无游梁长冲程抽油机控制系统PLC设计报告

第一篇：无游梁长冲程抽油机控制系统PLC设计报告

无游梁长冲程抽油机

控制系统

设 计 报 告

姓名:康代涛 学号:1090610106 班级:0906151

2012年11月

目 录：

1.项目背景、目的及意义...............................................................................................................3

1.1背景.....................................................................................................................................3 1.2目的.....................................................................................................................................3 1.3意义.....................................................................................................................................3 2.系统需求及功能分析...................................................................................................................3 3.方案设计、系统选型...................................................................................................................3

3.1方案设计.............................................................................................................................3 3.2 PLC选型............................................................................................................................4 3.3变频器选型.........................................................................................................................4 3.4其他器件选型.....................................................................................................................4 4.系统连线设计、接线...................................................................................................................4

4.1 PLC I/O连接设计..............................................................................................................5 4.2变频器连接设计...............................................................................错误！未定义书签。4.3其他连接设计...................................................................................错误！未定义书签。4.4接线图.................................................................................................................................6 5.系统构建、编程.........................................................................................错误！未定义书签。

5.1系统构建...........................................................................................错误！未定义书签。5.2程序设计.............................................................................................................................8 6.系统调试.....................................................................................................................................10 6.1 运行调试..........................................................................................................................10 6.2 运行中自动复位调试......................................................................................................10 6.3 自检调试..........................................................................................................................10 6.4 停止按钮调试..................................................................................错误！未定义书签。6.5 故障程序调试..................................................................................错误！未定义书签。6.6 点动运行调试..................................................................................错误！未定义书签。7.项目总结.....................................................................................................错误！未定义书签。8.系统操作说明书.........................................................................................................................10 无游梁长冲程抽油机控制系统设计报告

1.项目背景、目的及意义

1.1背景：

世界石油资源开发至今，机械采油方式仍占有主导地位，而有杆抽油机井又占机械采油井的90 %以上。就目前国内油田而言, 在机械采油井中, 游梁抽油机仍为主要机型。它以结构简单、使用维护简便、宜于在全天候状态下工作等优点而被广泛应用。然而，常规游梁式抽油机冲程短，冲次快，而且冲程不可调，载荷小，能耗大,不能适应油井深抽工艺的需要, 已成为困扰油田生产及增效节支的一大问题。长冲程抽油机具有较好的抽油性能，能提高产量、降低采油成本、提高经济效益等优点，是抽油机发展的主流和方向。1.2目的：

无游梁长冲程抽油机控制系统采用可编程控制器（PLC）为控制核心，通过控制变频器实现电动机正反转的直接驱动方案，有效简化了机械结构，大大提高了总体效率。利用PLC实现长冲程、低冲次，冲程、冲次、上下行速比可调、节能、大载荷和适应性强、可靠性高等特点。本次设计试验的目的就是以PLC为核心，设计编写无游梁长冲程抽油机控制系统的程序。1.3意义：

无游梁长冲程抽油机是一种无游梁式塔架结构长冲程抽油机，没有游梁、不采用曲柄连杆机构换向,不采用增大冲程机构,利用抽油机本身的机构特性,实现长冲程抽油和超长冲程抽油。除了保持游梁抽油机原有的诸多优点外，还具有长冲程、低冲次、节能、大载荷、适应性强、抽油杆磨损小、排量稳定、动载荷小等特点。采用电动机直接驱动滚筒缠绕或放开皮带实现抽油杆的上下抽油运动，克服了链条式抽油机链条易磨损需润滑密封等问题，也解决了机械换向和液压换向抽油机换向机构易损坏的问题，具有传动结构简单，效率高，系统可靠性高的优点。

2.系统需求及功能分析

(1)变频器参数设置及启动/停止，正/反转控制，点动控制；

(2)电磁抱闸控制，在电动机旋转时解开抱闸，停止时刹车抱闸；

(3)运行时，变频器按照电动机运行曲线控制电动机运行频率；(4)在悬点负载/配重超出行程范围时进行保护；(5)运行时，运行指示，故障时报警指示；(6)行程重新定位功能，在每次冲程开始时重新回到零位，消除行程累计误差；(7)自动归零，按下运行按钮，配重自动回到零位；（优化功能）(8)自检，可以自动检测系统传感器是否正常；（优化功能）

3.方案设计、系统选型

3.1方案设计

使用变频器控制电机，以达成令电机按照要求的运行曲线调整转速，并且利用变频器的点动控制功能来完成电机的点动动作。使用PLC控制整个系统，通过顺序逻辑控制、计时器、变频器控制、模拟量输入、输出完成对抽油机模型往复运动实现抽油的功能。无游梁长冲程抽油机模型与实际系统的机械结构相同，包括电动机、电控刹车、滚筒、皮带、换向轮、零位开关、软件及硬件行程开关，利用汽缸和活塞真实地模拟了井下的负载。控制上通过面板上的停止、运行、自检、点动上下按钮以及零位光电开关、上下软行程开关来进行数字量输入，数字量输出包括电控刹车控制继电器，停止、运行、自检指示灯以及变频器的正反转、点动正反转控制。模拟量均采用0~10V的电压，包括控制变频器频率输出以及变频器反馈电流。系统的硬件保护包括上下硬行程开关以及电控刹车，当系统运行出现故障时抱死电机，当配重超出行程范围时自动切断系统电源。3.2选择I/O模块的数量及类型

本次试验需要数字量的输入和输出，以及控制变频器的模拟量输入和输出，因此需要数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块共四个I/O模块。

数字量输入模块：1756-IB16I 数字量输出模块：1756-OB16E 模拟量输入模块：1756-IF8 模拟量输出模块：1756-OF8 3.2.1选择网络数量及类型

本实验通过计算机以太网卡与PLC的EtherNet（EtherNet/IP）相连，具体选型为：

网络模块：1756-ENBT 3.2.2选择控制器数量及适当的内存容量

本实验选用控制器：1756-L1 Logix5550 3.2.3在同一个框架中配置通讯网桥模块、控制器及I/O、安插模块

1756-L1：

0槽 1756-PA72C： 1槽 1756-IB16I： 4槽 1756-OB16E： 5槽 1756-IF8：

6槽 1756-OF8： 7槽 电源选用1756-PA72/C 框架选用1756-A10/A 3.3变频器选型

本实验选用罗克韦尔自动化PowerFlex70驱动器，具体型号为：20A C 2P1 A 0 AYNANC0。3.4其它器件选型

根据方案设计，本实验控制系统还需要以下器件：

按钮5个，其中包括停止、运行、自检按钮，以及点动上、点动下按钮，均不带自锁。运行、自检按钮应互有颜色上的区别，与各自指示灯对应。

指示灯3个，其中包括故障、运行、自检指示灯，其中运行、自检指示灯互有颜色上的区别，与各自按钮对应，故障指示灯作为警示标志，应采用红色。

光电开关1个，作为零位检测开关。

行程开关4个，两两一组，分别作上行程开关组、下行程开关组，每组包括软硬行程开关。

4.系统连线设计、接线 4.1 PLC I/O连接设计 4.1.1数字量输入

各种按钮和传感器连接到1756-IB16I模块上。(1)停止按钮常闭触点连接到In8通道(接点17)上；(2)运行按钮常开触点连接到In9通道(接点19)上；(3)自检按钮常开触点连接到In10通道(接点21)上；(4)点动上按钮常开触点连接到In11通道(接点23)上；(5)点动下按钮常开触点连接到In12通道(接点25)上；(6)配重下行程开关常闭触点连接到In13通道(接点27)上；(7)配重上行程开关常闭触点连接到In14通道(接点29)上；(8)零位开关常闭触点连接到In15通道(接点31)上。4.1.2数字量输出

