通风机监控系统Word格式.docx

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西南交通大学峨眉校区

年月日

课程设计任务书

专业城轨电子本姓名张世通学号20138088

开题日期：

2016年3月5日完成日期：

2016年6月15日

题目通风机监控系统

一、设计的目的

利用所学的PLC知识进行简单的编程，通过硬件调试对通风机的控制，提高学生的动手能力，使学生对PLC更加的熟悉，能够灵活运用！

在编写过程中，力求做到语言通畅、叙述清楚、讲解细致，对学生知识的融合更加有利。

二、设计的内容及要求

三台通风机用各自的启停按钮控制其运行，并采用一个指示灯显示三台机的运行状态：

（1）三台风机都不转，指示灯显示平光；

（2）一台风机运转，指示灯慢闪（设T=1s）；

（3）两台以上风机运转，指示灯快闪（设T=0.4s）。

三、指导教师评语

四、成绩

指导教师（签章）

年月日

摘要

系统按照生产现场对通风机制定的工作规程，实现通风机的正常工作、反风工作、正常倒换通风机以及工作通风机在故障状态下的倒机工作。

采用西门子２００系列ＰＬＣ和国产组态软件组态王，构建了矿井主扇风机的监控系统，实现了在上位机上对主扇风机的起、停、正反风的自动化控制和运行参数、风门状态的实时监测。

利用工控PLC可靠性能高的特点，实现风机实时在线监测；

与中央控制室的工控机连接，实现风机远程监控

关键词：

监控系统、通风机、PLC、硬件仿真

第1章PLC简介

1.1定义

可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

1.2基本结构

各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等组成。

如下图所示

中央处理器

中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。

CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

存储器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。

系统存储器用于存PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。

现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。

输入输出接口单元

PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；

PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。

PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。

扩展接口和通信接口

PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；

通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。

电源

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。

1.3工作原理

PLC的工作方式为循环扫描方式，当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

其工作过程大致分为3个阶段：

输入采样、程序执行和输入采样、程序执行和输出刷新。

1.4功能特点

1.使用灵活、通用性强——PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。

在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线。

当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。

2.可靠性高、抗干扰能力强——微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；

传统的继电器—接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。

PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达4～5万小时。

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。

如一般PLC能抗1000V、1ms脉冲的干扰，其工作环境温度为0～60℃，无需强迫风冷。

3.接口简单、维护方便——PLC的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220V，直流24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。

有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短了故障修复时间。

4.体积小、功耗小、性价比高——以小型PLC（TSX21）为例，它具有128个I/O接口，可相当于400～800个继电器组成的系统的控制功能，其尺寸仅为216×

127×

110mm3，重2.3kg，不带接口的空载功耗为1.2W，其成本仅相当于同功能继电器系统的10～20％。

PLC的输入输出系统能够直观地反应现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、I/O

点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。

5.编程简单、容易掌握——PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和习惯。

大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。

编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。

利用专用的编程器，可方便地查看、编辑、修改用户程序。

6.设计、施工、调试周期短——用继电器—接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。

而采用PLC控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，并为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。

由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。

PLC是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周期。

1.5编程语言

五种标准化编程语言：

顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块（FBD）三种图形化语言和指令表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。

