1、摘要可編程序控制器(plc)是一種能直接應用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微型處理器為基礎(chǔ), 結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程，是 一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。本文介紹了藥品制粒干燥機(以下簡稱干燥機)加工的基本原理以及系統(tǒng)控制的設計方法，從 系統(tǒng)的整體設計方案和實際需求分析開始，緊密的聯(lián)系實際?；畹男枰?力求做到使系統(tǒng)運行穩(wěn)定, 操作簡便，解決實際屮問題，保證加工安全、快捷、可靠。引風機恒壓供風控制系統(tǒng)保證了產(chǎn)品的 質(zhì)量，以plc為主機的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。 關(guān)鍵詞：藥品制粒干燥機p

2、lc變頻器 恒壓供風。藥品制粒干燥機（以下簡稱干燥機）是用于實驗室或小批量生產(chǎn)小丸顆粒的制藥設備。由于實 驗室原有的控制系統(tǒng)使用的是十年前的人機界面和plc,故其硬件均已老化，性能下降，在運行 的過程屮經(jīng)常出現(xiàn)死機、黑屏、重啟動，甚至某些畫面參數(shù)不能修改；同時由于無相應的plc編 程器、編程軟件和人機界面軟件，因此可維修性也差。為了解決這些問題，本文采用plc和負壓變頻器閉環(huán)控制方案對干燥機的控制系統(tǒng)進行改造, 從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。使用此方法進行的控制系統(tǒng)設計可改進現(xiàn)有技術(shù)的不足，簡化結(jié)構(gòu), 有利于降低成木和提高可靠性，解決了原有系統(tǒng)的缺點。改進后的系統(tǒng)既可以制粒又可快速干燥, 制粒、

3、混合、干燥在同一個密閉的室內(nèi)完成，防止與外界接觸而引起污染。確保藥物顆粒內(nèi)在質(zhì)量 上符合“gmp”的要求。第一章plc控制系統(tǒng)設計1.1 plc的特點可編程序控制器(plc)是采用微機技術(shù)的通用工業(yè)自動化裝置，近幾年來，在國內(nèi)已得到迅 速推廣普及。plc止改變著工廠自動控制的面貌，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造，發(fā)展新型工業(yè)具有重大 的意義。1.1.1編程方法簡單易學，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工 程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開 關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路

4、的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯 編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。1.1.2配套齊全，功能完善，適用性強plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控 制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng) 域。近年來plc的功能單元人量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制 中。加上plc通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。1.1.3可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用

5、嚴格的生 產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的f系列 plc平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從 plc的機外屯路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開 關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測功能, 出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序, 使系統(tǒng)屮除plc以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣使整個系統(tǒng)具有了極高的可靠性。1.1.4系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容

6、易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周 期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可 能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。1.1.5體積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近岀產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于 體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。1.2 plc控制系統(tǒng)設計的基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在 設計plc控制系統(tǒng)時，應遵循以下基木原則：1.2.1最大限度地滿足被控對象的控

7、制要求充分發(fā)揮plc的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求,是設計plc控制系統(tǒng)的首耍前提, 這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查硏究，收集控 制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人 員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。1.2.2保證plc控制系統(tǒng)安全可靠保證plc控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設 計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。例如：應該保 證plc程序不僅在正常條件下運行，而且在非

8、正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也 能正常工作。1.2.3力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工 程的投入、技術(shù)的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下, 一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者 不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自 動化和高指標。1.2.4適應發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng) 發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇

9、plc、輸入/輸出模塊、1/0點數(shù)和內(nèi)存容量時，耍適當留有裕 量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。1.3 plc i/o模塊的選擇步驟與原則一般i/o模塊的價格占plc價格的一半以上。plc的i/o模塊有開關(guān)量i/o模塊、模擬量i/o 模塊及各種特殊功能模塊等。不同的i/o模塊，其電路及功能也不同，直接影響plc的應用范圍和 價格，應當根據(jù)實際需要加以選擇。131開關(guān)量i/o模塊的選擇1. 開關(guān)量輸入模塊的選擇開關(guān)量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設備的開關(guān)信號,將信號轉(zhuǎn)換為plc內(nèi)部接受的低電壓信 號，并實現(xiàn)plc內(nèi)、外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：（1）輸入信號的類型及電壓等級

10、開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入 信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲吋間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子 輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5v、12v、24v. 48v、60v等；交流110v、220v 等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5v、12v、24v用于傳輸距 離較近場合，如5v輸入模塊最遠不得超過10米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。（2）輸入接線方式開關(guān)量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式：

