风机电参数测量控制系统毕业设计.doc

1、Abstract 摘 要电力机车通常由强迫通风方式降温，因而通风机在通风冷却系统中有着重要作用，风机的工作状态、控制和减少功率消耗成为主要问题。论文对风机的监控技术进行了研究，旨在实现风机的智能调控。在分析国内外风机监控系统基础上，设计了一种基于Modbus通讯协议和PLC为主控制器的测量控制方案，该方案中风机采用变频调速，PLC采用通讯方式控制变频器，简化了硬件设计。为了使风机发挥更强的调节功能和更好的节能效果，方案中使用温度传感器检测冷却液温度，并反馈给PLC，温度在触摸屏上显示，与目标温度对照，此时可以手动调频，进行粗略的经验控制；由于PLC带有PID控制的功能，且工业上已经积累了大量经

2、验，又设计了以冷却液温度为控制量的温度闭环控制系统，通过PID控制环节给出变频器的频率，实现温度的自动控制。风机调速完成后，进一步对风机的运行状态进行监测。方案通过电参数测量仪测量和风机有关的各相电压、各相电流、功率等电参数，经过PLC的采集和运算，在触摸屏上可视化的监视风机的工作状态，并能给出报警信号，方便工作人员及时处理和避免事故。关键词：风机；电参数； PLC；变频器；Modbus；PIDABSTRACTElectric Locomotive is usually cooled by forced ventilation， so ventilation fan plays an impo

3、rtant role in the ventilation cooling system Working condition， control of the fan and a reduction of power consumption has become a major problem This research for control system of fan is aimed at intelligent control of fan Based on analyzing the monitor system of fan at home and abroad， this pape

4、r designs a kind of measurement and control scheme on the basis of Modbus protocol and PLC，he fan adopts frequency control and PLC controls Frequency Converter by means of communication to simplify the hardware design in this scheme In order to make the fan save energy better and get smarter contol，

5、 this system check coolant temperature using the temperature sensor and give feedback to the PLC， then the temperature is displayed on the touch screen Compared with the target temperature， it can be manually regulating frequency with rough experience; As PLC has PID control functions and the indust

6、ry has accumulated a lot of experience， this system also includes a closed loop control system where coolant temperature is control object and Frequency Converter is given frequency by PID algorithm to realize the automatic control of temperature After frequency control ，the system need to control w

7、orking condition of the fan in addition this system measures the voltage of each phase， the phase current， power and other electrical parameters on the fan Then allow the visualization of the working station on the touch screen though collection and operation of PLC and can give alarm signal，which i

8、s convenient for workers to avoid accident timelyKeywords: Fan；Electrical parameters; PLC; Frequency Converter；Modbus; PID31目录目 录第1章 绪论11 .1 论文背景11.1.1 课题研究的背景11.1.2 课题研究的目的和意义21.1.3 国内外研究现状21.2 主要研究内容和任务31.2.1 课题研究内容31.2.2 课题研究任务3第2章 风机测量控制方案的选择与确定52.1 风机工作状态的监控52.2 风机调速方式的选择52.3 控制系统的选择52.4 变频器控制方

9、式的选择62.5 温度控制系统的确定62.6 监控设备的选择62.7 系统整体方案6第3章 系统硬件设计93.1 执行部分93.1.1 变频器的选型93.1.2 空气断路器选型93.1.3 主电路93.2电参数测量部分103.2.1 电参数测量仪的选型103.2.2 电参数测量仪与电机的连接113.3温度测量部分113.3.1 温度传感器的选型113.3.2 温度测量模块的选型123.3.3 温度测量的外部配线123.4 控制部分133.4.1 PLC的的选型133.4.2 触摸屏的选型133.4.3 PLC与触摸屏的连接133.4.4 PLC与变频器、电参数测量仪的连接14第4章 系统软件设

10、计154.1 概述及整体设计154.1.1 概述154.1.2 整体设计154.2 PLC地址分配184.2.1 风机M1，变频器1#的M表184.2.2 风机M1，变频器1#的D表184.3 风机电参数测量部分194.3.1 电参数测量仪参数设定194.3.2 电参数测量仪与PLC的通信194.3.3 电参数的后续处理204.4 风机的控制部分214.4.1 变频器参数设定214.4.2 PLC与变频器的通信214.5 温度控制系统部分224.5.1 温度控制算法的选择224.5.2 温度控制系统设计234.5.3 温度测量234.5.4 PID指令234.5.5 参数的整定方法244.6

