基于PLC排風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 毅，張博仁

（杭州技師學(xué)院機(jī)電系，浙江杭州311500）

基于PLC排風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 毅，張博仁

（杭州技師學(xué)院機(jī)電系，浙江杭州311500）

利用S7-200 SMART型號(hào)的CPU SR30，讀取每個(gè)電鋸的工作情況來控制排風(fēng)口的開啟程度，以控制變頻器MM440控制大功率排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省電能的效果。

PLC；排風(fēng)控制系統(tǒng)；S7-200 SMART；變頻器MM440

1 前言

在電鋸切割材料的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢屑。不同設(shè)備對(duì)風(fēng)量需求的區(qū)別不是很大。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電鋸并非一直工作，而是根據(jù)不同的工序投入運(yùn)行。以前某公司對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了變頻器控制，使用電位器調(diào)節(jié)風(fēng)量，根據(jù)電鋸是否工作，按一下按鈕，打開相應(yīng)的風(fēng)口，然后根據(jù)風(fēng)量大小調(diào)節(jié)電位器得到適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量，但是工人在操作過程中經(jīng)常出現(xiàn)忘記操作，進(jìn)而造成了資源的浪費(fèi)。車間粉塵太大，工作環(huán)境惡劣，所以必須改善排風(fēng)機(jī)的控制，制造良好的工作環(huán)境。通過PLC智能控制變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的設(shè)備工作情況，調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)的工作效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的工作原理

當(dāng)操作人員開啟電鋸進(jìn)行工作的時(shí)候，通過接觸器進(jìn)行電鋸的控制，PLC通過讀取輔助觸點(diǎn)的動(dòng)作，來判斷有幾臺(tái)電鋸在工作，根據(jù)不同的電鋸工作臺(tái)數(shù)，通過PLC控制變頻器調(diào)節(jié)主排風(fēng)機(jī)的功率，同時(shí)輔助觸點(diǎn)控制排風(fēng)口的開合。只要電鋸打開工作，相對(duì)應(yīng)的排風(fēng)口就打開。

當(dāng)沒有電鋸工作的時(shí)候，PLC會(huì)控制變頻器使排風(fēng)機(jī)停止工作，這樣能很好的解決傳統(tǒng)工人忘記關(guān)閉排風(fēng)機(jī)浪費(fèi)資源的情況。

2.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1 所示。使用s7-200 SMAR CPU SR30作為控制核心，通過讀取每個(gè)電鋸的控制開關(guān)的輔助觸點(diǎn)，控制每個(gè)電鋸的排風(fēng)口的開啟和閉合，然后將輔助觸點(diǎn)的開關(guān)信號(hào)傳給PLC控制系統(tǒng)，通過PLC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)進(jìn)而調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)。

2.3 系統(tǒng)硬件選擇

2.3.1 PLC

PLC是現(xiàn)代新型的工業(yè)控制裝置，具有通用性強(qiáng)、使用方便、應(yīng)用面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)，其內(nèi)部控制主要專注于邏輯關(guān)系，是一種繼電器邏輯，相對(duì)于單片機(jī)來說，PLC具有通用性和適應(yīng)性強(qiáng)，完善的故障自檢測能力而且維修方便，可靠性高與柔韌性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且小型的PLC價(jià)格比較便宜。在電磁兼容方面，PLC完全勝于單片機(jī)，單片機(jī)需要外圍設(shè)計(jì)很多電路來解決電磁兼容問題，而PLC內(nèi)部已經(jīng)完全地解決掉了這個(gè)問題，用戶不需要考慮電磁兼容問題，這樣在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)節(jié)約很多時(shí)間和相應(yīng)的成本，而且PLC對(duì)于使用者來說門檻比較低，對(duì)于硬件系統(tǒng)定義之類的繁瑣的處理，PLC內(nèi)部已經(jīng)完成，而使用者只要專注于邏輯控制的編寫。

圖1 系統(tǒng)的組成

SR30是標(biāo)準(zhǔn)晶體管 繼電器輸出類型，具有高速處理器芯片，基本指令執(zhí)行時(shí)間可達(dá)0.15 μs ，在同級(jí)別小型PLC 中遙遙領(lǐng)先。S7-200 SMART CPU 模塊均集成1 個(gè)RS485 接口，可以與變頻器、觸摸屏，PC機(jī)等第三方設(shè)備通信。CPU ST40具有12點(diǎn)輸出和18個(gè)點(diǎn)輸入，這樣I/O口數(shù)量完全符合系統(tǒng)的應(yīng)用。

2.3.2 變頻器

變頻器選擇的是西門子的MM440變頻器, 440是專門針對(duì)與通常相比需要更加廣泛的功能和更高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。這些高級(jí)矢量控制系統(tǒng)可確保一致的高驅(qū)動(dòng)性能，即使發(fā)生突然負(fù)載變化時(shí)也是如此。由于具有快速響應(yīng)輸入和定位減速斜坡，因此，甚至在不使用編碼器的情況下也可以移動(dòng)至目標(biāo)位置。該變頻器帶有一個(gè)集成制動(dòng)斬波器，即使在制動(dòng)和短減速斜坡期間，也能以準(zhǔn)確的精度工作。MM440變頻器普遍用在大功率的電機(jī)控制上。變頻器的數(shù)字輸入端口5,6,7端子通過PLC的Q0.0，Q0.1，Q0.2三個(gè)端子進(jìn)行多段頻率的控制，變頻器的數(shù)字輸入16端口為電機(jī)的運(yùn)行，停止接到PLC的Q0.3。