11、匯點式輸入 分組式輸入?yún)R點式的開關(guān)量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（com）；而分組式的開關(guān)量輸入模塊是將 輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關(guān)量輸 入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。（3）注意同時接通的輸入點數(shù)量對于選用高密度的輸入模塊（如32點、48點等），應考慮該模塊同i寸接通的點數(shù)一般不要超過 輸入點數(shù)的60%。（4）輸入門檻電平為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳 輸距離也越遠，具體可參閱plc說明書。2. 開關(guān)量輸出模塊的選擇開關(guān)量輸出模塊是將plc內(nèi)部

12、低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部輸出設備的開關(guān)信號，并實現(xiàn)plc 內(nèi)外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：（1）輸出方式開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小 范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速 度較慢（驅(qū)動感性負載吋，觸點動作頻率不得超過1hz）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不 頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸 出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。（2）

13、輸出接線方式開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式： 分組式輸出 分隔式輸出分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動不 同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點z間相互隔離。選 擇時主要根據(jù)plc輸出設備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式plc既有分組式輸出， 也有分隔式輸出。（3）驅(qū)動能力開關(guān)量輸出模塊的輸出電流（驅(qū)動能力）必須大于plc外接輸出設備的額定電流。用戶應根據(jù)實 際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法 直接驅(qū)動，可増加屮間放大環(huán)節(jié)。（4）注意同時接

14、通的輸出點數(shù)量選擇開關(guān)量輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設備的累計電流值 必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220v/2a的8點輸出模塊，每個輸出點可承受2a的 電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16a（8x2a）,通常要比此值小得多。一般來講，同時 接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60%。（5）輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān)開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標，它與不同的負載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。另外, 晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。1.3.2模擬量i/o模塊的選擇模擬量i/o模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，

15、并與plc內(nèi)部總線相連，同i寸為了安全也有電氣隔離 功能。模擬量輸入（a/d）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成plc內(nèi)部 可接受的數(shù)字量；模擬量輸出（d/a）模塊是將plc內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出。典型模擬量i/o模塊的量程為-10v+10v、0+10v、420ma等，可根據(jù)實際需要選用，同 時還應考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。一些plc制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如rtd、熱電偶 等信號）。1.3.3特殊功能模塊的選擇目前，plc制造廠家相繼推出了一些具有特殊功能的i/o模塊，有的還推出了自帶cpu的智能 型i/o模塊，如高速計數(shù)

16、器、凸輪模擬器、位置控制模塊、pid控制模塊、通信模塊等。第二章藥品制粒干燥機系統(tǒng)plc硬件設計圖21藥品制粒干燥機示意圖2.1藥品制粒干燥機生產(chǎn)過程主電路ac圖22主電路部分硬件的選擇：1. 交流接觸器接觸器是應用非常廣泛的電磁式電器，可以頻繁的接通和分斷交、直流主電路，并可以實現(xiàn)遠 距離控制，主要用來控制電動機，其選擇方式如下：（1）根據(jù)負載的性質(zhì)，控制交流選擇交流接觸器，控制直流選擇直流接觸器。（2）接觸器的工作任務類別應與負載的類別相一致。（3）主觸點的額定工作屯壓應大于或等于負載屯路的屯壓。（4）主觸點的額定工作電流應大于或等于負載的電流。接觸器主觸點的額定工作電流（按經(jīng) 驗公式in

17、 = pe°計算，其屮k二11.4）是在規(guī)定條件（額定工作電壓、使用類別、操作頻率等）ku”下能正常工作的直流值，電動機主觸點電流厲=7.5x107（1.4x22q） = 24.35a。根據(jù)電器控制與plc選用cj20-25 220vo2. 按鈕選擇按鈕主要考慮按鈕的結(jié)構(gòu)形式、操作方式、觸點對數(shù)等要求。本設計中有8個控制按鈕, 不需要指示燈，按鈕的主要參數(shù)有額定電壓（380v ac/220v dc）和額定電流（5a）。所以選擇la2-11 型號的按鈕。3. 電動機電動機是一種根據(jù)電磁感應原理將電能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)的機械能并輸出機械轉(zhuǎn)矩的動力設備，可分 為交流電動機和直流電動機，交流電動機又

18、分為同步電動機和異步電動機，接法：3kw及以下為y 接法，4kw及以上為接法。根據(jù)電機維修與拆裝技術(shù)選用電動機型號為y132s-4。4. 導線導線是用來連接主電路和控制電路的元件，導線的種類很多，本設計屮電動機功率是7. 5kw, 額定電壓380vo對于三相平衡電路而言，三相電機功率的計算公式是：p = 1.73z/cos0 （式中 cos0 = o8），推出z = p/1.732t/zcos = 14.24ao由于電機的起動電流很大，是工作電流的4到7 倍，所以還應考慮電機的起動。5. 熔斷器熔斷器的選擇主要是選擇熔斷器的類型，額定電壓和熔體的額定電流等。額定電壓應大于或等 于實際電路的工作

