论文基于plc控制的五

论文基于plc控制的五（精选8篇）

1.论文基于plc控制的五 篇一

第一章 绪论

1.1锅炉的作用及供热控制系统现状 1.1.1 锅炉的作用

⑴ 锅炉及锅炉房是供热系统中热源产生的主要设备。

⑵ 锅炉是化工、石化、冶金、轻纺、造纸等工矿企业主要动力机供热设备。⑶ 锅炉是能源工业发展的主要组成部分。1.1.2 供热系统现状

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全场动力和热源的锅炉，也向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。

随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以理由计算机与组态软件技术队锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的条件下进行，可以提高燃料效率。由于工业鼓了耗煤量大，燃煤热效率每提高百分之一都会生产巨大的经济效益。其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人际界面使运行参数在CRT上的集中监测，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修改运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应有的普及、可靠性的提高及交个的小降，工业锅炉的危机控制必将得到更广泛的应用。锅炉作为重要的动力设备，其控制的基本要求是供给合格的蒸汽，使锅炉蒸发量适应符合的要求。为此，生产过程的各个主要参数必须严格控制。锅炉设备是一个多输入、多输出的复杂控制对象，这些输入变量与输出变量之间是相互关联的。如果蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位、蒸汽压力和蒸汽温度等的变化；燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、蒸汽温度、炉膛负压；给水量的变化不仪影响汽包水位，而且对蒸汽压力、蒸汽温度等亦有影响；所以锅炉设备是多输入，多输出且相互关联的控制对象。1．2燃煤锅炉自动控制的发展历史

燃煤锅炉是一个比较复杂的工业设备，有几十个测量参数、控制参数和扰动参数，它们之问相互作用，相互影响，存在明显的或不明显的复杂因果关系，而且测控参数也经常变化，存在一定的非线性特性，这一切都给锅炉的控制增加了 难度。1．纯手动阶段

在六十年代以前，由于自动化技术与电子技术发展不成熟，人们的自动化观念还比较淡薄，这段时期的锅炉一般采用纯手动的控制方式，即操作工人通过经验决定送风、给水、引风、给煤的多少，通过手动操作器等方式来达到控制锅炉的目的。这样就要求司炉人员必须有丰富的经验，增加了工人的劳动强度，事故率高，更谈不上保证锅炉的高效率运行。2．自动化单元组合仪表控制阶段

随着自动化技术与电子技术的发展，国外己经丌发并广泛应用了全自动工业锅炉控制技术。60年代自订期，我国工业锅炉的控制技术丌始发展，60年代后期我国引进了国外的全自动燃油工业锅炉的控制技术，70年代后期己经研制了一些工业锅炉的自动化仪表，正式将自动化技术应用于工业锅炉控制领域，因而热效率有所提高，事故率也有所下降。但是，由于采用单元组合仪表靠硬件来实现控制功能，可靠性低，精度不高，而且只能完成一些简单的控制算法，不能实现一些较先进的算法和控制技术，控制效果仍然不理想。3．采用微机测控阶段

随着电子技术的发展，高集成度、高可靠性、价格低廉的微型计算机、单板机、单片机、工业专用控制计算机的出现以及在我固的广泛应用，为锅炉控制领域开辟了一片广阔的天地。运用计算机技术，开发出高效率、高可靠性、全自动的微机工业测控系统同益得到重视。80年代后期至今，国内己经陆续出现了各种各样的锅炉微机测控系统，明显地改善了锅炉的运行状况，但还不够完善，并对环境和抗干扰要求较高。4．分散控制阶段

分散控制系统(DCS)也称集成控制系统，其本质是采用分散控制和集中管理的设计思想，分而自治和综合协调的设计，采用层次化的体系结构，从下到上依此分为直接控制层、操作监控层、生产管理层和决策管理层。DCS是以多台DDC计算机为基础，集分散型控制系统。目前分散控制系统大多采用可编程控制器(PLC)进行系统设计，工控机机PLC的组合，不但系统体积小、可靠性高，而且造价较低，得到了广大用户的青睐。1.3锅炉运行的基本理论

1.燃料化学能妆花为热能—燃烧学

燃料产物：高温烟气 2.高温烟气向水放热—传热学

辐射放热：水冷壁等；对流放热：对流管束等 3.水吸热：气液两相流（水循环）

炉内放热：煤粉+空气混合燃烧（气固两相流）

油雾+空气混合燃烧（气液两相流）

烟气丢受热面的流动冲刷

第二章 锅炉供热控制系统的总体介绍

2．1锅炉供热控制系统的组成

目前我国的供热系统主要以燃煤锅炉为主体。而锅炉按照供热性质来分，可以分为热水炉和蒸汽炉两种。下面是供热控制系统的组成。该系统现有两台20T/H的热水炉、一台10T/H的热水炉、一台6T／H的蒸汽炉以及5个换热站组成。

整个供热控制系统可以分为一次网部分和二次网两个部分组成。一次网主要是冷水经锅炉加热并传送到换热站以自订的一次侧部分；而二次网则是在换热站中经过热交换，热水给用户供热，并返回换热站的部分。2．2交流电机的变频调速系统介绍

传统的给水调节系统和燃烧系统都是采用定速泵和风机，以改变调节阀门开度来改变给水流量和风量。这种调节方式的缺点是给水泵消耗功率大，调节阀门承受的压力大，容易造成调节阀门的迅速磨损。为了节约能源，目前在大型锅炉中广泛采用变频调节，变频调整是一种高效的交流调整方法，它利用变频器实现了异步电动机的无级变速，锅炉控制采用变频调整是节能的有效途径．锅炉的应用面很广，应用量也很大。在化工、炼油、发电、造纸、制糖、化纤、纺织、印染等工业部门，锅炉是必不可少的重要的动力设备。锅炉风机一般按满足锅炉最大负荷设计选型，而一常工作却在额定负荷的70％左右，因此，风机驱动电机的裕量较大，节电潜力很大。锅炉风机的风量调节常用风门控制，即增加管路阻力，而驱动电机全速运转，其效率低、能耗大，大量电能被白白浪费掉，采用变频调整调节风量，不需要风门，管路阻力减少，系统所需风量减少，电机转速可以降低，由于电机的轴功率与转速的立方成正比，因此耗电量大幅度下降，节能效果是十分显著的。

2.3 燃煤锅炉的自动调节过程 2.3.1 燃煤锅炉的组成

锅炉安热疗种类分，大致有燃油锅炉、燃煤锅炉和燃气锅炉。所有这些锅炉，虽然燃料及其供给方式不同，但其结构大同小异，蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。由以下几部分组成：

1．汽包：由上下锅筒和沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而在管簇内发生自然循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在锅筒罩面。为了得到干度比较大的饱和蒸汽，在上锅筒中还装有汽水分离设备，下锅筒做为连接沸水管之用，同时储存水和水垢。

2．炉膛：是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。煤由煤斗落在转动的链条炉蓖上，进入炉内燃烧。燃烧所需要的空气由炉排下面的风箱送入，燃尽的残渣被炉蓖带到除灰口，落入灰斗中。得到加热的高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水后，经由烟囱排至大气。3．省煤器：燃煤锅炉炉膛排除的烟气具有较高的温度，利用其热量可以加热进入汽包的冷水，一般省煤器由蛇形管组成。

4．空气预热器：继续利用离丌省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气的换热器。热空气可以强化炉内燃烧过程，提高锅炉燃烧的经济性，提高锅炉热效率。

5．引风设备：包括引风机、烟囱、烟道几部分，将锅炉中的烟气连续排出，保持炉膛的负压燃烧正常。

6．鼓风设备：由鼓风送风机、风道、风箱组成，供应燃料燃烧所需要的空气。

7．给水设备：由给水泵和给水管组成。给水泵用来克服给水管路和省煤器的流动阻力和锅炉的压力，把水送入汽包中。

8．水处理设备：用来清除水中杂质和降低给水硬度，防止锅炉受热面上结水垢或腐蚀锅炉，从而提高锅炉的经济性和安全性。

9．燃料供给设备：由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成，保证锅炉所需燃料的供应。

10．除灰除尘设备：分别为收集锅炉灰渣并运往存狄场地及除去烟气中灰粒的设备，以减少对周围环境的污染。2．3．2燃煤锅炉的工作过程

锅炉最基本的组成是汽锅和炉子两大部分。燃料在炉子罩进行燃烧，将其化 学能转化为热能，高温的燃烧产物一烟气通过汽锅受热面将热能传递给汽锅内温 度较低的水，水被加热进而沸腾汽化，生成蒸汽。以某高校锅炉房的锅炉为例，其工作概括起来应包括三个同时进行的过程：

1．燃料的燃烧过程：燃料煤加到煤斗中，借助于自重下落在炉排面上，炉排靠电动机通过变速齿轮减速后由链条来带动，将燃料煤带入炉内。新煤入炉，经预热阶段后开始着火，挥发物燃烧，同时焦炭也逐渐燃烧。燃料一面燃烧，一面向后移动。燃烧所需要的空气是由送风机送入炉体的风仓，向上通过炉排到达燃烧燃料层。风量和燃料量要成比例，进行充分燃烧，形成高温烟气。燃料燃烧剩下的灰渣，在炉排末端翻过除渣板后排入灰斗。燃烧过程进行得完善与否，是锅炉正常工作的根本条件。要使燃料量、空气量和负荷蒸汽量有一一对应的关系，这就是根据所需要的负荷蒸汽量来控制燃料量和送风量，同时还要通过引风设备控制炉膛负压。该过程的特点是时间常数和滞后时问都比较大，而且随着媒质、煤种及风量的改变，这两个参数将有很大的变化。

2．烟气向水(汽)等的传热过程：燃料燃烧所放出的热量使得炉内温度很高，高温烟气与布置在炉膛四周墙面上的水管进行强烈的辐射传热。烟气将热量传递给管内的水后，由于引风机和烟囱的引力作用而向炉膛上方流动。沿途降低温度的烟气最后进入尾部烟道，经省煤器和空气预热器进行热交换，以较低的温度排出锅炉。

3．水的汽化过程：对于蒸汽炉来说，经过处理的水由泵加压，先流经省煤器而得到预热，然后进入汽锅。锅炉工作时，汽锅中的工作介质是处于饱和状态下的汽水混合物，它们位于烟气温度较低的对流管束中。由于受热较少，汽水混合物的容重较大；而处于烟气温度较高区的水冷壁和对流管束受热多，其相应工质的容重小：这样，容重大的工质向下流入下锅筒，而容重较小的工质则向上流入上锅筒，形成水的自然循环。由于上锅筒内的汽水分离设备和锅筒本身空间J内的重力分离作用，使汽水混合物得以分离。2．4燃煤锅炉的自动调节任务

燃煤锅炉的任务是根据负荷要求，生产具有一定参数(压力和温度)的蒸汽和热水。为了满足负荷设备的要求，保证锅炉本身运行的安全性和经济性，它主要要实现下列自动调节任务：

1．出水温度控制：出水温度控制同路即锅炉的炉排控制回路，它通过调节炉排转速即调节给煤量的多少来调节锅炉的出水温度。锅炉出水温度是热水锅炉的最重要的参数，采用微机控制可有效克服人工控制的缺陷．微机内预存有各种室外温度下的标准供水温度及标准供水、回水温度差曲线，微机首先根据当的室外温度及一段时问的室外温度变化情况推算出室外温度的变化趋势，再由标准供水曲线上查得当前订锅炉的出水温度标准值，作为出水温度控制回路的给定值。微机根据锅炉当前出水温度与给定值的偏差大小，通过内部的控制算法调节炉排转速大小，使锅炉出水温度逐渐达到标准值。

2．回水压力控制：回水压力主要是指在一次网循环过程中，被加热的水在换热站中完成热交换，将热量交换给二次网以后的低温水返回锅炉中，在网管中的压力。回水压力的自动控制的目标是为了保证系统管道的安全性，通过控制补水泵和变频阀对回水压力进行控制。加热引起的热膨胀作用，使管道内压力逐渐身高，到升高一定值时，开启安全阀对系统泄压，避免由于管道压力过高引起的管道破裂或者损坏；在循环过程中，由于在管道中的泄漏情况，使的管道内压力逐渐降低，使的系统压力不足，影响供暖效果，需要开启补水泵对系统进行补水，以提高系统的回水压力。

3．汽包水位控制：锅炉汽包水位自动控制的目标就是使给水量跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包水位在工艺允许的范围内。汽包水位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持汽包水位在一定的范围内足保证锅炉安全运行的首要条件。

4．蒸汽压力控制：蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。压力过高，会加速会属的蠕变；压力太低，不能提供负荷符合要求的蒸汽。在锅炉运行过程中，蒸汽压力降低，表明负荷的蒸汽消耗量大于锅炉的蒸发量；蒸汽压力升高，说明负荷的蒸汽消耗量小于锅炉的蒸发量。因此，控制蒸汽压力，是安全生产的需要，是维持负荷正常工作的需要，也是保证燃烧经济性的需型。

锅炉蒸汽压力的变化是由于热平衡失调引起的．而影响热平衡的因素主要是燃烧热和蒸汽热，燃烧热的波动引起的热平衡失调称为“内扰”，而蒸汽热波动引起的热平衡失调为“外扰”，为了克服内外扰对蒸汽压力的影响，在各个基本的单炉蒸汽压力控制系统中，输入到锅炉的燃烧热必须跟随蒸汽热的变化而变化．以尽量保持热量平衡同时根据蒸汽压力与给定值的偏差适当增减燃料量以增加或减少蒸汽压力。

5．炉膛压力控制：燃烧过程中，应使引风量和送风量相适应。锅炉正常运行中，炉膛压力应保持在微负压状态下。负压过大，漏风严重，总的风量增加，烟气热量损失增大，不利于安全生产和环境卫生。

6．炉排转速控制：锅炉燃烧过程，用户需要的蒸汽量和蒸汽压力都不是不变的，用汽量有一个高峰和低谷消耗时期，为了能满足用户不同时段的用汽需求，给煤量的多少也要随之改变，即要控制炉排转速，调整燃烧给煤量。

7．维持经济燃烧：要使锅炉燃烧过程工作在最佳工况，提高锅炉的效率和经济性，关键问题是空气和燃料维持适当比例。要使得燃烧过程中不出现燃料燃烧不充分而导致一氧化碳和冒黑烟的现象，这就需要快速而精确地对燃烧进行自动调节，使空气和燃料呈现最佳的配比。

