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<T X2 三号风机软起动Y2 T<t<2T X3 四号风机软起动Y3 2T<t<3T X4 一号风机全速运行Y4 3T<t<4T X5 二号风机全速运行Y5 一号风机停止X6 三号风机全速运行Y6 二号风机停止X7 四号风机全速运行Y7 三号风机停止X10 报警Y10 四号风机停止X11
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
起动结束后开始启动，若没有其他风机在软起动则可软起动。

2)风机运行控制
因风机做冷却风机使用，故认为其对冷却对象进行吹风冷却。

当被冷却物温度较高时，认为需要的风量大，可运行多台风机；当被冷却物温度不是很高时，认为需要的风量小，可运行一台风机。

本次设计假设温度设定值为T0，即当被冷却物的温度t等于或者小于设定值T0时，认为符合要求。

本次设计做如下设定：当检测到被冷却物温度t在T0和1.5 T0之间时，运行一台风机；当t在1.5T0和2.0 T0之间时，运行两台风机；当t在2.0T0和2.5T0之间时，运行三台风机；当t高于2.5T0 时，四台风机全部运行，并发出报警。

风机运行过程控制流程图
图7
表1
4)仿真及结果分析
按下启动按钮SB0后，X000闭合，当温度温度传感器检测到的温度他t<T 时，X002闭合，1号风机进入软启动，当风机转速达到额定转速时，Y4指示灯亮。

当检测温度T<t<2T时，一号风机与二号风机顺序软启动，Y0与Y1指示风机软起动状态，达到额定转速后，Y4、Y5指示灯亮。

当检测温度2T<t<3T时，一号风机，二号风机，三号风机顺序软启动，Y0，Y1，Y2指示风机软起动状态，达到额定转速后，Y4、Y5、Y6指示灯亮。

当检测温度3T<t<4T时，一号风机，二号风机，三号风机，四号风机顺序软启动，Y0，Y1，Y2，Y3指示风机软起动状态，达到额定转速后，Y4、Y5、Y6、Y7指示灯亮。

四、设计心得
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关冷却风机控制系统方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

在这次课程设计中，我掌握了设计软件的识别和测试；熟悉了冷却风机控制
系统；了解了仿真软件的使用方法；以及如何提高风机运行的性能等等。

更重要的是，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

这对于我们的将来也有很大的帮助。

我认为，在这学期的设计中，培养了我们独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

使我们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。

参考文献：
[1]《微型控制技术计算机》.赖寿宏.机械工业出版社，2012.1
[2]《PLC原理与应用基础》.曾令琴.人民邮电出版社, 2012.3
[3] 《ATS48软启动器用户手册》.源自网络, 2012.10
[4] 《电机及拖动基础》.顾绳谷 .机械工业出版社， 2010.9
[5] 《现代控制原理》刘豹、唐万生机械工业出版社， 2011.11
附录。