【正文】 圖上看出；還可以根據(jù)示功圖的面積計(jì)算出壓縮機(jī)所消耗的指示功率。上述假設(shè)，實(shí)際上是不可能存在，但它對掌握壓縮機(jī)原理和其工作特點(diǎn)是十分重要的。此過程為壓縮過程，在示功圖中用曲線 BC 表示，稱為壓縮曲線，在壓縮過程中，隨著空氣壓力的不斷升高，其體積是逐漸縮小的。在排氣過程中，缸內(nèi)壓力一直保持不變，容積逐漸縮小。 三．壓縮氣體的三種過程 空氣在汽缸內(nèi)被壓縮時(shí)會產(chǎn)生大量的熱，這是因?yàn)榛钊麑λ髁斯Α? 空氣受壓縮時(shí)所產(chǎn)生的熱量，大部分將留在空氣中，使本身溫度升高，并增加了空氣的內(nèi)能（空氣分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子相互作用的位能的總和，它只與空氣的溫度有關(guān)）。 工作過程中所需的壓縮功以及溫度變化，均與空氣的受壓程度成正比，即取決于氣體狀態(tài)的改變過程。 P— V 圖上多變壓縮過程指數(shù) n 值一般取 ~；等溫壓縮 n=1；絕熱壓縮 n=k，空氣的絕熱指數(shù) k 值為 。其一個(gè)工作循環(huán)的總功等于理論壓縮功，由于 hkWmk gf . 6??? ，故： 12116 ppVpW ???等 （ kW .h） 壓縮終了溫度 T2=吸入溫度 式中 p p2—— 吸氣 、排氣壓力（絕對壓力 Pa） V1—— 壓縮開始時(shí)氣體體積（ m3） 等溫壓縮是實(shí)際生產(chǎn)中難以辦到的一種理想過程，但可用冷卻來盡量接近它。其一個(gè)工作循環(huán)的理論壓縮功為： )(112116 hkWppVpk kW kk?????????????????????????絕 壓縮終了溫度 )(11212 KPPTT kk?????????? 3．多變壓縮過程 它是不全等溫，也絕不全絕熱，即介于等溫和絕熱壓縮之間的過程，故稱多變壓縮過程。多變 壓縮則介于二者之間。在大、中型空壓機(jī)中，大多采用水冷卻的方式來冷卻汽缸和壓縮后的高溫空氣（通過中間冷卻器和后冷卻器）。 （ 2）國內(nèi)概況 中國空壓機(jī)廠幾十年都在生產(chǎn)同一種產(chǎn)品 ，導(dǎo)致了中國空壓機(jī)只是在低層次上的發(fā)展，而沒有取得根本技術(shù)上的突破。同時(shí)，對空壓機(jī)的可靠性與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì) 性也提出了更高的要求，就國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)水基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 平無論在品種上，還是在可靠性方面都難以滿足。 繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。隨著產(chǎn)品類型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的設(shè)備按新的工藝過程允許，而繼電接觸器控制系統(tǒng)采取規(guī)定接線方式，很難適應(yīng)這個(gè)要求。 1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車（ GM）公司，為適應(yīng)汽車型號不斷更新，提出把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性等優(yōu)點(diǎn)和繼電接觸器控器系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格底等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，做成一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把編程方法及程序輸入方法簡化，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握其使用技術(shù)。當(dāng)前PLC 已經(jīng)成為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心控制裝置。該系列使用了比 FXIS/IN系列性能更高的 CPU， CPU運(yùn)算速度與運(yùn)算性能得到了提高， I/O點(diǎn)增加了，擴(kuò)展功能模塊也更多，編程功能與通信功能更強(qiáng)。 FX2N系列也有擴(kuò)展 I/O模塊，最大 I/O點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到256點(diǎn)?？梢詫?shí)用的內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、技數(shù)器數(shù)據(jù)存儲器、用戶程序存儲器的容量等為 FXIN系列的 23倍?；締卧鶕?jù)電源可以分為 AC和 DC兩種；根據(jù)輸出可以分為繼電器、晶體管和雙向晶閘管 3種。 FX系列 PLC 型號的含義如下 ： 其中系列名稱：如 0、 0S、 1S、 ON、 1N、 2N、 2NC 等 單元類型： M──基本單元 E──輸入輸出混合擴(kuò)展單元 Ex──擴(kuò)展輸入模塊 EY──擴(kuò)展輸出模塊 輸出方式： R──繼電器輸出 S──晶閘管輸出 T──晶體管輸出 特殊品種： D── DC 電源， DC 輸出 A1── AC 電源， AC（ AC100~120V）輸入或 AC 輸出模塊 H──大電流輸出擴(kuò)展模塊 基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 V──立式端子排的擴(kuò)展模塊 C──接插口輸入輸出方式 F──輸入濾波時(shí)間常數(shù)為 1ms的擴(kuò)展模塊 如果特殊品種一項(xiàng)無符號，為 AC 電源、 DC 輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。 在執(zhí)行程序階段， CPU從第一條指令開始順序取指令并執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束。 CPU自診斷階段， CPU檢測主機(jī)硬件，同時(shí)也檢查所有的 輸入輸出模塊的狀態(tài)。 寫輸出階段， CPU用輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)集中對輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新，通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。 