19、電壓，熔體額定電流的計算原則有：（1）對于照明電路或電阻爐等沒有沖擊性的電流的負載，熔體的額定電流/刖應大于或等于電 路的工作電流i。（2）保護一臺異步電動機時，考慮電動機起動沖擊電流的影響，熔體的額定電流按公式： /八（1.52.5”n計算。由經(jīng)驗公式 w =2p = 2x7.5 = 15a, s »（15 2.5）4 =（15 2.5）x15 = 225 37.5a。根據(jù)電器控制與plc選用rt18-63o6. 熱繼電器熱繼電器是用來對連續(xù)運行的電動機進行過載保護的保護電器，以防止電動機因過熱而燒毀。 熱繼電器的整定值一般按電動機額定電流的0. 951. 05倍選用。即，/ =

20、（0.95 1.05）/“ = （0.95 1.05） x 15 = 14.25 15.75a。根據(jù)電器控制與plc選用jr36-20/3整定值15。7. 變頻器根據(jù)電動機額定功率為7. 5kw,額定電壓380v,工作時間15-30mino引風機的負載特性、電 動機額定功率、環(huán)境溫度和年工作天數(shù)等工作條件以及plc的型號選用艾默牛公司產(chǎn)品p型變頻器, 型號為 ev2000-4t0075g 。8. 元件明細表表2-1元件明細表代號名稱型號數(shù)量作用m電動機y132s-41輸岀機械轉(zhuǎn)矩qs組合開關(guān)hz10-25/3 380v1不頻繁接通主電路fu熔斷器rt18-633短路保護km交流接觸器cj20-

21、25 220v3頻繁通斷主電路fr熱繼電器jr36-20/31過載保護jx端子板tb-25/21軟硬線間的轉(zhuǎn)換連接sb按鈕la2-u4發(fā)布控制命令bv單股銅硬線6mm2若干連接控制電路blv單股鋁碩線10mm2若干連接主電路bvr多股銅芯軟導線2. 5mm 若干連接按鈕盒plc可編程序控制器fx2n-48mr1vvvf變頻器ev2000-4t0075g12.2 plc控制系統(tǒng)設計與調(diào)試藥品制粒干燥機用來將粉末狀的藥劑及添加劑制成洗衣粉狀的小顆粒（其示意圖如圖2-1 ）o 引風機抽出熱風，在干燥機內(nèi)形成負壓，使藥劑和添加劑懸浮于空中呈藥品狀，干燥機出口用隔離 袋隔離。出口設左右兩個閘門，一般同時

22、只打開一個閘門。經(jīng)過一定時間后，隔離袋被粉末阻塞, 需要啟動抖動隔離袋的電磁閥，將隔離袋上的粉末抖掉。抖動右隔離袋時，右閥門關(guān)閉，左閥門打 開；抖動左隔離袋時，左閥門關(guān)閉，右閥門打開。左右抖動結(jié)束后噴嘴噴入添加劑，完成一次循環(huán)。藥品制粒干燥機系統(tǒng)屬于典型的時序控制系統(tǒng)，系統(tǒng)有手動和自動兩種工作方式。起動風機電 機時先用星形接法運行10s,然后改為三角形接法，如果當時處于自動狀態(tài)，15min后進入循環(huán)工 作流程，先左抖動3min,左抖動吋左閘門電磁閥一直接通，左閘門關(guān)閉，左抖動電磁閥斷開3s接 通2s,如此循環(huán)至3min到。左抖動結(jié)束時開始右抖動，其工作方式同左抖動，然后進入噴射工 作狀態(tài)，噴射

23、電磁閥通電3min,最后返回左抖動步，如此循環(huán)往復，直到按下風機停止按鈕，風 機停轉(zhuǎn)，設備停止工作。2.3加工過程輸入/輸出分配2.3.1系統(tǒng)的輸入/輸出設備這是一個單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有8個開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點有8個, 輸入、輸出觸點數(shù)共有16個，只需選用一般中小型控制器即可。據(jù)此，可以對輸入、輸出點作出 地址分配,干燥機plc控制系統(tǒng)的i/o接線圖如下（采用三菱公司的fx2n-48mr型微型可編程序控制 器）：自動y0x0xiy1x2y2x3y3x4y4x5y5x6y6x7y7帥t三km1-cf-km2 創(chuàng)3a ac220v護門|圖2-3干燥機plc控制系統(tǒng)的i/o接線

