【正文】 一個多世紀(jì)的歷史了。同時，為了保護(hù)環(huán)境，還要求空氣壓縮機(jī)對環(huán)境的影響最小，并能最大程度地符合各種環(huán)境條件等。 畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)熟悉題目要求，通過查閱相關(guān)科技文獻(xiàn),初步擬定設(shè)計方案；對所選方案論證與確定、并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析；用1號圖紙繪出詳細(xì)的主回路電路圖和控制電路圖；對主電路電氣裝置及電器元件的選型要有簡單的計算書；要有詳細(xì)的硬件清單；編寫控制軟件（軟件清單和框圖）；詳細(xì)的設(shè)計說明書；翻譯一篇與自己所學(xué)專業(yè)或設(shè)計有關(guān)的英文資料（英譯漢）。 方案的比較在管網(wǎng)壓力的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，控制部分可通過很多方案來實現(xiàn)。為滿足所設(shè)計裝置的高穩(wěn)定性和強(qiáng)抗干擾性要求，其中單片機(jī)最好選用多功能集成芯片，以使設(shè)計硬件電路盡量簡化，提高可靠性。基于工業(yè)控制大功率場合方面的考慮，我們排除了方案一，因為單片機(jī)更適合于家用電器﹑智能儀表等的控制。因此S7200系列具有極高的性能價格比。這里選用普通型壓力變送器CYB—20S型壓力傳感器，其輸出信號為0~5V/ 4~20 mA/1~5V。變頻器我們選用三菱變頻器FRA54022KCH． 方案的確定 設(shè)計思想通過上述方案比較和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，最后選定PLC來設(shè)計管網(wǎng)壓力控制系統(tǒng)。另外，采用該設(shè)計思想后，空氣壓縮機(jī)電動機(jī)從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實現(xiàn)軟啟動，避免了起動時的大電流和起動給空氣壓縮機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。 工作原理該系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式：⑴. 手動運行　　按下按鈕啟動或停止電機(jī)，可根據(jù)需要分別控制變頻和工頻的運行。 當(dāng)出現(xiàn)變頻器故障、壓縮機(jī)故障時，系統(tǒng)皆能發(fā)出報警信號；特別是當(dāng)出現(xiàn)變頻器故障時，系統(tǒng)還會自動停止變頻運行發(fā)出報警信號，并轉(zhuǎn)至2電機(jī)工頻運行。（2）確定可編程控制器的輸入和輸出點。（5）畫出可編程控制器的外部硬件接線圖。所謂掃描工作方式，即CPU從程序段的第一句順序讀取順序執(zhí)行，直至最后一句。然而，CPU允許連接幾個擴(kuò)展模塊，當(dāng)未使用這種I/O擴(kuò)展功能（即未安裝擴(kuò)展模塊），可以用這些未使用的擴(kuò)展輸入位3作為附加的內(nèi)部存儲器標(biāo)志位來使用。（4）執(zhí)行CPU的自診斷測試在掃描周期中，CPU檢查其硬件，以及用戶存儲器（僅在RUN模式下），它也檢查所有I/O模塊的狀態(tài)。但是可以像使用內(nèi)部存儲器標(biāo)志位那樣來使用輸出映像寄存器中沒有使用的位。每位映像寄存器也對應(yīng)著PLC每個實際輸入端的通/斷狀態(tài)。（8）立即I/O立即I/O指令允許對實際輸入輸出點直接存取。I/O點數(shù)越多，外部可接入的器件和輸出的器件就越多，控制規(guī)模就越大。編程指令種類及條數(shù)越多，其功能就越強(qiáng)，即處理能力和控制能力也就越強(qiáng)。 可編程控制器的設(shè)計原則任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的要求，以及提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料。4．適應(yīng)發(fā)展在控制系統(tǒng)的設(shè)計時要考慮到今后的發(fā)展、完善。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。