11、触摸屏的编程设计244.6.1 风机电参数测量画面244.6.2 变频器1#和风机M1的监控界面25第5章 结论与展望275.1 结论275.2 不足之处及未来展望27参考文献29致 谢31附录：硬件电路图32风机电参数测量控制系统第1章 绪论1 .1 论文背景1.1.1 课题研究的背景电力机车上装有大量的电气设备，如主变压器、主变流器、牵引电动机等，这些电器都是功率器件，工作时因铁耗、铜耗及其他损耗，将产生大量的热量，为使这些部件的温升不超过允许值，机车往往采用强迫通风的冷却方式降温，以确保机车可靠工作。对于牵引电机，采用了常规的强迫通风的方式，而对于主变压器和主变流器采用了复合冷却通风的方

12、式。该复合冷却通风系统由两台冷却塔组成，通风系统采用两个各自独立的通风支路，每个通风支路主要部件是由离心力沉降过滤器、进气室、过渡风道、冷却塔、底座组成。冷却的流程如下：机车采用车体顶部进风方式，在空气进风口采用了离心力沉降过滤器，该过滤网安装在车体顶盖上，通过过渡风道和冷却塔相连接，车外的空气经由冷却塔通风机吸入，穿过冷却塔的水散热器和油散热器排向车底大气空间，以降低散热器流动介质的温度。变压器的油由油泵进行循环，在油散热器中进行热交换而被冷却。主变流器的混合水则是经水泵循环，在水散热器中进行热交换冷却1。电力机车的运行状况经常处于变动之中，其负荷的变动也较电力系统变压器更为频繁，且主变压器

13、处于及车内相对密封的环境内，因此对主变压器的散热能力有较高的要求。电力机车主变压器有两个油循环回路。主变压器油箱内部被隔板分隔成两个区，一端为进油区，另一端为出油区。出油区的热油被油泵抽出，经蝶阀、油流继电器送入油冷却器，通过散热翅，经过强迫风冷，经油管和蝶阀由油箱进油侧进入线圈，冷却后进入进油区，如此反复循环。冷却用通风机持续保持恒定通风量，不能随工作环境变化，高速铁路的电气化对此提出了更高要求。图1-1 主变压器冷却框图1.1.2 课题研究的目的和意义电力机车传动系统中的辅助传动系统的作用是：为机车上的设备提供合适的工作环境，为司乘人员的工作和生活提供必要的条件，确保机车正常运行，故其性能

14、的好坏直接影响机车车的可靠性、经济性。当前，世界各国都在不断改进并发展新的辅助传动装置，以减少辅助功率的消耗，提高整车的可靠性、经济性2。风机电参数的测量和控制符合这一趋势。传统风机的工作状态得不到实时有效的监视，保持恒定通风量，风量不能根据实际工况及时调节，使得电气设备并不能工作在最佳工作环境中，减少电气设备的使用寿命，造成很大的能源浪费，因此利用先进的控制方案监控风机有着重要的意义。设计风机电参数测量系统，主要为了实现以下几个目标：查看风机电参数，可视化监视风机工作状态，提前预警，能够停机进行故障处理，保障风机的安全运行。测量冷却液温度，根据温度可以控制风机启动和停止，节省能源。在稳定工作

15、环境中，风机可以保持一定的转速，使电气设备在最佳冷却液温度下工作，优化整个冷却系统的冷却性能。当外界环境温度、负荷等因素变化时，能够及时监控风机，这样风机的效率和可控性都得到了极大提高，冷却系统性能提升，电气设备安全合理运行。1.1.3 国内外研究现状国外很早就对风机进行了研究。至90年代，一般的风机均配有在线监控系统，集保护、检测、控制于一体，不但能实现风量的自动调节，主要能进行故障诊断，预测使用寿命，预报维修极限，成功地对风机进行了检测。国内在这两方面起步比较晚。风量调节方法都比较落后，需要在停机的情况下进行手动调节或者是隔一段时间才能调节一次。这种人工操作方法只能做到阶段性调节而不能做到

