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基于PLC的无接触式风机自动控制系统研究

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  摘要:与传统的风机自动控制系统相比较,基于PLC的无接触式风机自动控制系统具有可靠性高、成本低等优点而广泛的应用到生产中;本文对基于PLC的无接触式风机自动控制系统进行了详细的设计。首先,介绍了基于PLC的无接触式风机自动控制系统的组成和工作原理;然后,对其进行硬件设计和软件设计;最后对控制系统进行调试,得到结果:该控制系统可以有效地自动控制风机的启动、加速、减速和停止等动作,可以使风机在运转的过程中实现自动化控制功能,提供安全保障。
  关键词:PLC 风机 自动控制系统
  中图分类号:TP277 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2016)03-0000-00
  由于冶金生产环境复杂,如果风机操作不当,很容易导致喘振,造成严重后果,给经济带来很大损失,严重时还会造成机组损害。从经济性和安全性考虑,本文对基于PLC的无接触式风机自动控制系统进行研究,来提高风机的工作安全性,为了实现风机的智能化程度,对基于PLC的无接触式风机自动控制系统进行了详细的研究,使风机在运转的过程中实现了自动化控制功能。
  1 自动控制系统的结构和工作原理
  1.1 自动控制系统的结构组成
  基于PLC的无接触式风机自动控制系统的结构主要由以下几部分组成,安装在风机导轨上的射频卡、安装在风机头上的基于PLC的读卡器、提供风机控制信息的主处理器和安装在风机轮轴上的轮轴脉冲转速传感器[1]。
  1.2 自动控制系统的工作原理
  基于PLC的无接触式风机自动控制系统的工作原理如下:安装在风机导轨上的射频卡会感应安装在风机头上的基于PLC的读卡器,当射频卡有感应时,射频卡会把风机前方的环境信息以无接触的形式传递给基于PLC的读卡器,这时,基于PLC的读卡器就获得了风机的位置信息,并且及时的把该信息传送给主处理器,主处理器对该信息进行处理,根据信息的不同,会向安装在风机轮轴上的轮轴脉冲转速传感器发送不同的控制指令,转速传感器根据不同的位置指令来控制轮轴的转速,当轮轴的转速与预定转速相同时,风机就会匀速运动下去。如此,循环工作下去,实现了风机自动运转功能[2]。
  2 自动控制系统的硬件设计
  2.1 自动控制系统射频卡和读卡器的设计
  读卡器会对射频卡传递过来的信号进行解调处理,这就需要在读卡器内部安装调解器,通常选用与射频卡信号相适应的解调器芯片S6500,而射频卡通常采用无源射频卡,并且该无源射频卡与读卡器之间的信息传递协议采用ISO15673标准。无源射频卡通常安装在风机的运行导轨上,这样可以更为准确的确定风机的位置。由于读卡器与射频卡之间是通过无接触式进行信号传递的,并且它们之间的传递距离有一定的限制,不能太远,太远会影响信号的传递,为了信号传递精确,通常在风机头的底部安装读卡器。射频卡通常采用无源射频卡,需要通过天线传递能量信号保证其准确工作,射频卡会将将有用位置数据信号传递给天线,进而传递给读卡器,读卡器中的MCU有接收模块和发射模块,接收模块接收由射频卡传递给来的信号,发射模块将读卡器的信号传递给主处理器。
  2.2 自动控制系统主处理器的设计
  主处理器通常选用STM64加强版系列的STM32芯片,该芯片的内核系列是ARM Core-M4,闪屏频率为1MB,主频率为65MHz,额定电流为32mA,为了保证主处理器和读卡器之间连接顺畅,在主处理器的内部安装USART版本的控制器。
  2.3 自动控制系统轮轴脉冲转速传感器的设计
  通过测定轮轴的转速,由于风机的直径一定就可以确定风机的运行速度。轮轴脉冲转速传感器安装在风机的轮轴上,轮轴每转动一周,轮轴脉冲转速传感器会记下一确定的脉冲数目,并且脉冲数目和脉冲频率与轮轴的转速成正比,这种比例关系由具体的轮轴脉冲转速传感器来确定,当轮轴脉冲转速传感器确定之后,这种比列关系也就会随之确定。通过测定轮轴脉冲转速传感器所记下的脉冲频率就可以确定轮轴的转速,轮轴的转速乘以轮轴的直径就可以得到风机的运行速度,最后将风机的运行速度通过接口输送给主处理器。
  3 自动控制系统的软件设计
  自动控制系统的实用性很高,通常采用的控制系统为uc/os操作系统,由于该控制系统有诸多优点,像操作速度快、可运行多项任务和移植性很强等特点;并且该操作系统是通过C语言进行编写的,可以运用汇编语言对程序代码进行编写和修改。uc/os操作系统可以对风机自动控制系统控制行为的重要性进行优先级调度,对最为重要的控制行为实现最先调度。通常,风机自动控制系统控制行为的重要性的优先级顺序为:首先是系统操作任务,第二是PLC有用信号的采集任务,第三是传感器测速和调速任务,最后是风机的负荷调节任务。并且各个任务之间的执行和停止是通过信号量来完成的。读卡器是用来接收射频卡传输过来的信号的,如果读卡器接收到射频卡传输过来的有用信号时,就会将有用信号传递给应用程序,由应用程序来处理信息。
  4 结语
  基于PLC的无接触式风机自动控制系统主要由射频卡、基于PLC的读卡器、主处理器和轮轴脉冲转速传感器四部分组成。射频卡通常采用无源射频卡,读卡器中的MCU有接收模块和发射模块,接收模块接收由射频卡传递给来的信号,发射模块将读卡器的信号传递给住处理器,主处理器通常选用STM64加强版系列的STM32芯片,轮轴脉冲转速传感器脉冲频率与轮轴的转速成正比,控制系统为uc/os操作系统。该控制系统可以有效地自动控制风机的启动、加速、减速和停止等动作,可以使风机在运转过程中实现自动化控制功能。
  参考文献
  [1] 李小燕,王喜军.冶金电力系统智能控制单元的分析及设计[J].冶金技术,2011(05):33-34.
  [2] 魏巍.工业中PLC控制系统的综合设计研究[J].自动化技术,2010(04):35-38.
  收稿日期:2015-01-15
  作者简介:郭玉茂(1981―),男,河北文安人,本科,工程师,研究方向:汽轮机、锅炉、电拖方面的西门子PLC。
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