可用作負(fù)載電源。 *中斷輸入 允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。 CPU 222/224/226 可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。 EEPROM存儲器模塊（選件） 可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。【2】變頻器的類別1．按變換環(huán)節(jié)分（1）交—交變頻器 把頻率固定的交流電源直接變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。目前迅速普及應(yīng)用的主要是這一種。目前普遍應(yīng)用的是占空比按正選弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）方式。在無速度傳感器的開環(huán)控制下，調(diào)速范圍為1：120；采用速度傳感器的閉環(huán)控制下，調(diào)速范圍為1：1000。4) 符合國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線通訊功能。本設(shè)計選擇FRA54022KCH 額定電流 43A 適配電動機(jī)22KW2．變頻器的工作模式三菱變頻器的操作模式有“PU操作模式”、“外部操作模式”、“組合操作模式”和“內(nèi)部通訊模式”。采用外部操作模式時，可通過設(shè)定“操作模式選擇”=3或0來實現(xiàn)。起動頻率是指電動機(jī)開始起動時的頻率，常用來表示。（2）加速方式和加速時間變頻起動是通過控制定子電壓和定子頻率來獲得所需的起動性能。（3）PID控制大部分的通用變頻器都自帶有PID調(diào)節(jié)功能，有的變頻器是需要附加選件才能具有該項功能的。I參數(shù)為積分時間常數(shù)，該時間越小，到達(dá)給定值就越快，但也越容易引起振蕩，積分作用一般使輸出響應(yīng)滯后。（4）自動再起動控制和瞬間停電再起動控制當(dāng)由工頻切換到變頻器運行或者瞬時掉電再恢復(fù)供電時，電動機(jī)可以保持自由運行狀態(tài)（滑動）一小段時間，然后變頻器再起動。設(shè)定范圍為0～60S，出廠設(shè)定為1S。（2）用KM1控制變頻運行，K3控制工頻運行．2．功能設(shè)置（1）預(yù)置操作模式 由于變頻器的切換功能只能在外部運行下失效，因此，必須首先對運行模式進(jìn)行預(yù)置，“2”，使變頻器進(jìn)入“外部運行模式”。（4）調(diào)整部分輸出端的功能（多功能端子）1）“17” 。2）將開關(guān)SB2閉和，變頻器即開始起動，進(jìn)入運行狀態(tài)。3）工作人員應(yīng)立即按下切除報警按鈕SB3，停止報警，然后對變頻器進(jìn)行檢查。根據(jù)對國產(chǎn)電動機(jī)實際測量，某些籠型異步電動機(jī)起動電流甚至可達(dá)812倍。同時電動機(jī)繞組在電動力的作用下，會發(fā)生變形，可能引起短路，進(jìn)而燒毀電動機(jī)。 　　　　　?。ǎ┤绻荒軡M足式()的要求，則必須采用減壓起動的方法，通過減壓，把起動電流限制到允許的數(shù)值.傳統(tǒng)異步電動機(jī)啟動方式的共同特點是電路簡單，但起動轉(zhuǎn)矩固定不可調(diào)，起動過程存在較大的沖擊電流，使被拖動負(fù)載受到較大的機(jī)械沖擊。晶閘管的控制方式有兩種:一是相位控制，即通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)壓。其中一相是正向晶閘管導(dǎo)通，另一相則是反向晶閘管導(dǎo)通。因此下面就分別予以討論。正負(fù)半周起始時間(=0)均為電壓過零時刻。 　電阻負(fù)載原理圖圖 中 在控制角為時，負(fù)載電壓有效值、負(fù)載電流有效值、晶閘管電流有效值和電路的功率因數(shù)分別為: 　（）()　　　?。ǎ　　　　　　　　。ǎ┯缮鲜龈魇娇梢钥闯觯暗囊葡喾秶鸀闀r，相當(dāng)于晶閘管一直導(dǎo)通，輸出電壓為最大值。用晶閘管進(jìn)行控制時，很顯然只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更加滯后，而無法使其超前。當(dāng)時，電流導(dǎo)通的時間將始終保持在。