第三章 控制系统的设计

3．1 PLC软件介绍

PLC软件既有制造厂家提供的系统程序，又有用户自行开发的应用程序。系统程序为用户程序的丌发提供运行平台，同时，还为PLC程序的可靠运行及信号与信息转换进行必要的处理。用户程序由用户按具体的控制系统要求进行设计。3．1．1模块式PIC的基本结构

可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

一、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

二、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

三、存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

四、输入输出接口电路

1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

五、功能模块

如计数、定位等功能模块。

六、通信模块 3．1．2 PLC的特点

1．编程方法简单易学：梯形图是使用得最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，提醒图语言形象直观，易学易懂。

2．功能强，性能价格比高：一台小型PLC内有成百卜千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性价比。通过通信联网，PLC可以实现分散控制，集中管理。

3．硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强：PLC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，使用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。

4．可靠性高，抗干扰能力强：PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

5．系统的设计、安装、调试工作量下：PLC使用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中问继电器、时问继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。完成了系统的安装和接线后，在现场调试过程中，一般通过修改程序就呵以解决发现的问题，系统的调试时问比继电器系统少得多。

6．维修工作量小，维修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障诊断功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。7．体积小，功耗低：对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1／2～1／10。3．2控制系统所用功能块

为支持结构化程序设计，STEP 7将用户程序分类归并为不同的块，根据程序要求，选用OB、FB、FC等逻辑块，而DB或DI则用来存储程序所需的数据。在某高校锅炉控制程序中使用了下列几种类型的块：

1．组织块(OB)：OB决定本系统程序的结构；

2．系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)：SFB和SFC集成在S7CPU中可以用来访问一些重要的系统功能。

3．功能块(FB)：FB是带“存储区域”的块，可以自己编程这个存储区域；

4．功能(FC)：FC中是经常使用的功能的程序；背景数据块(背景DB)：当一个FB／SFB被调用时，背景DB与该块相关联，它们可以在编译过程中自动生成；

5．数据块(DB)：DB是用于存储用户数据的数据区域，除了指定一个功能块的数据，还可以定义可以被任何块使用的共享数据。

(1)．组织块及其优先级：组织块是操作系统和程序的接El。它有操作系统调用并控制循环和中断驱动的程序的执行以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的响应，通过编程组织块可指定CPU的反应。组织块决定各个程序部分执行的顺序。一个OB的执行可以被另一个OB的调用而中断。那个OB可以中断另一个OB由它的优先级决定，高优先级的OB可以中断低优先级的OB，其中用于主程序循环的OB 1优先级最高，背景OB优先级最低。如果被操作系统调用的OB多于一个，最高优先级的OB最先执行，其他OB根据优先级依次进行。

(2)．功能(FC)：FC是“无存储区”的逻辑块。FC的临时变量存储在局域数据堆栈中，当FC执行结束后，这些数据丢失了。要将这些数据永久存储，FC也可以使用共享数据块。由于FC没有自己的存储区，所以必须为它指定实际参数，不能为一个FC的局域数据分配初始值。

(3)．功能块(FB)：功能块是具有“存储功能”的块，用数据块作为功能块的存储器。传递给功能块的参数和静念变量存储在背景块中。临时变量存在本地数据堆栈中。当功能块执行结束时，存在背景块中的数据不会丢失，但存在本地堆栈中的数据将丢失。功能块使得对于经常使用的功能、复杂功能的编程变得容易。由两部分组成，一部分是每个FB的变量声明表，生命此块的局部变量；另一部分是逻辑指令组成的程序，程序要用到变量声明表中给出的局部数据。当调用FB时，需要提供执行时用到的数据或变量，将外部数据传递给FB，使得FB具有通用性，可被其他的块调用，以完成多个类似的控制任务。它至少具有一个背景数据块。功能FC和FB的区别是没有背景数据块，其不能使用静态变量，当完成操作后数据不能保持。

(4)．共享数据块(DB)和背景数据块(DI)：如果某个逻辑块(FC，FB或OB)被调用，则它可以临时占用局域数据IX(L堆栈)。除了这个局域数据区，逻辑块还可以打开一个DB形式的存储区。与局域数据区中的数据不同，在DB中的数据当DB关闭时，也就是，当相应的逻辑块结束时，不会被删除。每个FB，FC或OB可从共享DB中读取数据，或将数据写入共享DB。当该DB退出时，这些数据保持在DB中。程序所需的大量数据或变量在数据块中，是实现各逻辑块之间交换，传递和共享数据的重要途径。数据块只有变量声明部分，没有程序。打开数据块时，用声明形式：View>Declaration View；也可用数据显示形式：View>Data View。可建立一个或多个数据块，每个数据块可大可小，但CPU对数据块及数据总量有限制。对数据块必须遵循先定义后使用的原则，否则，将造成系统混乱。数据结构形式有：基本数据类型，复式数据类型和用户数据类型。

(5)．系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)：在S7中不需要每个功能都自己编程，S7CPU提供了一些已经编号的程序块，这些块可在用户程序中进行调用。1)．统功能块(SFB)：系统功能块时集成在S7CPU中的功能块。SFB作为操作系统的一部分，不占用户程序空问。与FB相同，SFB也是“具有存储能力”的块。用户必须为SFB生成背景数据块，并将其下载到CPU中作为程序的一部分。

2)．系统功能(SFC)-系统功能时集成在S7CPU中的预先编号程序并通过测试的功能。可在程序中直接调用SFC属于操作系统的一部分，而不算做用户程序的一部分。与FC相同，SFC是“不具有存储能力”的块。

3.3 锅炉系统程序设计

锅炉供热控制系统的控制策略包括：稳定控制策略和动态识别控制策略等。稳定控制策略是指整个系统按照时间进行控制，对于不同的用户和不同的时间段按照固定温度进供暖，比如居民区，从凌晨4点到上午10点，按照一个温度值T1进行供暖；在10点到下午4点左右，按照温度值T2进行供暖；在下午4点到夜问10点左右，按照温度T3进行供暖；而在此以后到凌晨，则按照T4进行供暖。根据实际需要，其中T1，T3的值比，r2，T4的值相对较高。而对于教学楼，办公楼等用户，控制起来相对简单，在夜问只要采用低温供暖即可，白天则可以采用某一个固定值进行供暖。动态识别控制策略是指根据外界温度的变化，从而对室内温度进行调节控制。相比较上面两种控制策略，稳定控制策略控制方法比较简单，但是对于室外温度的感知很少，无法对室外温度的变化做出相应的反应；动念控制策略控制起来比较麻烦，但是对室外温度的变化能够做出适时的反应。对于上面两种控制方法各有利弊，所以本文采用的控制策略即使将稳定控制策略和动念识别控制策略揉和在一起，两种控制策略可以互相切换，既可以在平时控制起来比较方便，也可以对外界天气的变化做出相应的反应，控制起来比较人性化。对于整个系统的控制程序，在启动系统之后，首先进行参数的初始化程序，分别对系统累加器、定时器等功能块进行初始化，之后进行模拟量采集，对要求被控制的参数按照一定的时问间隔进行采集，然后调用相应的标度化程序对采集的参数进行标度化处理，使从外界采集到的实际工程数据转换成PLC内部可以直接使用的数据。在完成以上工作之后，各个回路调用自己相应的控制算法对系统中的四个控制回路的各个参数进行监测控制。同时启动报警控制程序，监测系统参数的越限情况。按此情况循环，实现整个系统的循环控制过程。

第四章 系统的抗干扰设计

4.1 PLC系统的抗干扰性

可编程控制器(PLC)在工业控制中应用越来越广泛，而PLC在工业控制的过程中，所在的工作环境十分复杂，各种干扰产生的影响不利于PLC系统的稳定运行，因此整个系统的抗干扰能力直接关系到PLC能否稳定、安全地运行。

4．1．1电磁干扰源及对系统的影响

影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。控制系统中电磁干扰的主要来源空间的辐射电磁场干扰(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于射频场内，就会收到辐射干扰，其影响主要通过两条途径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽进行保护。

4．1．2系统外引线的干扰

1．来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，可更换隔离性能更高的PLC电源来解决。PLC系统的币常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰在线路上的感应电压和电流。尤其是电网内部的变化，开关操作的浪涌、大型电力设备的起停、交直流传动引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性能并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。

2．来自信号线引入的干扰

与PLC系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源窜入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入的干扰会引起I／O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件的损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号问相互干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动作和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I／O模块损坏的情况相当严重。3．来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，即能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰：而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，会使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点问存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场作用下，屏蔽层内有时会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之问地耦合，形成干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

4．1．3 PLC系统内部的干扰

来自系统内部的干扰主要由内部元器件及电路问的相互电磁辐射产生，如：逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件问的相互不匹配使用等。这些属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变的，可不必过多考虑，但应用时要选择内部抗干扰能力强的PLC控制器。4．1．4 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计

为了保证大连某高校PLC控制系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从控制系统设计阶段丌始采取三个方面的抑制措施：抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途经、提高控制装置和系统的抗干扰能力。在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统。其次还应该了解生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大的电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作。主要考虑来自系统外部的几种干扰抑制措施。主要内容包括：对PLC系统及外部引线进行屏蔽以防空问电磁辐射干扰；对外部引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆，应分层御置，以防通过外部引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还可以利用数字滤波手段，进一步提高系统运行的可靠性。4．2控制系统主要抗干扰措施

1．采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰在PLC控制系统中，电源占有及其重要的地位。电网干扰窜入PLC控制系

统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU电源、I／O电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于给PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好的电源，而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没有受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而窜入共模干扰、差模干扰。所以。对于变送器和共用仪表信号供电电源应选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的供电电源，以减少PLC系统的干扰。此外，为保证电网节点不中断，可采用在线式不问断供电电源(UPS)供电，提高供电的安全可靠性。而且UPS还具有较强的抗干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。

2.论文基于plc控制的五 篇二

关键词：PLC控制,地感线圈,双向道闸

随着社会的进步和科学技术的发展, 企业对自动化要求也越来越高, 可编程控制器PLC在通用性、灵活性以及可靠性方面具有明显的优势, 特别是在道闸控制方面, PLC控制的道闸具有灵敏度高、性能可靠稳定、维护便捷、故障率低等优点已经逐渐取代了早期的控制系统。

本系统就是接收交通系统中车辆监测器、红外对射探测器等传感器输出信号, 通过PLC控制黄绿信号灯和道闸动作, 达到车辆有序称重的目的。

1 双向道闸控制系统

双向道闸的控制是通过外部数据采集设备反馈的信号, 利用PLC的控制程序, 对道闸的抬杆和落杆做出调整。当车辆行驶至入口道闸时, 感应信号返回至PLC, 进行识别判断, 做出抬杆动作, 并利用红绿灯的显示, 提醒后续车辆此时地磅正在运行当中, 在判断车辆进入地磅后, 控制入口道闸的落杆, 以及称重结束后出口道闸的抬杆的动作实现。如下图1所示:

1.1 双向道闸系统完成功能

1) 车辆驶向地磅时能自动感知, 以便传输车到信息到登记管理员处, 实现道闸抬杆的动作;

2) 车辆在驶入地磅后, 等待大概两秒钟, 以便确定车辆的重量不会再发生改变;

3) 进入道闸自动放下, 等待车辆称重表格打印后, 记录车辆取货或者送货的相关信息, 如遇到后续车辆正欲通过驶入到扎实, 可是控制驶入道闸自动抬杆, 避免造成追尾道闸;

4) 驶出道闸自动抬起时, 检测到车辆已经驶出地磅后, 驶出道闸自动落杆;

5) 地磅道闸控制站顶棚上可以通过红信号灯指示出后续车辆是否需要等待道闸的开放和禁止。

1.2 系统构造及运行方式

整个道闸控制系统分为工作间和外部设施两部分。工作间主要包括的是出入道闸车辆登记、车辆重量的记录、道闸开关的控制等几部分组成, 外部设施分别是地磅道闸控制系统的车辆进入和驶出时的地感线圈感应, 红外对射信号反馈, 进出口的红绿灯显示以及称重设施地磅。

地磅道闸控制系统的运行时自动化进行的, 也可以人为控制, 通过PLC控制道闸的抬杆和落杆。车辆检测与道闸控制系统流程图如下图2所示:

2 PLC程序分析

利用STEP 7编程语言对程序设计进行线性编程, 程序按照线性或者按照顺序执行每条命令, 这种结构的逻辑模型, 具有简单、直接的结构, 所有指令都放置在一个指令块中, 只有一个程序文件。

如图3所示实现车辆压到地感线圈的时候, 道闸指示灯红灯亮, 当得到抬杆信号的时候, 道闸1抬杆, 道闸2不能抬杆。

3 总结

该设计完成了车辆在通过双向道闸系统的PLC控制, 经过对成都某公司集团双向道闸地磅系统以及国内相关系统应用现状的研究分析, 进行了改造设计。在PLC的控制下双向道闸系统能够快速, 有条理的完成工作任务, 既提高了企业的运行效率, 也赢得了用户的好评。

参考文献

[1]杨冠群.道路收费站车辆检测与道闸控制系统[J].上海第二工业大学电子电气工程学院, 2012, 09.

[2]西门子公司.SIMATIC, S7-200, 可编程序控制器系统手册, 2002.

