【正文】 一個(gè)多世紀(jì)的歷史了。同時(shí)，為了保護(hù)環(huán)境，還要求空氣壓縮機(jī)對(duì)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(jì)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(jì)方案；對(duì)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(hào)圖紙繪出詳細(xì)的主回路電路圖和控制電路圖；對(duì)主電路電氣裝置及電器元件的選型要有簡(jiǎn)單的計(jì)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(jì)說明書；翻譯一篇與自己所學(xué)專業(yè)或設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)。為滿足所設(shè)計(jì)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(jì)硬件電路盡量簡(jiǎn)化，提高可靠性。基于工業(yè)控制大功率場(chǎng)合方面的考慮，我們排除了方案一，因?yàn)閱纹瑱C(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(jià)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(hào)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(jì)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(jì)管網(wǎng)壓力控制系統(tǒng)。另外，采用該設(shè)計(jì)思想后，空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了起動(dòng)時(shí)的大電流和起動(dòng)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(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式：⑴. 手動(dòng)運(yùn)行　　按下按鈕啟動(dòng)或停止電機(jī)，可根據(jù)需要分別控制變頻和工頻的運(yùn)行。 當(dāng)出現(xiàn)變頻器故障、壓縮機(jī)故障時(shí)，系統(tǒng)皆能發(fā)出報(bào)警信號(hào)；特別是當(dāng)出現(xiàn)變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)停止變頻運(yùn)行發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并轉(zhuǎn)至2電機(jī)工頻運(yùn)行。（2）確定可編程控制器的輸入和輸出點(diǎn)。（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(gè)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(chǔ)器標(biāo)志位來使用。（4）執(zhí)行CPU的自診斷測(cè)試在掃描周期中，CPU檢查其硬件，以及用戶存儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)應(yīng)著PLC每個(gè)實(shí)際輸入端的通/斷狀態(tài)。（8）立即I/O立即I/O指令允許對(duì)實(shí)際輸入輸出點(diǎn)直接存取。I/O點(diǎn)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(jì)原則任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)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(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料。4．適應(yīng)發(fā)展在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)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(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)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(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)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(duì)過程信號(hào)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(chǔ)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(chǔ)器模塊的卡槽中?！?】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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊功能。本設(shè)計(jì)選擇FRA54022KCH 額定電流 43A 適配電動(dòng)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(shí)，可通過設(shè)定“操作模式選擇”=3或0來實(shí)現(xiàn)。起動(dòng)頻率是指電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)時(shí)的頻率，常用來表示。（2）加速方式和加速時(shí)間變頻起動(dòng)是通過控制定子電壓和定子頻率來獲得所需的起動(dòng)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(xiàng)功能的。I參數(shù)為積分時(shí)間常數(shù)，該時(shí)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(dòng)再起動(dòng)控制和瞬間停電再起動(dòng)控制當(dāng)由工頻切換到變頻器運(yùn)行或者瞬時(shí)掉電再恢復(fù)供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以保持自由運(yùn)行狀態(tài)（滑動(dòng)）一小段時(shí)間，然后變頻器再起動(dòng)。設(shè)定范圍為0～60S，出廠設(shè)定為1S。（2）用KM1控制變頻運(yùn)行，K3控制工頻運(yùn)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(yùn)行下失效，因此，必須首先對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行預(yù)置，“2”，使變頻器進(jìn)入“外部運(yùn)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(dòng)，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。3）工作人員應(yīng)立即按下切除報(bào)警按鈕SB3，停止報(bào)警，然后對(duì)變頻器進(jìn)行檢查。根據(jù)對(duì)國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際測(cè)量，某些籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流甚至可達(dá)812倍。同時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組在電動(dòng)力的作用下，會(huì)發(fā)生變形，可能引起短路，進(jìn)而燒毀電動(dòng)機(jī)。 　　　　　　（）如果不能滿足式()的要求，則必須采用減壓起動(dòng)的方法，通過減壓，把起動(dòng)電流限制到允許的數(shù)值.傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的共同特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩固定不可調(diào)，起動(dòng)過程存在較大的沖擊電流，使被拖動(dòng)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(shí)間(=0)均為電壓過零時(shí)刻。 　電阻負(fù)載原理圖圖 中 在控制角為時(shí)，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　　　　　　　　。ǎ┯缮鲜龈魇娇梢钥闯?，“的移相范圍為時(shí)，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(shí)，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(shí)，電流導(dǎo)通的時(shí)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(duì)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(duì)于異步電動(dòng)機(jī)而言，功率因數(shù)角是個(gè)變量，并且是電機(jī)轉(zhuǎn)速n的函數(shù)。(2)電壓斜坡起動(dòng)(3)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)(4)轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)(5)電壓控制起動(dòng)4．停車功能軟起動(dòng)器的停車和起動(dòng)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(duì)象輸出控制信號(hào)，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(gè)。其四是對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。【2】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(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?！?】I/O點(diǎn)數(shù)輸入點(diǎn)數(shù)輸入端子號(hào)地址號(hào)信號(hào)名稱說明1總起動(dòng)按鈕SB02變頻器上電按鈕SB13變頻器起動(dòng)按鈕SB24變頻器故障KA05變頻器報(bào)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(bào)警切除按鈕SB69總停止按鈕SB710手動(dòng)軟起動(dòng)按鈕SB811手動(dòng)工頻停止按鈕SB9輸出點(diǎn)數(shù)輸出端子號(hào)地址號(hào)信號(hào)名稱說明1總起動(dòng)繼電器K02變頻器上電繼電器KM13變頻器起動(dòng)繼電器K24變頻器故障運(yùn)行切換至工頻運(yùn)行繼電器K35切除變頻器報(bào)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(dòng)軟起動(dòng)繼電器K79工頻停止繼電器K810變頻器報(bào)警輸出HL111壓縮機(jī)報(bào)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(jì)算機(jī)的通信西門子S7200PLC是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的小型PLC。S7200PLC與個(gè)人計(jì)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(duì)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(shí)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(shí)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(hào)的輸入 變頻器的輸入信號(hào)中包括對(duì)運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、微動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作的開關(guān)型指令信號(hào)，變頻器通常利用繼電器接點(diǎn)或具有繼電器接點(diǎn)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(yùn)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(yùn)行過程中會(huì)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(shí)還必須注意以下幾點(diǎn)：1）對(duì)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(shí)盡可能使二者分開。它應(yīng)用廣泛，影響面寬，不僅可以測(cè)量力和壓力，也可用于測(cè)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(diǎn)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(cè)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(dòng)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(chǎng)合選用電磁式接觸器；易爆易燃場(chǎng)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?jí)來決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(shí)型當(dāng)接受輸入信號(hào)后延遲一段時(shí)間，輸出信號(hào)才發(fā)生變化；當(dāng)輸入信號(hào)消失后，輸出瞬時(shí)還原。原則上熱繼電器的額定電流應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的額定電流來選擇。因?yàn)闊崂^電器的操作頻率是有限的，當(dāng)操作頻率較高時(shí)，熱繼電器的動(dòng)作特性會(huì)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(jì) 程序設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)軟件在S7200PLC上設(shè)計(jì)，由PLC控制的主程序包括初始化,故障報(bào)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(shí),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(shí),f [e(n)]減小。工作人員應(yīng)立即按下切除報(bào)警按鈕，停止報(bào)警，然后對(duì)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(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，PLC就可以對(duì)壓力信號(hào)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(duì)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(guó)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(jì)算機(jī)測(cè)量與控制（期刊）；王樹.　變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)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(cè)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(shí)用技術(shù)經(jīng)驗(yàn)；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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