冷却风机控制系统设计..

一、设计目的

通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，使学生在实践中检验真理，为以后走上工作岗位打下良好基础，使学生初步具有控制系统主电路、控制程序的分析和设计方法，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力，培养学生的工程技术应用能力。设计程序应用到实际生产中，符合设计要求，完成设计过程。

二、设计要求

根据风量大小调整开机的数量,冷却风机四台110kw。电机开机时，风机按照1号、2号、3号、4号的顺序启动，采用软启动以减少启动时对电网的冲击；为降低成本使用一台软启动器。1号风机完成启动，转速达到额定转速,切换到直接运行方式，同时软启动器退出再按相同的方法启动2号、3号、4号风机，每一台风机都具有单独停止功能，整个系统具有完整的指示和保护功能。

三、设计步骤

整体设计方案如下：

图1

1.系统设计整体思路

根据题目设计要求，应用可编程控制PLC来控制风机的启动停止，达到工

业计算机自动控制，首先确定使用三菱PLC来达到控制的作用。

控制风机启动与停止的电机功率为110W，共四台，在电机选取上已确定了电机的基本功率型号；此外，要达到电机启动时对电网的冲击，故而采用软启动器来实现（为减少成本，要实现系统中一台软启动器控制四台电机的顺序软启动）；在选择软启动器时，考虑到电机的功率型号偏大，故而软启动器的型号功率也应该相匹配。

在控制电机的软启动过程及全额运行能安全无误正常的工作，PLC不单单要保证正常工作，此外，还要有很好的故障保护设计；PLC控制电机的同时，还要控制软启动器的一些换机启动、故障控制以达到整个系统的稳定安全运行。故对PLC的设计要实现合理与稳定，来控制整个系统的合理运作。

2.硬件设计

1)软启动器

软启动的原理图：

a b

图2

a、使用每一相由2个晶闸管（共6个）首尾相连的控制器，在起动时逐渐升高电压，驱动三相异步电机。

b、根据晶闸管的导通时间和角度，可以用于提供频率固定逐渐升高的电压。

c、输出电压的逐渐升高可以由加速斜坡或限制电流值控制，或者与这两个参数相关。

在此次电机控制中，考虑到电机的功率为110KW，负荷有点重，同时还要实现节约，由一台软启动器控制四台电机正常工作，选取软启动器时需要更高的要求及功能。在查询各软启动器型号及功能手册后，结合所需的功配参数，选取了施奈德公司生产的型号为：ZY-FR2000系列软启动器，该系列软启动器能够实

现该设计所需的要求，能够保障正常运行。

图3

CL1，CL2为电源输入端子，此外三相电源线R S T线分别从1/L1 3/L2 5L3接入输出线U V W线分别从2/T1 4/T2 6/T3输出，软启动器各端子如图3所示，其接线图如图4.

图4

2)接触器

接触器的选型主要需要确定种类，负载类型，主回路参数，控制回路参数辅助触头，以及电气寿命，机械寿命及工作制等多种情况综合考虑。因为电机功率为15KW，电压为380V，所以电流为39.5A。所以选择施耐德D2系列国产，LC2D5011Q5N。

型号说明：LC 1- D 09 10 M 5 C

LC:交流线圈1-：单个接触器D：D系列09：对应电流规格10：辅助触点M：电压代码，380V-Q 5：线圈特性，50HZ，交流线圈；C:产品类型，

C 标准型，N，经济型。

3)断路器

选用施耐德公司GV2m01*C

型号说明：GV2：系列；m：按钮式，热磁型；01：热脱扣设定范围或磁脱扣电流大小；C:合资厂产品，无：进口产品。

4)PLC部分硬件接线

控制电路主要由PLC实现，而同时，PLC的选取就很重要。

PLC是整个冷却风机控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入信号的采集、来对电机的控制。一般我们在选择PLC时，要考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素，以日本三菱PLC为例，该PLC有FX；A；Q三大系列，在FX系列中又有FX．1 S；FX .lN和FX．2N三种型号。依据控制任务，从PLC 的输入／输出点数、存储器容量、输入／输出接口模块类型等方面等来选PLC 型号。在该题目的升级要求中，我们可以选择三菱FX1N-40MR-001。

三菱FX1N-40MR-001的主要参数为：

属于基本单元模块

自带24点输入/16点输出

采用继电器输入输出

可扩展性

用交流供电

是FX1N系列里面的40点数模块

I/O端口分配

输入信号输出信号

启动X0 一号风机软起动Y0 停止X1 二号风机软起动Y1 t

一号风机额定转速X12

二号风机额定转速X13

三号风机额定转速X14

四号风机额定转速X15

一号风机故障X16

二号风机故障X17

三号风机故障X21

四号风机故障X22

报警X20

手动清除报警X23

PLC的I/O接线图

图5

5)硬件主电路图

图6

3.软件设计

1)风机启动控制

按照要求四台风机公用一台软起动器，且风机启动时要按照顺序启动，启动时1号风机先启动；若需要运行2号风机，其启动必须在1号风机软起动结束后进行；同理，3号风机必须在2号结束软起动后进行启动。因此每台风机在开始软起动前要先检测有无其他风机正在软起动，若有其他风机正在软起动则等待软