【正文】 ............................................................................... 30 變頻器選型 ..................................................................................................... 31 傳感器的選取 ................................................................................................. 32 系統(tǒng) PLC 硬件部分地址分配及部分程序 ..................................................... 32 致 謝 ...................................................................................................................................... 36 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 37 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 1 第一章 緒論 自二十世紀(jì)六十年代美國推出 可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controller， PLC） 取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來 ， PLC得到了快速發(fā)展 ， 在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí) ， PLC的功能也不斷完善。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的 PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán) 保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。 同時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是采用集中監(jiān)測(cè)、集中控制、集中顯示、集中管理、集中保存的系統(tǒng)，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，廣泛應(yīng)用在化工、供暖、機(jī)械、供水、水處理等多個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來越顯著的作用。 PLC 控制在國內(nèi)外的發(fā)展近況 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制功能上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合； 從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 課題的背景和意義 空氣 壓縮機(jī) 是礦山生產(chǎn)重要的四大固定設(shè)備之一，它產(chǎn)生壓縮空氣，用以帶動(dòng)鑿巖機(jī)、風(fēng)動(dòng)裝巖機(jī)等設(shè)備及其他風(fēng)動(dòng)工具。其能否安全運(yùn)行直接影響著煤礦生產(chǎn)的產(chǎn)量和效益。影響其安全生產(chǎn)的因素主要有 空壓機(jī) 的超溫、超壓、斷水、斷油等。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 2 隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山企業(yè)對(duì)礦山設(shè)備的要求越來越高 ,建設(shè)安全性礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設(shè)的核心。礦山設(shè)備不斷更新， 不斷進(jìn)步，可靠性、易操作性、可監(jiān)視性、易維護(hù)性等已是最基本的要求了。用繼電器組成的控制電路可靠性差、不易維護(hù)、不易監(jiān)視，已不能適應(yīng)當(dāng)前的要求?，F(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護(hù)、易操作、可監(jiān)視并且價(jià)格不高的控制器來代替繼電器組成的電路。隨著電子技術(shù)、軟件技術(shù)、控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器（ PLC）發(fā)展迅猛，性能很高，價(jià)格較為合理，與繼電器組的控制電路比具有非常大的優(yōu)勢(shì)。許多礦山設(shè)備已選用了 PLC 來代替比較重要的控制設(shè)備。傳統(tǒng)的保護(hù)設(shè)備主要采用分離儀表，其可靠性差、集程度低、費(fèi)用高，不能有效的滿足礦山設(shè)備投入的 經(jīng)濟(jì)性和安全性的要求。 空壓機(jī)控制系統(tǒng)中 PLC 的引入極大地簡(jiǎn)化了空壓機(jī)系統(tǒng)的操作，節(jié)省了人力并且提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性?；?PLC 和變頻器的空壓機(jī)控制系統(tǒng)使工作人員可以在計(jì)算機(jī)集控下完成各項(xiàng)工作，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地節(jié)省了生產(chǎn)中所需的人力資源，也保障了生產(chǎn)和系統(tǒng)的安全。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 3 第二章 空氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī)及分類 空氣壓縮機(jī)（空壓機(jī)）是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。作為基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)備，空壓機(jī)在冶金、機(jī)械制造、 礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。 