16、及时连续自动调节，而且实时性差，风量控制不准确，自动化程度不高。关于电力机车风机监控系统的研究，有两个团队给出了研究方向。北京交通大学机械与电子控制工程学院温伟刚等人对电力机车主变压器风机节能自动控制的研究，采用单片机作为主控制器，实现对风机的各种状态参数进行在线监控，以主变压器油温作为主要监控对象，并根据温度控制风机的起动和运行，实现主变压器在一定温度范围内工作，节能和降低噪声污染，并能够在高温和电路出现故障时给予报警。中南大学信息科学与工程学院邓文慧等人的基于模糊控制的牵引电机冷却风机变频节能控制系统，针对牵引电机冷却风机驱动系统中能耗过高的现象，研究以牵引电机温度变化来控制冷却风机的变频

17、节能控制系统。该系统以牵引电机温度作为控制对象，牵引电机温升模型实在MELLOR和TURNER3的电机热模型基础上简化，根据Aldo4理论，简化后的模型计算量减少，实时性好。采用模糊控制方式来实时调节冷却风机的转速，从而实现节能运行。利用Simulink建立控制系统的仿真模型，计算电机在温度变化时冷却风机的频率，分析出变频控制的节能效果。仿真表明，所用方法可以降低能耗，具有较好的节能效果，且该方法在牵引电机温控过程中具有较强的抗干扰性和良好的过渡性。在主变压器和变流器冷却风机的变频节能控制上，受限于冷却环境的复杂，还没有较为成熟的方案，借鉴浙江大学韩松车用发动机智能冷却系统基础问题研究，可以初

18、步得到研究的方向。以上研究方案都引入了温度，来作为风机控制的依据。温伟刚的方案实现了对风机的工作状态的监视，以温度为判定条件，实现了基本的启动停止控制，但风机的风量不能够调节，风机的工作状态不是最佳，冷却系统性能没有显著提高，电气设备没有工作在冷却液温度下。整个系统作用在于保障风机安全运行、电气设备安全运行，并起到节能的实际效果。邓文慧等人的方案使用变频调速调节风机风量，采用模糊控制的算法和控制策略，建立了相关的数学模型，进行仿真，得出了相应的结论。实现了在外部扰动时对风量自动控制，有较强的实用效果。温度是反映冷却系统冷却效果的重要指标，二者都以温度作为控制风机的最终指标，但二者从节能作为出发

19、点，没有将监视风机和控制风机有效结合在一起，前者不能很好的调节风量，后者对于风机的工作状态没有研究。风机的监视是风机控制的基础，所以有了以下研究方向：首先监视风机的工作状态，保障风机的安全运行，实现冷却系统可靠运行的基本任务；在风机安全运行基础上，以温度为指标，控制风机的启动停止，完成对风机的基本控制（包括停止启动、调节风量）；然后提出更高的控制要求：冷却系统在面对外界扰动时，整个风机监控系统可以自动调节风机风量，使得被控量温度保持稳定，整个冷却系统保持最合理的冷却效果。1.2 主要研究内容和任务1.2.1 课题研究内容论文在介绍电力机车通风冷却系统的基础上，对风机的监控系统进行重点研究。比较

20、现有的风机监视控制系统的特点，针对辅助传动系统的高性能要求，设计出一种基于PLC的风机电参数测量控制系统，主要完成电参数的测量部分、温度控制系统部分、风机控制部分、执行部分的软硬件设计。1.2.2 课题研究任务论文研究设计了风机监控系统，通过具体方案的选择与比较，需要形成整体方案，绘制系统框图，完成硬件的选型，进行硬件电路的设计；实现算法和主程序的设计，完成风机电参数测量部分、风机控制部分，温度测量部分和温度控制系统部分的具体软件设计，并运用触摸屏编程软件设计风机电参数测量控制画面。搭建实验平台，设计相关的实验工作，验证系统的可行性，做出相应的分析。根据实验结论，讨论设计中存在的问题，提出改进

21、方案，并总结其价值和应用前景等。风机电参数测量控制系统第2章 风机测量控制方案的选择与确定2.1 风机工作状态的监控通风机在生产生活中得到了广泛应用，主要用于：工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；谷物的烘干和选送；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；风洞风源和气垫船的充气和推进等。本系统中风机用于电力机车冷却系统，工作复杂环境，对安全运行要求高，而且电气化的高性能要求使得风机必须能够调节5，甚至根据工况智能调控和节约能源。风机调节的依据和前提是其工作状态，所以风机的工作状态必须得到实时有效的监视和控制。风机以及整个冷却系统的工作状态