指示灯、电磁刹车及变频器通过1756-OB16E模块进行控制。(1)电磁刹车继电器由Out8通道(接点11)控制；(2)故障指示灯连接到Out9通道(接点12)上；(3)运行指示灯连接到Out10通道(接点13)上；(4)自检指示灯连接到Out11通道(接点14)上；

(5)变频器正转运行(Out4)由Out12通道(接点15)控制；(6)变频器反转运行(Out5)由Out13通道(接点16)控制；(7)变频器点动正转(Out6)由Out14通道(接点17)控制；(8)变频器点动反转(Out7)由Out15通道(接点18)控制。4.1.3模拟量输入

变频器电流反馈连接到1756-IF8的电压输入2通道上。(1)VIO连接到In4接点(接点12)上；(2)VICOM连接到In5接点(接点14)上。4.1.4模拟量输出

变频器频率控制连接到1756-OF8的电压输出2通道上。(1)VOO连接到Vout-2接点(接点11)上；(2)VOCOM连接到RTN接点(接点15)上。4.2变频器连接设计 4.2.1数字量输入

变频器正转运行(Out4)连接到变频器数字量通道1(接点1)上； 变频器反转运行(Out5)连接到变频器数字量通道2(接点2)上； 变频器点动正转(Out6)连接到变频器数字量通道3(接点3)上； 变频器点动反转(Out7)连接到变频器数字量通道4(接点4)上。4.2.2模拟量输入

PLC控制输入为0~10V模拟量；

VOO连接到变频器模拟量输入通道1正电压接点(接点15)上； VOCOM连接到变频器模拟量输入通道1负电压接点(接点14)上。4.2.3模拟量输出

PLC反馈输出为0~10V模拟量；

VIO连接到变频器模拟量输出通道正电压接点(接点23)上； VICOM连接到变频器模拟量输出通道公共端接点(接点22)上。4.3其它连接设计 根据设计方案，系统电气接线要求如下：(1)三相电源经空气开关1接至变频器；

(2)接入变频器的线路其中一相经空气开关2接至PLC-L；(3)三相电源其中一相经空气开关3接至电磁刹车输入端；

(4)电磁刹车继电器由PLC的Out8通道控制，与空气开关3并联；

(5)上、下硬行程开关常闭接点以及保护继电器的线圈串联至三相电源一相上；

(6)保护继电器触点串在空气开关1与变频器之间；(7)变频器三相输出端接至三相异步笼型电机；(8)电磁刹车输入端经晶体管整流接至电磁刹车；(9)各按钮以及开关输入共阳极连接；

(10)各指示灯以及电磁刹车继电器共阴极连接；(11)其余各接地、接中性线位置正确连接。4.4接线图

电气接线图如下：

5.系统构建、编程

5.1系统构建 5.1.1通信配置

利用RSLinx软件进行驱动配置，选择Ethernet Devices，命名为AB_ETH-1，地址为10.2.0.106。确认完成配置后，打开监视确认各个模块型号版本。5.1.2建立项目

打开RSLogix5000软件，新建工程，选择控制器为1756-L1 Logix5550，版本号为12(RSLinx显示版本号12.28，RSLogix设置后默认为12.27)，位置为0槽。

5.1.3 I/O配置

在已经建立的工程中，右键I/O Confguration，按照上述设计添加I/O模块，按照不同模块版本号完成设定：

1756-IB16I，版本号2.1，位置为4槽，其余默认。1756-OB16E，版本号2.4，位置为5槽，其余默认。

1756-IF8，版本号1.5，位置为6槽，使能通道2，输入范围为0~10V，模拟量0~10V对应工程量为0~1.7(单位：A)，其余默认。

1756-OF8，版本号1.5，位置为7槽，使能通道2，输出范围-10~+10V，模拟量0~+10V对应工程量为0~50(单位：Hz)，工程量上下限值为0~50，其余默认。

5.2程序设计

根据实际要求，将程序分成3个部分：

(1)主程序：用于实现主要功能，包括相应按钮的自锁，电动机点动正反转，电磁刹车的解抱闸，系统故障出现时的亮灯与解除，系统停止；

(2)运行子程序：用于令电机按照规定运行曲线往复运行，以及相应的附加功能；

(3)自检子程序：用于令电机按照要求检测上下行程开关以及光电开关是否正常运作。5.2.1主程序设计

考虑到运行与自检按钮均为点动按钮，因此在两行语句中分别加入自锁结构，实现松开按钮后的持续亮灯并成功跳转进入子程序。

当运行子程序和自检子程序运行时，电机运转，此时电磁刹车应该解抱闸，同样的，在点动正反转输出时，电磁刹车也应该解抱闸，故设定并联条件控制电磁刹车输出，当任意一条满足时，电磁刹车解抱闸。

在配重到达下行程开关之前，电动机点动正转有效，由于行程开关为常闭节点，故将点动正转(点动上)按钮输入与配重下行程开关串接，控制变频器正转输出。考虑到子程序可能使用点动命令，在点动正转按钮输入处并联一个中间量，定义为程序控制点动正转。同样地，对电动机点动反转进行上述编程。

当按下停止按钮时，停止全部程序，并且清零所有会导致停止按钮松开后使程序继续运行的标志位，以及所有会导致下一次启动不正常的标志位，使正反转以及点动运行全部停止，熄灭各指示灯，电机抱闸，实现完全的复位。将清零各标志的语句并联做输出，串接在停止按钮按下的非这一判断条件后。

至此，主程序应有的功能设计完毕，检测各行无错误，跳转子程序可以在子程序中先使用指示灯检测。确保成功跳转后，开始编写子程序。5.2.2运行子程序设计

当按下运行按钮后，进入运行子程序，立即跳入第一次运行子程序。设定单脉冲指令，进入该子程序后，标志第一次运行，标志正转，此后在系统停止之前再次按下运行按钮无效。

首先考虑运行开始前的情况，如果配重不在零位开关位置，则需要自动回归零位之后再开始运行。

运行子程序规定每次定时器计时时间为80秒，目的是给自动复位的过程尽可能长的时间，保证复位的完成。其中，0~30秒为上电复位阶段，这一时间内配重向上运行直至回到初始位置触发光电开关为止。

30~50秒为正转过程，3秒加速，3秒减速，最大频率为20赫兹。50~70秒为反转过程，3秒加速，3秒减速，最大频率为20赫兹。

70~80秒的时间为返回复位时间。这一期间配重继续向上运行直至触发光电开关为止。这一时间是为了防止负载返回时出现返回位移不足的问题，从而校正了误差。

每次运行返回时都要触发光电开关以确保回到初始位置，触发光电开关后对定时器重新赋值30000，从30秒处执行，如此反复。

因为实际频率数值较小，采用大整数(双字)进行基值计算，再除以频率因数获得实型数频率模拟量输出。

当系统在运行时出现碰上下行程开关，或者自检时光电开关无效，或者运行反馈电流过大时，系统提示故障，点亮故障指示灯，故障灯具有自锁功能。当停止按钮按下后，故障灯熄灭，系统复位。故并联故障条件，并注意各条件的先决情况，再加上自锁语句，去自锁命令为串联停止按钮输入。当系统出现故障时，立即停止当前程序运行，并且抱闸防止配重误动作，并且清零所有会导致故障灯熄灭后使程序继续运行的标志位。将清零各标志的语句并联做输出，串接在故障指示灯亮这一判断条件后。

