【正文】 焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計題 目： PLC 在制氮機(jī)上的應(yīng)用 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 11 機(jī)械制造與自動化（3）班 學(xué) 號： 110108309 姓 名： 王文江 指導(dǎo)教師： 宋芳 完成日期： 2022 年 月焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計IPLC在制氮機(jī)上的應(yīng)用摘 要在現(xiàn)代生產(chǎn)力不斷提高的情況下，建設(shè)無人值守的空壓站，是一個社會發(fā)展過程中的必然選擇。本文主要論述了一種PLC在制氮機(jī)上的應(yīng)用，采用PLC對空壓機(jī)進(jìn)行自動控制改造，實現(xiàn)空氣的分離控制和生產(chǎn)設(shè)備的集中控制。在改造原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將制氮機(jī)電機(jī)的直接啟動控制方式改為變頻控制，減小對系統(tǒng)電網(wǎng)的沖擊和節(jié)約能源，同時制定了具體實施的控制方式、設(shè)備啟停步驟、軟件功能、功能擴(kuò)充、報警系統(tǒng)。并利用相應(yīng)的控制算法，實現(xiàn)供氣的恒定，提高供氣質(zhì)量和效率，保證各項工作的安全生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：PLC，制氮機(jī)，自動控制焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計ii目 錄 第一章 緒論 .........................................................1第二章 制氮機(jī)流量值的計算 ...........................................1第三章 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理 ...........................................8167。31 設(shè)計方案的確定 ..............................................8167。32 系統(tǒng)構(gòu)成 ....................................................9167。33 工作原理 ....................................................9167。34 控制過程 ...................................................11341 恒壓控制 .................................................11342 節(jié)能控制 ..................................................12第四章 硬件電路設(shè)計 ................................................12167。41 PLC 可編程控制器部分 .......................................13411 PL C 概述 .................................................13412 PLC 選型和性能指標(biāo) ........................................15413 PLC 內(nèi)部分配 ..............................................15414 輸入輸出外部接線 ..........................................15167。42 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 ...............................................17167。43 傳感器部分 .................................................19167。44 變頻器部分 .................................................20167。45 監(jiān)控對象空壓機(jī) .............................................21167。46 系統(tǒng)的保護(hù)及故障警報的發(fā)出 .................................22第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ..............................................22167。51 系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計 .........................................22167。52 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實現(xiàn) .................................24521 系統(tǒng)的初始化程序 ..........................................24522 系統(tǒng)的主控制程序 ..........................................24523 系統(tǒng)的中斷程序 ............................................25第六章 結(jié)束語 ......................................................25致謝 ...............................................................25焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計iii參考文獻(xiàn) ...........................................................26附錄 ...............................................................27焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計iv第一章 緒論在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中，空壓機(jī)在冶金機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的空壓機(jī)供氣控制方式大都是采用加、卸載控制方式。該控制方式雖然原理簡單、操作簡便，但是存在能耗大、進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等諸多問題。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的高度發(fā)展和應(yīng)用，使變頻器的節(jié)能效果更為顯著，它不但能實現(xiàn)無級調(diào)速，而且在負(fù)載不同時，始終高效運(yùn)行，有良好的動態(tài)特性，能實現(xiàn)高性能、高可靠性、高精度的自動控制相對于其它調(diào)速方式(如:降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、交流串級調(diào)速等)具有更大的優(yōu)勢，變頻調(diào)速性能穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、效率高。