24、圖2.3.2控制系統(tǒng)plc的輸入/輸出接口分配表表2-2 plc的輸入/輸出接口分配表輸入繼電器輸入變量名輸出繼電器輸出變量名x0引風機開y0引風機起動xi引風機停y1引風機星形x2自動y2引風機三角形x3左抖動y3左閥門電磁閥線圈x4右抖動y4左抖動電磁閥線圈x5抖動停y5右閥門電磁閥線圈x6噴射開y6右抖動電磁閥線圈x7噴射停y7噴射電磁閥線圈x10引風機過載2.4引風機的自動控制分析引風機是熱電廠重要的輔助設備之一，它也是干燥機料筒內(nèi)空氣的主要來源，它是將燃燒產(chǎn)生 的高溫煙氣經(jīng)水磨除塵、靜電除塵器，再經(jīng)煙囪排出的動力設備。制藥時，負荷發(fā)牛變化，為保證 負壓，煙氣含氧量及相應氣溫、氣壓的相

25、對穩(wěn)定，需要及時的調(diào)整引風機的吸風量，并靠擋板的開 度來調(diào)節(jié)風量的大小。2.4.1變頻器控制的優(yōu)點在選定引風機時常常受到產(chǎn)品規(guī)格分檔的限制，而釆用引風機容量往往偏大，加z對引風機的 調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)擋板來完成的，所以當風量變化時，引風機系統(tǒng)會浪費大量的電能。而采用擋板進行 風量控制存在許多問題：(1) 采用擋板控制風的流量時，大量的能量損耗在擋板的節(jié)流過程屮，浪費了大量的能源。(2) 煙氣中的灰塵等對擋板的沖擊比較大，易出現(xiàn)故障。由于煙氣中的灰塵經(jīng)常在擋板上結(jié) 垢，造成擋板卡死，增加了對擋板的檢修維護，故障率較高。(3) 因擋板動作遲緩，執(zhí)行機構(gòu)長時間運行會出現(xiàn)越來越大的空行程。擋板閥門的執(zhí)行機構(gòu)

26、 力矩大，易出現(xiàn)問題，而且不能長期頻繁調(diào)節(jié)，其線性度不好，動態(tài)性也不好，構(gòu)成閉環(huán)自動控制 較難。調(diào)節(jié)擋板開度的執(zhí)行機構(gòu)由于擋板卡死經(jīng)常將其拐臂或底座拉斷，以及開關(guān)不能到位等一系 列問題，加大了對執(zhí)行器的維護量隨著料筒內(nèi)負荷的調(diào)整，引風機風量也因料筒內(nèi)負荷變化而經(jīng)常 處于一種低效率狀態(tài)，大量的能量浪費在風道擋板上。從節(jié)能的觀點來看，采用變頻調(diào)速的方法來 控制風機轉(zhuǎn)速從而實現(xiàn)控制風量的變化。采用交流變頻調(diào)速有許多特性：調(diào)速時平滑性好、效率高、穩(wěn)定性好；調(diào)速范圉較大、精度高; 可實現(xiàn)軟啟、制動功能，起動電流低，節(jié)電效果明顯；變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修；易 于實現(xiàn)過程自動化；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低

27、速段電動機的過載能力顯著降低。變頻器主要技術(shù)指標為：(1) 輸入：電壓3相、80v±20%. 50 hz±5%,電壓失衡率3%;(2) 輸出:攪拌功率0-0. 55kwo(3) 保護功能:過電流保護、過電壓保護、欠電壓保護、過熱保護、過載保護、缺相保護。 艾默牛變頻器運行性能穩(wěn)定，尤其大功率變頻器的可靠性更顯得重要。變頻器接口齊全，多功能接線端子編程功能強大，可以很方便的實現(xiàn)自動、手動控制。2.4.2引風機負壓控制變頻器閉環(huán)控制使用手操器、差壓變送器和變頻器內(nèi)置的pid調(diào)節(jié)器實現(xiàn)了引風機的閉環(huán)自動控制?？刂葡到y(tǒng) 框圖下圖所示。娥戲刊毗胳上燧圖2-4控制系統(tǒng)框圖1. 系統(tǒng)工作

28、方式電路中轉(zhuǎn)換開關(guān)sa用于實現(xiàn)自動、手動控制方式的切換;配電器pd的作用是將差壓變送器輸 出的一路420ma負壓信號變換成兩路信號輸出；一路4oma信號，輸入給控制臺負壓表顯示負壓 值；另一路010v信號，作為反饋信號接入變頻器cci端子，實現(xiàn)閉環(huán)控制。手操器sc的輸出接 變頻器端子vct,作為手動控制時的轉(zhuǎn)速給定信號;變頻器端子fm輸岀的420m轉(zhuǎn)速信號接入手 操器的閥門位置反饋端子，手操器上的電流表(閥門開度表)指示風機運行的轉(zhuǎn)速。變頻器主要參數(shù) 設置如下圖所示，變頻器的其余參數(shù)保留出廠值。初次起動吋將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa轉(zhuǎn)向“手動”操作位置，使用手操器調(diào)節(jié)引風機的轉(zhuǎn)速，滿足干燥 機生產(chǎn)的用風量。