至此，运行子程序基本设计完毕，启动程序检测，注意防止频率设置错误导致电机高速运行。5.2.3自检子程序设计

自检过程设计为先下行触发下行程开关，再上行经过光电开关，之后触发上行程开关，随后再次经过光电开关后停止。在上下软行程开关失效时硬保护启动，系统将断电，可以明显分辨故障。如果经过光电开关后正常停止，则证明光电开关工作正常，反之光电开关失效。为了防止检测时出现意外触发，设定上下行程开关检测标志，令系统按照顺序检测各个元件。上下运转均使用这两个状态检测标志作为正反转标志。

设定单脉冲指令，进入自检子程序后，清零三个开关检测标志，标志正转，此后在系统停止之前再次按下自检按钮无效。

当自检指示灯亮时，自检程序有效：首先正反转标志清零，由于控制正反转的开关一个是常开一个是常闭，因此都为0时正转有效，配重下行。当下行程开关触发后，置位正反转标志，配重上行。随后触发上行程开关时，再次清零两个标志位，配重下行。经过光电开关后停止，则光电开关检测完毕，自检指示灯熄灭。

启动程序检测，注意三个开关触发顺序对程序结果的影响，以及是否存在输出条件的冲突冲突。6.系统调试

6.1 运行调试：

将程序下载到处理器中，调到运行状态。点击运行按钮，抽油机自动复位后开始运行，运行指示灯亮。自动复位后，抽油杆先经过三秒加速频率达到20Hz，匀速运行14秒后开始减速，3秒后减速至0Hz。随后以相同的过程返回。6.2 运行中自动复位调试：

第二次向下运行过了零位开关时，手动断开零位开关一次，观察配重返回时是否会回到初始位置。经过观察，每次配重均自动返回初始位置，直至触发零位开关后，开始下一次运行。6.3 自检调试：

系统停止后，按下自检按钮，自检指示灯点亮，配重以10Hz的频率先向下运行，观察配重触碰下行程开关后是否反向，如不反向则程序错误。配重反向运行后观察其触碰上行程开关后是否反向，如不反向则程序错误。反向后观察配重经过光电开关是否停止，如不停止则程序错误，停止且自检指示灯熄灭则自检程序调试完毕。

6.4 停止按钮调试：

运行中按下停止按钮，程序停止运行，电机抱闸，运行指示灯熄灭。自检过程中按下停止按钮，程序停止运行，电机抱闸，自检指示灯熄灭。6.5 故障程序调试：

运行途中触碰上（下）行程开关，程序、变频器停止运行，电机抱闸，运行指示灯熄灭，故障指示灯点亮。6.6 点动运行调试：

停止状态下，按住点动上（下）按钮，抽油杆点动向上（下）运行，松开按钮后停止运行，电机抱闸。

7.项目总结

在老师为我们上完第一节课后，剩余的时间老师都交给我们自己自由上机进行试验了。说实话，刚开始心里不是很有底，因为刚开始自己什么都不会，只在上学期的实验中接触过两次RSLinx和RSLogix5000，几乎一切都要从零学起。可是过了几周后我发现，通过这种自学方式，虽然初期会很艰苦，但是一旦明白后就很难忘记，学得比以往更加扎实，现在使用这些软件编程已经轻车熟路了，甚至编程PLC还成为了我每周开始的乐趣。不得不说这种自学的方式给了我很大的鼓舞，认识到了自己是有潜力的。当然，这次编程过程中还是遇到了不少的问题的。首先就是自己考虑的不是很全面，经常以为已经都做的很好了，可是还会出现意想不到的问题。比如我第一次验收时，自以为该做的都做了，可是老师上来就发现了我的两个漏洞，我之前竟然一点都没有想到。还有就是我写程序不爱加注释的坏习惯也带到了PLC的编程中，老师也批评了我这一点，以后不论编什么程序，一定要加上注释。总之，这次编程让我学到了很多，也发现了自己的潜力和不足，对于自己学习上的提高有很大的帮助。

8.系统操作说明书

运行按钮——抽油机抽油杆自动回到初始位置，开始按既定速度曲线往复运行。（可在运行子程序中更改变频器速度因子调整冲程和速度）

自检按钮——系统自动上电自检，配重先向下运行监测下限位开关，下限位 开关监测正常后配重向上运行，监测上限位开关和零位开关。

点动上按钮——抽油杆以10Hz的频率点动向上运行。点动下按钮——抽油杆以10Hz的频率点动向下运行。

停止按钮——系统停止当前动作，熄灭各指示灯，机器抱闸。

故障——出现配重触碰上（下）形成开关，电流超过变频器额定电流时，系统报错，程序停止运行，电机抱闸，故障指示灯点亮。

第二篇：游梁式抽油机设计计算（推荐）

游梁式抽油机设计计算

卢国忠 编 05-04 游梁式抽油机的主要特点是：游梁在上、下冲程的摆角相等，即上下冲程时间相等。且减速器被动轴中心处游梁后轴承的正下方。

一、几何计算

1.计算(核算)曲柄半径R和连杆有效长度P 己知：冲程S、游梁后臂长C、游梁前臂长A、极距K(参见图1)由余弦定理推导可得： 公式： R12C2K22CKcostC2K22CKcosb

------(1)

PC2K22CKcostR

-------(2)式中：t900

1b9002

tng

K1I3600Smas

12 H4AI2H2

2.计算光杆位置系数PR：

PR是在给定的曲柄转角θ时，光杆从下死点计算起的冲程占全冲程的百分比。(图2)（图3）

公式：PR

st10％

-----------(3)Smastb曲柄

sPRSmax

12PR1

式中：

t,b 分别代表下死点和上死点的

角的值

Rsin

J

sin11C2J2P2

JPC2PCcos

cos 2CJ22

C2P22KRcos()K2R2 cos 2CP1  上冲程

360 下冲程 二运动计算

己知：曲柄角速度ω、曲柄转角θ，分析驴头悬点的位移s、速度v、加速度a的变化规律。

1.假定驴头悬点随u点作简谐振动：

AR1cosC2ARAR

以Smax代入得： vsinCCARa2conCsamax

1Sma1xcos21vSmin

asx212aSmosacx2s1Smax2 21R2.接严格的数学推导 amax2Smax1

2P三动力计算

1．从示功图上求悬点载荷W 示功图是抽油机悬点载荷W与光杆位置PR的关系曲线图。是用示功仪在抽油机井口实测出来的。设计中无法实测，只好用理论公式计算并绘制------称为人工示功图，为以后的受力分析、强度计算提供主要依据。

2． 光杆载荷W加在曲柄轴上的扭矩的计算（见图2，图3）a.美国石油学会(API)定义TF为扭矩因素，表示单位光杆载荷W在减速器上产生的扭矩T。计算公式推导如下：API规定生产厂要向抽油机用户提供一张θ角每变化15度的TF值变化表。