3.基于PLC的电梯控制应用研究 篇三

关键字：电梯控制;应用;PLC

中图分类号：TP273 文献标识码：A

PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算、计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对升降的控制。因此，可编程控制器（PLC）控制得到广泛使用，采用PLC组成的控制系统可使电梯运行更加安全、方便、舒适。尤其在层数和控制功能较少的场合，采用PLC控制较为有利。

1、PLC在电梯控制系统中作用

为了使电梯的运行安全可靠，需要有一个好的控制系统，也就是对电梯的控制系统要进行改进。根据顺序逻辑控制的需要发展起来的可编程控制器。它是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。可编程控制器（PLC）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力。为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段：另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。

2、电梯控制系统的组成

电气控制系统由操纵箱、层楼指示、控制柜、曳引电动机以及召唤箱等数十个电梯部件中的电器元件构成。电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序，完成各种电气动作功能，保证电梯安全运行。电梯一般是由电动机来拖动的，其运行过程大多包括启动、正（反）转、停止等，这整个过程是由电气控制系统来完成。具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。其操纵是实行各个控制环节的方式和手段。电梯电气控制系统与电力拖动系统比较，变化范围比较大。当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确定后，电力拖动系统各零部件就基本确定了，而电气控制系统则有比较大的选择范围，必须根据电梯安装使用地点、乘载对象进行认真选择，才能最大限度地发挥电梯的使用效益。电梯主拖动类型包括交流电动机、直流电动机、晶闸管供电（SCR-M）的直流拖动和交流双速电动机、直流G-M（即发电机-电动机组供电）、交流变频调速（VVVF）拖动、交流调压调速（AVCC）等。因直流电梯的拖动电动机装有电刷和换相器，其维护量比较大，而且已被交流调速电梯所取代。为了使电梯的运行更加的稳定，要求曳引电动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素，电动机转矩还应有一定的速度。

3、PLC电梯控制系统设计

3.1硬件系统的配置

交流双速电梯控制系统不论是按照控制方式还是组成结构的分类，电梯的组成结构都基本相同，主要包括电力拖动系统、导向系统、门系统、电气控制系统、安全保护系统和重量平衡系统。以5层电梯为例，用西门子可编程控制器实现交流双速集选控制电梯。根据I/O点数和输入、输出类型，考虑I/0点数要保留一定余量，选用目前通用的西门子315-2DP可编程控制器（总共80个输出、输入点）。由于是交流双速电梯需要保留原线路中主回路接触器和门机继电器：考虑安全设计需要，控制部分保留安全回路继电器（急停继电器）和门锁继电器。对5层，5站集选电梯，根据输入信号及输出信号的数量，经过初略计算，输入点数为35点，输出点数为32点，输入、输出信号都是数字量，输出电压220VAC，110VDC，24VDC。

3.2软件设计流程

电梯控制系统设计成功的关键环节是PLC程序设计，编程控制程序在设计的过程中，要遵循一些原则，一是保证该程序功能的完善，尽量考虑到有可能影响到电梯有效运行的各方面的因素：二是在设计时，要尽量简单，并且能保证其有一个适应性，即在特殊情况下，可以对此程序进行修改。以应对新情况的发生，这就要求在设计程序时，要充分的利用编程控制程序中的各种优先指令，使其扫描时间减短，并采用模块化设计，保证电梯的精度;三是对存在于程序中的各个逻辑关系要有清楚的判断。

3.3控制运行指令

指层控制线路的功能是指示电梯轿厢目前所在层楼的位置和将要运行的方向。此例中楼层信号是通过安装于每层井道内的感应器及安装在轿顶的隔磁板来实现的。但是，由于获得的楼层信号不连续，因而需要通过程序实现，X33-X55分别为1-5楼的楼层感应器在PLC的输入地址。电梯的开关门运行回路是按照双开门有无司机控制来设计，主要无司机状态下的自动延时关门、基站外启动时的开关门、无司机状态下的本层开门、电梯运行到达目的层站的自动开门、手动关门、完成电梯的手动开门等

功能。

4、结束语

PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果，它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。

参考文献：

[1]朱德文，电梯交通系统的智能控制与应用[J].企业文化，2013

4.论文基于plc控制的五 篇四

摘 要 煤炭运输是煤矿生产中必不可少的重要生产环节。胶带输送机具有运行可靠灵活、动力消耗低、输送线路适应性强等技术优势，在煤矿中得到广泛应用，为了保证煤矿运输系统安全可靠运行，对胶带输送机进行集中监视和控制很重要。本文以某矿主斜井及地面胶带输送机为背景，设计出了以PLC技术为核心的皮带集中控制系统，保证了煤矿运输系统安全可靠运行。

关键词 PLC 胶带输送机 S7-300 集中控制系统

中图分类号：TP277 文献标识码：A

1概述

煤炭运输是煤矿生产中必不可少的重要生产环节。煤炭运输线路往往比较长最远可达数千米以上，巷道条件变化大，运输如果不通畅，整个矿井生产将会受到影响，严重时可导致整个煤炭生产系统瘫痪。

胶带输送机具有运行可靠灵活、动力消耗低、输送线路适应性强等技术优势，非常适合煤矿运输，因此在煤矿中得到广泛应用。设计背景介绍

某矿是年产125万吨的大型矿井，采用胶带输送机作为其主要运输方式，其主运输系统包括主提升胶带输送机、走廊胶带输送机、振动筛、中煤块胶带输送机、大煤块胶带输送机、过桥胶带输送机和末煤刮板输送机、煤仓等。各条皮带机都由一台电动机驱动，正常运行速度为2m/s，其中振动筛为双层的，每条皮带机均设置跑偏、堆煤、烟雾、拉线急停、打滑、纵撕等保护。其工艺流程图如图1所示。其中箭头指示煤流方向。

本矿井皮带运输系统控制采用继电器控制，可靠性差、体积大、故障率高、劳动强度较大。其控制方式有两种：集中手动控制和就地控制，没有集中自动控制，所有的控制都由人来操作。集中控制室设在选煤楼振动筛的附近，由控制柜、操作台和触摸屏组成。皮带机的控制通过操作台上对应的启停按钮集中控制，触摸屏实时显示皮带的运行状态和故障状态集、故障位置。各皮带机的机头或机尾都设置就地控制箱，在检修或特殊情况下进行现场的就地启停控制。皮带按逆煤流启动，顺煤流停车。启动顺序为：末煤刮板机、过桥皮带、大小块皮带、振动筛、走廊皮带、主提升皮带、给煤机；停止顺序与此相反。每一条皮带安排一人专门负责巡视，劳动量大、效率低。

3胶带机集中控制系统的总体设计

3.1胶带输送机集中控制系统的功能设计

本胶带输送机集中控制系统具有的功能如下所述：

（1）本系统有集控、就地、检修三种工作模式。一般系统运行在集控工作模式下，当组成生产流水线时，本机根据前后闭锁关系自动启、停，同时检测各检测保护设备的状况；运行就地工作模式时，操作员手动操作按钮启动、停止胶带机，所有保护设备均投入使用；运行检修工作模式时，操作员手动启动、停止胶带，保护设备可有选择性的投入使用，在检修模式下，我们使胶带低速运行。工作模式的改变，只有在胶带输送机停止工作时进行，胶带输送机运转时，不能改变其工作模式；

（2）报警停车等故障信号自动保持，即运转过程中一旦发出故障信号停车，即使维修人员将故障排除后，设备仍然无法启动，这时可以通过计算机的复位指令功能就可以消除掉故障信号状态，设备才能启动；

（3）煤矿胶带输送机按照逆煤流启动，顺煤流延迟停车，同时具有闭锁保护功能；

（4）系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤、超温洒水、烟雾、滚筒超温、沿线急停和跑偏等多种保护；

（5）对设备运行状况及工艺参数变化进行实时监测，并具有声光报警功能；

（6）可与工业电视系统进行连接，通过工业电视系统实时监视皮带机重点部位运行情况，以确保人员及设备的安全。具有喊话、打点通讯功能，可实现现场无人值守；

（7）胶带运输机的开、停有就地启动和远程集控启动两种操作方式，方便根据需要自主选择操作方式。设备启动前发出预警信号，提示有关人员应立即远离设备；

（8）具有联网功能，可与矿井综合自动化监控系统可靠的连接、实现一体化全局监控。

3.2胶带输送机集中控制系统结构设计

系统结构采用PROFIBUS-DP现场总线技术，组成主从系统结构。根据工艺流程划分，系统以PLC为控制主站，以每条皮带就地控制箱配备的远程I/OET200M为从站，共设7个从站，这样就节约了大量电缆等材料。本系统由集中控制台、PLC控制柜、触摸屏、就地箱、各种保护传感器及执行器组成。完成一个系统内多条皮带多个设备全过程的控制、监测，构成一个完善的集中控制系统。其系统结构如图2所示。

3.3胶带输送机集中控制系统设备构成

胶带输送机集中控制系统主要由PLC、人机界面等组成，它主要控制胶带输送机、各种参数检测和故障保护装置，将各种信息在触摸屏上集中显示。

3.4胶带输送机集控系统硬件设计

3.4.1集控系统PLC的设计

（1）CPU的选择。

①I/O点数的确定。经过对各输入输出的大略计算，本设计中需要数字量输入164点，数字量输出69点，模拟量输入通道14路。

②存储器容量选择。PLC的I/O点数估算值大小，在很大程度上反映了PLC系统的功能要求，因此可以在I/O点数估算值的基础上计算对PLC存储器容量的需求。目前，大多用统计经验公式进行存储器容量估算。这种方法是以PLC处理每个信息量所需存储器数的统计平均经验值为依据，乘以信息量数再考虑一定的裕量计算得到存储器需要容量。作为一般应用下的一种经验公式是：

存储器容量（KB）=（1.1～1.25）?祝?DI?？0+DO?？+AI/O?？00）/1024

其中：DI为数字量输入总点数；

DO为数字量输出总点数；

AI/O为模拟量I/O通道总数。

DI点数估计值为164?？.15=189，DO点数估计值为69?？.15=80，AI通道估计值为14?？.15=17个。所以存储器容量为：

1.2?？189?？0+69?？+17?？00）/1024=4.62KB

工程实践中，大多采用粗略估算，加大裕量，实际选型时参考此值采用就高不就低的原则。

③响应速度。PLC是为工业自动化而设计的通用控制器，不同档次的PLC的响应速度一般能满足起应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者应用中的某些功能或信号有特别的速度要求时，确定PLC的型号就应特别慎重。

通过上面的计算，考虑系统通讯和冗余的要求，选用SIMATIC S7-300系列中的CPU315-2 DP是最合适的。其中最主要的原因是CPU315-2 DP是S7-300系列中唯一带现场总线（PROFIBUS）SINEC L2-DP接口的CPU模块。内置80KB RAM，随机存储器为48KB，最大数字量I/O点数为1024个，最大模拟量I/O通道数为128个。最大配置4个机架，32块模块。满足设计需要。

3.5 胶带集中控制系统软件设计

3.5.1 集中控制的流程图

西门子的S7-300系列PLC所用的编程语言是西门子开发的STEP7，这是一种可运行于通用微机中，在WINDOWS环境下进行编程的语言。将它通过计算机的串行口和一根PC/MPI转接电缆与PLC的MPI口相连，即可进行相互间的通信。通过STEP7编程软件，不仅可以非常方便地使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，经过编译后通过转接电缆直接送入PLC的内存中执行，而且在调试运行时，还可以在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断状况，甚至可以在线修改程序中变量的值，给调试工作也带来极大的方便。

该集中控制系统共有三种工作方式。集控方式下，胶带机和给煤机根据生产工艺流程预先编制的程序来集中控制启停，各种保护均投入；就地方式下，胶带机和给煤机由操作员控制手动按钮通过PLC分别控制它们的启停，保护也均投入；检修方式下，胶带机和给煤机也采用手动按钮通过PLC分别控制启停，但是保护可根据需要有选择的进行投入，各故障的投入选择可在显示屏内进行控制。

4总结

矿井胶带运输系统是分布复杂，部件繁多，且又要求运行协调一致的连续运输系统。为了保证煤矿运输系统可靠安全运行，对胶带输送机进行集中监视和控制很重要。通过以PLC技术为核心的皮带集中控制系统，大大提高了运输系统的自动化监测和控制水平，保证了煤矿运输系统安全可靠运行。

参考文献

5.论文基于plc控制的五 篇五

摘要：当前屋顶式空调机组被电厂等使用单位广泛应用于集控宣，电子设备间等场所，在此环境下，通常有多台屋顶式空调机组需要进行集中控制，控制系统需要安全可靠、性能优越、操作方便等特点。基于此，本文通过吉荣牌屋顶式空调机组的应用实例，对采用PLC模块式实现多台空调机组的自动控制设计方法进行相关探讨和简要论述。

关键词：PLC；硬件配置；控制要求；控制方法；网络读写

一、概述

吉荣牌屋顶式空调机组被广泛应用于电厂、医药、军工、写字楼、商场等场所。对于电厂来说通常有多台屋顶式空调机组需要进行集中控制，可以通过使用SIEMENS（西门子）公司生产的S7―200CN中CPU226控制器的网络读写功能，对多台屋顶式空调机组进行全天候自动控制，实现智能无人操作管理。华能某电厂工业空调项目使用了多台吉荣牌屋顶式空调机组，本文以此项目为例，对基于PLC多台空调机组的自动化设计方法进行相关探讨和论述。

二、系统硬件配置

S7―200CN通讯端口采用RS―485信号标准9针D型连接器，同时西门子公司提供了两种类型的网络连接器，你可以很轻松的把多台设备连接到一条总线上，这些连接器有一个开关，可以选择网络所需的合适终端匹配。（具体连接方式见《s7―200可编程序控制器系统手册》。）

根据上述特点以及吉荣牌屋顶式空调机组的结构控制特点，我们采取如下的控制方案：一台触摸屏KTP178直接与其中一台PLC相连，以这台PLC为桥梁，其他三台PLC通过这台PLC与KTP178交换数据，通讯通过网络读/写指令来实现，程序既可独立运行又可以四台相联系。（这种方式在没有使用中继器的情况下，可以直接连接31台PLC，如果加上中继器则可以扩展至125台。）

此方案的.硬件配置为触摸屏KTPl78一台、CPU226四台，其中一台屋顶式空调机组为主模块单元。配有一个模拟量扩展模块EM235、温湿度传感器及相应的电器控制部分，其余三台屋顶式空调机组作为从模块单元。由于此方案中KTPl78直接与主模块单元交换数据，主模块单元的PLC通过网络读写与其它PLC通讯，因此其优势在于成本相对较低，可以连多台PLC，结构灵活，控制简便：但同时随着PLC数量的增加，网络通讯速率降低，出现异常的可能性也会相应增加。

三、输入输出信号

四、控制要求反方法

（一）系统控制要求

1、根据当前温湿度及设定温湿度对系统采取相应控制措施。

2、具有故障检测与报警功能，能查询当前故障和历史故障。

3、系统具有定时控制，能自动开／关机组。

4、四台压缩机要求有轮换功能。

（二）触摸屏KTPl 78要求

1、能查看各模块的输入输出状态。

2、查看当前报警和历史报警。

3、显示当前温湿度，并能查看温湿度曲线。

4、对温湿度设定等参数能进行修改。

5、能开／关机组，并能进行定时设定。

6、能对显示的温湿度参数进行校正。

（三）控制方法的实现

1、机组运行控制程序的实现。

温湿度探头采样进来的是0―5V的信号，分别对应0―50℃与0―100％。计算公式为：T=A／32000×50，H=A／32000×100（A表示采样值）。然后根据温湿度设定值控制压缩机、加热器、加湿器的运行。