為此本文采用 PID 技術(shù)和變頻器實現(xiàn)對螺桿式空氣壓縮機(jī)的節(jié)能改造。整個工作系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性都有了很大提高，節(jié)能效果顯著，實用性好。第二章制氮機(jī)流量值的計算 毛細(xì)管作為一種重要節(jié)流元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、無運(yùn)動部件、制造方便、工作穩(wěn)定可靠和不易發(fā)生故障等優(yōu)點，其壓力平衡特性有利于降低壓縮機(jī)的起動力矩，因此已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用設(shè)備包括電冰箱、冰柜、空調(diào)器和減濕器等小型制冷裝置中，它對制冷系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行起著重要作用。在現(xiàn)有的制冷系統(tǒng)中，絕熱毛細(xì)管應(yīng)用最多。而 HFC 一 134a(R134a，CH，F(xiàn)CF3，1，3一四氟乙烷)作為 R12(CFC12，CF2CI ，二氟二氯甲烷)的替代制冷工質(zhì)而提出，已被證明是比較環(huán)保的綠色制冷劑，特別適用于家用冰箱、窗式空調(diào)、汽車空調(diào)以及小型空冷制冷機(jī)組和離心式冷水機(jī)組。本文針對以制冷劑 HFC 一 134a 為工質(zhì)的制冷系統(tǒng)，選擇一組基于 MH 狀態(tài)方程(即馬丁一候方程)的熱力學(xué)性質(zhì)參數(shù)方程，對絕熱毛細(xì)管流量進(jìn)行數(shù)值模擬計算。1 毛細(xì)管穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型為建立絕熱毛細(xì)管穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，主要采用如下假設(shè)? ：(1)由于毛細(xì)管的管徑很小，可忽略徑向的參數(shù)變化，流動為一維絕熱流動；(2)液相和氣相的流速較為接近，氣相和液相間無滑移，按均相流處理；焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計v (3)兩相介質(zhì)達(dá)到熱力學(xué)平衡；(4)重力影響較小，可忽略不計；(5)管路截面積保持不變；(6)忽視亞穩(wěn)態(tài)流動。1．1 基本模型 ’兒質(zhì)量方程：m ： ：const．能量方程：h+ ：c0list．動量方程：一 dp：m2d + 1m dl(1)(2)(3) 式中：m 為質(zhì)量流速，kg／(m2s)；G 為質(zhì)量流量，kg／s；F 為截面積，m ； h 為比焓， J／kg； 為比容，／n ／kg；P 為壓力，Pa；f 為沿程摩擦阻力系數(shù)(以下簡稱摩阻系數(shù))；D 為內(nèi)徑，m；￡為長度，in。1．2 模型的離散方程的離散采用有限差分方法，將制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)的流動沿管長劃分若干微元，則對其中的某一微元有：ml= m2 (4)hl+ 百 1m2I2：h2+ 百 1m22 (5)p—p =m2( 一 。)+ ! ； △￡ (6)式中：下標(biāo) l、m 分別表示微元的進(jìn)口參數(shù)、出口參數(shù)、平均參數(shù)；△￡為微元段長度。1．2．1 過冷單相區(qū)過冷液體可視作不可壓縮，比容、焓、過冷區(qū)溫度和摩阻系數(shù)均不變。由式(6)可得過冷段長度為：L ： —2D ApscL39。SC 一 2 一 (、7，)，I|L J SC／3SC 式中：Ap 為過冷區(qū)的壓強(qiáng)差。1．2．2 氣液兩相區(qū)由式(6)可得兩相區(qū)某一微元段長度為：AL ： — [p。一 P2 一 mz(／32 一 。)] (8)HI J mUm對于兩相區(qū)所有微元段的計算長度求和，可以得到整個兩相區(qū)的計算長度： 、L ： ZAL， (i) (9)對于氣液兩相區(qū)，比焓 h 和比容 的計算為：h =xh +(1 一 )hs (1O)= +(1 一 ) (11)焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計vi式中： 為干度；下標(biāo) g、f、StY、tp 分別表示氣相、液相、過冷區(qū)、兩相區(qū)。式中：n：告 m ( 2 一 ) ；b： m ( g2 一 vp)+h 一， ；C ： 寺 m ( 一 I )，+ ^，2 一 httI。1．3 沿程摩阻系數(shù)與粘度計算關(guān)于毛細(xì)管內(nèi)摩阻系數(shù)的計算，采用 Churchill 關(guān)聯(lián)式，因為該關(guān)聯(lián)式可覆蓋整個雷諾數(shù) e 區(qū)域，并考慮了毛細(xì)管內(nèi)粗糙度的影響。f：8[(8~Re) +1／(A+曰) ] (13)式中：A ： {2．457ln 瓦B ： (37530／Re) ；Re ： mD／F。式中：￡為粗糙度； 為動力粘度；在 e／D 無法確定時，可考慮取 3．27。對于氣液兩相區(qū)，動力粘度 的計算常用 Cicchitti 經(jīng)驗公式：： xp +(1 一 ),ul (14)其中對于 HFC．134a 的氣體液體粘度，采用新的基團(tuán)貢獻(xiàn)法計算 ：：c exp[m ( )] (15)us：cl expI bo(Tr)+ [ ( )]” } (16)式中：0(rr)：In +0．5(1 一 l／ ) (1．1／ —ln rr)[1—0．1(1 一 l／ ) ]式中：c ，m ， 為物質(zhì)常數(shù)，與溫度無關(guān)。c ： 14．27 10 一 Pas；m ： 0．902；cl 41．06 10 一 Pas：m，= 一 1．962；b ： 一 1．8。1．4 壅塞流在正常運(yùn)行工況下，制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)的流動處于壅塞狀態(tài) 。為避免計算結(jié)果失真，在毛細(xì)管過程是典型的不可逆過程，必須滿足熵增，文獻(xiàn)中常使用的壅塞判據(jù)是熵增判據(jù)。本文采用熵增判據(jù)的一種等價形式，l 臨界長度判據(jù)：等≤0 (17)計算壅塞質(zhì)量流量168。 ：焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計vii Gch [+ r{ (1 8)式中：J — vf dsf dry計算出口壅塞壓力 ：P =m(p，t， ，盧) (19)式中：m 為質(zhì)量流速，kg／(m2s)；P，為參考狀態(tài)點壓力，Pa； 為參考狀態(tài)點比容，m3／kg；p 為經(jīng)驗常數(shù)，表征兩相區(qū)壓力與比容的相對變化率，p=2．62 105／p。此式參考狀態(tài)點為等焓節(jié)流過程線與飽和液體線的交點。當(dāng)毛細(xì)管進(jìn)口狀態(tài)為過冷液體時，參考狀態(tài)點就是兩相區(qū)的進(jìn) IZl 狀態(tài)，P，是對應(yīng)進(jìn) IZl 溫度的飽和液體壓力。 2 熱力性質(zhì)參數(shù)方程制冷工質(zhì)的熱力性質(zhì)計算式由狀態(tài)方程、飽和氣體壓力方程、飽和液體密度方程、理想氣體比熱容方程和比焓方程組成。2．1 狀態(tài)方程式中：溫度函數(shù) (T)=A +C e— ；為比容，m3／kg；p 為狀態(tài)點壓力，kPa；R =O．0815kJ／(kgK)；A2 = 一 8．909485E 一 02，A． = 1．778071E 一 05，B2 = 4．408654E 一 05，B． = 一 4．016976E 一 08，C2 =一 2．0／4834E +00，C． =一 2．977911E 一 04，A3= 一 1．016882E 一