29、待料筒內(nèi)風壓穩(wěn)定后，將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa轉(zhuǎn)向“自動”位置，引風機進入變頻自動 控制狀態(tài)。反復調(diào)整f102數(shù)字頻率給定量、fill比例增益、f112積分時間、f113采樣周期和f114 偏差極限等參數(shù)，使料筒內(nèi)負壓穩(wěn)定、電動機運行電流穩(wěn)定，實現(xiàn)引風機在料筒內(nèi)的負壓閉環(huán)控制。 在引風機閉環(huán)控制狀態(tài)中，當調(diào)節(jié)送風機轉(zhuǎn)速時，引風機會自動跟隨調(diào)節(jié)仍然保持料筒負壓穩(wěn)定在 設定值上。需要從自動控制轉(zhuǎn)向手動控制時，只要調(diào)節(jié)手操器使給定速度表指針接近變頻器輸出速度表的 指針相對位置，再轉(zhuǎn)換sa到“自動”運行位置，就能實現(xiàn)“自動” - “手動”的無擾動切換。表2-3變頻器主要參數(shù)序號功能碼設置功能說明1f00 二 2運

30、行頻率模擬設定2f02 二 1運行命令外部端子控制有效3f07 二 1v/f曲線選擇平方曲線4f13=2最小模擬輸出量2v (4 ma)5f14=0最小模擬輸入量對應的頻率0hz6f15二10最大模擬輸入量10v(20ina )7f16二50最大模擬輸入對應頻率50hz8f19=93電動機過載保護系數(shù)93%9f100二1選擇模擬閉環(huán)控制有效10f101=0閉環(huán)給定量通道選擇由鍵盤數(shù)字設定11f102二30給定量數(shù)字設定3. 3v對應料筒負壓-20pa12f103=0反饋量接入vc1電流反饋13f104=2反饋量偏置電壓2v14f107=l反饋量極性選擇負極性15fl11=200比例增益初步設定

31、200%16fl 12=0. 1積分吋間初步設定0. is17f113=l采樣周期初步設定1.0s18fl14=2偏差極限設定2%19f119=16端子xi接入三線式運行控制30f123=26設定端子x5二26閉環(huán)運行與普通運行切換2. 電抗器變頻器柜設計時，在可選電器元件配置方面需要注意電抗器的合理配置。電抗器的作用是抑制 變頻器輸入、輸出電流中的高次諧波帶來的不良影響。各電抗器如下：(1) 輸入電抗器接在電源和變頻器之間的電抗器稱為輸入電抗器(交流電抗器)。使用輸入電抗器的主要目的 是：改善功率因數(shù)、實現(xiàn)電源和負載間的功率匹配。當電源變壓器容量在500kva以上并且為變頻器 容量10倍以上

32、吋，應該考慮選用輸入電抗器。選用交流電抗器應考慮在變頻器額定輸出吋，電抗 器產(chǎn)生的電壓損失要小于額定電壓的(2-5)% o接入交流電抗器能使綜合功率因數(shù)提高到 0. 75-0. 85o(2) 直流電抗器直流電抗器是串接變頻器內(nèi)整流橋和濾波電容器之間的電抗器，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小且濾波 效果好。直流電抗器可以改善功率因數(shù)到0. 95o(3) 輸出電抗器安裝在變頻器和電動機之間的電抗器稱作輸出電抗器。輸出電抗器的主要作用是降低諧波電 流的不良影響。安裝輸出電抗器可以減少電動機溫升和噪聲，抑制諧波在電動機繞組端部的電壓重 復峰值，降低對繞組絕緣的威脅。變壓器額定容量750kva,變頻柜與配電柜連接電纜

33、vv-2x(3x150+75) 長度35m,計算電壓 損失4. 76%,綜合考慮不設置輸入電抗器。為了提高抑制諧波和改善功率因數(shù)的效果，安裝直流電 抗器。由于變頻器至電動機的電纜比較長，在變頻器輸出回路設置輸出電抗器，用以抑制諧波干擾 和降低高次諧波行波在電動機進線端電壓疊加對絕緣的威脅。釆用壓力變速器、變頻器、控制器(pid調(diào)節(jié)器)、引風機組成的壓力閉環(huán)回路，自動控制引風機的轉(zhuǎn)速，使料筒內(nèi)保持穩(wěn)定的微分壓，這樣既提高了控制精度，又節(jié)約了能源，使引風機控制 具有一定的合理性。3. 引風機故障保護為了使引風機在變頻器故障時也能夠運行，變頻器設置手動工頻旁路功能，當變頻器故障時使電機脫離變頻器,4