2、报警处理

在KTPl78的报警信息栏里写上如下信息：

0001机组1送风机过载

0002机组1风压故障

0017机组2送风机过载

0018机组2风压过载

对于历史故障，在KTPl78里的list（history alarm）中写上：

1 机组1送风机过载

2 机组1风压故障

13 机组2送风机过载

14 机组2风压故障

48 机组4积水报警

3、设定温湿度等参数、当前温湿度读取处理

在主模块中，将采样得到的温湿度值用网络写指令写入从模块。在从模块中。用网络读指令读取温湿度设定值等其他一些参数设定值。

4、压缩机轮换处理

在从模块中，用网络写指令将压缩机运行时间写入主模块，在主模块中，根据每台压缩机运行时间，分别列出四种不同的压缩机启动顺序分别进入四个不同的控制子程序。

5、输入、输出状态处理

在每个从模块中分别列出它的输入输出状态，再用网络写指令写入主模块中。

在KTPl78中再做一个模块选择点，根据用户选择模块，将相应模块的I／O状态信息显示在触摸屏KTPI 78上。

五、流程图

主模块：

六、结论

对于屋顶式空调机组，其特点在于现场安装方式简易，组合方式灵活多样，可以满足不同用户的不同需求，西门子PLC模块式的设计、灵活多样的组网方式恰好符合多台屋顶式空调机组的控制要求。吉荣牌屋顶式空调机组采用西门子控制器及相应组网方式后，能很好的达到控制要求，充分体现屋顶式空调机组的优点，完成其相应的功能。

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6.论文基于plc控制的五 篇六

第一章 绪论 1.1 概述

随着改革开放的不断深入，我国中小城市的城市建设及其经济迅猛发展，人们生活水平不断提高，同时，城市需水量日益加大，对城市供水系统提出了更高的要求。供水的可靠性、稳定性、经济节能性直接影响到城区的建设和经济的发展，也影响到城区居民的正常工作和生活。

我国中小城市城市传统的供水方式主要采用恒速泵加压供水以及水塔高位供水等，恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，影响城市整体规划，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，且能耗大。

综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，难以满足当前经济生活的需要。

当前，随着可编程序控制器(PLC)技术的发展，由于其高可靠性、高性价比、广泛的工业现场适应性方便的工艺扩展性能，PLC在工业自动控制过程中得到了越来越广泛的应用。同时，交流异步电动机变频调速技术的日益成熟，与以往任何调速方法相比具有节能效果明显、调速过程简单、起动性能优越、自动化程度高等许多优点。因此将PLC及变频器应用于供水系统，可满足城市供水系统对可靠性、稳定性、经济节能性的要求。

1.2 问题的提出及解决方案

张家口市地处河北省西北部山区，城市人口约45万人，过去为军事重地，改革开放较晚，属经济欠发达地区。改革开放后，张家口加快了城市建设步伐。但城市供水系统陈旧，城区管网多采取传统的水塔高位供水方式。水塔分布在市区内，不仅影响城市整体规划，且存在能耗大，维护不方便，电机的启动电流对电网冲击大的缺点；各供水系统相距较远，不能及时有效地掌握各供水系统的运行状况，系统运行可靠性低，故障排除慢，系统运行中的一些参数也无法监控与记录。为满足城市需水量日益加大的要求，供水公司决定兴建新水源——在距市区南17公里的洋河边打井取水，并经西泵站二次加压为城区供水。同时为降低单位供水能耗，实现全自动、可靠、稳定的供水，需要利用变频恒压供水技术对原供水系统进行自动化改造，采用PLC控制并进行远程监控、管理及故障远程报警。在实现过程中主要研究并解决以下问题。

1、研究并完成利用PLC、变频器、远传压力表和多台水泵机组等主要设备构建变频调速恒压供水系统的设备选型与方案设计，为提高变频器的使用效率，减少设备投资，采用一台变频器拖动多台水泵电机变频运行的方案。

2、深入分析变频恒压供水系统的工况变化过程，确定工况转换方式，完成PLC控制程序的设计，实现水泵的变频起动，保证水泵从变频到工频的可靠、安全的切换。

3、设定PID调节参数，实现在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，维持供水压力恒定。

4、研究PLC和计算机的通信模式，确定通信协议，开发通信与监控软件，实现供水系统的远程监控、管理与报警。

5、加强系统的可靠性设计，提高系统的冗余度，设计自动工频运行方式和手动运行方式作为系统全自动变频恒压运行的备用方案，在故障时作为应急处理，维持供水。

通过该项目的研究和实施可以极大地改善城区供水的可靠性和稳定性，降低能耗及维护成本，方便管理。具有较好的应用前景和推广价值。

1.3相关技术概况

1.3.1 PLC技术概况

对于由继电器控制装置构成的自动控制系统，每一次设计或改进都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。因此，可编程控制器这一新的控制装置应运而生，并取代了继电器控制装置。

可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的工业控制装置。它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普通应用，越来越多的工厂设备采用PLC、变频器、人机界面等自动化器件来控制，使设备自动化程度越来越高。

现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程控制器(PLC)由于具有以下特点而深受工程技术人员的欢迎。

(1)可靠性高，抗干扰能力强

其平均无故障时间大大超过IEC规定的10万小时，同时，有些PLC还采用了冗余设计和差异设计，进一步提高了其可靠性。

(2)适应性强，应用灵活

多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便。(3)编程方便，易于使用

梯形图语言和顺控流程图语言(Sequential Function Fig)使编程简单方便。(4)控制系统设计、安装、调试方便

设计人员只要有PLC就可进行控制系统设计，并可在实验室进行模拟调试。(5)维修方便，工作量小 PLC有完善的自诊断、历史资料存储及监视功能，工作人员可以方便的查出故障原因，迅速处理。

(6)功能完善

除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能块，还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，既方便管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备[1]

由于具有以上特点，使得PLC的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控制要求，就会有PLC的应用。

1.3.2变频调速技术概况

变频调速技术是近十几年来迅速发展起来的比以往任何调速方法更加优越的新技术，具有节能效果明显、调速曲线平滑、调速过程简单、安全可靠、保护功能齐全、起动性能优越、自动化程度高等特点，被应用到工业生产控制过程中的任何场合，显著的节能效果也给众多的企业带来了巨大的经济效益，特别是近几年来随着IGBT功率元件和DSP微处理系统在变频器中的应用，变频器本身己非常成熟，使得变频调速技术的优越性更加突出，传动效率越来越高，使用越来越方便，可靠性也得到了进一步的提高。

变频器已形成了与电机相配合的不同功率、不同用途的系列化产品，具有多种速度切换、加减速时间的外部设定、V/F曲线设定、转距升高调整、输出频率上、下限幅、频率跳跃等功能;具有各种接口，能与计算机、可编程序控制器及自动化仪表联机，并具有远程控制的功能。目前产品已经广泛地应用于石油、石化、钢铁、冶金、矿山、机械、纺织、建筑、造纸等行业。

1.4本章小结

本章首先概述了论文的选题背景、意义及课题来源，在对现有供水系统存在问题调研的基础上，确定了以实现节能、自动、可靠、稳定供水的PLC控制的变频恒压供水及其远程监控系统的设计目标。对PLC及变频调速技术做了简要叙述，提出了设计需要解决的主要技术问题和论文的主要研究内容。

第二章 恒压供水方案与分析

2.1 恒压供水的方案比较与选择

在传统城市供水系统中，常采取恒速泵供水方式。由于用户用水具有不确定性，用水量处于动态变化过程之中，恒速泵供水方式虽然可通过水泵切换控制管网压力，但无法维持管压恒定，不断地起停水泵电机不仅也影响设备的寿命同时也使能耗增加，供水质量不能保证。若采取阀门控制调节流量来维持管压，一方面频繁的调节使阀门的机械磨损加剧，设备维护工作量及设备投资增大；另一方面控制精度差且造成大量的电能浪费。此外，水泵电机直接工频起动与制动带来的水锤效应，对管网、阀门等也具有破坏性的影响。

考虑到交流异步电动机对于泵类负载可采用调电压调速，虽然能够实现恒压供水，但其调速范围小、能耗大，调节效果差。随着变频调速技术发展，变频器的日益成熟，以及功能的完善，基于恒压、节能及安全性考虑，采取变频调速恒压供水方式是一种最好的选择。变频调速精度高、调速范围大、效率高。据统计采用变频调速技术调节流量实现恒压供水，可节能20-50%，节能效果相当显著。

2.2 供水系统的模型、特性及恒压控制

2.2.1 供水系统的基本模型和主要参数

张家口市供水公司西泵站为二级泵站，是将清水池中的水经二次加压后为城区供水。供水系统的基本模型如图2-1所示。图中：L0——水泵中心位置；水面 吸入口 水压表

城区管网

h0——吸水口水位；

h1——水平面水位； h2——管道最高处水位；

h3——在管道高度不受限制的情况下，水泵能够泵水上扬的最高位置的水位。表明水泵的泵水能力。在真实的管道系统中，这个位置并不存在。只有在h3大于管道的实际最高位置的情况下，才能正常供水。

主要参数有：

1.流量Q 单位时间内流过管道内某一截面的水流量，常用单位是m3/min。2.扬程H 也称水头，是供水系统把水从一个位置上扬到另一位置时水位的变化量，数值上等于对应的水位差。常用单位是m。

3.实际扬程HB 供水系统中，实际的最高水位h2与最低水位h1之间的水位差，即供水系统实际提高的水位。即：HB=h2h1

4.全扬程HT 水泵能够泵水上扬的最高水位h3与吸入口的水位h0之间的水位差。全扬程的大小说明了水泵的泵水能力。即HT=h3h0

5.损失扬程HL全扬程与实际扬程之差，即为损失扬程。HB、HT、HL之间的关系是：HT=HB+HL。

供水系统为了保证供水，其全扬程必须大于实际扬程，这多余的扬程一方面用于提高及控制水的流速，另一方面用于抵偿各部分管道内的摩擦损失。

6.管阻R阀门和管道系统对水流的阻力。和阀门开度、流量大小、管道系统等多种因素有关，难以定量计算，常用扬程与流量间的关系曲线来描述。

7.压力P表明供水系统中某个位置水压大小的物理量。其大小在静态时主要取决于管路的结构和所处的位置，而在动态情况下，则还与流量与扬程之间的平衡情况有关。

2.2.2 供水系统的特性曲线和工作点

供水系统的参数表明了供水的性能。但各参数之间不是静止孤立的，相互间存在一定的内在联系和变化规律。这种联系和变化规律可用供水系统的特性曲线直观地反映，主要有扬程特性曲线和管组特性曲线，如图2-2。通过特性曲线可以掌握供水系统的性能，确定其工作点

图2-2中：

曲线①——额定转速nN时的扬程特性曲线 曲线②——转速n1时的扬程特性曲线

曲线③——阀门开度100%时的管阻特性曲线

曲线④——阀门开度不足100%时的管阻特性曲线 1.扬程特性

以管路中的阀门开度不改变为前提，即截面积不变，水泵在某一转速下，全扬程与流量间的关系曲线HT=f（Q）称为扬程特性曲线。不同转速下，扬程特性曲线不同，图2-2中的曲线①、②分别对应于转速nN、n1，且nN>n1。

曲线表明转速一定时，用水量增大，即流量增大，管道中的管阻损耗也就越大，供水系统的全扬程就越小，反映用户的用水需求状况对全扬程的影响的。在这里，流量的大小取决于用户，用水流量用QU表示。

用水量一定时，即QU不变，转速越低，水泵的供水能力越低，供水系统的全扬程就越小。

2.管阻特性

以水泵的转速不改变为前提，阀门在某一开度下，全扬程与流量间的关系曲线HT=f（Q），称为管阻特性曲线。不同阀门开度，管阻特性曲线不同，图2-2中的曲线③对应阀门开度大于曲线④对应的阀门开度。

管阻特性表明由阀门开度来控制供水能力的特性曲线。此时转速一定，表明水泵供水能力不变，流量的大小取决于阀门的开度，即管阻的大小，是由供水侧来决定的，故管阻特性的流量可以认为是供水流量，用QG表示。

在实际的供水管道中，流量具有连续性，并不存在供水流量与用水流量的差别。这里的QG和QU是为了便于说明供水能力和用水需求之间的平衡关系而假设的量。当供水流量QG接近于0时，所需的扬程等于实际扬程(HT=HB)。表明了如果全扬程小于实际扬程的话，将不能供水。因此，实际扬程也就是能够供水的基本扬程。

3.供水系统的工作点

扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点。在这一点，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性。供水系统处于平衡状态，系统稳定运行。

图2-2中的N点表示水泵工作于额定转速，阀门开度为100%时的供水状态，为系统的额定工作点。供水功率

供水系统向用户供水时所消耗的功率PG（Kw）称为供水功率，供水功率与流量和扬程的乘积成正比：

PGCPHTQ

（2—1）

式中：CP——比例常数·

2.2.3供水系统中恒压实现方式

对供水系统进行的控制，归根结底是为了满足用户对流量的需求。所以，流量是供水系统的基本控制对象。而流量的大小又取决于扬程，而扬程难以进行具体测量和控制。考虑到动态情况下，管道中水压的大小是扬程大小的反映，而扬程与供水能力(由流量QG表示)和用水需求(由用水流量QU表示)之间的平衡情况有关。

若: 供水能力QG>用水需求QU，则压力P上升； 若:供水能力QG<用水需求QU，则压力P下降； 若:供水能力QG=用水需求QU，则压力P不变。

可见，流体压力P的变化反映了供水能力与用水需求QU之间的矛盾。从而，选择压力控制来调节管道流量大小。这说明，通过恒压供水就能保证供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量。

将来用户需求发生变化时，需要对供水系统做出调节，以适应流量的变化。这种调节就是以压力恒定为前提来实现的。常用的调节方式有阀门控制法和转速控制法两种。

(1)阀门控制法

转速保持不变，通过调节阀门的开度大小来调节流量。

实质是水泵本身的供水能力不变，而通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量大小，以适应用户对流量的需求。这时的管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。

