副油泵的的電機(jī)控制，通過對主副油泵電機(jī)的控制來控制主副油泵啟停以及工作狀態(tài)，以達(dá)到對油壓的控制目的。系統(tǒng)整體框圖如圖 31 所示。 采 集 系 統(tǒng)主 電 機(jī)報 警 系 統(tǒng)溫 度 控 制 壓 力 控 制P L C 圖 31 系統(tǒng)整體框圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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)的潤滑和降溫的作用，顧名思義溫度控制對整個系統(tǒng)的作用至關(guān)重要。溫度傳感器檢測溫度傳送至 PLC， PLC通過對溫度數(shù)據(jù)的分析發(fā)出指令對加熱器進(jìn)行控制，以達(dá)到系統(tǒng)對溫度的控制。下面是對系統(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 =錯誤 !未找到引用源。 +錯誤 !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)潤滑介質(zhì)總量 ，按裝滿的 錯誤 !未找到引用源。 .75 計算， L； T1 和 T2 分別為加熱前后潤滑介質(zhì)的溫度 ， ℃ ； T2油箱吸收的熱量 ； T2=錯誤 !未找到引用源。 c1（ 錯誤 !未找到引用源。 T2T1）， kJ/h（ 317）； 錯誤 !未找到引用 源。 錯誤 !未找到引用源。 油箱金屬的重量， kg； T3加熱 過程中油箱散失的熱量 ， kJ/h； T3=kF（ 錯誤 !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（一般不計入油箱底面積）， 錯誤 !未找到引用源。2； T1 錯誤 !未找到引用源。 = （ T2T1)Q =***（ 5040） *錯誤 !未找到引用源。 .75*2*錯誤 !未找到引用源。 =28215kJ/h T2=錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 c1（ 錯誤 !未找到引用源。 2t1） =(+137++)***10 =洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 錯誤 !未找到引用源。 3=kF（ 錯誤 !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滑油溫度和壓力，其中對油溫的控制是通過溫度傳感器、 PLC、加熱器之間的協(xié)同作用實現(xiàn)的 [16]。 首先是溫度傳感器檢測油箱內(nèi)溫度，通過系統(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)定的油溫數(shù)據(jù)（下限值 38℃ 、上限值 42℃ ）進(jìn)行對比，如果數(shù)據(jù)低于下限值， PLC 將發(fā)出加熱器啟動加熱的指令由系統(tǒng)通信模塊傳送至加熱器，與此同時郵箱內(nèi)溫度傳感器實時監(jiān)測郵箱內(nèi)溫度，這是一個動態(tài)的關(guān)系只有這 樣才能保證油箱溫度始終處于一個主電機(jī)所需要的正常的水平 [ 17]。 對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?，其中的通信過程一樣， PLC 對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并與初設(shè)值對比，當(dāng)油箱內(nèi)溫度正常時主油泵啟動，壓力傳感器送回的數(shù)據(jù)油壓低于設(shè)定值 時，備用油泵啟動（此時主油泵依舊運(yùn)行），當(dāng)壓力傳感器送回的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值 時，備用油泵停止（主油泵依舊運(yùn)行） [ 18]。這依然是一個動態(tài)的關(guān)系。本設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的 輸入輸出表， I/O 分配表如表 31 所示 。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 硬件選型 PLC 的選型 PLC 選用西門子 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、監(jiān)測及控制 [19]。 系統(tǒng)不 論 是 在獨立運(yùn)行過程中，還是相連成網(wǎng)絡(luò) ， S7200 系列 PLC 都能 對系統(tǒng) 實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 這就是 S7200 性價比高于其他 PLC 的理由 [20]?？紤]到水泥生產(chǎn)過程中惡劣的環(huán)境和為了降低成本減少開銷所以選擇 S7200PLC。本控制系統(tǒng)中采用性價比比較高的 CPU224 和 EM231 模塊。 各元件的選型 （ 1） 加熱 器的選型：加熱器選用型號為 SRY4220/6 的電加熱器，電壓 220V，功率 24kw（原因同 ）。 （ 2） 各閥門的選型： AFE40/ 安全閥， DF40 的單向閥， Q11F的球閥。 （ 3） 油泵驅(qū)動電機(jī)的選型：選用成本相對較低性價比高的 CBB 型號的齒輪泵，具體型號為 CBB125，（額定壓力 ，額定流量125L/min）。其驅(qū)動電機(jī)為額定功率 4KW，轉(zhuǎn)速 1440/min 的 Y112M4135。 （ 4） 潤滑介質(zhì)的選擇：本設(shè)計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)潤滑油。 表 31 系統(tǒng) I/O 分配表 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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 是一個專業(yè)的繪圖軟件，圖中所示 L1， L2,L3,為三相電源三個相， N 為接地。 QF0 空氣開關(guān)是整個系統(tǒng)電路接線圖的總開關(guān)，電路圖中所有的元器件所需要的電流必經(jīng)由 QF0 開關(guān)。 QF QF QF QF4 為各支路空氣開關(guān)， KM0、KM KM KM3 為接觸器。電路通電后 QF0 閉合， QF1 閉合， KM0 閉合 1號油泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)；以此類推 2 號油泵、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 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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 、 程序存儲區(qū)容量 、 變量存儲區(qū)容量 以及 其他性能方面。本機(jī)集成 14 輸入 /10 輸出，程序存儲容量 的 擴(kuò)大，數(shù)據(jù)存儲容量 的大幅 擴(kuò) 大 ，是其 和 大多數(shù) CPU 相比 的明顯優(yōu)勢 ，它最多可以有 7 個擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計數(shù)的處理能力。 操作較為簡單 也是 CPU224模塊 相比較其他 CPU 模塊的 優(yōu)勢 ，我們在學(xué)校所做的實驗大都是 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價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 ， 3 號 1 備 2,4號 2 備 1， 5 號 號手動 ,6 號 號手動 ,7 號 手動加熱 ,9號 ,10號 ， 11號 ,12號 ,13 號 。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 1 2 3 4 5 6 7 8 91 0