基于plc矿井压风机的自动控制系统毕业设计(编辑修改稿)

基于plc矿井压风机的自动控制系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

算 机通 讯 模 块通 讯 模 块电 源声 光 报 警键 盘显 示单 片 机信号隔离变换现场设备现 场 集 中 显 示设 备远 程 P C远 程 P C本科生毕业设计说明书（ 20xx） 5 图 23 以 PLC 为核心控制系统结构图 PLC 是适合于工业生产控制的一个电子装置，通过在其内部村存储器中编写程序来进行逻辑运算、计时、算法运算等操作，同时通过外部设备对一些数字量和模拟量的提取，并通过输出对现场控制。 把 PLC 和外部设备有效的结合运用，使得整个系统适用于各种大中小的工业控制。 PLC 具备以下特点 见表 21 所示。 表 21 PLC 特点 1）、 集成电路式样可靠性高，抗干扰能力强是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 2）、 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。 3）、 易学易用，深受工程技术人员的欢迎 采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。 另外，可在线修改 程序，改变控制方案而不拆动硬件。 4）、 系统的设计、建造工作量小、维护方便、容易改造 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。 监 控 计算 机通 讯 模 块通 讯 模 块声 光 报 警显 示PLC现场设备远 程 P C远 程 P C基于 PLC 的矿井压风机的自动控制系统 6 PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过 PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态。 完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 在本次设计方案 的选取中，考虑到现场工作环境的恶劣，抗干扰性强，价格经济等方便，故选取 PLC 控制系统是更为适合。 系统方案 由于空压机在矿井建设中起到至关重要的作用，设计的成功与否对该矿的生产起到一个关键作用。 因此，安全、稳定、高校是贯穿本次设计的一个宗旨。 电气系统方面： 使用 PLC 做为下位机的主控制机对 4 台压风机进行控制 ,现场通过不同传感器对数据进行采集，然后传输给 PLC 进行 A/D 转换，现场设备的检测和控制便通过执行机构、传感器和 PLC 共同实现。 监控系统方面： 上位机是在一台计算机上通过 MCGS 软件设计出主监控 画面，从而工作人员便可以在控制室通过计算机对现场进行监控和控制。 PLC 接有触摸屏，也可以通过对触摸屏上软按钮的操作以达到对压风机的就地控制。 系统的组成：本方案采用分布控制系统。 当 PLC 或者控制对象某一个环节出现故障的时候不会影响其它压风机的正常工作。 控制系统按功能 划分成了现场设备层，中央控制层，数据呈现层这三个层次。 其具体的系统结构图如图 24 所示。 现场设备层 现场设备层由执行机构和传感器组成。 主要包括开关、传感器、压风机、电磁阀等现场设备。 因为生产环境的恶劣，所以对现场设备层的质量和工作的稳定性要求都 比较高，我们在硬件设计中对硬件的选取就非常重要。 中央控制层 作为整个系统的核心部分， PLC 的功能就是对模拟信号和开关信号的检测和控制。 初次之外每个 PLC 除了对现场设备层进行控制意外，还要和触摸屏、 PC 机进行实时通讯， 每个 PLC 把采集的数据信息通过现场总线传给上位机进行数据分析， 上位机通过分析结果向 PLC 传达指令， PLC 执行指令操作设备层。 数据呈现层 由触摸屏和上位机组成。 与下位机 PLC 进行通讯，获取现场设备的实时数据，利用MCGS 软件， 可以观察压风机的工作状态，也可以根据不同的需求进行参数设置，同时还具 有报警画面、历史曲线等功能，工作人员可以 通过触摸屏上的软按钮对压风机进行远程控制。 本科生毕业设计说明书（ 20xx） 7 图 24 系统结构图 本章小结 本章节通过分析现场设备的工作环境和设计的具体要求， 我们分析并比较不同核心的控制系统最终选取 PLC 作为控制核心；而且 我们了解到现场环境时恶劣的对硬件的抗干扰性和稳定性的要求是比较高的。 最终我们在 现有的技术基础上研究并确立了本次设计的具体系统方案。 触 摸 屏 界 面工 业 以 太 网上 位 计 算 机C P U模 拟 量 输入 模 块以 太 网 通信 模 块开 关 量 输入 模 块开 关 量 输出 模 块压风机电控柜风门温 度 传 感 器压 力 传 感 器测 量 回 路开 关 量 信 号控 制 回 路限 位 开 关风 门 控 制 柜不间断电源电量变送器中间继电器温度变送器调度中心客户端打印机稳压电源人 机 界 面P L C 控 制 柜信 号 采 集控 制 对 象基于 PLC 的矿井压风机的自动控制系统 8 3 系统的硬件设计 3. 1 控制系统的主电路的设计 本系统可编程控制器、空压机组、传感器、接触器控 制柜以及触摸屏等构成。 