(2)转速控制法

阀门开度保持不变，通过改变水泵的转速来调节流量。

实质是通过改变水泵的供水能力来适应用户对流量的需求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。2.3 异步电动机调速方法

通过转速控制法实现恒压供水，需要调节水泵的转速。水泵通过联轴器由三相异步电动机来拖动，因此水泵转速的调节，实质就是需要调节异步电动机的转速。

由三相异步电动机的转速公式

nn（1s）160f

（2—2）（1s）p式中，n1—异步电动机的同步转速，r/min；

n—异步电动机转子转速，r/min；

p—异步电动机磁极对数；

—异步电动机定子电压频率，即电源频率；

n1nn1100%； fs—转速差，s可知调速方法有：变极调速、变转差调速和变频调整。1.变极调速

在电源频率一定的情况下，改变电动机的磁极对数，实现电机转速的改变。磁极对数的改变通过改变电机定子绕组的接线方式来实现。这种调速方式只适用于专门的变极电机，而且是有极调速，级差大，不适用于供水系统中转速的连续调节。变转差调速

通过改变电动机的转差率实现电机转速的改变。三相异步电动机的转子铜损耗为：

2rsPem

（2—3）

PCu23I2该损耗和电机的转差率成正比，又称为转差功率，以电阻发热方式消耗。电动机工作在额定状态时，转差率:很小，相应的转子铜损耗小，电机效率高。但在供水系统中由转速控制法实现恒压供水时，为适应流量的变化，电机一般难以工作于额定状态，其转速值往往远低于额定转速，此时的转差率、增大，转差功率增大，电机运行效率降低。虽然变转差调速中的串级调速法能将增加部份的转差功率通过整流、逆变装置回馈给电网，但其功率因数较低，低速时过载能力低，还需一台与电动机相匹配的变压器，成本高，且增加了中间环节的电能损耗。

因此变转差调速方法不适用于恒压供水系统中的转速控制法。3.变频调速

通过调节电动机的电源频率来实现电机转速的调节方式。

这种调速方式需要专用的变频装置，即变频器。最常用的变频器采取的是变压变频方式的，简称为VVVF(Variable voltage Variable Frequency)。在改变输出频率的同时也改变输出电压，以保证电机磁通。.基本不变，其关系为：

U1f1常数 式中：U1—变频器输出电压;f1——变频器输出频率: 变频调速方式时，电动机的机械特性表达式：

Tm1pU212r2sr222f1r1x1x2s

（2—4）

式中：m1——电机相数

r1——定子电阻

x1——定子漏电抗

——转子漏电抗折算值

x2频率f从额定值fN往下调时，由文献〔5〕 所示，图中fN>f1>f2>f3>f4

变频调速过程的特点: 静差率小，调速范围大，调速平滑性好，而且，很关键的一点是调速过程中，其转差率不变。电机的运行效率高，适合于恒压供水方式中的转速控制法。

因此恒压供水系统中采取变频调速方式可以获得优良的运行特性和明显的节能效果。

2.4 变频调速恒压供水系统能耗分析

1．转速控制调节流量实现节能

(1)．转速控制法与阀门控制法供水能耗分析

在图2-2中，将阀门控制法和转速控制法的特性曲线画在了同一坐标系中。假设系统原工作于额定状态N点，当所需流量减少，从额定流量QN变为QE时，在恒压前提下，采用阀门控制法时供水系统工作点将移到A点，对应的供水功率PG与面积AHEOQE成正比；采用转速控制法时供水系统工作点将移到B点，对应的供水功率PG与面积BHEOQE成正比。

两种控制方式下的面积之差PAHBHCB表明了采取转速控制方式相对于阀门控制方式可以实现节能。

(2)．转速调节与恒速运行供水能耗分析

根据水泵比例定理，改变转速n，水泵流量Q、扬程H和轴功率P都随之相应变化，其关系式为：

Q1n1 Qn

2（2—5）

H1n1

（2—6）Hn3P1n1

（2—7）Pn式中，n1、Q1、H1、P1分别为调速后的水泵转速、流量、扬程和轴功率。从以上关系可知，当转速n下降时，轴功率按转速变化的3次方关系下降，可见转速对功率的影响是最大的。

一般在设计中，水泵均考虑在最不利工况下供水，水泵在选型上也是按水泵额定工作点选型和安装使用，即按额定工作点设计。但在实际运行中，管网用水量常常低于最不利工况，这时，如降低转速相对于恒速泵供水运行，能使水泵的轴功率大大减少。

可见，在供水系统中根据用水量的大小，通过变频方式调节水泵转速的方式来实现供水具有很好的节能效果。而且这种方式在用水量较少时节能效果更为明显。

2．转速控制供水系统的工作效率高(1)．工作效率的定义

供水系统的工作效率P为水泵的供水功率PG与轴功率PP之比，即：

PPGPP

（2—8）

该效率是包含了水泵本身效率在内的整个供水系统的总效率。

式(2-8)中，PP是指水泵是在一定流量、扬程下运行时所需的外来功率，即电动机的输出功率；PG是供水系统的输出功率也就是水获得的实际功率，由实际供水的扬程和流量计算。供水过程中的损耗主要来自于水泵本身的机械损耗、水力损失、容积损失，以及管路中的管阻损耗。

(2)．供水系统工作效率的近似计算公式

*水泵工作效率相对值P的近似计算公式如下

*PC（1Qn**）C（2Qn**

（2—9））*式（2—9）中：P、Q*、n*—效率、流量和转速的相对值，均小于1：

*有以下关系：PN*、QPQQN*、nPnnN

C1、C2—常数，其关系为C1C21。

(3)．不同控制方式时的工作效率

阀门控制法方式，因转速不变，n1比值

*Qn**Q

**随着流量的减小。Q*减小，水泵工作的效率P降低十分明显。

转速控制方式时，因阀门开度不变，由式(2—5)，流量Q*和转速矿n*是成正比的，比值Qn**不变。即水泵的工作效率是不变的，总是处于最佳状态。

所以，转速控制方式与阀门控制方式相比，供水系统的工作效率要大得多。这是变频调速供水系统具有节能效果的第二个方面。

3．变频调速电机运行效率高

在设计供水系统时，额定扬程和额定流量通常留有裕量，而且，实际用水流量也往往达不到额定值，电动机也常常处于轻载状态，电机恒速运行时效率和功率因数很低。采用变频调速方式变频器能够根据负载轻重调整输入电压，从而提高了电动机的工作效率。这是变频调速供水系统具有节能效果的第三个方面。

2.5 供水系统安全性讨论

1．水锤效应

在极短时间内，因水流量的急巨变化，引起在管道的压强过高或过低的冲击，并产生空化现象，使管道受压产生噪声，犹如锤子敲击管子一样，称为水锤效应。水锤效应具有极大的破坏性。压强过高，将引起管子的破裂;压强过低又会导致管子的瘪塌。此外，水锤效应还可能损坏阀门和固定件。

2．产生水锤效应的原因及消除办法

产生水锤效应的根本原因，是水泵在起动和制动过程中的动态转矩太大，短时间内流量的巨大变化而引起的。采用变频调速，通过减少动态转矩，可以实现彻底消除水锤效应。

水泵的动态转矩大小决定了水泵加速过程的快慢，决定了加速过程流量变化的快慢，也就决定了水锤效应的强弱。

拖动系统中，动态转矩 TJTMTL TM：是电动机的拖动转矩 TL：是供水系统的制动转矩

图2—4反映了全压起动和变频起动过程中动态转矩情况。

图中，曲线①是异步电动机的机械特性，曲线②是水泵的机械特性，图2—4 b)中的锯齿状线是变频起动过程中的动态转矩。

由图2—4可知，水泵在直接起动过程时，因动态转矩很大，造成了强烈的水锤效应，通过变频起动，可有效地降低动态转矩消除水锤效应。

停机过程效果类似。

3．变频调速对供水系统安全性的作用

采用变频调速，对系统的安全性有一系列的好处

(1)消除了水锤效应，减少了对水泵及管道系统的冲击，可大大延长水泵及管道系统的寿命。

(2)降低水泵平均转速，减小工作过程中的平均转矩，从而减小叶片承受的应力，减小轴承的磨损，使水泵的工作寿命将大大延长。

(3)避免了电机和水泵的硬起动，可大大延长联轴器寿命。

(4)减少了起动电流，也就减少了系统对电网的冲击，提高了自身系统的可靠性。

2.6 本章小结

本章在分析供水系统模型及其特性参数的基础上，探讨了影响供水系统能耗及其安全性的一些因素，得出了以下结论: 1.对供水系统进行的控制，归根结底是对供水能力的调节，以满足用户对流量的需求。这种调节又是以水压调节为目标。

2.供水系统扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点是系统的工作点，实际运行中的工作点会随用水需求的变化而改变。为保证水压恒定，采取转速调节方式较阀门控制方式节能效果明显。

3.采取变频调速方式控制流量实现恒压供水，可减少系统能耗，提高工作效率。4.采取变频调速方式可以消除水锤效应，可减少冲击，增加系统运行的安全性，延长系统运行寿命。第三章 变频调速恒压供水控制系统设计

3.1 供水系统总体方案的确定

1．对西泵站供水系统总体要求：

(1)．由多台水泵机组实现供水，流量范围4000m3/h，扬程45米左右(2)．设置一台小泵作为辅助泵，用于小流量时的供水(3)．供水压力要求恒定，尤其在换泵时波动要小

(4)．系统能自动可靠运行，为方便检修和应急，应具备手动功能(5)．各主泵均能可靠地实观软启动(6)．具有完善的保护和报警功能(7)．系统要求较高的经济运行性能 2.方案确定

确定供水系统总体设计方案的基本依据是设计供水能力能满足系统最不利点用水需求，同时还需要结合用户用水量变化类型，考虑方案适用性、节能性，及其它技术要求。

根据用户的用水时段特点，可将用户用水量变化类型分为连续型、间歇型两大类，根据流量的变化特点，还可进一步细分为高流量变化型，低流量变化型，全流量变化型等。不同季节、不同月份，流量变化类型也会改变。

连续型是指一天内很少有流量为零的时候，或本身管网的正常泄漏就保持有一定的流量。

间歇型指一天内有多段用水低谷时间，流量很小或为零。各种类型的水流量变化关系曲线如图3—1

西泵站供水系统主要负责张家口市桥西区域用户的用水，属连续型高流量变化型。这类型用水需求在较长时间段表现为高流量，低流量时，采用变频调速方式来实现的恒压供水节能效果比较明显，与通常的工频气压给水设备相比平均节能可达30%。水泵变频软起动冲击电流小，也有利于电机泵的寿命，此外水泵在低速运行时，噪声小。由于用水呈高流量变化型的特点，采用多台水泵并联供水，根据用水量大小调节投入水泵台数的方案。在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，使供水压力始终保持为设定值。

多泵并联代替一、二台大泵单独供水不会增加投资，而其好处是多方面的。首先是节能，每台泵都可以较高效率运行，长期运行费用少；其二，供水可靠性好，一台泵故障时，一般并不影响系统供水，小泵的维修更换也方便；其三，小泵起动电流小，不要求增加电源容量；其四，只须按单台泵来配置变频器容量，减少投资。

处于供水低谷小流量或夜间小流量时，为进一步减少功耗，采用一台小流量泵来维持正常的泄漏和水压。

多泵变频循环工作方式的可靠切换，是实现多泵分级调节的关键，可选用编程灵活、可靠性高、抗干扰能力强、调试方便、维护工作量小的PLC通过编程来实现。

供水系统的恒压通过压力变送器、PID调节器和变频器组成的闭环调节系统控制。根据水压的变化，由变频器调节电机转速来实现恒压。

为了减少对泵组、管道所产生的水锤，泵组配置电动蝶阀，先启水泵后打开电动碟阀，当水泵停止时先关电动碟阀后停机。

为实现远程监控的功能，系统中还配置了计算机和通信模块。

综合以上分析，确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备变频器和PLC作为主要控制设备来设计变频调速恒压供水系统，其总体结构如图3-2所示。

3.2 控制系统的硬件设计

3.2.1系统主要配置的选型

1.水泵机组的选型

根据系统要求的总流量范围、扬程大小，确定供水系统设计秒流量和设计供水压力(水泵扬程)，考虑到用水量类型为连续型低流量变化型，确定采用3台主水泵机组和1台辅助泵机组，型号及参数见表3-1。

2.变频器的选型(1).容量确定方法

依据所配电动机的额定功率和额定电流来确定变频器容量。在一台变频器驱动一台电机连续运转时，变频器容量(kVA)应同时满足下列三式：

PCNkPMcos（kVA）

（3—1）

3PCNk3UMIM10（kVA）

（3—2）

PCNkIM（A）

（3—3）

式中，PM—负载所要求的电动机的输出功率；

—电动机的效率（通常在0.85以上）；

—电动机的功率因数（通常在0.8以上）

cos；

UM—电动机电压（V）；

IM—电动机工频电源时的电流（A）；

k—电流波形的修正系数，对PWM方式，取1.0～1.05；

PCN—变频器的额定容量（KVA）；

ICN—变频器的额定电流（A）。

这三个式子是统一的，选择变频器容量时，应同时满足三个算式的关系，尤其变频器电流是一个较关键的量。

(2).型号选择

根据控制功能不同，通用变频器为分为三种类型。普通功能型U/f控制变频器、具有转矩控制功能的高功能型U/f控制变频器、矢量控制高功能型变频器。供水系统属泵类负载，低速运行时的转矩小，可选用价格相对便宜的U/f控制变频器。

综合以上因素，系统选用专为风机、泵用负载设计的普通功能型U/f控制方式的富士变频器FRN55P11S-4CX，变频器内置PID控制模块，可用于闭环控制系统，实现恒压供水。

其主要参数及性能介绍如下。①.主要参数

额定容量：85(kVA)； 额定输出电流：112A；

过载容量：110%额定输出电流、1分钟； 起动转矩：50%以上； 适配电机容量：55KW； ②.功能特点

风机、泵等二次方递减转矩专用型变频器;可选用自动和手动的转矩提升功能，保证最佳的启动;加速时间设定范围宽(0.01秒到3600秒)，具有S形加减速功能和曲线加减速功能，让加减速过程变得缓和，防止冲击和载物倒塌;直流制动功能，制动时间在0-30秒范围可调，保证快速可控的制动，不需要外接电阻;内置PID模块，可用于闭环控制;多种频率设定方式;多种附加功能;五路晶体管输出