TFWAFlCsinFlAWCsin

TFqRTARsin WCsinFqRFlRsinFl

ARsinW

CsinFqsin考虑抽油机的结构不平衡重B的影响：

TARsinWB Csin光杆载荷在减速器上产生的扭矩：

TWnTFWB

b.应用PR表、示功图和TF表求出悬点载荷在减速器上产生的扭矩曲线，如 300： T30TF30W30B

3〃曲柄、平衡重加在曲柄轴上的扭矩计算

设曲柄自重为q，其重心到转轴中心距为r平衡重总重为Q，其重心到转轴中心距为R 产生的最大平衡力矩为： MmaxqrQR 4计算减速器净扭矩

当曲柄处于θ角位置时，其平衡力矩为 M =(QR+qr)×sinθ

悬点载荷在减速器上产生的扭矩TWnTFWB

其净扭矩为

TnTFWBMmaxsin

由此式可以绘制曲柄扭矩图。

5〃电动机功率计算 a.理论计算

由于曲柄受规律变化的扭矩作用，其计算功率用的扭矩值只能

222Tn21Tn2Tn3TnmTnm应用均方根扭矩来计算。

式中 Tn1,Tn2,Tnm0

曲柄轴的计算功率为：

N1.424104Tnn

电机功率为： NdN d 式中 N---曲柄轴的计算功率 HP Tn--曲柄轴扭矩，N m n---曲柄转速，冲次，d,--抽油机总效率，取0.6—0.8 b.估算公式 NQL KW 3900 式中 Q—深井泵理论日产量，m3/d Q1440ASn m3/d L--深井泵下泵深度，m A--深井泵柱塞面积，m2

—抽油机冲次，1/min S—抽油机冲程长度，m 5．平衡计算

在抽油机的设计和使用中，被普遍采用的平衡准则有三种：1。上、下冲程中，电动机所付出的平均功率相等。2．上、下冲程中，减速箱曲柄轴的输出扭矩峰值相等。3．在抽油机的整个冲程中，曲柄轴舜时的扭矩与平均扭矩偏差的平方和最小。

第1条准则的平衡计算简单、实用。表示为：下冲程时平衡重所储存的能量Ao等于电动机下冲程所做的功Adx加上下冲程抽油杆下落所做的功Axx，即

A0AdsAxx

上冲程时，平衡重所放出的能量Ao加上电动机上冲程所做的功Ads等于上冲程驴头悬点提升抽油杆和液柱所做的功Axs,即

AoAdsAxs

由于上、下冲程中，电动机所作的功相等，即AdsAdx，由此可求得平衡重所储存的能量：

A0AxsAxx 2a.如已测得抽油机驴头悬点的实际示功图如图-4，则：

面积OABCFO面积OADCFOqpqs2

1(面积OADCFO面积ABCD)qpqs2A0式中 qp----示功图纵坐标比例，N/mm qs----示功图横坐标比例，m/mm b.如果没有实际示功图，亦可用静力示功图作近似计算，如图5 A0WgSmaxWySmax2(WgWy2)Smax

式中 Wg----抽油杆在油液中的重量，N Wy----油井中动液面以上，断面积等于柱塞面积的油柱重量，N Smax----抽油机的最大冲程，m 计算平衡重储能

以图-3的复合平衡为例，图中：

Qy----游梁平衡重；

KcQy离游梁支点O的距离； Qb----曲柄平衡重；

RQb的平衡半径；

qy----游梁总成的重量； ly----游梁重心距； qb----曲柄自重； lb----曲柄重心距；

下冲程时，KcKAKSmaxc(2r)2rc AACCK 储存能量为 2rQyc

C游梁平衡重抬高的距离为

曲柄平衡重抬高的距离为 2R , 储存能量为 2RQb 游梁总成的重量抬高的距离为2rlyC，储存能量为2rqylyC

曲柄自重抬高的距离为2lb，储存能量为2lqbb 总储存能量为 Ao2rQy为方便计算，设

QyRKcl2RQb2rqyb2lbqb CCqylyKc----游梁总成的重量所相当的游梁平衡重大小；

qblb----曲柄自重所相当的曲柄平衡重的平衡半径。Qb代入上式，求得游梁平衡重的大小： QyAoRRQbQy KcKc2rrCC曲柄平衡重的平衡半径： RAoQyQKyrcR，2QbQbC对于单独的游梁平衡，Qb0，同时曲柄自重的影响，则： QyAoQy2rK cC对于单独的曲柄平衡，Qy0，同时游梁自重的影响，则： RAo2QR b

四．主要构件的受力计算（见图-3）1．游梁受力分析

Mo0FLsinCWBA

连杆轴向力 FAWBLCsin

游梁切向力 FLsin 游梁纵向力 FLcos Xo0xoFLxFLcos Yo0yoFLyFLsinWB

2．支架受力分析

MH0yQEyODxOH yFLQECsinWBCHcos

MQBDxoH 0yHEyoF yHLEDsinWBEDHcos

EX0xHcos FxQxoL3． 曲柄—减速器被动轴总成受力分析

MXYo~sinQRqrsinF0FLQCrC

rFsinQRqrsin FCCLocos 0xoFLosinF 0yoQqFLC4． 曲柄肖轴受力分析

的剪切力作用。曲柄肖轴受一对大小等于FL5． 减速器受力分析 6． 支座受力分析

五．各另部件强度计算（略）

第三篇：开题报告-基于PLC的电梯控制系统设计

开题报告

电气工程及自动化

基于PLC的电梯控制系统设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1.本课题的研究背景及意义

（1）题目背景：随着城市建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，大部分电梯控制系统都采用随机逻辑方式控制。传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术上发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。如何解决电梯的可靠性、维护方便等问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切心声。

（2）题目研究的意义：目前，由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，已成为电梯控制的发展方向，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现。

可编程控制系统是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且最主要的是可编程控制器的“可编程”功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器控制系统那样改变硬件和接线。

2．国内外电梯的情况

当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。

世界上有名的几家电梯公司，诸如:美国奥梯斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51%。其中，奥梯斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。

目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成为电梯家族中新的组成部分。

电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上己经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量、在国外，己“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队和维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是:乘电梯比走楼梯安全5倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。

解放前，我国只有2000台电梯，几乎没有电梯生产企业。解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代己初具规模。

改革开放以来，我国电梯的需求量急剧上升。在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。

目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、放火厅们、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能;对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。

近年来，为保证电梯最终质量，在建立全国性完整的电梯管理法规、落实检查机构、壮大安装调试队伍、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等方面，正在进行着一系列实质性的工作。我国电梯行业，正在走向法规化，加速步入世界先进行列。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

(1)查找相关资料，了解国内外电梯控制系统的发展状况，熟悉现有电梯控制系统的发展方向。

(2)

阐述电梯的结构和可编程控制器的结构，了解PLC在电梯领域应用的优势及其硬件组成。

(3)对电梯的硬件设计。

(4)对电梯PLC控制原理进行分析。

(5)对电梯的软件设计。

这里我主要应用PLC原理对电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯运行控制模块等进行设计。

三、研究步骤、方法及措施：

步骤及方法：

(1)了解现行电梯的结构和可编程控制器的结构。

(2)分析相关的PLC改造。

(3)基于PLC的电梯控制系统的设计。

(4)分析效果。

(5)得出结论。

措施：图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。

四、参考文献：

[1]

台方.可编程控制器应用教程[M].北京：中国水利水电出版社，2001，9

[2]

武锋.可编程控制器PLC的基本原理及应用[J].电子世界，2002，（11）

[3]

张凤池.现代工厂电气控制[M].北京：机械工业出版社，2000

[4]

李世基.微机与可编程控制器[M].北京机械工业出版社，1994

[5]

西门子（中国）有限公司.SIMATIC

S-200可编程序控制器系统西门子手册.[6]

王永华.现代电气控制及可编程控制技术[M].北京航空航天出版社，2002

[7]

章丽芙.基于PLC的电梯控制系统

.电气开关!