34、. 引風機閉環(huán)控制原理框圖如下圖2-6原理框圖第三章藥品制粒干燥機系統(tǒng)plc軟件為了避免重復，本章節(jié)就不在介紹干燥機工作過程，請參照2. 2 plc系統(tǒng)的設計與調(diào)試。3.1 plc控制系統(tǒng)程序分析程序為典型的三段式結(jié)構(gòu)，如下藥品制粒干燥機梯形圖，公共程序用來處理手動、自動都要執(zhí) 行的動作和手動、自動兩種工作狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。當自動開關(guān)x2接通吋，跳過手動程序，執(zhí)行自 動程序；當自動開關(guān)斷開時，跳過自動程序，執(zhí)行手動程序。1. 手動操作手動操作主要用于設備的檢修和調(diào)試，手動運行吋，各種操作（左抖動、右抖動和噴射）可獨 立運行，同時只能執(zhí)行一個動作，且與風機的開啟和關(guān)閉狀態(tài)無關(guān)。各種操作之間的互鎖是

35、用分別 與y3-y7的線圈串聯(lián)的y3, y5和y7的常閉觸電實現(xiàn)的。例如在左抖動或右抖動時，y5或y3為on, 它們的常閉觸點斷開，y7的線圈不能“通電”，不能進行手動噴射，實現(xiàn)了互鎖。左、右抖動分別 用兩個起動鍵和一個停止鍵操作，抖動電磁閥2s on、3s off的振蕩是用公共程序中t10和t11 組成的振蕩電路實現(xiàn)的。2. 公共程序考慮到在自動和手動運行時都應能控制風機的起停，故將風機的控制程序放入公共程序中。自動和手動都需要抖動操作，控制抖動的振蕩電路放在公用程序中，其工作原理如下：開始運 行時t11的常閉觸點閉合，t10線圈通電，開始定時，3s后t10的常開觸點閉合，t11開始定時。

36、2s后t11的常閉觸點斷開，t10被復位，復位后t10的常開觸點斷開，使t11復位，t11的常閉觸 點閉合，t10又開始定時，如此重復不止，t10的常開觸點提供了接通2s斷開3s的輸出，將它分 別與自動、手動程序屮y4和y6的線圈串聯(lián)，實現(xiàn)了自動、手動時的左抖動和右抖動操作。按風機起動按鈕x0后，控制風機電源的輸出繼電器y0和星形運行輸出繼電器y1 on,同時定 時器to開始定bt, 10s后to的常開觸點使風機三角形運行輸出繼電器y2變?yōu)閛n,星形運行輸出 繼電器y1變?yōu)閛ff,風機電機改為三角形接法運行。系統(tǒng)由手動轉(zhuǎn)到自動時，x2的常開觸點接通，pls指令使m0接通一個掃描周期，用區(qū)間復位

37、 指令zrst使y3-y7復位，斷開在手動操作吋可能自保持的輸出。系統(tǒng)由自動轉(zhuǎn)到手動時，x2的常閉觸點接通，pls指令使血接通一個掃描周期，用區(qū)間復位 指令zrst使s21-s22和y3-y7復位，同時使s20置位，為以后由手動轉(zhuǎn)到自動做好準備。如果此 時不對s20之外的狀態(tài)復位，回到自動狀態(tài)后可能出現(xiàn)兩個狀態(tài)同時on的異?，F(xiàn)象。不論是自動狀態(tài)述是手動狀態(tài)，關(guān)風機時都應同時斷開當時可能止在進行的操作，這一操作是 在公共程序中用y0的常閉觸點驅(qū)動zrst指令來實現(xiàn)的。3. 自動程序自動程序用stl指令編程，狀態(tài)s20-s22分別代表左抖動、右抖動和噴射這三步。如在開機時 系統(tǒng)處于自動狀態(tài)，風機改

38、為三角形運行后，輸出繼電器y2 on,t1延時15niin后，pls指令使輔 助繼電器m2 07 個掃描周期，s20被set指令置位，開始左抖動，同時定時器t2開始定時，3min 后t2定時時間到，其常開觸點使s21置位，由左抖動進入右抖動，以后將這樣一步一步順序工作 下去。如果從自動程序進入手動程序，s20被置位，再回到自動程序，將進行左抖動步，開始循環(huán)工 作。4. 雙線圈問題在同一個程序屮，如果同一元件的線圈使用了兩次或多次，稱為雙線圈輸出。這時前面的輸出 無效，最后一次輸出才是有效的。雙線圈輸出可能會使對應的輸出出現(xiàn)界常動作，一般不應岀現(xiàn)雙 線圈輸岀。以下兩種情況允許雙線圈輸岀：(1)

