基于PLC排風控制系統的設計

劉 毅，張博仁

（杭州技師學院機電系，浙江杭州311500）

基于PLC排風控制系統的設計

劉 毅，張博仁

（杭州技師學院機電系，浙江杭州311500）

利用S7-200 SMART型號的CPU SR30，讀取每個電鋸的工作情況來控制排風口的開啟程度，以控制變頻器MM440控制大功率排風機的轉動速度，進而達到節省電能的效果。

PLC；排風控制系統；S7-200 SMART；變頻器MM440

1 前言

在電鋸切割材料的過程中，會產生大量的廢屑。不同設備對風量需求的區別不是很大。設備運轉時電鋸并非一直工作，而是根據不同的工序投入運行。以前某公司對風機實現了變頻器控制，使用電位器調節風量，根據電鋸是否工作，按一下按鈕，打開相應的風口，然后根據風量大小調節電位器得到適當的風量，但是工人在操作過程中經常出現忘記操作，進而造成了資源的浪費。車間粉塵太大，工作環境惡劣，所以必須改善排風機的控制，制造良好的工作環境。通過PLC智能控制變頻器調節風機的轉速，實現根據不同的設備工作情況，調節排風機的工作效率。

2 系統設計

2.1 系統的工作原理

當操作人員開啟電鋸進行工作的時候，通過接觸器進行電鋸的控制，PLC通過讀取輔助觸點的動作，來判斷有幾臺電鋸在工作，根據不同的電鋸工作臺數，通過PLC控制變頻器調節主排風機的功率，同時輔助觸點控制排風口的開合。只要電鋸打開工作，相對應的排風口就打開。

當沒有電鋸工作的時候，PLC會控制變頻器使排風機停止工作，這樣能很好的解決傳統工人忘記關閉排風機浪費資源的情況。

2.2 系統組成

系統組成如圖1 所示。使用s7-200 SMAR CPU SR30作為控制核心，通過讀取每個電鋸的控制開關的輔助觸點，控制每個電鋸的排風口的開啟和閉合，然后將輔助觸點的開關信號傳給PLC控制系統，通過PLC控制系統調節變頻器的工作狀態進而調節排風機的工作狀態。

2.3 系統硬件選擇

2.3.1 PLC

PLC是現代新型的工業控制裝置，具有通用性強、使用方便、應用面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點，其內部控制主要專注于邏輯關系，是一種繼電器邏輯，相對于單片機來說，PLC具有通用性和適應性強，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等特點，而且小型的PLC價格比較便宜。在電磁兼容方面，PLC完全勝于單片機，單片機需要外圍設計很多電路來解決電磁兼容問題，而PLC內部已經完全地解決掉了這個問題，用戶不需要考慮電磁兼容問題，這樣在設計時會節約很多時間和相應的成本，而且PLC對于使用者來說門檻比較低，對于硬件系統定義之類的繁瑣的處理，PLC內部已經完成，而使用者只要專注于邏輯控制的編寫。

圖1 系統的組成

SR30是標準晶體管 繼電器輸出類型，具有高速處理器芯片，基本指令執行時間可達0.15 μs ，在同級別小型PLC 中遙遙領先。S7-200 SMART CPU 模塊均集成1 個RS485 接口，可以與變頻器、觸摸屏，PC機等第三方設備通信。CPU ST40具有12點輸出和18個點輸入，這樣I/O口數量完全符合系統的應用。

2.3.2 變頻器

變頻器選擇的是西門子的MM440變頻器, 440是專門針對與通常相比需要更加廣泛的功能和更高動態響應的應用而設計的。這些高級矢量控制系統可確保一致的高驅動性能，即使發生突然負載變化時也是如此。由于具有快速響應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至目標位置。該變頻器帶有一個集成制動斬波器，即使在制動和短減速斜坡期間，也能以準確的精度工作。MM440變頻器普遍用在大功率的電機控制上。變頻器的數字輸入端口5,6,7端子通過PLC的Q0.0，Q0.1，Q0.2三個端子進行多段頻率的控制，變頻器的數字輸入16端口為電機的運行，停止接到PLC的Q0.3。

2.3.3 交流接觸器選擇

本系統采用的是施耐德的交流接觸器，相比傳統的接觸器具有以下特點：

（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，因而不會有噪音產生。

（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

傳統交流接觸器的吸持是靠線圈通電來實現的，吸持力量跟電流、磁隙有關，當電壓在合閘與分閘臨界狀態波動時，接觸器處于似合似分狀態，便會不斷地振顫，造成觸頭熔焊或燒毀，而使電機燒壞。而永磁交流接觸器的吸持，完全依靠永磁力來實現，一次完成吸合，電壓波動不會對永磁力產生影響，要么處于吸合狀態，要么處于分閘狀態，不會處于中間狀態，所以不會因振顫而燒毀主觸頭，燒壞電機的可能性就大大降低。

（4） 壽命長，可靠性高

傳統交流接觸器由于工作時線圈和鐵芯會發熱，特別是電壓、電流、磁隙增大時容易導致發熱而將線圈燒毀，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、合閘時產生的電弧造成的。與傳統接觸器相比，永磁交流接觸器在合閘時，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交流接觸器快很多。

圖2 交流接觸器接線圖

本系統主要采用交流接觸器控制電鋸的運行和停止，交流接觸器結構如圖2，并且交流接觸器還帶有兩個常開輔助觸點，這樣通過輔助觸點便可以控制排風口并提供給PLC控制信號，便于PLC控制變頻器調節排風機的運行狀態，其中交流接觸器的13和14引腳接到排風口控制電源上，當電鋸工作的時候排風口就跟著打開了，43和44引腳接到直流的GND和PLC的一個輸入端口，這樣PLC采集電鋸的工作信號用于調節變頻器的工作狀態。

2.4 系統整體原理圖

系統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 系統軟件設計

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smart cpu進行程序開發和編寫的，下面簡要地說明一下整個系統的軟件流程。當電鋸工作的時候交流接觸器的常開輔助觸點閉合，控制排風口自動打開，提供給PLC電鋸工作信號，這樣PLC通過讀取有幾個電鋸在進行工作來調節變頻器工作狀態。系統的整體控制程序見圖4。

圖4 系統的整體控制程序

4 結束語

本系統主要使用PLC控制變頻器以控制風扇的工作狀態，通過讀取控制電鋸工作的交流接觸器的常開觸點的信號進行判斷有多少臺電鋸在工作，進而達到節能的效果。排風口主要使用的是交流接觸器常開觸點來控制，只要電鋸打開工作，常開觸點閉合，接通排風口打開的電源，這樣排風口便自動打開進行排風。

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）