22、可以由风机的工作电压、电流、功率、功率因数、频率、三相不平衡度等电参数反映、分析出来，因此选择测量风机电参数来监控风机的工作状态，那么测量电参数的测量、存储、处理、显示成为关键问题。目前测量电参数有两个比较好的选择，一个是测量模块自行设计，选用单片机作为微处理器，通过测量电路测量电压、电流、频等电参数，通过A/D转换，经过单片机处理后通过LED数码管显示出来。在本系统我们的设计重点不是测量系统，而是风机监控系统。电参数测量仪已经有了成熟的产品，精确度较好，它不仅可以测量电参数，内部进行A/D转换成浮点数，而且拥有Modbus通讯口，只要通过Modbus指令读取电参数的浮点数，就可以实现数据的采

23、集，非常方便，并且支持和上位机RS485通讯或RS232通讯，是主流的工业智能仪表。2.2 风机调速方式的选择由于目前绝大部分风机都采用风门挡板调节流量，造成大量的节流损耗，所以风机若采用转速调节，具有巨大的节能潜力。直到上世纪七十年代，都采用机械调速或滑差电机调速，但这属于低效调速方式，仍有较大的能量损耗，并且驱动功率受到限制；到上世纪八十年代，开始采用液力耦合器调速，并且突破了驱动功率的限制，向大功率方向发展，但它与滑差电机调速一样，属于低效调速方式，仍有较大的能量损耗。直到上世纪九十年代，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，变频器很快占领电动机调速市场，价格低廉，服务周到，风机变频调

24、速节能改造的发展前景一片大好。在风机实际运行中，需要风机能够根据实时工况变化，进行调节风量，完成风机的控制要求，达到节能的目的，所以选择了变频调速的方式。变频调速以其优异的起动、调速和制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的应用范围等优点被国内为公认为最有发展前途的调速方式。变频器可以与PLC通信，硬件简化，速度控制精度高，维护工作量小，可以实现在线控制和自动调节，能与高层网络方便地交换信息，极大地促进了控制系统的电气化。2.3 控制系统的选择单片机和PLC在风机控制系统应用较多。单片机控制系统优势在于电路板程序和功能固定，适合于大批大量，工业和民用各半；PLC控制系统单件小批，主要用于

25、工业控制。通过对比，PLC控制系统的优势很明显：PLC编程语言是梯形图等，相对汇编语言容易理解和掌握；可靠性和抗干扰能力较高；PLC功能模块多，易组合，可以反复编程，以扫描的方式执行程序；功能分散，危险分散；环境适应性强6。鉴于电力机车的复杂工作环境和电气化铁路对于冷却系统的高性能要求，选择PLC控制系统对整车的可靠性和经济性更好。2.4 变频器控制方式的选择变频器本身可以通过面板进行频率给定等操作指令，还可以由外部PLC控制7。一是PLC输出的开关量控制的变频调速。PLC的输出点、COM点直接与变频器的正反传启动、高速、中速、低速、输入端等端口分别相连接，PLC通过程序即可控制变频器。二是P

26、LC通过RS485通讯实现变频调速。通过PLC与变频器之间的RS485半双工串行通讯实现电动机的变频调速。PLC通过RS485通讯控制变频器，仅通过一条通讯电缆连接。速度控制精确，适应能力好。该系统成本低、信号传输距离远、抗干扰能力强。通过比较，在PLC程序编程方面虽然较为复杂，但能够通过程序的改进和更新，弥补或增强系统的功能，在实际的应用能够应对不同情形，突破了传统硬件的固定性，为系统的进一步发展提供便利条件。2.5 温度控制系统的确定温度是工业生产与日常生活中一个重要的物理量，在农业、现代科学研究和高新技术开发中也是一个非常普遍和常用的物理测量参数。电力机车中，电气设备主要采用强迫通风冷却

27、方式，冷却系统通风机保持恒定通风量，冷却液处于相对低温状态。因为冷却液温度既是电气设备工作环境的温度，又反映冷却系统的实际冷却效果，所以冷却液温度是电气设备运行过程中需要监控的重要数据之一，关系到电气设备的安全运行。冷却液温度过高将可能损坏电气设备，温度过低使得冷却液处于相对低温状态，减少设备使用寿命，浪费能源。检测冷却液的温度、并将冷却液温度保持在合理的范围有着重要意义，因此选择冷却液温度作为控制量，设计了温度控制系统，使用传感器测量温度、PLC扩展模块采集和处理温度。2.6 监控设备的选择由于目前系统主要用于现场，所以选择了触摸屏作为监控设备。触摸屏（touch screen）又称为“触控