2.3.3 交流接觸器選擇

本系統(tǒng)采用的是施耐德的交流接觸器，相比傳統(tǒng)的接觸器具有以下特點(diǎn)：

（1） 無噪音

永磁交流接觸器合閘保持是依靠永磁力來保持的，因而不會(huì)有噪音產(chǎn)生。

（2） 無溫升

永磁交流接觸器是依靠永磁力來保持的，沒有維持線圈，自然也就沒有溫升。

（3） 觸頭不振顫

傳統(tǒng)交流接觸器的吸持是靠線圈通電來實(shí)現(xiàn)的，吸持力量跟電流、磁隙有關(guān)，當(dāng)電壓在合閘與分閘臨界狀態(tài)波動(dòng)時(shí)，接觸器處于似合似分狀態(tài)，便會(huì)不斷地振顫，造成觸頭熔焊或燒毀，而使電機(jī)燒壞。而永磁交流接觸器的吸持，完全依靠永磁力來實(shí)現(xiàn)，一次完成吸合，電壓波動(dòng)不會(huì)對(duì)永磁力產(chǎn)生影響，要么處于吸合狀態(tài)，要么處于分閘狀態(tài)，不會(huì)處于中間狀態(tài)，所以不會(huì)因振顫而燒毀主觸頭，燒壞電機(jī)的可能性就大大降低。

（4） 壽命長，可靠性高

傳統(tǒng)交流接觸器由于工作時(shí)線圈和鐵芯會(huì)發(fā)熱，特別是電壓、電流、磁隙增大時(shí)容易導(dǎo)致發(fā)熱而將線圈燒毀，而永磁交流接觸器不存在燒毀線圈的可能。觸頭燒蝕主要是由分閘、合閘時(shí)產(chǎn)生的電弧造成的。與傳統(tǒng)接觸器相比，永磁交流接觸器在合閘時(shí)，除同樣有電磁力作用外，還具有永磁力的作用，因而合閘速度較傳統(tǒng)交流接觸器快很多。

圖2 交流接觸器接線圖

本系統(tǒng)主要采用交流接觸器控制電鋸的運(yùn)行和停止，交流接觸器結(jié)構(gòu)如圖2，并且交流接觸器還帶有兩個(gè)常開輔助觸點(diǎn)，這樣通過輔助觸點(diǎn)便可以控制排風(fēng)口并提供給PLC控制信號(hào)，便于PLC控制變頻器調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，其中交流接觸器的13和14引腳接到排風(fēng)口控制電源上，當(dāng)電鋸工作的時(shí)候排風(fēng)口就跟著打開了，43和44引腳接到直流的GND和PLC的一個(gè)輸入端口，這樣PLC采集電鋸的工作信號(hào)用于調(diào)節(jié)變頻器的工作狀態(tài)。

2.4 系統(tǒng)整體原理圖

系統(tǒng)的整體電氣原理圖見表1，PLC的接線端口圖如圖3 所示。

表1

圖3 PLC接線端口

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

S7-200smart程序的編寫主要使用的是西門子公司特定的編程軟件，STEP 7-MicroWIN SMART這款軟件是針對(duì)smart cpu進(jìn)行程序開發(fā)和編寫的，下面簡要地說明一下整個(gè)系統(tǒng)的軟件流程。當(dāng)電鋸工作的時(shí)候交流接觸器的常開輔助觸點(diǎn)閉合，控制排風(fēng)口自動(dòng)打開，提供給PLC電鋸工作信號(hào)，這樣PLC通過讀取有幾個(gè)電鋸在進(jìn)行工作來調(diào)節(jié)變頻器工作狀態(tài)。系統(tǒng)的整體控制程序見圖4。

圖4 系統(tǒng)的整體控制程序

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)主要使用PLC控制變頻器以控制風(fēng)扇的工作狀態(tài)，通過讀取控制電鋸工作的交流接觸器的常開觸點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行判斷有多少臺(tái)電鋸在工作，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的效果。排風(fēng)口主要使用的是交流接觸器常開觸點(diǎn)來控制，只要電鋸打開工作，常開觸點(diǎn)閉合，接通排風(fēng)口打開的電源，這樣排風(fēng)口便自動(dòng)打開進(jìn)行排風(fēng)。

Design of exhaust air control system based on PLC

Liu Yi, Zhang Boren
( Department of mechanical and electrical engineering, Hangzhou Technician College, Hangzhou 311500,China )

Using S7-200 SMART model CPU SR30, each power saw working condition are red to control the opening degree of the exhaust outlet, the frequency changer MM440 and the rotation speed of high eff i ciency exhaust blower,so as to achive the effect of saving electrical energy.

PLC; exhaust air control system; S7-200 SMART; frequency changer MM440

TP273

B

1672-4852（2017）03-0038-04

2017-02-09.

劉 毅（1988-），男，工程師.

（編輯：林小江）