空壓機(jī)分為螺桿式空壓機(jī)（螺桿式空壓機(jī)又分為單螺桿式空壓機(jī)及雙螺桿式空壓機(jī)）、離心式空壓機(jī)、活塞式空壓機(jī)、滑片式空壓機(jī)、渦旋式空壓機(jī)和旋葉式空壓機(jī)等（如圖 21所示） 圖 21 空氣壓縮機(jī)分類 螺桿式空壓機(jī) 螺桿式空壓機(jī)基本結(jié)構(gòu) 在壓縮機(jī)機(jī)體中，平行的配置著一對(duì)互相咧合的螺旋形轉(zhuǎn)子通常把節(jié)圓外具有凸齒的轉(zhuǎn)子，稱為陽轉(zhuǎn)子或陽螺桿。把節(jié)圓內(nèi)具有凹齒的轉(zhuǎn)子，稱為陰轉(zhuǎn)子或 陰螺桿。一般陽轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)連接，由陽轉(zhuǎn)子帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子上的最后一對(duì)軸承實(shí)現(xiàn)軸向定位，空氣壓縮機(jī) 螺桿式空壓機(jī) 離心式空壓機(jī) 活塞式空壓機(jī) 滑片式空壓機(jī) 渦旋式空壓機(jī) 旋葉式空壓機(jī) 其它 單螺桿式空壓機(jī) 雙螺桿式空壓機(jī) 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 4 并承受壓縮機(jī)中的軸向力。轉(zhuǎn)子兩端的圓柱滾子軸承使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)徑向定位，并承受壓縮機(jī)中的徑向力。在壓縮機(jī)機(jī)體的兩端，分別開設(shè)一定形狀和大小的孔口。一個(gè)供吸氣用，稱為進(jìn)氣口；另一個(gè)供排氣用，稱作排氣口。 螺桿壓縮機(jī)的工作原理 螺桿壓縮機(jī)的工作循環(huán)過程可分為進(jìn)氣，壓縮和排氣三個(gè)過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對(duì)相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。 (1)進(jìn)氣過程：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ,陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進(jìn)氣端壁開口時(shí)其 空間最大，此時(shí)轉(zhuǎn)子齒溝空間與進(jìn)氣口的相通，因在排氣時(shí)齒溝的氣體被完全排出，排氣完成時(shí)，齒溝處于真空狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)至進(jìn)氣口時(shí)，外界氣體即被吸入，沿軸向進(jìn)入陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。當(dāng)氣體充滿了整個(gè)齒溝時(shí)，轉(zhuǎn)子進(jìn)氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離機(jī)殼進(jìn)氣口，在齒溝的氣體即被封閉。 (2)壓縮過程：陰陽轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時(shí)，其陰陽轉(zhuǎn)子齒尖會(huì)與機(jī)殼封閉，此時(shí)氣體在齒溝內(nèi)不再外流。其嚙合面逐漸向排氣端移動(dòng)。嚙合面與排氣口之間的齒溝空間漸漸減小，齒溝內(nèi)的氣體被壓縮，壓力提高。 (3)排氣過程：當(dāng)轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機(jī)殼排氣口相通時(shí)，被 壓縮的氣體開始排出，直至齒尖與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時(shí)陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼排氣口的齒溝空間為 0，即完成排氣過程，于此同時(shí)轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼進(jìn)氣口之間的齒溝長度又達(dá)到最長，進(jìn)氣過程又再進(jìn)行。 從上述工作原理可以看出，螺桿壓縮機(jī)是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式氣體壓縮機(jī)械。氣體的壓縮依靠容積的變化來實(shí)現(xiàn)，而容積的變化又是借助壓縮機(jī)的一對(duì)轉(zhuǎn)子在機(jī)殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來達(dá)到。 螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn) 就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)相同，都屬容積式壓縮機(jī)。就主要部件的運(yùn)動(dòng)形式而言，又與離心壓縮 機(jī)相似。所以，螺桿壓縮機(jī)同時(shí)具有上述兩類壓縮機(jī)的特點(diǎn)。 (1)螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 1)可靠性高：螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒有易損件，因而它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達(dá) 4～ 8萬小時(shí)。 2)操作維護(hù)方便：操作人員不必經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。 3)動(dòng)力平衡性好：螺桿壓縮機(jī)沒有不平衡慣性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，可實(shí) 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 5 現(xiàn)無基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)。 4)適應(yīng)性強(qiáng)：螺桿壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣范圍內(nèi)能保證較高的效率。 