矿区井道加热机组变频调速控制系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

矿区井道加热机组变频调速控制系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

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 CJX830 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 JR28(LR2D)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。 JR28(LR2D)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CJX2(LC1D)交流接触器配装 ,也可独立安装。 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 5 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。 JQX13F1Z(LY1)。 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： 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 6 电路 所流过的电流大约为 2 X 30A，小变频器所在主电路所流过电流为 ，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。 设计过程中所使用的为 PLC 24V 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 风机分类 按风机工作原理分类 7 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 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p98Pa(10 mmH2O）。 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98Pap14710Pa(1500 mmH2O)。 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 14710Pap196120Pa。 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 的风机，如常用的空气压缩机。 通风机分类 通风机通常也按工作压力进行分类。 低压风机p980Pa(100 mmH2O) 8 离心式风机 中压风机 980Pap2942Pa(300 mmH2O) 高压风机 2942Pa14710Pa(1500 mmH2O） 通风机 低压风机 p490Pa(50 mmH2O） 轴流式风机 高压风机 490Pap4900Pa(500 mmH2O） 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 100~250℃（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 9 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（ PLC S7200 CPU226）、变频器、温度传感器部分、热风机和电气控回路组成。 PLC可编程控制器部分 PLC 10 一、 PLC的产生极其特点 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 PLC (Programmable Logic Controller)。 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 PC (Programmable Controller)。 但由于 PC 容易和个人计算机 (Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程控制器的缩写。 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。 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 11 灵活、实用 可靠性高、抗干扰能力强 编程简单、使用方便 接线简单 功能强 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 开关量逻辑控制 模拟量闭环 控制 数据量的职能控制 数据采集与监控 通讯联网与集算散控制 PLC 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。 12 图 3 PLC 的一般构成 中央处理单元 (CPU) (1)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。 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。 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。 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。