系统可以通过远程控制和手动控制对压风机进行操作。 所谓远程控制， 现场设备层的器件采集模拟信号或开关信号传达给 PLC， PLC 进行运算之后再次上床给上位机，上位机根据数据汇总分析发布执行指令。 工作人员通过对上位机的操作来完成压风机启停和风压的改变。 同时 PLC 上也接有触摸屏，触摸屏上装有监控软件，通过触摸屏上的软按钮也可以对压风机进行操作。 当工作人员在现场操作时，遇到突发事件或进行器件的检修时我们可以采用手动控制。 具体电气原理图如图 31 所示。 图 31 主电路图 系统硬件配置 确定了 系统方案之后，首先对系统的硬件进行选取设计，其中包括检测技术与传感器的选型以及 PLC 选型。 检测技术与传感器的选型 传感器是能够按照一定的规律把外部的模拟量转换成数字量的器件和装置，传感器的产生方便了我门对信号的测量与控制，是工业控制中必不可少的一部分。 压力传感器的选型 现场需要对进出压力、润滑油压力和总管压力进行测量，然后把压力信号转化为 4~20mA电流信号输出给 PLC， PLC 再传输给上位机。 压力信号要求范围为 ，精度要在 %以上。 本次设计中所采用的是 GRT 压力变送器 ， 下面简单介绍一下 GRT 压力变送器。 本科生毕业设计说明书（ 20xx） 9 表 31 压力变送器基本特性 1）、主要特性：传感器为 316 不锈钢膜片结构，适用被测的介质可以使腐蚀性气体、液体，测量范围在 20KPa~20MPa，测量精度为 %、 %、 %，三倍过压范围。 2）、供电特性：推荐工作供电电压： DC/24V，空载工作电压： DC/12V，最高过载电压： DC/40V，最大输出限流： 30mA,内设电压极性反接保护。 3）、工作环境特性：环境温度补偿范围： 0~50℃ ，环境温度工作范围： 20~80℃ ，工作环境湿度范围： 0~80%。 4）、外型结构与典型接线：探头外型尺寸： 59mm120mm，重量： 650g； GPT 过程连接外螺纹规格M20； GPT 过程连接内螺纹规格 M12。 温度传感器的选型 铂电阻具有适用范围广、测量范围大、稳定性高、重复性好、价格低廉、使用方便等优点，成为目前工业和实验室中温度测量应用最广泛普遍的传感元件之一。 本系统 选择用 PT100 作为本次设计的温度传感器。 可编程控制器的分析 可编程控制器（ PLC）工作原理 PLC 是一种工业控制用的计算机。 PLC 的工作方式有周期扫 描方式、定时中断方式、输入中断方式和通信方式等，最主要的方式是周期扫描方式。 周期扫描方式大致分为 7个过程，如图 32 所示 图 32 PLC 工作过程 PLC 启动后，要进行第一次启动的初始化处理。 在启动处理过程通过以后，要进到共同处理过程，共同处理的主要任务是复位监视计时器、检查 I/O 总显示否正常、检查扫描周期是否过长和检查程序存储器是否有异常等。 由于 PLC 采用的是扫描工作过程，所以当一个扫描周期结束之后，即使此时外部设备传输进来的输入发生改变，但此时的输入状态映射寄存器中的内容也不会发生改变，等到下一个周 期到达时才会随之改变。 PLC 的基本结构 PLC 的硬件组成是由 7 部分组成，如图 33 所示。 表 32 简单的介绍了部分硬件。 启动处理共同处理通信服务外设服务输入刷新程序执行输出刷新扫 描 周 期基于 PLC 的矿井压风机的自动控制系统 10 图 33 PLC 的组成 表 31 PLC 组成硬件简介 CPU 模块 CPU 是 PLC 的核心部分，它不断采集输入信号，执行用户程序，并根据执行结果控制输出设备响应外部设备的，同时进行各种内部诊断。 存储器 PLC 的存储器分为两类，一种是系统程序存储器，主要存储系统管理，监控程序和用户程序编译程序，这类程序用户不能更改；另一种是用户程序及数据存储器，主要存储用户编制的应用程序和各 种数据。 电源 PLC 的电源一般使用 AC22V 或 DC24V，直流 24V 电源不仅可以供应内部使用，还可以供输出 /输入单元和传感器使用。 输入 /输出接口 输入 /输出接口时 PLC 与外部设备信息交换所需的连接部件。 PLC 通过输入接口把外部设备的工作状态读入到中央处理器。 输出接口将 CPU 处理的结果传输到执行机构。 外部设备接口 外部设备接口可以连接不同的外部设备以达到更好的人机交互。 ，存储器接口可以扩展存储器；通信接口使得 PLC 可与计算机及其他 PLC 等设备实现通信。 I/O 扩展接口 扩展输入 /输出单元，可以配置开关量 I/O 单元，也可配置其他特殊 I/O 单元，它使得 PLC 的控制规模配置更加灵活。 PLC 的选型 目前， PLC 种类繁多，几乎可以满足各种工业控制的需求，因此， PLC 的选型一般遵循 见表 33 所示。 外部设备接口输入接口C P U电 源存 储 器系统用户用户程序数据I / O扩展接口编 程 器I / O扩展接口单元按 钮触 点行 程开 关指 示 灯电 磁线 圈电 磁 阀计 算 机打 印 机扫 描 仪P L C本科生毕业设计说明书（ 20xx） 11 表 33 PLC 选型原则 序号 选型原则 1 I/O 点数的确定。 确定 I/O 点数时应考虑到为以后扩展留有余量，通常根据统计的输入输出点数，然后再增加 10%~20%的扩展余量，作为 I/O 点数估算数据。 当然，在实际购买时，还需要根据厂商 PLC 的产品特点，对 I/O 点数进行圆整。