28、屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。2.7 系统整体方案结合实际，所要监控的风机为两台，由于工作过程相近，设计中主要研究了风机M1。在以上具体方案确立的基础上，系统的整体

29、方案也就很明确，如图2-1，风机电参数由电参数测量仪测量，风机变频调速，PLC对电参数测量仪、变频器采用通信控制，使用传感器和PLC测量和控制温度，通过触摸屏操作、显示电参数和工作状态。图2-1 系统整体框图风机电参数测量控制系统第3章 系统硬件设计硬件设计分为执行部分、电参数测量部分、温度测量部分、控制部分，各部分构成风机电参数测量控制系统整个硬件结构。3.1 执行部分3.1.1 变频器的选型本系统选取了台达F系列，是风机水泵专用型，具有VF控制模式及变转矩控制特性。风机额定功率为10KW，额定电压380V，工作电源是三相220V，因为变频器功率要大于风机额定功率，所以最大适用电机选取了15

30、0，输入最大电压是460V（三相），所以型号为VFD-150 F 43 A。该型号适用电机最大功率可达15KW，输出频率是0120Hz正弦波PWM方式；任意VF曲线设定；起动转矩在1.0Hz时可以达到150%以上；过载能力是额定电流的120%，持续60S；内建电抗器，DC电抗器，25215HP，AC电抗器，250300HP8；采用RS485通讯接口，支持Modbus协议，通讯控制方便。3.1.2 空气断路器选型断路器选用了DZ15系列塑料外壳式断路器，适用于交流50Hz、额定电压380v、额定电流至63A(100)的电路中作为通断操作,并可用来保护线路和电动机的过载及短路保护之用，亦可作为线路

31、的不频繁转换及电动机的不频繁起动之用。3.1.3 主电路如图3-1，需要进行测量控制的风机有两台，由于是实验平台，选用的风机额定功率为10KW、额定电压为380V，每台风机各用一个变频器调速。变频器电源输入端U、V、W分别连接L1、L2、L3，变频器输出端子R、S、T连接到电机。图3-1 工作主电路风机电参数测量控制系统3.2电参数测量部分3.2.1 电参数测量仪的选型我们测量的风机相电压为220V左右，相电流为20A左右，额定功率为10KW，功率因数为0.21.0，风机变频调速范围为0120Hz，因此电参数测量仪选用了ZWD433。ZWD433的测试对象是（45-65）Hz的交流电压和电流信

32、号。电参数测量仪输出方式可选用RS485(默认)和RS232，所有测试结果以浮点数的方式通过串行口输出，通讯速率和通讯地址可自以行设定。具体技术指标见表2-19，其他技术参数如下表2-2，端子图见图3-2。表3-1 电参数测量仪技术指标测量参数测量范围基本误差交流电压1 05000.4%示值+0.1 %量程交流电流0.01 50.4%示值+0.1 %量程有功/电能U*I*PFPF=1 ，0.4%示值+0.1 %量程无功/电能PF=0.5，0.8%示值+0.2%量程功率因数0.21 .0 0.01 电压频率4565 0.05视在功率U*I 表3-2 电参数测量仪其他参数指标项目交流电压交流电流电

33、压频率量程500V 5A4565分辨力 0.1 V 0.001 A0.01 Hz输入阻抗 2M 1 0m允许过载 1 20%*量程测量精度 0.5级输入方式 浮置输入数据更新 约2次每秒转换速率 约8000次每秒工作电源AC：85265,4565Hz; DC:1 00300V整机功耗 1 .5VA外形尺寸 1 42（L）*82(W)*74（H）安装方式 DIN导轨式：35mm*7.5mm工作环境050；2090%RH；861 06kPa图3-2 ZWD433的端子图3.2.2 电参数测量仪与电机的连接图3-3 ZWD433的三相四线制配线图根据图3-2、3-3，变送器ZWD433的电压输入端U

34、A、UB、UC、UN分别与三相电A、B、C、N相连，L、N连接交流220V电源，RS485接口通过双绞线连接PLC通讯接口。根据风机的参数可以得到相电流大小在20A左右，电参数测量仪测量范围为05A，并不能直接将电流送到P+、P-端子上，需要选用变比为5的电流互感器。电流互感器串联在每相电路中，将实际电流变小后把电流送到变送器的端口IA+、IA，电参数测量仪采集到数据，内部执行程序得到电参数并将电参数存储起来，等待PLC读取。3.3温度测量部分3.3.1 温度传感器的选型白金感温电阻就有高精确度及高稳定性，在-180800之间有很好的线性度。一般而言，白金PT 100感温电阻在低温其温度系数较