顺序功能图是一种结构块控制程序流程图，梯形图和功能模块图是图形化语言，指令表、结构文本两种文本语言，梯形图的应用直观，与指令表可以相互转换。

第2章设计要求及硬件设计

2.1设计要求

三台通风机用各自的启停按钮控制其运行，并采用一个指示灯显示三台机的运行状态：

2.2硬件设计

图2-1为PLC的I/O配置表

图2-1PLC的I/O配置

第3章程序编写及过程分析

3.1程序编写

程序如下图所示

3.2控制过程分析

（1）0.4s脉冲发生器电路

定时器T37[8]与其动断触点T37[8]构成循环计时电路，每隔0.4s，T37的触点转换一次，T37的动断触点T37[8]断开、动合触点T37[9]闭合。

T37[8]断开→T37[8]失电→T37[8]闭合→T37[8]得电，又开始0.4s计时。

T37[9]闭合，辅助继电器M1.0[8]得电并自锁，同时定时器T38开始延时，0.2s后T38[9]断开→M1.0[9]和T38[9]失电，T38[9]闭合。

再过0.2s后，定时器T37的动合触点再次接通。

如此往复循环，构成周期为0.4s的闪烁电路。

（2）1、2、3风机的启停控制

1、2、3风机控制构成相同，以1风机为例进行介绍。

按动1风机停止按钮SB2→输入继电器I0.1得电→I0.1[1]闭合→Q0.1[1]得电→KM1得电→1风机启动；

Q0.1[1]闭合，自锁；

按动1风机停止按钮SB3→输入继电器I0.2得电→I0.2[1]断开→Q0.1失电→KM1失电→1风机停止运行；

Q0.1[1]断开，解除自锁；

（3）1台风机运转的控制

1台风机运转时，输出继电器Q0.1、Q0.2、Q0.3中只有一个得电→Q0.1[5]、Q0.2[5]、Q0.3[5]中必有一个断开，因此M0.0[5]未得电→M0.0[7]闭合；

Q0.1[6]、Q0.2[6]、Q0.3[6]中只有一个闭合，因此M0.1[6]未得电→M0.1[7]闭合。

由于M0.0[7]和M0.1[7]闭合→M0.2[7]得电→M0.2[4]闭合；

SM0.5[4]闭合（提供1s时钟脉冲）→Q0.0[4]得电→HL得电，指示灯慢闪。

（4）两台以上风机运转的控制

两台以上风机运转时，输出继电器Q0.1~Q0.3中必有两个以上得电→

Q0.1~Q0.3中必有两个以上断开，使M0.0[5]未得电→M0.0[4]断开；

M0.0[7]闭合→M0.2[7]失电→M0.2[4]断开；

Q0.1~Q0.3中必有两个以上闭合，因此M0.1[6]得电→

M0.1[4]闭合→通过M1.0提供的0.4s脉冲，使Q0.0[4]得电→HL得电，指示灯快闪；

M0.1[7]断开→M0.2[7]失电→M0.2[4]断开。

（5）三台电动机都不转

3台电动机都不转，因此Q0.1~Q0.3均为得电→Q0.2[5]闭合→M0.0[5]得电→M0.0[4]闭合→Q0.0[4]得电→HL点亮，指示灯平光。

第4章运行结果

将硬件连线正确后，进行调试。

结果如下图所示

心得体会

作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，由于本次大作业要求用PLC，因此要想更加有效率的做出结果，我们必须熟练的掌握它。

边学边用这样才会提高效率，这是我作本次课程设计的第二大收获。

但是由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正经过紧张而有辛苦的三周的课程设计结束了．当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之颠，顿感心旷神意，眼前豁然开朗．

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．

课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。

通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

几周的课程设计结束了，我们对PLC有了更深入的了解。

课本上的理论知识在实践中得到了更深刻的体会。

我了解了以前不熟悉的知识，对PLC有了更深刻的认识，复习了这学期所学的PLC内容，弄明白了很多知识。

由于我们进行调试的次数少，所以许多理论上成功的，实现出来的结果却不令人满意。

有时我们意见不统一，但还是尝试之后才得到解决。

通过看书学习，写出了相应的程序，达到功能要求的目的。

不管怎样，在这次课程设计过程中，我们在理论的基础上进行了实践，是一次很好的机会，提高了我们的创造力和动手能力。

当我们一点一点完成的时候，心中就不免兴奋，不免激动。

成功与失败其实没有界限，失败是成功的基石，在做此设计时，我深深体会到做事与成长是一回事，没有付出努力，那就好比一张空纸，经不起风波的，可是，我们要是有一定的过程，一定的付出，那滋味就蕴含在其中。

在此要感谢我们的指导老师们对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

参考资料

1、陈建明.电气控制与PLC应用.北京：

电工工业出版社，2010年11月

2、孙平.可编程控制器原理及应用（第2版）.北京：

高等教育出版社，2008年4月版

3、林小峰.可编程控制器原理及应用.北京：

高等教育出版社，1994

4、于庆广.可编程控制器原理及系统设计..北京：

清华大学出版社，2004