（2006.No.2)文章编号:

1004

289X（2006)

02-

0021-

03

[8]

朱昌明,洪治育,张惠侨.电梯与自动扶梯--原理、设计、安装、测试[M].上海:

上海交通大学出版社,1995.[9]

周万珍.高鸿彬.PLC分析与设计应用[M].北京:电子工业出版社,2006.[10]

李杰.PLC技术在电梯控制系统中的应用.科技创新导报,2008年第19期

[11]

张汉杰.现代电梯控制技术[M]

.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1996.

第四篇：基于PLC的天车无人化控制系统设计研发及应用

基于PLC的天车无人化控制系统设计研发及应用

【摘要】介绍全国首家天车无人化控制系统设计及应用。该系统结合传感器技术、PLC技术拟合曲线法研发了摆角控制技术，实现了天车多模式控制、全自动运行、设备全天候监视和钢卷跟踪等功能。应用表明，系统显著提高了天车效率和平稳度，降低了天车工劳动强度和天车点检难度，增加了天车可靠性。为库房管理和物流工艺发展升级提供了坚实的设备基础。

【关键词】天车控制天车无人化 PLC 摆角控制全天候监视

引言

目前，国内外绝大多数天车控制模式中，均采用纯电气控制。在很大程度上限制了天车控制水平进步、库房管理和物流工艺的发展和升级。传统天车，操作工长期暴露在危险环境下从事高强度重复性劳动；天车利用效率低，动作平稳程度不高；天车属于高空作业，设备不易点检，故障不易发现[1]。唐钢于2014年着手自主研发并最终在国内首次应用天车无人化控制系统很好的解决了这些问题。

设计方案

以实现天车全自动和天车设备全天候监控为目的，综合无线网络技术、PLC控制技术和HMI技术，设计天车无人化控制系统。一套可靠的PLC系统，需要具备多种环境下的处置能力，据此采用手动模式、自动模式、遥控模式、维护模式四结合的原则，实现天车控制方式多样化。基于面向对象原则，将系统划分为命令层、基础层、执行层，如图1所示，依托现场总线技术和无线通讯技术串接PLC控制系统、传感器、传动设备，实现控制精准化。明确控制对象，划分控制功能，分别为大车控制、小车控制、主钩升降控制、主钩旋转控制、天车摆角控制、天车防撞控制、夹钳控制、钢卷跟踪、事件中断及手动干预的处理、参数设定、故障报警、人机接口等功能。作为智能化库房的设备控制部分，建立完善的通讯结构，保障系统与WMS进行实时数据通讯，接收WMS下发工单，反馈天车和钢卷信息，生成信息数据流，为生产物流提供数据支撑。

图1 控制系统层次划分及系统结构图

硬件结构

采用西门子S7-300 PLC及ET200远程站做为控制架构，组成命令层，结合传感器状态，经由连锁和逻辑判断对执行层下达具体动作命令；执行层包括ABB变频器及其控制的电机等传动装置，通过Profibus工业总线接收命令层指令进行电机等设备的动作；基础层由各种传感器组成，对天车实际动作和当前状态进行检测，并反馈到命令层PLC中，作为PLC系统命令的触发与连锁信号。

功能技术研发实现

系统采用模块化组织架构，按照不同功能划分各个功能块，使用SCL语言编程。

4.1设备控制功能研发实现

手动和遥控控制采用循环顺序控制方式，即由主程序依次调用手动控制模块和遥控控制模块，实现逻辑的顺序执行，用以保证天车非常规工作的使用，继承传统天车的控制功能。自动控制采用定时扫描控制方式，即每50ms运行一次循环，调用一次自动控制模块，有效保证系统自动运行和DP通讯的可靠性，实现天车无人化的目的，如图2所示。维护模式采用继电器控制，完全脱离PLC控制，用于PLC系统产生严重故障或天车其它设备产生致命错误时。

图2 手动和遥控控制功能结构图

4.2钢卷跟踪技术研发实现

钢卷跟踪的工作对象是指钢卷在库房内由天车动作所引起的一系列位置和状态变化，其目的是通过确定钢卷在库房内具体垛位的位置和状态决定是否启动相关的功能程序，对跟踪的钢卷准确地进行各种控制、数据采样、操作指导并将其跟踪信息发送至HMI人机界面，实现天车设备全天候监控。钢卷跟踪是天车全自动控制的重要手段，其功能的高低直接影响着天车控制系统的自动化水平。跟踪由PLC完成，毫秒级的循环周期保证了跟踪的实时性和准确性。在天车工作时，钢卷跟踪实时监控大车位置、小车位置、主钩高度、夹钳宽度、负载信号等，依据内部逻辑综合判断天车动作所在过程；实时记录取放卷垛位信息及钢卷信息等。汇总所有信息形成以时间为X轴，空间为Y轴，钢卷信息为Z轴的跟踪信息。钢卷跟踪功能实现了在天车多模式控制下，钢卷信息流的连续性，使库区智能化管理成为可能。

4.3天车摆角自动控制功能研发实现

天车全自动控制运行时最显著的特性之一[2]，就是天车移动和停止过程中主钩摆幅很小、摆角可控，特别是表现在动态取、放卷时，主钩摆角能够控制在0.5度以内。这为天车精确定位和安全取、放卷提供了坚实基础，有效保障了钢卷在库房内的精准码放。天车摆角的产生原因是天车在变速运动中钢卷速度变化滞后于大车和小车速度变化，因此控制天车摆角就是消除这种速度变化的不同步。天车摆角控制的过程是将主钩摆角分解成水平坐标系内的X轴和Y轴两个方向，分别对应摆角仪的大车和小车方向的角度反馈，通过判断主钩摆动方向不断修正大车和小车行进速度，使主钩摆动与大车、小车动作形成相互追逐的状态，从而减小主钩摆角。采用摆角检测技术和拟合曲线法，研发的天车摆角自动控制方法，很好的实现了天车无惯性摆动运行。

4.4天车设备全天候监控研发实现

基于WINCC系统和无线网络的应用，将天车设备状态采集到操作室，使操作工和维检人员能够实时监控设备状态，并及时发现异常和故障。天车设备全天候监控能够实时接收设备状态扫描信息，能够自主判定当前各项设备是否正常，并以不同颜色和闪烁效果显示在相应的监控屏幕上，还能够跟踪当前天车行走路径，并根据钢卷目标位置指导天车行进方向，形成“钢卷陀螺仪”的效果。天车设备全天候监控能够自动生成报警信息，并允许归档和打印报警信息，以备事故分析和故障快速判定。天车设备全天候监控，简化了天车维护故障判定，为天车可靠运行提供了安全保障。

结语

天车无人化控制系统在国内开发并应用尚属首次。极大降低了天车工劳动强度，显著提高了天车利用效率，动作“平而不缓”，杜绝钢卷破包现象发生；显著降低了天车设备故障率，极大延长了天车设备使用寿命；天车设备状态一目了然，降低了维护人员点检难度，能够实时监控天车设备状态，极大的增加了天车运行的可靠性。

参考文献：

[1]RAYAK.Analysis of crane and lifting accident in NorthAmerica from 2004 to 2010[D].Austin：The University of Texas，2011.[2]Blackburn D，Singhose W.Command Shaping for Nonlinear Crane Dynamics[J].Journal of Vibration and Control，2010，16（4）：477-501.作者简介：李志亮（1982―），男，河北唐山人，本科，工程师，长期从事PLC编程调试和HMI界面组态设计工作，主持参与过多项炼钢、炼焦、型钢电气编程调试工作。