35、大；在中温100300间有相当良好的线性特性；而在高温300500间其温度系数变小。在0时电阻值为100，一般视为金属感温电阻的标准规格。还有一种热电耦温度感测组件，是以差动电压表示温度，因此在两组数据进行差动运算时，已将外部噪声干扰消除，故其稳定性比一般热敏电阻、电阻温度计或热阻器来得好。在设计中选择了白金PT 100感温电阻，使用时应避免工作电流太大，以降低自身发热，因此可限制其额定电流在2mA以下。由于白金PT 100自身发热1 mW约会造成0.020.75的温度变化量，所以降低PT 100的电流亦可降低其温度变化量。然而，若电流太小，则易受噪声干扰所以一般PT 100电流限制在0.52

36、mA为宜。3.3.2 温度测量模块的选型根据温度传感器的选择，温度测量模块选择DVP04PT-E2。温度测量模块可接受外部4点铂金属温度传感器（PT 100 3线 100 3850 PPM/（DIN 43760 JIS C 1604-1989），将其转换成16位的数字信号。通过DVP-PLC主机程序以指令FROM/TO来读写模块内的数据，模块内具有CR寄存器，每个寄存器有16 Bits。电源单元与模块分离，体积小，安装容易。使用者可选择摄氏温度和华氏温度，摄氏温度输入分辨率为0.1 ，华氏温度输入分辨率为0.1 。温度测量模块还带有PID功能。3.3.3 温度测量的外部配线图3-3 温度测量外

37、部配线图PT100可以采用两线制、三线制、四线制。两线制：传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。三线制：要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，但是必须为全等臂电桥，否则不可能完全消除导线电阻的影响。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一

38、般都采用三线制接法。四线制：当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线测量用两条附加测试线提供恒定电流，另两条测试线测量未知电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，这样就可以精确测量未知电阻上的压降，计算得出电阻值。PT100温度传感器0时电阻值为100，电阻变化率为0.3851/。由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差，因此DVP04PT-E和PT100采用三线制接法。根据外部配线图3-5和3-6，端子IC+、IC-提供恒定的电流，需要将恒定电流电缆连接到电阻温度计上的A、B端，C端连接高

39、阻抗输入O-端子。因为干扰较大，故将FE和接地端相连。并将DVP04PT-E接地端子与电源模块接地点连接到系统接地点，系统接地点做第三种接地或接到配电箱之机壳上10。图3-4 温度测量端子连接图3.4 控制部分3.4.1 PLC的的选型PLC可以实现开关量控制、运动控制、过程控制、数据处理、机械加工机床的数字控制、机器人控制、通信联网等功能。在实际应用中，综合各种控制要求和实现功能进行选型非常重要。通常需要考虑：PLC规模选择；对时间和其他特殊功能选择的要求；PLC的特殊功能要求；用户程序存储器所需容量的估算；PLC联网通信；对系统的可靠性；PLC机型的统一。在设计中选用了台达的DVP 24E

40、S200R，内置1个RS-232串行通讯口，可以方便和触摸屏通信，2个RS-485串行通讯口，符合Modbus通讯协议，可以与变频器、电参数仪通讯；可连接8台扩展模块，并且有专用的温度测量模块；拥有变频器控制指令；程序容量达16K，基本指令执行速度为0.351s；指令丰富，尤其处理浮点数据有便利的指令，为浮点数据处理带来了极大便利；PLC性价比高。3.4.2 触摸屏的选型触摸屏选择了台达B系列的DOP-B07S410，拥有高彩、宽屏幕、友好的人机界面。功能优越，编程软件方便，和台达PLC通信自由。3.4.3 PLC与触摸屏的连接触摸屏使用DVP-ACAB2A30编程电缆经过RS232接口，连接