39、在跳步條件相反的兩個程序段(如果自動程序和手動程序)中，允許出現(xiàn)雙線圈現(xiàn)彖， 即同一元件的線圈(如藥品制粒干燥機梯形圖中y3-y7的線圈)可以在自動程序和手動程序中分別 出現(xiàn)一次，實際上cpu只執(zhí)行正在處理的程序段中雙線圈元件的out指令。(2) 同一編程元件的線圈可以在不同時執(zhí)行的stl觸點開始的電路塊中分別出現(xiàn)一次。cpu 只執(zhí)行stl觸點on的那一個電路塊，在一個掃描周期內(nèi)，實際上同一元件的兩個或多個線圈對應 的out指令只有一條被執(zhí)行。如果沒有并行序列，同時只有一個stl觸點on。并行序列中的各條支路是同時執(zhí)行的，但是 在并行序列的某一條支路中，各stl觸點同時只有一個on,在處理雙線

40、圈輸出時應考慮以上特點。5. y-切換的處理在藥品制粒干燥機梯形圖中的接觸器km1和km2動作時，異步電動機運行在星形狀態(tài)；km1和 km3動作時，運行在三角形狀態(tài)。從圖中可以看出，如果km2和km3同時動作，將會造成三相電源 短路。雖然圖屮控制km2, km3的y1,y2線圈串聯(lián)了對方的常閉觸點，實現(xiàn)了軟件互鎖，從梯形圖可 以看出，在由星形運行切換到三角形運行時，y2on后，下一個掃描周期y1才會off, y1和y2有 一個掃描周期是同時07的，km2的主觸點尚未斷開，ki3的主觸點就閉合了，如果不采取必要的措 施，實踐表明將會因km2和km3同時動作，造成電源相間短路，使熔斷器熔斷。下面介

41、紹兩種方法 解決這一問題：(1) 除了在梯形圖中使用y1和y2的軟件互鎖觸點外，在可編程序控制器外部用km2和km3 的常閉觸點實現(xiàn)硬件互鎖(如圖干燥機plc控制系統(tǒng)的i/o接線圖)，只有當km2的主觸點斷開， 它的輔助常閉觸點閉合后，km3的線圈才能通電，風機才能進行三角形運行狀態(tài)。(2) 在梯形圖中增設y-切換延吋吋，即切換吋首先復位y1,使km2的線圈斷電，同吋用一 個定時器來延時，延時時間到后再使y2 on, km3的線圈得電進入三角形運行狀態(tài)。如果接觸器工作正常,y-切換時的軟件延時措施可以保證km2和km3不會同時得電。如果因 主電路電流過大或接觸器質(zhì)量不好，某一接觸器的觸點被斷電

42、吋產(chǎn)生的電弧熔焊而被粘結(jié)，其線圈 斷電后主觸點仍然是接通的，這時如果另一接觸器的線圈通電，仍將造成三相電源短路故障。因此, 為了確保系統(tǒng)的可靠性，必須設置外部硬件互鎖電路，同時可以選用軟件延時措施。32梯形圖 ipls|mo |手動一一瞞丫 3巾|復仗鈾x0自心動jsetlwol置位初始步 些財電源ckioomlos財三觥瀟plsmlzrsts21 s22to_(yt>hf-gid 戕關(guān)plp2tthp手動程序_左閥門ti綁動右閥仃禹1右撲動詞程序cj p2 左附 <1800 時 3nln巴ii左桶endseoy5t2t4set| 立i|<20右耐 <tt>k18

43、003min<3二右桐set s22衛(wèi)a k1800飆3misqsforet丫 312丫 4t4t3y63.3藥品制粒干燥機控制系統(tǒng)梯形圖對應的指令表0ldx241ldx21plsmo42cjpl2ldmo43ldx330rml44ory340riyo45anix55fnc4046aniy57y347aniy79y748outy310ld1x249andt1011plsml50outy412ldml51ldx413fnc4052ory515s2153anix517s2254aniy318sets2055aniy719ldxo56outy520oryo57andt1021anixi58ou

44、ty622andx1059ldx623mps60ory724outyo61anix725outto62aniy326k10063aniy527mpp64outy728aniy265ldix229outyi66or iyo30ldto67cjp231ory268ldy232anixi69outt133andx1070k900034outy271ldt135lditil72plsm236outt1073ldm237k3074sets2038ldt1075stls2039outtil78outy340k2079outt280k180092outy681ldt1093ldt382outy494sets

45、2283ldt295stls2284sets2198outy785stls2199outt488outy5100ldt489outt3101sets2090k1800102ret91ldt10103end第四章抗干擾設計plc是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的控制裝置，一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工 業(yè)環(huán)境中使用。但是，如果環(huán)境過于惡劣，電磁閥干擾特別強烈，或者plc的安裝和使用方法不當, 都可能對plc的工作帶來干擾，進而給plc的安全和可靠運行帶來隱患。因此，在plc控制系統(tǒng)設 計中還要注意系統(tǒng)的抗干擾設計問題。plc的抗干擾設計問題主要設計以下幾個方面：抑制干擾源 的設計；系統(tǒng)接地設