③.I/0特性

9个可设定的开关量输入口，给操作者极大的灵活性(如固定频率、固定给定、电动电位计、点动);四路可设定的开路集电极晶体管输出，可用于频率到达、频率值检测、过载、运行等多种提示;RS-485接口，可实现远程通信;④.保护功能

具有过电压/欠电压保护、短路保护、过热保护、PTC热敏电阻保护、电机锁死保护、缺相保护、电涌保护、失速保护、CPU/存贮器异常保护等。

3.PLC的选型

依据控制任务，从PLC的输入1输出点数、存储器容量、输入l输出接口模块类型等方面等来选择PLC型号。在供水系统的设计中，我们选择三菱FX2N-32MR及扩展输出模块FX2N-16EYR，其I/O端子分配在3.4节给出。

FX2N-32MR主要参数及特点: I/O点数:16/16;用户程序步数:4K;基本指令:27条;功能指令:298条;基本指令执行时间:0.08微秒;通信功能:强;输出形式:继电型;输出能力：2A/点;扩展输出模块FX2N-16EYR有16个输出点;4.压力变送器及数显仪的选型

选用普通压力表Y-100和XMT-1270数显仪实现压力的检测、显示和变送。压力表测量范围0～1MP，精度1.5；数显仪输出一路4～20mA电流信号，送给变频器作为PID调节的反馈电信号，可设定压力上下、限，通过两路继电器控制输出压力超限信号。

3.2.2 主电路方案设计

三台大容量的主水泵(1#,2#,3#)根据供水状态的不同，具有变频、工频两种运行方式，因此每台主水泵均要求通过两个接触器分别与工频电源和变频电源输出相联;辅助泵只运行在工频状态，通过一个接触器接入工频。连线时一定要注意，保证水泵旋向正确，接触器的选择依据电动机制容量来确定。

QF1,QF2,QF3,QF4,QF5,QF6分别为主电路、变频器和各水泵的工频运行空气开关，FR1, FR2, FR3, FR4为工频运行时的电机过载保护用热继电器，变频运行时由变频器来实现电机过载保护。

变频器的主电路输出端子(U,V,W)经接触器接至三相电动机上，当旋转方向与工频时电机转向不一致时，需要调换输出端子(U, V, W)的相序，否则无法工作。变频器和电动机之间的配线长度应控制在100m以内。在变频器起动、运行和停止操作中，必须用触摸面板的运行和停止键或者是外控端子FWD(REV)来操作，不得以主电路空气开关QF2的通断来进行。为了改善变频器的功率因素，还应在变频器的(Pl、P+)端子之间接入需相应的DC电抗器。变频器接地端子必须可靠接地，以保证安全，减少噪声。

在电动机三相电源输入端前接入电流互感器和电流表，用来观察电机工作电流大小;设计三相电源信号指示。

图3-3给出了供水系统电气控制主回路的主要联线关系。

3.2.3 控制电路设计

在控制电路的设计中，必须要考虑弱电和强电之间的隔离的问题。为了保护PLC设备，PLC输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是在PLC输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，通过中间继电器控制接触器线圈的得电/失电，进而控制电机或者阀门的动作。通过隔离，可延长系统的使用寿命，增强系统工作的可靠性。

控制电路之中还要考虑电路之间互锁的关系，这对于变频器安全运行十分重要。变频器的输出端严禁和工频电源相连，也就是说不允许一台电机同时接到工频电源和变频电源的情况出现。因此，在控制电路中多处对各主泵电机的工频/变频运行接触器作了互锁设计;另外，变频器是按单台电机容量配置，不允许同时带多台电机运行，为此对各电机的变频运行也作了互锁设计。为提高互锁的可靠性，在PLC控制程序设计时，进一步通过PLC内部的软继电器来作互锁。

控制电路中还考虑了电机和阀门的当前工作状态指示的设计，为了节省PLC的输出端口，在电路中可以采用PLC输出端子的中间继电器的相应常开触点的断开和闭合来控制相应电机和阀门的指示灯的亮和熄灭，指示当前系统电机和阀门的工作状态。

出于可靠性及检修方面的考虑，设计了手动/自动转换控制电路。通过转换开关及相应的电路来实现。

图3-4给出了供水系统的部份电气控制线路图。

图3-4中，SA为手动/自动转换开关，KA为手动/自动转换用中间继电器，打在①位置为手动状态，打在②位置KA吸合，为自动状态。在手动状态，通过按钮SB1-SB14控制各台泵的起停。在自动状态时，系统执行PLC的控制程序，自动控制泵的起停。

中间继电器KA的7个常闭触点串接在四台泵的手动控制电路上，控制四台泵的手动运行。中间继电器KA的常开触点接PLC的XO，控制自动变频运行程序的执行。在自动状态时，四台泵在PLC的控制下能够有序而平稳地切换、运行。

电机动电源的通断，由中间继电器KA1-KA7控制接触器KM 1-KM7的线圈来实现。HLO为自动运行指示灯。FR1, FR2, FR3, FR4为四台泵的热继电器的常闭触点，对电机进行过流保护。

3.2.4 PLC I/0端子分配

说明:1#.2#.3#分别代表I号主水泵、2号主水泵、3号主水泵。

3.2.5 变频器接线及功能设定

表3-2中频率参数设置说明：

(1).最高频率:水泵属于平方律负载，转矩Tn2，当转速超过其额定转速时，转矩将按平方规律增加，导致电动机严重过载。因此，变频器的最高频率只能与水泵额定频率相等。

(2).上限频率:由于变频器内部具有转差补偿功能，在50Hz的情况下，水泵在变频运行时的实际转速要高于工频运行时的转速，从而增大了电动机的负载，因此实际预置得略低于额定频率。

(3).下限频率:在供水系统中，转速过低，会出现水泵的全扬程小于基本扬程(实际扬程)，形成水泵“空转”的现象。所以，在多数情况下，下限频率不能太低，可根据实际情况适当调整。

(4).启动频率:水泵在启动前，其叶轮全部在水中，启动时，存在着一定的阻力，在从0Hz开始启动的一段频率内，实际上转不起来。因此，应适当预置启动频率值，使其在启动瞬间有一点冲击力。

3.3 PLC控制程序的设计

3.3.1全自动变频恒压运行方式水泵运行状态及转换过程分析

1.转换过程分析

启动自动变频运行方式时，首先起动辅助稳压泵工频运行供水，当用水量大，超过辅助泵最大供水能力而无法维持管道内水压时，延时1分钟PLC通过变频器启动1号主水泵供水，同时关闭辅助泵的运行。在1号主水泵供水过程中，变频器根据水压的变化通过PID调节器调整1#主水泵的转速来控制流量，维持水压。若用水量继续增加，变频器输出频率达到上限频率时，仍达不到设定压力，延时分钟，由PLC给出控制信号，将1号主水泵与变频器断开，转为工频恒速运行，同时变频器对2号主水泵软启动。系统工作于1号工频、2号变频的两台水泵并联运行的供水状态。若用水量继续增加，两水泵也不能满足水压要求时，将按上述过程继续增开水泵台数……直到满足水压要求。整个加泵过程中，总是保证原来工作于变频运行状态的水泵转入工频恒速运行，新开泵软启动并运行在变频状态，保证只有一台水泵运行在变频状态。

当用水量减少时，变频器通过PID调节器降低水泵转速来维持水压。若变频器输出频率达到下限频率时，水压仍过高，延时1分钟，按“先起先停”的原则，由PLC给出控制信号，将当前供水状态中最先工作在工频方式的水泵关闭，同时PID调节器将根据新的水压偏差自动升高变频器输出频率，加大供水量，维持水压。当用水量持续减少，系统继续按“先起先停”原则逐台关闭处于工频运行的水泵。

当系统处于单台主水泵变频供水状态时，若用水量减少，变频器输出频率达到下限频率时，水压仍过高时，延时5分钟后，关闭变频器运行，启动辅助泵维持供水。供水状态及其转换关系

供水状态是指在供水时投入运行的水泵台数及运行状况(工频或变频)。为保证在一个较长的时间周期内，各台水泵运行时间基本均等，避免某台电机长期得不到运行而出现绣死现象，供水状态的切换按照“有效状态循环法”即“先起先停”的原则操作。

若有N台水泵参与变频调速，则满足“先起先停”原则的最大有效状态数为N2十1。将来的供水状态就在这些有效状态范围内来回循环。

本系统采用了三台主水泵和一台辅助稳压泵供水，其中只有主水泵参与变频运行，共有10种有效供水状态，见表3-4

各状态之间的转换关系见下图3-5

从图3-5可见，供水状态之间的转换不但和转换条件有关，还与其目前所处的供水状态有关;由辅助泵切换到主泵供水也遵循有效状态循环方式，即上一次启动1#主泵，则下次由辅助泵切换到主泵供水，应启动2#泵。

3.状态转换条件

供水状态之间的转换条件是依据变频器输出频率是否到达极限频率及水压是否达到上、下限值。设变频器输出频率达到极限频率时的信号为X1，水压达到设定压力下限值时的欠压信号为X2，水压达到设定压力上限值时的超压信号为X3。

从辅助泵切换到主泵条件:满足X2;从主泵切换到辅助泵条件:同时满足X1、X3;增泵条件:同时满足X1、X2, 减泵条件:同时满足X1,X 3;4.状态转换过程的实现方法

从辅助泵切换到主泵只需断开辅助泵的供电，同时用变频器以起始频率起动一台主泵的运行即可;从主泵切换到辅助泵只需将主泵和变频器的输出断开，同时将辅助泵直接投入工频运行即可;减泵过程是在满足减泵条件的前提下，通过PLC控制，断开工频运行状态电机的接触器主触点即可。

增泵过程的实现相对复杂一些，首先要将运行在变频状态的电机和变频器脱离后，再切换到电网运行，同时变频器又要以起始频率起动一台新的电机运行。切换过程主要考虑三方面的问题: 第一，切换过程的可靠性。决不允许出现变频器的输出端和工频电源相连的情况，这一点通过控制电路、PLC内部软继电器的互锁及PLC控制程序中动作的时间先后次序来保证。

其次，切换过程的完成时间。时间太长，原变频运行的电机转速下降太多，一方面造成水压下降大，另一方面在接下来切换到工频时冲击电流大;时间太短，切换过程的可靠性下降。具体时间还需根据电动机的容量大小来设定，容量越大时间越长，一般情况下，500ms足够。再次，切换过程的电流。因变频器输出电压相位和电网电压相位一般不同，当电机从变频器断开后，转子电流磁场在定于绕组中的感应电压与电网电压往往也存在相位差。此时，切换到工频电网瞬间，如果二者刚好反相，则将产生比直接起动时的起动电流更大的冲击电流，反过来对变频器造成冲击。解决办法有：

(1).电机定子绕组中接入三相灭磁电阻的方法。这种方法一般需要延时2-3秒，时间太长，水泵转速下降太多，不合适:(2).相位鉴定法。通过相位鉴别电路，在电网电压和变频器输出电压相位一致时，快速切换。这种方法十分有效，可靠，对于100 kW以上的大容量电机一般要求采用这一方法

(3)利用变频器的自由停车指令BX来实现的快速灭磁法。这一方法的实质是通过定子绕组中和变频器逆变桥上的续流二极管组成的回路来达到快速灭磁的目的。其动作顺序是，在电机从变频器断开前，PLC的Y16给出动作信号，变频器Xl端子功能生效，自由停车命令BX生效，变频器立即停止输出，经短暂延时(约500ms)灭磁后，将电机从变频器断开，并立即投入电网。这种方法简单有效、控制方便，本次设计中采用了这一方法。

3.3.2 PLC程序设计方法

1.PLC 编程语言

PLC是由继电器接触器控制系统发展而来的一种新型的工业自动化控制装置。采用了面向控制过程、面向问题、简单直观的PLC编程语言，易于学习和掌握。尽管国内外不同厂家采用的编程语言不尽相同，但程序的表达方式基本类似，主要有四种形式:梯形图，指令表，状态转移图和高级语言。

梯形图编程语言是一种图形化编程语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，与传统的继电器控制原理电路图非常相似，但又加入了许多功能强而又使用灵活的指令，它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器一接触器控制系统的人来说，易被接受。继电器梯形图多半适用于比较简单的控制功能的编程。绝大多数PLC用户都首选使用梯形图编程。

指令是用英文名称的缩写字母来表达PLC的各种功能的助记符号，类似于计算机汇编语言。由指令构成的能够完成控制任务的指令组合就是指令表，每一条指令一般由指令助记符和作用器件编号组成。比较抽象，通常都先用其它方式表达，然后改写成相应的语句表。编程设备简单价廉。

状态转移图语言(SFC)类似于计算机常用的程序框图，但有它自己的规则，描述控制过程比较详细具体，包括每一框前的输入信号，框内的判断和工作内容，框后的输出状态。这种方式容易构思，是一种常用的程序表达方式。

高级语言类似于BACIC语言、C语言等，在某些厂家的PLC中应用。2.梯形图语言编程的一般规则

通常微、小型PLC主要采用继电器梯形图编程，其编程的一般规则有:(1).梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每一个逻辑行起始于左母线然后是触点的各种连接，最后是线圈或线圈与右母线相连，整个图形呈阶梯形。梯形图所使用的元件编号地址必须在所使用PLC的有效范围内。

(2).梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧母线并不接任何电源，因而图中各支路也没有真实的电流流过。但为了读图方便，常用“有电流”、“得电”等来形象地描述用户程序解算中满足输出线圈的动作条件，它仅仅是概念上虚拟的“电流”，而且认为它只能由左向右单方向流;层次的改变也只能自上而下。

(3).梯形图中的继电器实质上是变量存储器中的位触发器，相应某位触发器为“1”态，表示该继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触点打开，反之为“0”态。梯形图中继电器的线圈又是广义的，除了输出继电器、内部继电器线圈外，还包括定时器、计数器、移位寄存器、状态器等的线圈以及各种比较、运算的结果。

(4).梯形图中信息流程从左到右，继电器线圈应与右母线直接相连，线圈的右边不能有触点，而左边必须有触点。

(5).继电器线圈在一个程序中不能重复使用:而继电器的触点，编程中可以重复使用，且使用次数不受限制。

(6).PLC在解算用户逻辑时，是按照梯形图由上而下、从左到右的先后顺序逐步进行的，即按扫描方式顺序执行程序，不存在几条并列支路同时动作，这在设计梯形图时，可以减少许多有约束关系的联锁电路，从而使电路设计大大简化。