電機(jī)獲得的電壓是非正弦的，但是每相電壓的正負(fù)半周是對稱的。由式()可以得知，導(dǎo)通角與觸發(fā)角、功率因數(shù)角都有關(guān)。但是對于異步電動機(jī)而言，功率因數(shù)角是個變量，并且是電機(jī)轉(zhuǎn)速n的函數(shù)。(2)電壓斜坡起動(3)轉(zhuǎn)矩控制起動(4)轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(5)電壓控制起動4．停車功能軟起動器的停車和起動一樣可以通過控制可控硅導(dǎo)通角，使電機(jī)定子兩端電壓以不同的策略減少，達(dá)到不同的停車特性。開環(huán)控制是根據(jù)控制的設(shè)定值直接向控制對象輸出控制信號，這種控制容易手外界干擾而偏離控制目標(biāo)。解決干擾的辦法有4個。其四是對信號進(jìn)行濾波?！?】模擬量輸出部分硬件選擇模擬量輸出部分由硅調(diào)節(jié)器和交流負(fù)載構(gòu)成?？蛇B接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O 點13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。【1】I/O點數(shù)輸入點數(shù)輸入端子號地址號信號名稱說明1總起動按鈕SB02變頻器上電按鈕SB13變頻器起動按鈕SB24變頻器故障KA05變頻器報警切除按鈕SB36變頻器復(fù)位按鈕SB47壓縮機(jī)故障按鈕SB58壓縮機(jī)報警切除按鈕SB69總停止按鈕SB710手動軟起動按鈕SB811手動工頻停止按鈕SB9輸出點數(shù)輸出端子號地址號信號名稱說明1總起動繼電器K02變頻器上電繼電器KM13變頻器起動繼電器K24變頻器故障運行切換至工頻運行繼電器K35切除變頻器報警繼電器K46變頻器復(fù)位繼電器K57壓縮機(jī)故障繼電器K68手動軟起動繼電器K79工頻停止繼電器K810變頻器報警輸出HL111壓縮機(jī)報警輸出HL212繼電器K913繼電器K1014繼電器K1115繼電器K12【2】硬件圖 S7200PLC與計算機(jī)的通信西門子S7200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的小型PLC。S7200PLC與個人計算機(jī)的互聯(lián)通信，是S7200PLC應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵。PPI等通訊協(xié)議主要用于西門子系列產(chǎn)品之間的通訊以及對PLC編程。 　　S7200CPU上的通信口是與RS485兼容的9針D型連接器，PLC還提供了實現(xiàn) RS485與 PC機(jī)上RS232C相連接的PC\PPI電纜，利用它可以方便地實現(xiàn)S7200系列PLC與PC之間的硬件連接。（1）開關(guān)型（數(shù)字）指令信號的輸入 變頻器的輸入信號中包括對運行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、微動等運行狀態(tài)進(jìn)行操作的開關(guān)型指令信號，變頻器通常利用繼電器接點或具有繼電器接點開關(guān)特性的元器件（如晶體管）與上位機(jī)PLC進(jìn)行連接，獲取運行狀態(tài)指令。數(shù)字輸入可由變頻器面板上的操作鍵盤或串行通信接口來設(shè)定。通常變頻器在運行過程中會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，為了保證PLC不因變頻器主電路工作產(chǎn)生的噪聲而出現(xiàn)故障，在將變頻器和PLC等上位機(jī)配合使用時還必須注意以下幾點：1）對PLC本體按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和接地條件進(jìn)行接地，應(yīng)避免和變頻器使用共同的接地線，并在接地時盡可能使二者分開。它應(yīng)用廣泛，影響面寬，不僅可以測量力和壓力，也可用于測量負(fù)荷，加速度，扭矩，位移，流量等其它物理量，它們都與機(jī)械應(yīng)力有關(guān)，所以把這類傳感器稱為力學(xué)量傳感器。近幾年又發(fā)展了聲表面波壓力傳感器，磁極伸縮性壓力傳感器，點位式壓力傳感器等電氣傳感器?！?】 