第五篇：喷雾干燥塔控制系统设计_PLC总课程设计报告 概要

PLC讨论课报告

组号： 第十九组 小组成员：陈永秀、张丁文、刘红申、曹嘉元

贡献度排名

第一名：曹嘉元 第二名：陈永秀 第三名：张丁文 第四名：刘红申

目录

第一章、控制对象喷雾干燥塔的分析...........................................................................................4

1.1喷雾干燥塔背景描述........................................................................................................4 1.2 喷雾干燥塔工艺流程简介...............................................................................................4 1.3 燃烧系统..........................................................................................................................4 1.4干燥系统...........................................................................................................................6 1.5 投料系统..........................................................................................................................7 1.6除尘系统...........................................................................................................................7 第二章、控制系统的硬件设计.....................................................................................................9

2.1 喷雾干燥塔控制功能描述..........................................................................................9 2.2 如何使用好喷雾干燥塔.................................................................................................10 第三章 喷雾干燥塔组态王实现图...............................................................................................14 第四章、控制系统流程图.............................................................................................................15 4.1 燃烧系统流程图.............................................................................................................15 4.2 投料系统流程图.............................................................................................................17 4.3 燃烧系统流程图.............................................................................................................18 4.4 除尘系统流程图.............................................................................................................19 第五章 控制plc梯形图..............................................................................................................21 第六章、控制系统调试报告.........................................................................................................22 6.1系统准备阶段..................................................................................................................22 6.2点火启动过程..................................................................................................................22 6.3投料系统进入工作过程..................................................................................................22 6.4除尘系统进入工作..........................................................................................................22 6.5手自切换系统..................................................................................................................22 6.6安全保护系统..................................................................................................................22 6.7报警系统..........................................................................................................................22 6.8真实调试结果..................................................................................................................22 第七章 心得体会..........................................................................................................................23

第一章、控制对象喷雾干燥塔的分析

1.1喷雾干燥塔背景描述

喷雾干燥塔将液态的料浆经喷枪雾化后喷入干燥塔内，干燥塔利用燃料燃烧的能量将鼓风机送入的空气进行加热;热空气在干燥塔内将雾化的料浆干燥为超细颗粒粉态成品。粉状成品在塔内利用旋风分离原理从热空气中分离出来，有塔的底部翻版阀定期排入收集袋中的合格原料。热空气则通过布袋除尘器除尘后排除。喷雾干燥塔控制系统主要由燃烧、干燥、投料、除尘等几个主要部分组成。主要用于把液态原料制备成固体粉末原料的设备。它被广泛得使用于化工、食品、陶瓷等诸多行业，作为原料或成品加工的设备，该设备一般都作为一套相对独立的系统进行成套供应。1.2 喷雾干燥塔工艺流程简介

喷雾干燥塔P&ID图如图1-1所示。按工艺流程，喷雾干燥塔控制系统可以分为燃烧系统、干燥系统、投料系统、布袋系统等。

图 例：溢流阀排风机除尘器T干燥塔PT手动阀电磁阀电动调节阀鼓风机T料浆罐助燃风机料浆泵火检探头加热器增压泵供油泵燃料油箱油包点火变压器联动调节

1-1 喷雾干燥塔P&ID图

1.3 燃烧系统

燃烧系统的主要设备有供油泵、增压泵、溢油阀、油包、截止阀、调节阀、点火变压器、火检探头、助燃风机等。

当系统启动后，供油泵运转，燃油通过溢油阀在回路中运行，这样第一可以加快点火时候的系统响应速度，第二可以检测回路的工作是否正常。按下点火按钮后，助燃风机启动，进行五分钟的吹扫过程在吹扫的同时点火，可以把残留的可燃物燃烧掉，防止在点火的时候由于可燃物过多，导致爆炸事故。吹扫结束后开增压泵开始投油，投油负荷定为额定负荷的45%，投油30s后断点火变压器，此时火检，若火检输入信号为1则说明点火成功，继续投油保持燃烧，然后再升负荷。若火检信号为0，则说明点火不成功，立即停止投油，助燃风机进行吹扫五分钟，为下一次的点火做好准备。主油回路采用双电磁阀串联的目的为保持截止的可靠性，燃料调节阀和助燃风机调节阀联动，使风和燃料的按比例变化。

燃烧系统的I/O表如下表所示。

1.4干燥系统

干燥系统的主要设备有鼓风机、干燥塔、除尘器、排风机。

在干燥系统中，鼓风机将空气送入换热器中加热，热空气进入干燥塔干燥所需物质，接着干燥塔出口的热空气进入除尘器进行除尘，最终通过排风机排入大气。系统启动的时候运行鼓风机和排风机，因为提前开不影响系统的安全性，同使在点火的初期还有保护加热器的作用。同样在停止系统的时候最后停风机，同样使保护作用。

在干燥系统中，涉及到空气温度和干燥塔内负压控制。温度的控制包括热空气进口温度、烟气出口温度、干燥塔出口温度，其中热空气进口温度是调节燃油量（即燃油调节阀的开度）的主要依据。干燥塔的负压是改变排风机转速（主要通过变频器实现）的主要依据，干燥塔的出口温度是给料多少的主要依据，当排烟温度超过一定温度的时候声光报警，等待运行人员确认。

干燥系统的I/O下表所示。

1.5 投料系统

投料系统的主要设备有料浆灌、溢流阀、电磁阀、料浆泵、喷雾装置。投料系统在点火成功后，温度满足一定数值的时候，启动料浆泵，经过雾化，喷入干燥塔，物料经干燥后从下面的排出合格产品。同时，根据控制目标自动增/减料枪，保证干燥效果。

投料系统的主要控制信号为料浆出口压力，根据干燥内负压和温度控制料浆出口压力在一定范围内，以确保料浆的雾化效果。

投料系统的I/O表如下表所示。

1.6除尘系统

除尘器属于喷雾干燥塔的外围设备，除尘器外壁布置了三只气锤，内部设置八个除尘布袋实现对出塔空气的过滤除尘。

除尘系统为达到除尘效果要求气锤按固定的时间间隔对塔外壁进行振打，同时8只布袋按固定的时间间隔进行反吹。除尘器布置在干燥塔旁，在负压控制中可以考虑到除尘器的反吹会造成干燥塔塔内负压的明显波动。此时应该禁止负压检测信号的信号输出，在反吹过后回复正常以后，再解除信号的输出指令。

除尘系统I/O表如下表所示。

其他功能、另外还有一些I/O点起报警、就地指令等一些重要功能具体表如下表 所示。

第二章、控制系统的硬件设计

2.1 喷雾干燥塔控制功能描述

良好的控制系统的主要指标是安全和经济，本次课程设计控制对象喷雾干燥塔的控制目标是在安全的前提下确保对象的工艺参数稳定，并以安全作为优化目标。针对该喷雾干燥塔所提出的控制要求主要有以下方面的考虑：顺序启动功能、安全停机功能、自动点火功能、熄火保护功能、系统安全保护功能、状态监测和自动报警功能、自动投入油枪和撤除油枪功能、自动温控功能、设备离线强制启停功能、指示灯测试功能、模拟量控制功能等。喷雾干燥塔控制系统需要实现的主要功能如下：