所以，由梯形图编写指令程序时，应遵循自上而下、从左到右的顺序，梯形图中的每个符号对应于一条指令，一条指令为一个步序。

3.PLC程序开发平台

不同公司的PLC采取的开发平台不同，这次设计采用MITSUBISHI公司提供的Windows环境下的编程软件FXGPWIN来开发。先用状态转移图(SFC)来描述供水状态的转换过程和转换条件，再用步进顺控指令(STL)转换为步进梯形图，通过检查、编译后，用专用编程电缆SC09下载到PLC程序存储器中。其间还需要一个调试过程。

4.程序扫描工作方式的原理

当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。

扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始。

顺序扫描的工作方式简单直观，它简化了程序的设计，并为PLC的可靠运行提供了非常有用的保证。一方面，扫描到的指令被执行后，其结果马上就可以被将要扫描到的指令所利用。另一方面，还可以通过CPU设置的定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，从而避免了由于CPU内部故障使程序执行进入死循环而造成故障的影响

PLC的工作过程就是程序执行过程。它分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段，输出刷新阶段，如图3-6所示

(1).输入采样阶段

在开始执行程序之前，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态(开或关、“1”或“0”)读入到输入映像寄存器中寄存起来，这个过程称为对输入信号的采样，或称输入刷新。在程序执行期间，所需输入信息取自输入映像寄存器的内容。在本工作周期内，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读人。

(2).程序执行阶段

在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。每扫描到一条指令时，所需要的输入状态或其他元素的状态分别由输入映像寄存器和元素映像寄存器中读出，然后将执行结果写入到元素映像寄存器中。这就是说，对于每个元素来说，元素映像寄存器中寄存的内容，会随程序执行的进程而变化。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到端子上。

(3).输出刷新阶段

当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元素映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再去驱动用户输出设备(负载)，这才是PLC的实际输出。

PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作周期(或扫描周期)。工作周期的长短与程序的长短(即组成程序的语句多少)、指令的种类和CPU执行的速度有很大关系。一般说来，一个扫描过程中，执行指令的时间占了绝大部分。

PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出刷新一次。这就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存电路的内容或数据保持不变。

3.3.3 供水系统控制程序设计

供水系统根据需要实现的主要功能有自动变频恒压运行、自动工频运行、远程手动控制和现场手控制等。全自动变频恒压运行方式是系统中最主要的运行方式，也是系统的主要功能，是指利用PLC控制，结合PID调节功能，通过变频调速实现自动恒压供水，其核心是根据恒压条件下供水系统中水泵运行状态及转换过程设计的PLC控制程序;自动工频运行是指在变频器故障状态时，为维持压力的相对恒定，系统根据水压大小自动调节工频运行电机台数，维持供水，这种运行方式只是在特殊情况下的一种备用供水方案，提高了系统可靠性的冗余度;远程手动控制是指在控制室，通过计算机和PLC通信远程操控水泵的运行，是一种辅助供水方案;现场手动控制运行是指通过现场按钮来人工控制电机工频、变频运行，这一方式完全通过电气控制线路设计来实现，PLC不参与，主要用用于检修、调试及PLC故障时的运行。

系统还具有水泵故障锁定功能。当有水泵出现故障时，系统自动锁定出故障的水泵，将其退出系统运行，并报警提示。

PLC控制程序设计的主要任务是接收受各种外部开关量信号的输入，判断当前的供水状态，输出信号去控制继电器、接触器、信号灯等电器的动作，进而调整水泵的运行，并给出相应指示或报警。

供水系统控制程序的主流程如图3-7。主要由系统初始化模块、辅助泵/主泵运行转换模块、增加主泵的状态转换模块、减少主泵的状态转换模块、远程手动控制模块和故障处理模块等构成。

1.系统初始化模块

在初始化模块中设置通信用数据寄存器D8120, D8121, D8129的通信参数，具体设置程序见论文4.3节;置标志M6=1，在自动运行时，首先起动辅助泵进入SO状态:置标志M0=1，保证辅助泵运行状态首次SO转入主泵运行状态S20。初始化过程通过M8002产生的初始化脉冲来完成。

2.辅助泵/主泵运行转换模块

主泵转辅助泵运行是指在单台主泵供水时，变频器输出下限频率，水压处于压力上限时，延时5分钟，关闭变频器运行，启动辅助泵的过程。即由状态S20(或S21, S22)转入SO的过程。PLC置输出继电器YI(或Y3, Y5)为0，同时置Y7= 1。

辅助泵转主泵运行是指由辅助泵供水，水压达到压力下限时，延时1分钟，关闭辅助泵，用变频器启动一台主泵运行的过程。即由状态so转入S20(或S21,S22)的过程。具体起动哪一台主泵，进入哪一种状态，要依据其上一个状态，按有效状态循环法的原则来操作。在编程时，以辅助继电器M3, M2, Ml作为S20, S21, S22状态的转入标志，三者按循环方式动作，保证S20, S21, S22状态的循环。

3.增加主泵的状态转换模块

增加主泵是将当前主泵由变频转工频，同时变频起动一台新水泵的切换过程。当变频器输出上限频率，水压达到压力下限时，延时1分钟，PLC给出控制信号，PLC的Y16得电，变频器的X1端子对CM短接，变频器的自由停车指令BX生效，切断变频器输出，延时500ms(灭磁作用)后，将主水泵与变频器断开，延时looms(防止变频器输出对工频短路)，将其转为工频恒速运行，同时PLC的Y16失电，BX指令取消，变频器以起始频率启动一台新的主水泵。这段程序设计时要充分考虑动作的先后关系及互锁保护。

增加主泵的状态转换模块包括六种状态转换关系，三台主泵增开程序。

下面以当前状态S20，增开2#主泵为例，用PLC的状态转移图(SFC)来说明泵增开过程，如图3-80

4.减少主泵的状态转换模块

减少主泵是指在多台主泵供水时，变频器输出下限频率，水压处于压力上限时，按“先起先停”原则，将当前运行状态中最先进入工频运行的水泵从电网断开。

5.远程手动控制通信模块

初始化模块中设置好PLC和上位机的通信协议后，在PLC程序执行过程中，当接收到上位机的远程手动控制命令置M5M4= 10时，PLC程序自动转入远程手动控制运行方式，接收水泵运行状态控制字。当接收到命令置M5M4=01时，先停止全部水泵的运行，延时后重新转入全自动恒压变频运行方式。

6.故障处理模块

对变频器故障、热继电器动作、空气开关跳开、水位过低等故障给出声光报警，并做出相应的故障处理。

(1).欠水位故障

进入状态S30，停止全部的电机运行，防止水泵空转。当欠水位信号解除后，延时一段时间，自动进入SO状态。

(2).变频器故障

变频器出现故障时，对应PLC输入继电器X5动作，系统自动转入自动工频运行模块。此时变频器退出运行，三台主泵电机均工作于工频状态。该方式下的水泵的投入和切除顺序和自动变频恒压运行方式时的大致相同，只是原来运行在变频状态下的电机改为了工频运行。由于没有了变频器的调速和PID调节，水压无法恒定。为防止出现停开一台水泵水压不足而增开一台水泵又超压造成系统的频繁切换，通过增加延时的方法来解决。设定延时时间为20分钟。

(3).电机故障

热继电器、空气开关一般用于电机保护，二者的动作往往表明了电机潜在故障。检测到此类故障时，系统首先锁定故障电机，并自动投入下一台电机运行。

此时系统处于“一辅泵两主泵”的运行状态。

3.4 PID调节原理在恒压供水系统中的应用

在供水系统的设计中，选用了具有PID调节模块的变频器来实现闭环控制保证供水系统中的压力恒定，较好地满足系统的恒压要求。

3.4.1 PID控制及其控制算法

在连续控制系统中，常采用Proportional(比例)、Integral(积分)、Derivative(微分)控制方式，称之为PID控制。PID控制是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛的控制方式。具有以下优点：理论成熟，算法简单，控制效果好，易于为人们熟悉和掌握。模拟PID控制及算法

PID控制器是一种线性控制器，它是对给定值:(t)和实际输出值y(t)之间的偏差e(t): e(t)=y(t)-r(t)

(3一4)经比例(P)、积分(I)和微分(D)运算后通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制，故称PID控制器。

系统由拟PID控制器和被控对象组成，其控制系统原理框图如图3-9。

图中U(t)为PID调节器输出的调节量。PID控制规律为

PID控制器各环节的作用及调节规律如下:(1).比例环节:成比例地反映控制系统偏差信号的作用，偏差e(t)一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。比例环节反映了系统对当前变化的一种反映。比例环节不能彻底消除系统偏差，系统偏差随比例系数K的增大而减少，比例系数过大将导致系统不稳定。

(2).积分环节:表明控制器的输出与偏差持续的时间有关，即与偏差对时间的积分成线性关系。只要偏差存在，控制就要发生改变，实现对被控对象的调节，直到系统偏差为零。积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Tl,Tl越大，积分作用越弱，易引起系统超调量加大，反之则越强，易引起系统振荡。(3)微分环节:对偏差信号的变化趋势(变化速率)做出反应，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。微分环节主要用来控制被调量的振荡，减小超调量，加快系统响应时间，改善系统的动态特性。但过大的TD对于干扰信号的抑制能力却将减弱。

PID的三种作用是相互独立，互不影响。改变一个调节参数，只影响一种调节作用，不会影响其他的调节作用。然而，对于大多数系统来说，单独使用一种控制规律都难以获得良好的控制性能。如果能将它们的作用作适当的配合，可以使调节器快速，平稳、准确的运行，从而获得满意的控制效果。

2.数字PID控制算法

自从计算机进入控制领域以来，用数字计算机代替模拟调节器来实现PID控制算法具有更大的灵活性和可靠性。数字PID控制算法是通过对式(3-5)离散化来实现的。

用一系列的采样时刻点nT代表连续时间，用矩形法数值积分近似代替连续系统的积分，以一阶后向差分近似代替连续系统的微分，得到PID位置控制算法表达式:

式(3-7)中，T一一采样周期，n一一采样序号，e(n)一一第n时刻的偏差信号，e(n-1)—第(n-1)时刻的偏差信号，y(n)—第n时刻的控制量。PID位置控制算法采用全量输出，一方面需要计算本次与上次的偏差信号e(n), e(n-1)，而且还要把历次的偏差信号e(j)相加，计算繁锁，占用内存大;另一方面计算机输出的控制量u(n)对应的是执行机构的实际位置偏差，如果位置传感器出现故障，u(n)可能出现大幅度变化，引起执行机构的大幅度变化，这是不允许的。为此实际控制中多采用增量式PID控制算法，其表达式为:

增量式算法中不需要累加，调节器输出的控制增量△u(n)仅与最近几次采样有关，所以误动作时影响较小，必要时可以通过逻辑判断去掉过大的增量，而且较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。

3.4.2 恒压供水PID调节过程分析

恒压供水的目的就是要保证供水能力Qc适应用水需求Qu变化。当供水能力QG和用水需求Qu之间不能平衡时，必然引起压力的变化。因此，可根据压力的变化，来实现对供水流量的调节，维持供水能力QG和用水需求Qu之间的乎衡。

在供水系统中，变频器、PID调节器、压力变送器、电机、水泵等构成了一个闭环控制系统，可以对供水能力实现有效的自动调节，从而实现恒压供水。其实现方法是，首先据用户对水压的要求，给PID调节器预置一个目标压力值，管道中的实际水压，经压力变送器转换成4～20mA的模拟电流信号反馈给变频器内置的PID调节器，PID调节器根据目标压力值和实际压力值的偏差，给出调节量，自动调节变频器输出频率，调节电机转速，使供水量适应用水量的变化，取得动态平衡，维持水压不变。其具体调节过程如下：

(1).稳态运行

当供水能力QG=用水需求Qu，目标压力信号;和压力反馈信号y相等，偏差e=y-r=0, PID输出的控制增量△u=0，变频器输出频率不变，水泵转速不变，处于稳态运行。如图3-10中的0～t1段。(2).用水量增加时

当用水量增加，用水需求Qu>供水能力QG，水压下降，压力反馈信号y减少，偏差e=y-r<0, PID输出的控制增量△u>0，变频器输出频率上升，水泵转速升高，增加供水能力，最后达到一个新的平衡状态，使压力回复，维持供需平衡。

这是一个动态变化的过程，在达到新的平衡状态之前，压力反馈信号y、偏差e,控制增量△“均处于变化之中，其变化过程如图3-10中的tl～t3段，其中t2～t3段为增加用水量后新的平衡状态。

(3).用水量减少时

当用水量减少，用水需求Qu<供水能力QG，水压上升，压力反馈信号y增大，偏差e=y-r>0, PID输出的控制增量△u<0，变频器输出频率下降，水泵转速降低，降低供水能力，最后达到一个新的平衡状态，使压力回复，维持供需平衡。这一动态变化过程，如图3-10中的t3～t4段，其中t4段以后为减少用水量后新的平衡状态。

3.4.3 变频器PID控制功能参数设置

变频器PID控制功能代码有H20,H21,H22,H23, H24, H25共6个，通过对功能代码的设定来保证合理的PID运行。

1.PID模式预置

H20用以设置PID模式。

设定值0:不动作;1:正动作；2:反运行。其关系如图3-11.在供水系统中，当压力增大(即用水量减少)，水泵的转速应下降，即变频器输出频率与被控量(水压)的变化趋势相反，所以选取模式2。

2.反馈方式预置

系统采取的是电流输入反动作，设定H21为2。3.压力目标值的预置

压力目标值是一个比值，它和允许的管道压力大小及选用的传感器有关。其关系为:压力目标值=（管道允许压力／压力表量程）×100% 根据教育学院学生公寓供水管网情况及水压需要，确定总出水口水压大小为0.4MPa，选用的远传压力表量程是0-1MPa，则目标值为40%.选择XI端子功能，设定“E01”为II，通过变频器键盘面板操作直接输入确定的压力目标值。

4.P、I、D参数预置

P、I、D参数通过H22,H23,H24来设定。其中H22用以设定P增益，设定范围:0.01～10倍;H23用以设定积分时间，设定范围0.1～3600s;H24用以设定微分时间，设定范围0.01～10.0s 由于P、I、D的取值与系统的惯性大小有很大的关系，需经现场反复调试，可按以下总体原则来进行整定。