5)多相混輸：螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面實(shí)際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體，含粉塵氣體，易聚合氣體等。 (2)螺桿壓縮機(jī)的缺點(diǎn) 1)造價(jià)高：螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具，在價(jià)格昂貴的專用設(shè)備上進(jìn)行加工。另外，對(duì)螺桿壓縮機(jī)氣缸的加工精度也有較高的要求。 2)不適合高壓場(chǎng)合：由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機(jī)只能適用于中，低壓范圍，排氣壓力一般不能超過 。 3)不能制成微型：螺桿壓縮機(jī)依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于，螺桿壓縮機(jī)才具有優(yōu)越的性能。 活塞式空壓機(jī) 活塞式空壓機(jī)主要由三部分組成：運(yùn) 動(dòng)機(jī)（曲軸、軸承、連桿、十字頭、皮帶輪或聯(lián)軸器等）、工作機(jī)構(gòu)（氣缸、活塞、氣閥等）與機(jī)身。此外還有 3個(gè)輔助系統(tǒng)，即潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)?；钊娇諌簷C(jī)是一種最常見的容積式壓縮機(jī)。它由曲柄連桿機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。活塞與氣缸共同組成壓縮機(jī)工作腔，依靠活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并借助進(jìn)、排氣閥的自動(dòng)開閉，使氣體周期性的進(jìn)入工作腔，進(jìn)行壓縮和排出?；钊跉飧變?nèi)一次往復(fù)的全過程分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過程，合稱一個(gè)工作過程，如圖 22所示。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 6 圖 22 單級(jí)活塞式空壓機(jī)原理簡(jiǎn)圖 一個(gè)工作循環(huán)周期如下： (1)吸氣過程。當(dāng)活塞 2 向右邊移動(dòng)時(shí)，汽缸左邊的容積增大，壓力下降 ,當(dāng)壓力降到稍低于進(jìn)氣管中空氣壓力時(shí)，管內(nèi)空氣便頂開進(jìn)氣閥 3進(jìn)入氣缸，并隨著活塞的向右移動(dòng)繼續(xù)進(jìn)入氣缸，直到活塞移至右邊的末端為止。 (2)壓縮過程。當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，氣缸左邊容積開始縮小，空氣被壓縮，壓力隨之上升。由于進(jìn)氣閥的止氣作用，缸內(nèi)空氣不能倒流回進(jìn)氣管中。同時(shí)，因排氣管內(nèi)的空氣壓力又高于氣缸內(nèi)空氣壓力，空氣無法從排氣閥 4 流出缸外，排氣管中的空氣也因排氣閥的止逆作 用而不能流回缸內(nèi)，所以這時(shí)氣缸形成一個(gè)密閉的容積。當(dāng)活塞繼續(xù)向左移動(dòng)，氣缸容積縮小，空氣體積也隨之縮小，壓力不斷提高。 (3)排氣過程。隨著活塞不斷左移壓縮缸內(nèi)空氣，使壓力繼續(xù)升高。當(dāng)壓力稍高于排氣管中的壓力時(shí)，缸內(nèi)空氣便頂開排氣閥排入排氣管中，并繼續(xù)排出到活塞移至左邊的末端為止。然后，活塞又向右移動(dòng)，重復(fù)上述吸氣、壓縮和排氣工作過程。 活塞式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是曲軸連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)有：流量較小，氣流速度低，損失小，效率高 。 壓力范圍廣，適用于從低壓到超高壓；適應(yīng)性強(qiáng)，排氣壓力變動(dòng)較大時(shí)，排氣量不變；機(jī) 組零件多用普通金屬材料，制造精度要求不太高；外形尺寸及重量較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損失件多。 活塞式空壓機(jī)與螺桿式空壓機(jī)的比較： 1 2 3 4 5 1 3 3 4 4 5 a．單作用式 b．雙 作用式 1—汽缸 2—活塞 3—進(jìn)氣閥 4—排氣閥 5—活塞桿 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 7 (1)零部件的數(shù)量多，零部件的損壞的機(jī)率大，產(chǎn)品的可靠性低。這樣必然增加用戶的維修費(fèi)用。 (2) 曲軸連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，由于其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特性，限制了其轉(zhuǎn)速的提高，致使機(jī)器笨重，同時(shí)，該運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的慣性力能以平衡，剩余的慣性力，會(huì)使機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲以及零部件的不正常的損壞。所以活塞式振動(dòng)大，機(jī)械性噪音大、可靠性低。 鑒于以上原因，本系統(tǒng)選用螺桿式空壓機(jī)。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 8 第三章 可編程控制器（ plc）控制系統(tǒng) PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 (1)PLC 概念 PLC 是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置。 (2)PLC 發(fā)展必然性 傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)（硬件布線） 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而長期廣泛應(yīng)用。 缺點(diǎn)：采用固定的接線方式。一旦