（1）、自动顺序启动功能

系统可实现顺序启动。程序能够实现排风机，鼓风机，助燃风机，供油泵，增压泵的顺序启动。（2）、安全停机功能

可以自动按供油泵，电磁阀，助燃风机的顺序停止系统。停机过程中提供自动吹扫和系统自动复位功能。（3）、自动点火功能

实现系统安全点火。点火条件成立时有灯指示，此时按下“点火”按钮并保持2秒钟以上，可自动实现安全点火；不具备点火条件时，没有灯指示，操作“点火”按钮，系统不予响应。（4）、熄火自动保护功能

点火过程和正常运行中因出现熄火信号，系统能自动保护设备安全，并恢复到点火准备状态。（5）、系统安全保护功能

系统出口超温保护。出口温度超过规定的故障限值5秒，打开“紧急排放阀”；出口温度超过故障限值1分钟，执行“自动停机”以保证系统安全。（6）、状态检测和自动警报功能

系统进口温度，出口温度，排烟温度，塔内塔内负压，料浆压力异常时提供光字牌提示和声音报警，并具有报警保持，等待确认功能（7）、自动投入喷枪和撤除喷枪功能。

在“自动模式”下，当投料温度升高时增加燃烧量，温度升高到一定值，自动增加一根喷枪；当投料温度降低时减少燃烧量，温度降低到一定值时自动减少一根喷枪。

（8）、指示灯测试功能

在任何情况下，系统都可以检测指示灯是否能够正常使用，按下“灯测试”按钮，所有指示灯点亮，取消“灯测试”按钮，所有指示灯回复原状态。（9）、点火之后系统进入手动控制，当满足一定条件后系统自动切换到自动控制。

2.2 如何使用好喷雾干燥塔 技术指标

水分蒸发速率最大为: 10 kg 气体干燥速率最大为: 150 kg/h 注入空气速率 350 °C。

主要功能

可将溶液状态的物料喷入喷雾干燥塔中，物料干燥后呈固体粉末状态出料。

应用范围

用于生物农药，医药，食品微生物的干燥。特点：

1、干燥速度快，完成只需数秒钟；

2、适宜于热敏性物料干燥；

3、使用范围广：根据物料的特性，可以用于热风干燥、离心造粒和冷风造粒，大多特性差异很大的产品都能用此机生产；

4、由于干燥过程是在瞬间完成的，产成品的颗粒基本上能保持液滴近似的球状，产品具有良好的分散性，流动性和溶解性；

5、生产过程简化，操作控制方便。喷雾干燥通常用于固含量60%以下的溶液，干燥后，不需要再进行粉碎和筛选，减少了生产工序，简化了生产工艺。对于产品的粒径、松密度、水份，在一定范围内，可改变操作条件进行调整，控制、管理都很方便；

6、为了使物料不受污染和延长设备寿命，凡是与物料接触部分，均可以采用不锈钢材料制造。作用原理

空气经过滤和加热，进入干燥器顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室。料液经塔体顶部的高速离心雾化器或高压雾化器，喷雾成极细微的雾状液珠，与空气并流接触在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，微尘物料由脉冲布袋收集器收集，废气由风机排空。

喷雾干燥塔常见毛病与修复 粘壁现象

主要原因：

（1）进料量太大, 不能充分蒸发；（2）喷雾开始前干燥室加热不足；（3）开始喷雾时, 下料流量调节过大；（4）加入的料液不稳定。

补救措施：

适当减少进料量;适当提高热风的进口和出口温度;在开始喷雾时, 流量要小, 逐步加大, 调节到适当时为止;检查管道是否堵塞, 调整物料固形物含量, 保证料液的流动性。

水分含量高

主要原因：一般是排风温度太低。

补救措施：适当减小进料量, 以提高排风温度。纯度低 主要原因：

（1）空气过滤效果不佳；（2）积粉混入成品；（3）原料纯度不高；（4）设备清洗不彻底。

补救措施：

检查空气过滤器中过滤材质敷设是否均匀, 过滤器使用时间是否太长, 若是应立即更换;检查热风入口处焦粉情况, 克服涡流;喷物前应将料液过滤;重新清洗设备。

粉粒太细 主要原因：含固量太低或进料量太小。

补救措施：提高料液的含固量, 加大进料量, 提高进风温度。

跑粉现象

主要原因：旋风分离器的分离效果差。补救措施：

（1）检查旋风分离器是否由于敲击、碰撞而变形；（2）提高旋风分离器进出口的气密性；

（3）检查其内壁及出料口是否有积料堵塞现象。

喷头转速低

主要原因：离心喷头部件出了故障。补救措施：检查喷头内部件。

蒸发量低

主要原因：

(1)整个系统的空气量减少；(2)热风的进口温度偏低；

(3)设备有漏风现象, 有冷风进入干燥室。补救措施:(1)检查离心机的转速是否正常；(2)检查离心机调节阀位置是否正确；

(3)检查空气过滤器及空气加热器管道是否堵塞；(4)检查电网电压是否正常；(5)检查电加热器是否正常工作；(6)检查设备各组件连接是否密封。

喷头振动

主要原因：

（1）喷头的清洗和保养不当引起的喷盘内附有残留物质或主轴产生弯曲和变形；

（2）离心盘动平衡不好。补救措施：

（1）检查喷雾盘内是否有残存物质, 若有应及时清洗；（2）发现主轴有异常, 要进行更换；（3）对离心盘的动平衡重新调整或更换。

操作注意事项：

1、首先开启离心风机，然后开启加热器，并检查是否漏气、如正常即可进行预热，因热风预热决定着干燥设备的蒸发能力，在不影响被干燥物料质量的前提下，应尽可能提高进风温度。

2、预热时干燥室顶部安放雾化器处，干燥室部和旋风分离器下料口处必须密封，以免冷风进入干燥室，降低预热效率。

3、当干燥室进口温度达到设定温度时，开启离心喷头，当喷雾头达到最高转速时，开启进料泵，加入清水喷雾10分钟后更换成 料液，进料量应由小到大，否则将产生粘壁现象，直到调节到适当的要求。料液的浓度应根据物料干燥的性质来配制，以保证干燥后成品有良好的流动性。

4、干燥成品的温度和湿度，取决于排风温度，在运行过程中，保持排风温度为一个常数是极其重要的，这取决于进料量的大小，下料量稳定，出口温度是比较稳定的。若料液的含固量和流量发生变化时出口温度也会出现变动。

5、产品温度太高，可减少加料量，以提高出口温度，产品的温度太低，则反之。对于产品温度较低的热敏性物料可增加加料量，以降低排风温度，但产品的温度将相应提高。

第三章 喷雾干燥塔组态王实现图

第四章、控制系统流程图

4.1 燃烧系统流程图

启动以上均满足的情况下，点火许可。否长按点火指令2秒排风机是延时5s投鼓风机否否在吹扫条件满足条件下，连续吹扫5分钟10s后火焰正常是点火成功，系统准备好。吹扫成功是紧急停炉或停止指令是否投料系统投助燃风机停止供油泵供油泵不泄露的情况下，投燃料供油泵。停止燃料电磁阀投燃料增压泵停止助燃风机停止增压泵、调节阀、点火变压器投燃料电磁阀否停止指令投燃料调节阀是停止鼓风机、延时5s后停排风机投点火变压器结束 图4.1燃烧系统流程图 当按下开始按钮2s后，启动排风机，延时5s后，启动鼓风机，使干燥塔内保持负压。