技術(shù)指標(biāo) 指標(biāo)名稱性能指標(biāo)被測介質(zhì)氣體,液體及蒸汽壓力類型表壓 /絕壓 /負(fù)壓量 程～0200 Mpa可選供電電源12～36V DC（標(biāo)準(zhǔn)24V DC）/177。%FS溫漂影響177。自動空氣開關(guān)與接觸器不同的是允許切斷短路電流，但允許操作次數(shù)較低。接觸器極數(shù)和電流種類的確定。一般場合選用電磁式接觸器；易爆易燃場合應(yīng)選用防爆型及真空接觸器。根據(jù)接觸器主觸頭接通與分?jǐn)嘀麟娐冯妷旱燃墎頉Q定接觸器的額定電壓。１）使用類別的選用　繼電器的典型用途是控制接觸器的線圈，即控制交﹑直流電磁鐵．按規(guī)定，繼電器使用類別有：DC11控制交流電磁鐵負(fù)載與DC11控制直流電磁鐵負(fù)載。4）電器返回系數(shù)的調(diào)節(jié)　應(yīng)根據(jù)控制要求來調(diào)節(jié)電壓和電流繼電器的返回系數(shù)。電磁式中間繼電器常用的有JZ7﹑JDZ2﹑JZ14等系列。通電延時型當(dāng)接受輸入信號后延遲一段時間，輸出信號才發(fā)生變化；當(dāng)輸入信號消失后，輸出瞬時還原。原則上熱繼電器的額定電流應(yīng)按電動機(jī)的額定電流來選擇。因為熱繼電器的操作頻率是有限的，當(dāng)操作頻率較高時，熱繼電器的動作特性會變差，甚至不能正常工作。熔斷器額定電壓的選擇　熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于所接電路的額定電壓。第五章 軟件設(shè)計 程序設(shè)計思想系統(tǒng)軟件在S7200PLC上設(shè)計，由PLC控制的主程序包括初始化,故障報警處理，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取，調(diào)用子程序及輸出D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果。偏差小時,積分作用應(yīng)加強(qiáng),否則不能滿足準(zhǔn)確性的要求。為此,設(shè)置系數(shù)f [e(n) ] , 它是偏差e(n) 的函數(shù),當(dāng)[e(n)]增大時,f [e(n)]減小。工作人員應(yīng)立即按下切除報警按鈕，停止報警，然后對變頻器進(jìn)行檢查。所以我認(rèn)為收獲是多方面的，而且許多是無形的，是從表面看不見的。本系統(tǒng)中可以把(0~200)Mpa范圍內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，PLC就可以對壓力信號進(jìn)行控制，主要是調(diào)用變速PID程序，使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速與廠用氣量的大小相對應(yīng)，從而降低了成本，節(jié)約了資源。參考文獻(xiàn)何希才.　傳感器及其應(yīng)用 國防工業(yè)出版社，2001； 丁斗章.　變頻器調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用　機(jī)械工業(yè)出版社； 計算機(jī)測量與控制（期刊）；王樹.　變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用；潘春月.　變速積分PID算法在空氣壓縮機(jī)壓力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 工業(yè)控制與應(yīng)用 2005年第24卷第7期；韓建海.　基于PIC單片機(jī)的小型空氣壓縮機(jī)控制裝置 工業(yè)儀表與自動化裝置 2004年第1期；蘇娟，葉佳卓，楊貴.　一種基于單片機(jī)的空氣壓縮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 測控技術(shù)與設(shè)備 VoL 29 No5 2003；楊博媚，周亦武.　空氣壓縮機(jī)智能控制器的研制 實用技術(shù)經(jīng)驗；溫照方.　SIMATIC S7200可編程序控制器教程　北京理工大學(xué)出版社Wegscheid EL. 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