H22(增益P)，在不发生振荡条件下增大其值;H23(积分时间I)，在不发生振荡条件下减小其值;H24(微分时间D)，在不发生振荡条件下增大其值: 用示波器监视压力表输出电压波形，根据波形情况来做参数调整。常见有下面几种情况。

(1)抑制超调

增大H23(积分时间)，减小H24(微分时间)，如图3-12:a)。(2).允许小量超调前提下加快响应速度

减小H23(积分时间)，增大H24(微分时间)，如图3-12:b)。(3).抑制比H23积分时间)长的周期性振荡 增大H23(积分时间)，如图3-12:c)。

(4).抑制大约和H24(微分时间)同样长周期的振荡

减小H24(微分时间)。设定0时，若仍有振荡时，减小H22(增益)，如图3-l2:d)

在PID功能有效且完成参数预置后，变频器完全按用户设定的P、I、D调节规律运行，其工作特点是;(1)变频器的输出频率只根据水压实际压力大小与设定的目标压力的偏差进行调整，与被实际水压大小并无对应关系:(2)变频器的升、降速时间完全取决于由P、I、D值所决定的动态响应时间;(3)变频器的输出频率始终处于调整状态，因此，其显示的数值常不稳定。5反馈滤波时间预预置

设置对控制端子12输入的反馈信号的滤波时间，使PID控制系统稳定，设定值过大，反应变差。

3.5 系统可靠性措施

系统中采用的工控设备变频器和PLC均具有抗干抗能力强，可靠性好的特点。但作为一个完整的系统，应用于工业现场，还是有必要考虑加强抗干扰措施，保证运行的稳定性。

1、变频器和PLC应安装于专门的控制柜中，但一定要保证良好的通风环境和散热，PLC四周留有50 mm以上的净空间。环境温度最好控制在45℃以下，相对湿度在5～90%，尽量不要安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮湿的地方。

2、控制柜和水泵现场距离不要太远，尤其是远传压力表至变频器的4-20mA电流信号和至PLC的压力上、下限开关量信号的传输电缆要尽可能短，而且要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。

3、外围设备信号线、控制信号线和动力线应分开敷设，不能扎在一起，且应采用屏蔽线且屏蔽层接地.4、变频器和PLC均要可靠接地。接地电阻应小于100，接地线须尽可能短和粗，并且应连接于专用接地极或公用接地极上，不要使用变频器、PLC外壳或侧板上的螺钉作为接地端。而且二者在接地时，应尽量分开，不要使用同一接地线。

5、电动机在低速运行时，电机冷却效果下降，应保证电动机具有良好的通风条件。

6、在电气设计和软件设计中，充分考虑电气设备之间的互锁关系。

7、选用性能可靠的继电器、接触器对于系统的可靠运行也具有十分重要的意义。

8、要考虑防雷设计。如电源是架空进线.在进线处装设变频器专用避雷器，或按规范要求在离变频器20m远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。

9、系统设计时还加入了无人执守故障自动拨号报警器。当出现变频器故障、电机故障、PLC故障以及水位过低等现象时，自动拨打管理人员的电话，提高系统故障的应急处理能力。

3.6 本章小结

本章针对用户需求，在满足供水能力的前提下，实现了变频调速恒压供水控制系统的设计。该系统由PLC控制的多泵分级调节和变频器控制的单泵连续调节相结合，实现流量在大范围内变化时的恒压供水。基于这一设计方案，本章的具体内容概括如下: 1.变频调速恒压供水控制系统由PLC、变频器、远传压力表、3台主水泵机组、1台辅助泵机组、控制柜等组成，采用一台变频器分时控制3台主水泵的起动、调速和运行。

2.控制系统的硬件设计包括了设备选型、主电路设计、控制电路设计及PLC的I/O端子分配、变频器接线及功能设定等。电路设计时充分考虑了水泵电机变频运行和工频运行间的互锁关系。

3.分析了多泵供水方式的运行状态和状态转换条件，由远传压力表给出的上、下极限水压信号作为水泵切换的条件，实现水泵的分级调节。状态转换遵循“先起先停”原则。

4.由远传压力表检测的水压信号经变频器内部的PID模块处理后，控制变频器输出频率，实现对水泵转速的连续控制，来维持恒压供水。

5.分析了PID控制器的基本原理和供水系统中PID调节过程，讨论了PID参数的调节方法。

6.供水系统PLC控制程序主要由系统初始化模块、辅助泵/主泵运行转换模块、增加主泵的状态转换模块、减少主泵的状态转换模块、远程手动控制模块和故障处理模块等构成，可实现全自动变频恒压运行、自动工频运行、远程手动控制和现场手控制等方式。

7.在系统设计时，考虑了抗干扰措施和故障应急处理功能，保证运行的稳定性。

7.基于PLC的选煤生产连续控制 篇七

皮带运输机又称带式输送机, 是一种连续运输机械, 也是一种通用机械。皮带运输机是选煤厂必不可缺的运输工具之一。在选煤厂运煤系统的各个步骤中, 皮带运输机起着关键作用, 因而皮带运输机是选煤厂输煤系统中的运送纽带。皮带运输机控制系统设计, 主要是对皮带运输机的电气控制进行设计。皮带运输机的控制部分采用PLC控制, 电动机调速采用变频器调速。系统结构图如图1所:

2 系统的硬件设计和部件选型

这里采用SIEMENS公司的S7-300系列PLC。可编程控制器是一种以微型计算机为主体、具有强大控制功能和抗干扰能力的工业控制装。所以它的组成与一般计算机系统基本一致, 有中央处理器 (CPU) 、存储器、I/0接口部分、电源、通信接口、编程工具等。可编程控制器的基本结构框图如图2所示:

2.1 皮带运输机系统中的电机选型

皮带运输机运行机构的调速比一般不大于1:20, 且为连续工作制, 负载多为大惯量系统。但是用在选煤厂的皮带运输机具有运输距离短、负载小的特点, 所以在选择电机时可以选择变频电机。变频电机转动惯量较小, 响应较快, 可工作在比额定转速很多的工况条件下, 这些特性均符合皮带运输机的特定要求。普通电机与变频电机在不连续工作状态下特性基本一致。皮带运输机属于摩擦性负载, 与重力负载不同点在于负载的运动方向不同。在计算电动机功率时首先要计算皮带运

式1中C-附加阻力系数;f-摩擦因数;L-皮带运输机长度m;

g-重力加速度 (9.81m/s2) ;q-每米长的质量kg/m。

式2中PM-电动机功率k W;υ-皮带速度m/s;ηm-电动机的效率。

根据计算电机选择:YP200L-4其额定功率30k W、额定电流57A、额定电压380V、额定转速1470r/min。

2.2 变频器的选用

皮带运输机机构负载为恒转矩负载, 普遍选用低速转矩的电压型变频器, 如日本的安川、三菱、富士、德国的西门子及丹麦的丹佛斯等。目前, 为皮带运输机控制而设计的专用变频器还是很少, 因此, 本设计选用了德国的西门子MM440通用变频器, 通过合理的配置、设计和编程, 达到控制效果。

MM440变频器是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列, 有多种型号选择, 恒定转矩 (CT) 控制方式额定功率从120~200k W, 可变转矩控制 (VT) 控制方式可达到250k W。MM440变频器由微处理器控制, 采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 作为功率输出器件。因此, 他们具有很好的运行可靠性和功能的多样性。具有全面而完善的保护功能, 为变频器和电动机提供了良好的保护。外部接线图如图3所示。

2.3 变频器的系统功能设定

根据皮带机的运行特性及系统的功能, 要对变频器进行相关的系统设定。

总结

总结本文的主要工作有以下几点:

(1) 根据皮带运输机的运行特点, 皮带运输机变频调速系统, 主要由主操作系统、PLC控制系统、变频调速系统等组成。

(2) 系统的控制是通过操作系统向PLC发送控制指令, 利用PLC进行无触点的逻辑控制, 同时发出信号给变频器, 控制变频器的启动、停止。

(3) PLC系统采用SIEMENS公司产品, 能控制皮带运输机的运行速度, 启动顺序。同时能检测各个电机故障现象, 减小了传统的继电一接触式控制系统的中间环节。减少了硬件和控制线, 极大提高了系统的稳定性, 可靠性。

摘要：针对皮带运输机控制系统中存在的问题, 把可编程序控制器和变频器应用于皮带运输机控制系统上, 利用可编程控制器取代继电器进行控制皮带运输机的起动和停止。提高了系统的可靠性, 系统的调速控制采用变频器进行变频调速, 使调速性能更加稳定, 提高了系统的稳定性。

8.基于PLC选煤厂电气控制研究 篇八

关键词：PLC;选煤厂;电气控制

前言

当前，虽然基于PLC选煤厂的集中控制技术在选煤领域得到了广泛应用，其利用价值也相当可观，具有较强的推广价值，但该系统也会对选煤厂中的电气设备产生一定程度的干扰，并随着生产力的提高呈现出越来越矛盾的趋势，有一部分甚至已经影响到选煤厂中电气设备的正常工作，如果不能解决这一问题，将会在很大程度上制约我国选煤事业的发展与集中控制技术的推广。

1.基于PLC选煤厂集控系统的特点及组成

1.1特点

选煤厂的集中控制技术主要分为控制层与工作控制机监控层。其中，控制层是整个集控系统的核心，一般运用PLC，也就是一种可编程的逻辑控制器作为整个控制系统的中枢装置，该装置能够以控制需求为依托，科学合理的进行开关以及模拟控制量的选择，其主要作用于选矿机械，对干扰选矿的信号进行屏蔽，并将相关信息传递给工作控制机监控层[1]。而工作控制机监控层则主要由控制机装置，显示装置以及PC机软件三部分组成，将控制层所得到的数据显示出来，以便于工作人员惊醒接下来的操作。

1.2组成部分

选煤厂的工作具有很强的连续性与系统性，整个过程中所产生的中间产品较多，在选矿时，相关应用设备的布局也相对分散，因此，需要对整个选煤流程的工艺进行合理安排，尽可能的提升每台设备单独的控制水平，并对联机的多台设备进行控制与协调，以便使整个控制过程更将系统化与智能化。选煤厂在布置设备的过程中需要遵循一定的规律，在运用集中控制系统时，可以根据这种规律，运用分布式的形式，将集中控制与仪表控制有机的结合起来，加之PLC的控制技术与强大功能，能够使系统变得更加简单方便，利于运行。

2.基于PLC选煤厂的集控对电气的主要干扰

虽然基于PLC的集中控制系统在选煤厂中有很大的应用优势，但在一定时间内的运用过程中，仍然显露出一定的技术缺陷，当前，对电气系统的干扰便是该系统急需解决的问题，主要的干扰体现在以下几个方面：

2.1对电源的干扰

选煤厂中的集中控制系统对电源的干扰主要来源于功率相对较大的变频器，其中以泵类为主，另外便是功率相对较大的电焊机。这两种设备在运行过程中会产生一定数量的高次谐波，且比较不稳定，而这种高次谐波便是刺激电网进而使电网崩溃的关键。当前很多选煤厂运用在变频器前方设置滤波器或电抗器，这种方法虽然能起到一定作用，但仍然无法彻底消除大功率装置对电源的干扰。

2.2对射频的干扰

与电源干扰产生的原因相同，较大功率的变频器与电焊机也会对选煤厂的射频产生一定程度的干扰。这种干扰主要来源于变频器或电焊机在运行过程中动力电缆所产生的干扰，在一般情况下，仪器仪表或通讯调度等设备的电缆需要单独信号，但集中控制系统中的动力电缆在工作时所产生的信号会对上述设备的电缆产生影响，进而发生信号失真、通讯不稳、掺杂噪音等现象[2]。另外，在电焊机工作的过程中，还有可能对其周围其他的电气设备发出射频干扰，进而导致PLC的终止或执行机构瘫痪的现象。

2.3对设备的干扰

除对电源以及射频的干扰之外，集中控制系统对电气的干扰还包括对相关机械设备的干扰。集中控制系统可以在一定程度上影响机械设备的运行，造成相关机械设备的不正常震动，或发出一些非正常噪音等，甚至在比较严重的情况下，还会造成机械仪表通讯系统无法正常工作。

3.如何对干扰之后的电气设备进行维修

在选煤厂中的电气设备受到集中控制系统影响之后，需要对其及时进行维修，主要的维修方式包括以下三种：

3.1对相关资料进行完善

在电气设备受到干扰之后，首先要做的便是对电气设备的相关资料进行完善。在这个过程中，既需要对相关设备的资料进行横纵两个方向的比较与分析，还要求将每台设备的资料进行系统整合与完善，制作出相应的技术档案，具体内容主要包括该设备的出厂检验合格证、使用说明书、设备的安装过程以及交接资料、设备的改进与施工记录等[3]。

3.2对设备状态综合分析

在电气设备受到干扰后，相关人员在系统掌握设备情况后，需要对问题进行详细分析与判断，之后制定出详细完整的设备检验报告，并给出相应的维修建议。在这个过程中，工作人员不仅需要对被干扰的设备进行异常与趋势分析，并及时向上级报告，还需要总结场内设备在各种状态下的运行状况，并以报告的形式向上级进行总结和汇报，在最大限度内控制重大安全事故的发生。

3.3对监测设备合理配置

在电气设备受到干扰之后，还需要运用先进手段，对相应的监测设备进行合理配置。不仅要保证运用先进手段对相关信息进行系统收集与整合，还需要保证设备所收集到的信息能够被合理利用，以保障相关工作人员可以对设备的状态进行合理分析及准确判断。

4.结论

在选煤厂中，虽然基于PLC的集中控制技术得到了广泛应用，但其对电气设备电源、射频以及设备的干扰影响仍然不可忽视，在选煤厂未来的应用过程中，一定要对被集中控制技术干扰过的设备进行及时维修，不仅要对相关资料进行完善、对设备状态综合分析，还要对监测设备合理配置，才能保障选煤厂的生产安全。

参考文献：

[1]李洪涛，石兵，秦红波.基于PLC控制的矿井提升机调速系统研究与设计[J].科技情报开发与经济，2013，12（20）：206-207.

[2]李媛.KHT12矿井提升机综合后备保护装置的研究与应用[J].科技情报开发与经济，2013，08（25）：224-225.