46、計；應用滅弧器；提高抗干擾能力；軟件抗干擾設計。4.1抑制干擾源1. 抑制電源系統(tǒng)引入的干擾電源是plc引入干擾的主要途徑之一，plc應盡可能取用電壓波動較小、波形畸變較小的電源, 這對提到plc的可靠性有很大幫助。plc的供電線路應與其他大功率用電設備或強干擾設備（如高 頻爐、弧焊機等）分開。在干擾較強或可靠性要求很高的場合，對plc交流電源系統(tǒng)可采用的抗干 擾措施，有以下幾種方法：（1）在plc電源的輸入端加接隔離變壓器，由隔離變壓器的輸出端直接向plc供電，這樣可 抑制來自電網(wǎng)的干擾。隔離變壓器的電壓比可取1： 1,在一次和二次繞組之間采用雙屏蔽技術(shù)。 一次屏蔽層用漆包線或銅線等非導磁材

47、料繞一層，注意電氣上不能短路，并接到中性線；二次則采 用雙絞線，雙絞線能減少電源線間干擾。（2）在plc電源的輸入端加接低通濾波器可濾去交流電源輸入的高頻干擾和高次諧波。在干 擾嚴重場合，可同時使用隔離變壓器和低通濾波器的方法，通常低通濾波器先于電源相接，低通濾 波器輸出再接隔離變壓器；也可同時使用帶屏蔽層的電壓扼電流和低通濾波器的方法，如下圖（一 種電源濾波電路）。圖中rv是壓敏電阻可選471kj,擊穿電壓為220x2 x（1.5-2）v,擊穿電壓 略高于電源正常工作時的最高電壓，正常時相當于開路。有尖峰干擾脈沖通過時，rv被擊穿，干 擾電壓被rv鉗位，尖峰干擾脈沖消失后rv可恢復正常。如電

48、壓確實高于壓敏電阻的擊穿電壓，壓 敏電阻導通，相當于電源短路，把熔絲熔斷。電容cl、c2和扼流圈l組成低通濾波器，以濾除共 模干擾。c3、c4用來濾去差模干擾信號。cl、c2電容量可選luf, l電感量可選luh, c3、c4電容 量可選0. oolufoplc的電源和plc輸入輸出模塊用電源應與被控系統(tǒng)動力部分、控制部分分開配線，電源供 電線的截面應有足夠的余量，并采用雙絞線。條件許可時，plc可采用單獨的供電回路，以避免大 容量設備的起停對plc的干擾。系統(tǒng)的動力線應足夠粗，以降低大容量異步電動機起動時的線路電 壓降，且動力線要遠離plc裝置20cm以上。2. 抑制輸入、輸出電路引入的干擾

49、為了抑制輸入、輸出信號傳輸線引入的干擾，一般應注意以下兒點：（1）開關(guān)量信號不易受外界干擾，可用普通單根導線傳輸。（2）數(shù)字脈沖信號頻率較高，傳輸過程中易受外界干擾，應選用屏蔽電纜傳輸。（3）模擬量信號是連續(xù)變化的信號，外界的各種干擾信號都會疊加在模擬信號上造成干擾。 因此要選用屏蔽的雙絞線。如果模擬量t0信號距離plc較遠，應采用4-20ma或0-1 oma的電流傳 輸方式，而不容易受干擾的電壓信號傳輸。對于功率較大的開關(guān)量輸入，輸出線最好與模擬量輸入、 輸出線分開敷設。（4）plc的輸入、輸出線要與動力線分開，距離應在20cm以上，如果不能保證上述最小距離, 可將這部分動力線穿套筒，并將管

50、接地。絕對不允許把plc的輸入、輸出線與動力線、高壓線捆扎 在一起。（5）應盡量減小動力線與信號線平行敷設的長度，否則應增大兩者的距離以減少噪音干擾。 一般兩線距離為20cnio當兩線平行敷設長度在100cm-200cm時，兩線間距離應在40cm以上；平行 敷設的長度在200cm-300cm時,兩線間距離應在60cm以上。（6）plc的輸入、輸出線最好單獨敷設在封閉的電纜槽架內(nèi)（線槽外売良好接地）。不同種類 信號的輸入、輸出線不能放在同一根多芯屏蔽電纜內(nèi)，槽架應隔開一定距離安放，屏蔽層應當接地。（7）當plc輸出線較長（大約30cm以上），應采用育流輸入模塊，以降低異常感應電動勢， 如果必須用交流輸入模塊，可在輸出端子兩端并聯(lián)電阻。在plc的輸出端，對于交流感應性負載，為避免斷開電源時產(chǎn)生的感應電動