1.启动排风机、鼓风机后对系统进行连续吹扫5分钟，若在吹到过程中某个开启的排、鼓风机停止，则重新吹扫。吹扫过程中，吹扫进行中指示灯亮，吹扫结束后，指示灯灭。

2.吹扫成功后在燃料供油泵不漏油的情况下，依次开启助燃风机、供油泵、燃料电磁阀、燃料调节阀、点火变压器。以上均正常投入时，点火许可，同时点火许可灯亮。

3.长按点火指令两秒，若十秒后火焰正常，则点火成功，在无急停指令和停止指令的情况下，系统准备完毕，系统准备完毕指示灯亮，等待投料，同时自动转为手动。否则依次停止供油泵、燃料电磁阀、助燃风机、增压泵、调节阀、点火变压器，若有停止指令，则依次停止鼓风机、排风机。否则，依次开启助燃风机、供油泵、燃料电磁阀、燃料调节阀、点火变压器。恢复到点火准备状态。4.2 投料系统流程图

点火成功，系统准备完毕。否投料温度达到最低温度值是手动状态自动状态料浆泵喷枪A、B、C投料浆泵，延时5秒喷枪A.否则停止料浆泵、喷枪A。当投料温度达到中等温度设定值时，投喷枪B。否则停止喷枪B。当投料温度达到最高温度设定值时，投喷枪C.否则停止喷枪C。结束 图4.2投料系统流程图

系统准备完毕后，当投料温度未达到最低值时，为手动状态，可以通过手动头料浆泵、喷枪。

1.当投料温度达到最低值时，自动由手动转到自动状态，先投入料浆泵。延时 5s，投喷枪A，不满足时则停止，转为手动。

2.当投料温度达到中温度值时，投喷枪B。否则停止喷枪B。3.当投料温度达到高温度值时，投喷枪C。否则停止喷枪C。

4.3 燃烧系统流程图

工作时，出现相关参数异常。排风温度异常塔内负压异常进口温度异常出口温度异常声音报警同时闪光报警。报警确认闪光变为平光。故障解除报警灯熄灭结束

图4.3燃烧系统流程图 正常干燥过程中，若相关参数异常时，则会进行相应的报警警示。

1.当排风温度异常时，会出现声音报警，同时排风温度异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。故障解除后，报警灯熄灭。

2.当塔内负压异常时，会出现声音报警，同时塔内负压异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。故障解除后，报警灯熄灭。

3.当进口温度异常时，会出现声音报警，同时进口温度异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。故障解除后，报警灯熄灭。

4.当出口温度异常时，会出现声音报警，同时出口温度异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。故障解除后，报警灯熄灭。

4.4 除尘系统流程图

系统准备完毕，正常运行时。已投入气锤B已投入气锤B已投入气锤A小火位置大火位置手动状态自动状态自动状态自动状态自动状态自动状态每20秒气锤A自动击打5秒每20秒气锤A自动击打5秒每20秒气锤A自动击打5秒投入正吹布袋1、2、3、4，延时55秒投入正吹布袋1、2、3、4、5、6、7、8，延时55秒投入反吹布袋1、2、3、4，延时5秒投入反吹布袋1、2、3、4、5、6、7、8，延时5秒气锤A、B、C正吹布袋1、2、3、4、5、6、7、8反吹布袋1、2、3、4、5、6、7、8否急停指令，熄火信号或停止是手动状态自动状态延时一分钟，停止各设备。结束 图4.4除尘系统流程图

1.点火成功系统准备完毕后，在系统未达到相关要求时，设备启动为自动状态，可以手动投入气锤和布袋。

2.当小火位置时，自动由手动转为自动，投入正吹布袋1234，延时55s，反吹布袋1234，延时5s。若无急停指令，停止指令或火焰状态异常，则循环进行。若有则延时一分钟，按顺序停止布袋和气锤。

3.当大火位置时，自动由手动转为自动，投入正吹布袋12345678，延时55s，反吹布袋12345678，延时5s。若无急停指令，停止指令或火焰状态异常，则循环进行。若有则延时一分钟，按顺序停止布袋和气锤。

4.手动投入气锤后，则气锤变为自动状态，每20s自动击打5s。

第五章 控制plc梯形图 21

第六章、控制系统调试报告

6.1系统准备阶段

启动前的指示灯检测——检测系统是否满足点火条件——系统准备完毕。

6.2点火启动过程

系统启动——开机吹扫（10s）——吹扫指示灯亮，排风机、鼓风机工作——吹扫结束后吹扫指示灯灭，风压正常——启动燃料泵——10s后启动增压泵——10s后启动燃料电磁阀和助燃风机——油压正常——10s后启动点火变压器——点火成功——10秒后关闭点火变压器。

6.3投料系统进入工作过程

进口温度的判定——进口温度正常——5s后启动料浆泵——料浆压力的判定——料浆压力正常——5s后按进口温度范围选择开启喷枪个数

6.4除尘系统进入工作

点火指令长按2秒——启动排风机——10s后启动鼓风机——除尘器的3个气锤按一定频率工作——除尘器的8个布袋每2个一组按顺序以一定的时间间隔工作规定的时间

6.5手自切换系统

按下手/自切换键，PLC脱离对设备的控制，同时切换到手动控制面板；再按下手/自切换键，切换到PLC控制状态，PLC恢复对设备的控制，同时切断手动控制面板对设备的控制。

6.6安全保护系统

停机条件——料浆泵，喷枪，燃料泵，助燃风机瞬间停止工作——5s后燃料增压泵停止工作——5s后燃料电磁阀停止工作——鼓风机和排风机保持工作（吹扫），布袋除尘器停止工作——吹扫停止——系统准备完毕。

6.7报警系统

报警系统预计实现的功能如下：

报警条件达成（熄火报警除外）——对应指示灯闪烁，报警蜂鸣器持续报警——按下确认键——指示灯切换成平光，蜂鸣器停止报警。注：该过程可以循环工作，即按下确认键后第二个报警信号依然可以出发同样的报警。

6.8真实调试结果

上面为预期要达到的结果，在程序完成之后经调试，发现系统准备阶段的顺序启动与顺序停止能成功实现，投料系统与除尘器系统也能成功实现，手自动切换、安全保护系统也能实现，在报警系统方面我们存在着不足，就是报警声音必须通过报警确认之后才能消除，不能通过其他方法来消除报警声音，这个与实际不符 合，另外还有一个变频器的使用不是很熟悉，所以这个功能也没有实现，总体上来说还是实现了大部分功能。

第七章 心得体会

回顾起此次的PLC课程讨论课，至今我仍感慨颇多。从理论到实践，从程序完成到程序连线调试再到最后的完成。在这两个星期的时间里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多有用的东西，不仅巩固了以前学到的PLC知识，而且学到了许多在课本上没有的知识，同时也懂得了一些程序运行的窍门，加深对 PLC控制系统的理解与掌握。

这次的讨论课让我感觉到理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，就像在课程设计中，好多东西自己明明知道，但是就是不会用或者是设计出来的程序有错误，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考能力。在设计过程中遇到了不少的问题，可以说是困难重重，有程序本身错误，模拟量不是很会，程序不完善前后限制，连线失误等等问题，这毕竟是第二次做的，难免会遇到各种各样的问题。但是这个不严重，在设计过程中，发现自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻掌握得不够牢靠，通过这次之后，一定把以前多学过的知识弄熟。

在这次的讨论课中，我们分工协作，优化了工作流程，使得效率大大提高。并且他在他的那一部分做完的过程中，发现我这边有困难，也积极帮助我解决这些问题，分担了一些困难。我认为这样的工作才是一个团队的工作，团队需要个人，个人离不开团队，必须发扬团队的精神，团队精神也是这次课程设计的重要保证。