41、台达PLC的COM111。表3-3 COM1脚位定义PIN no.定义PIN no.定义1,2+5V6GND3GND7NC4Rx8GND5Tx图3-5 PLC COM1脚位定义3.4.4 PLC与变频器、电参数测量仪的连接PLC、变频器与电参数测量仪均使用RS485接口通讯，使用双绞线连接。RS485接口是我们熟知的RS232接口的基础上推出的性能更优的一种串口。由于RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站功能等优点，它成为应用越来越广泛的串行接口。此外，RS485接口组成的半双工网络只需二根屏蔽双绞电线，这为长距离的通讯线路节省了许多配线。图3-6 控制电路图第4章 系统软

42、件设计4.1 概述及整体设计4.1.1 概述本章先进行整体设计，然后进行部分的设计。整体设计中，主要分析风机监控系统的工作过程和主程序流程，其次讨论了循环监控的可行性。系统软件设计具体分为风机电参数测量部分、风机控制部分、温度控制系统部分、触摸屏编程设计四部分。为了方便上述具体软件设计，单独在本章第二小节对风机M1、变频器1#进行了PLC地址分配。 4.1.2 整体设计图4-1 系统工作过程图如图4-1系统工作流程图，整个风机测量控制系统首先调节风机到一个正常状态，当外部温度、负荷等因素不发生改变的情况下，风机处于稳定的工作环境，此时风机电参数基本保持不变，风机的状态保持稳定，风机的转速不发生

43、改变，风机的风量恒定，使得冷却液温度维持在设定值，如果不手动关闭变频器停止键，在不考虑其他因素前提下，风机理论上可以保持最佳的工作状态和最合理的风量，并且冷却液温度是最佳的。但是在实际中，外部温度和负荷等因素会发生变化。风机正常运行后，风机保持恒定转速，风量固定，当外部温度升高、负荷增大，冷却液温度会有温升，当外部温度降低、负荷减小，冷却液温度降低。由于电气设备可以在一定范围内工作，只要不超过合理范围是允许的，因此冷却系统在扰动量作用下的动态性能要求并不高，因此可以采用循环监控的方法。为了对变化了的冷却液温度再一次调控，引入了一个变量t2，t2是指监控系统第N-1次监控结束到第N次监控开始的间

44、隔时间（N2），从而使得冷却液温度可以根据外界变化及时调节，风机的工作状态可以根据实际情况及时反馈。而整个风机监控系统工作流程是：首先测量温度，并与设定温度比较，如果小于设定值，那么风机不需要启动，经过温度检测周期t1后，再进行温度采集和比较，实际温度大于设定温度后，变频器启动（向60Hz运行），此时PID控制环节工作，输出频率值给风机，风机变频调速，使得冷却液温度处于设定值。然后开始测量风机电参数，经过PLC运算后，开始输出风机异常状态并作相应处理，风机状态正常时，只要不按下变频器停止键，系统经过间隔时间t2，再一次测量温度，改变风机的状态或调节转速，进行电参数的测量，检测风机运行状态。下面

45、图4-2给出了系统主程序流程图，PLC具体的程序流程是：PLC利用温度测量模块采集温度，采集一次后计数器自动加一，与设定温度比较，小于或等于时PLC部分软元件清零，延时t1后继续测量温度和比较温度，大于设定温度时PLC向变频器写入启动信号，风机开始工作，然后进入温度PID控制子程序，得到风机频率，写入变频器，风机以设定频率运转，能够保证温度的稳定。此时启动电参数测量仪，由 PLC读取外围联机装置的指令得到电参数的浮点值，然后 PLC电参数处理程序对电参数处理，从而能通过三相不平衡度等参数判断风机工作状态。风机工作不正常时，可以在触摸屏上按下变频器停止按钮。风机正常工作后，保持恒定转速，电参数不

46、会改变，工作状态不变。在外部因素影响下，系统可以保持一定时间的稳定性，因此下一次风机测量控制的时间间隔可以大点。经过间隔时间t2，PLC大部分软元件进行清零，然后进行再一次温度测量，并和实际温度比较，如果大于设定温度，此时直接进行PID运算输出频率，下面程序进入了循环。图4-2 系统主程序流程图4.2 PLC地址分配4.2.1 风机M1，变频器1 #的M表表4-1 风机M1，变频器1#的M表PLC软元件功能状态位意义 1 0 M0变频器1 #运行状态 运行停止 M1 风机M1 运行状态 异常正常 M2当前与目标温度比较位大于目标值小于或等于 M3变频器停止按钮 M4功率大小标志位超限范围内 M5三相平衡度标志位超出范围允许范围内 M6手动送信标志位M7手动调频按钮