刘 毅，张博仁

（杭州技师学院机电系，浙江杭州311500）

基于PLC排风控制系统的设计

刘 毅，张博仁

（杭州技师学院机电系，浙江杭州311500）

利用S7-200 SMART型号的CPU SR30，读取每个电锯的工作情况来控制排风口的开启程度，以控制变频器MM440控制大功率排风机的转动速度，进而达到节省电能的效果。

PLC；排风控制系统；S7-200 SMART；变频器MM440

1 前言

在电锯切割材料的过程中，会产生大量的废屑。不同设备对风量需求的区别不是很大。设备运转时电锯并非一直工作，而是根据不同的工序投入运行。以前某公司对风机实现了变频器控制，使用电位器调节风量，根据电锯是否工作，按一下按钮，打开相应的风口，然后根据风量大小调节电位器得到适当的风量，但是工人在操作过程中经常出现忘记操作，进而造成了资源的浪费。车间粉尘太大，工作环境恶劣，所以必须改善排风机的控制，制造良好的工作环境。通过PLC智能控制变频器调节风机的转速，实现根据不同的设备工作情况，调节排风机的工作效率。

2 系统设计

2.1 系统的工作原理

当操作人员开启电锯进行工作的时候，通过接触器进行电锯的控制，PLC通过读取辅助触点的动作，来判断有几台电锯在工作，根据不同的电锯工作台数，通过PLC控制变频器调节主排风机的功率，同时辅助触点控制排风口的开合。只要电锯打开工作，相对应的排风口就打开。

当没有电锯工作的时候，PLC会控制变频器使排风机停止工作，这样能很好的解决传统工人忘记关闭排风机浪费资源的情况。

2.2 系统组成

系统组成如图1 所示。使用s7-200 SMAR CPU SR30作为控制核心，通过读取每个电锯的控制开关的辅助触点，控制每个电锯的排风口的开启和闭合，然后将辅助触点的开关信号传给PLC控制系统，通过PLC控制系统调节变频器的工作状态进而调节排风机的工作状态。

2.3 系统硬件选择

2.3.1 PLC

PLC是现代新型的工业控制装置，具有通用性强、使用方便、应用面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，其内部控制主要专注于逻辑关系，是一种继电器逻辑，相对于单片机来说，PLC具有通用性和适应性强，完善的故障自检测能力而且维修方便，可靠性高与柔韧性强等特点，而且小型的PLC价格比较便宜。在电磁兼容方面，PLC完全胜于单片机，单片机需要外围设计很多电路来解决电磁兼容问题，而PLC内部已经完全地解决掉了这个问题，用户不需要考虑电磁兼容问题，这样在设计时会节约很多时间和相应的成本，而且PLC对于使用者来说门槛比较低，对于硬件系统定义之类的繁琐的处理，PLC内部已经完成，而使用者只要专注于逻辑控制的编写。

图1 系统的组成

SR30是标准晶体管 继电器输出类型，具有高速处理器芯片，基本指令执行时间可达0.15 μs ，在同级别小型PLC 中遥遥领先。S7-200 SMART CPU 模块均集成1 个RS485 接口，可以与变频器、触摸屏，PC机等第三方设备通信。CPU ST40具有12点输出和18个点输入，这样I/O口数量完全符合系统的应用。

2.3.2 变频器

变频器选择的是西门子的MM440变频器, 440是专门针对与通常相比需要更加广泛的功能和更高动态响应的应用而设计的。这些高级矢量控制系统可确保一致的高驱动性能，即使发生突然负载变化时也是如此。由于具有快速响应输入和定位减速斜坡，因此，甚至在不使用编码器的情况下也可以移动至目标位置。该变频器带有一个集成制动斩波器，即使在制动和短减速斜坡期间，也能以准确的精度工作。MM440变频器普遍用在大功率的电机控制上。变频器的数字输入端口5,6,7端子通过PLC的Q0.0，Q0.1，Q0.2三个端子进行多段频率的控制，变频器的数字输入16端口为电机的运行，停止接到PLC的Q0.3。

2.3.3 交流接触器选择

本系统采用的是施耐德的交流接触器，相比传统的接触器具有以下特点：

（1） 无噪音

永磁交流接触器合闸保持是依靠永磁力来保持的，因而不会有噪音产生。

（2） 无温升

永磁交流接触器是依靠永磁力来保持的，没有维持线圈，自然也就没有温升。

（3） 触头不振颤

传统交流接触器的吸持是靠线圈通电来实现的，吸持力量跟电流、磁隙有关，当电压在合闸与分闸临界状态波动时，接触器处于似合似分状态，便会不断地振颤，造成触头熔焊或烧毁，而使电机烧坏。而永磁交流接触器的吸持，完全依靠永磁力来实现，一次完成吸合，电压波动不会对永磁力产生影响，要么处于吸合状态，要么处于分闸状态，不会处于中间状态，所以不会因振颤而烧毁主触头，烧坏电机的可能性就大大降低。

（4） 寿命长，可靠性高

传统交流接触器由于工作时线圈和铁芯会发热，特别是电压、电流、磁隙增大时容易导致发热而将线圈烧毁，而永磁交流接触器不存在烧毁线圈的可能。触头烧蚀主要是由分闸、合闸时产生的电弧造成的。与传统接触器相比，永磁交流接触器在合闸时，除同样有电磁力作用外，还具有永磁力的作用，因而合闸速度较传统交流接触器快很多。

图2 交流接触器接线图

本系统主要采用交流接触器控制电锯的运行和停止，交流接触器结构如图2，并且交流接触器还带有两个常开辅助触点，这样通过辅助触点便可以控制排风口并提供给PLC控制信号，便于PLC控制变频器调节排风机的运行状态，其中交流接触器的13和14引脚接到排风口控制电源上，当电锯工作的时候排风口就跟着打开了，43和44引脚接到直流的GND和PLC的一个输入端口，这样PLC采集电锯的工作信号用于调节变频器的工作状态。

2.4 系统整体原理图

系统的整体电气原理图见表1，PLC的接线端口图如图3 所示。

表1

图3 PLC接线端口

3 系统软件设计

S7-200smart程序的编写主要使用的是西门子公司特定的编程软件，STEP 7-MicroWIN SMART这款软件是针对smart cpu进行程序开发和编写的，下面简要地说明一下整个系统的软件流程。当电锯工作的时候交流接触器的常开辅助触点闭合，控制排风口自动打开，提供给PLC电锯工作信号，这样PLC通过读取有几个电锯在进行工作来调节变频器工作状态。系统的整体控制程序见图4。

图4 系统的整体控制程序

4 结束语

本系统主要使用PLC控制变频器以控制风扇的工作状态，通过读取控制电锯工作的交流接触器的常开触点的信号进行判断有多少台电锯在工作，进而达到节能的效果。排风口主要使用的是交流接触器常开触点来控制，只要电锯打开工作，常开触点闭合，接通排风口打开的电源，这样排风口便自动打开进行排风。

Design of exhaust air control system based on PLC

Liu Yi, Zhang Boren
( Department of mechanical and electrical engineering, Hangzhou Technician College, Hangzhou 311500,China )

Using S7-200 SMART model CPU SR30, each power saw working condition are red to control the opening degree of the exhaust outlet, the frequency changer MM440 and the rotation speed of high eff i ciency exhaust blower,so as to achive the effect of saving electrical energy.

PLC; exhaust air control system; S7-200 SMART; frequency changer MM440

TP273

B

1672-4852（2017）03-0038-04

2017-02-09.

刘 毅（1988-），男，工程师.

（编辑：林小江）