PROFIBUS 簡介 PROFIBUS（ Process Field Bus）， 1987 年德國工業(yè)界開始啟動(dòng)了 PROFIBUS聯(lián)合開發(fā)項(xiàng)目。 PROFIBUS 現(xiàn)場總線是一種國際化、開放式異步通訊標(biāo)準(zhǔn)，于 1996 年被批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)。它的缺陷是，若向網(wǎng)中增刪站點(diǎn)，就要重新初始化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并對各站重新排序?，F(xiàn)場控制涉及 PROFIBUS 協(xié)議 PROFIBUSDP 和 PROFIBUSPA 兩個(gè)部分。采用光纖時(shí)，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá) 100 公里以上，其中采用多膜光纖，兩點(diǎn)間最遠(yuǎn)距離可達(dá) 3 公里，采用單膜光纖時(shí)，兩點(diǎn)間最遠(yuǎn)距離可達(dá) 3 公里。 監(jiān)控層 監(jiān)控層由高速工業(yè)以太網(wǎng)以及連接在總線上的擔(dān)任監(jiān)控作務(wù)的工作站或顯示操作站、工程師站、 PLC/DCS 控制器組成。通過管理層，公司和集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備，并通過授權(quán)還可以對各系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。在電力行業(yè)知名的 DCS 制造商如： SIEMENS 、 ABB 、 EMERSON 、 FOXBORO 等都支持 PROFIBUS 現(xiàn)場總線，知名的 PLC 品牌如： SIEMENS 、 MODICON 、 AB 也都可以支持 PROFIBUS 總線。 ?采用 PROFIBUS 總線直接連接現(xiàn)場智能設(shè)備，可以減少大量接線點(diǎn)，減少了由于接線不牢或接線不規(guī)范引起的故障。 (3)靈活擴(kuò)展 采用 PROFIBUS 總線結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，擴(kuò)展非常方便靈活，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 ? 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，可以支持總線型、星型、樹型、冗余環(huán)型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 ?提供多種接口設(shè)備，用于將冗余 DP 總線轉(zhuǎn)換成單 DP 總線和將冗余 DP 總線轉(zhuǎn)換成 PA 總線，可以將 DP 總線轉(zhuǎn)換成 Asi 總線等，非常便于擴(kuò)展。 PROFIBUSDP 總線的傳輸速率可達(dá) 12M ，是目前通訊速率最高的現(xiàn)場總線。 基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 因此可以確定 PROFIBUS 總線系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)的系統(tǒng)。只有知道控制什么，才可能去控制需要控制的對象。 模擬量輸入 進(jìn)氣閥 排氣閥 放空閥 止回閥 冷卻水閥 模擬量輸出 一級排氣壓力 一級排氣溫度 二級排氣溫度 二級排氣壓力 冷卻水壓力 冷卻水溫度 潤滑 油壓力 啟動(dòng)過程 啟動(dòng)過程包括：啟動(dòng)前閥門檢查、打開冷卻水、檢查水壓、開啟主電機(jī)、空負(fù)荷延時(shí)后關(guān)閉放空閥、打開進(jìn)氣閥、進(jìn)入負(fù)荷進(jìn)行、達(dá)到供氣壓力后打開排氣閥等過程 ，見啟動(dòng)過程流程圖： 如圖 22 所示： 基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 啟 動(dòng) 前 準(zhǔn) 備啟 動(dòng) 前 各 閥 門 的 檢查關(guān) 閉 進(jìn) 氣 閥打 開 放 空 閥關(guān) 冷 卻 水 閥關(guān) 閉 排 氣 閥是 否 正 常 ?異 常打 開 冷 卻 水正 常 延 時(shí)冷 卻 水 壓 是 否 正常 ?抱 警 停 機(jī)油 壓 低啟 動(dòng) 主 電 機(jī)正 常啟 動(dòng) 延 時(shí) 3 0 秒檢 測 油 壓 是 否正 常 ?抱 警 3 0 秒 后 停 機(jī)異 常關(guān) 閉 放 空 閥打 開 進(jìn) 氣 閥供 氣 壓 力 是 否正 常 ?正 常抱 警 3 0 秒 后 停 機(jī)異 常打 開 排 氣 閥正 常正 常 運(yùn) 行 在 線 監(jiān) 測 基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 啟動(dòng)準(zhǔn)備目的是為了保證機(jī)器處于空載啟動(dòng)的良好狀態(tài)。 1．繞線式電動(dòng)機(jī) 有的有滑環(huán)短路裝置。 3．同步電動(dòng)機(jī) （ 1）自帶直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，并直接起動(dòng)合上隔離開關(guān)；合上起動(dòng)油開關(guān)；調(diào)整勵(lì)磁電阻，使勵(lì)磁電流達(dá)到需要值。 以上為常見電動(dòng)機(jī)一般 的啟動(dòng)程序。察聽無異常后打開油壓表開關(guān)，讓機(jī)器空載運(yùn)轉(zhuǎn) 2~6min（冬季的空轉(zhuǎn)時(shí)間宜長一些）。 3）觀察冷卻系統(tǒng)的工作情況，調(diào)整水流量，水流應(yīng)無氣泡和斷續(xù)供、排水的情況。 6）觀察各種監(jiān)控儀表的靈敏度和工作情況。 2）進(jìn)氣、排氣、冷卻系統(tǒng)的聲響，壓力、溫度、流量等工作狀況；應(yīng)經(jīng)常用手觸同級的各進(jìn)氣閥蓋溫度是否各異或高，以確定其工作是否正常。 5）隨時(shí)注意觀察和及時(shí)調(diào)整調(diào)節(jié)裝置的工作情況，以確保規(guī)定的供氣壓力和流量。 3．定時(shí)排放冷凝的油、水。 5．嚴(yán)禁超負(fù)荷情況下長期、連續(xù)的工作和帶病運(yùn)行。 停機(jī)過程流程圖為： 基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 停 機(jī) 命 令關(guān) 閉 進(jìn) 氣 閥關(guān) 閉 排 氣 閥打 開 放 空 閥關(guān) 閉 主 電 機(jī)關(guān) 閉 冷 卻 水停 機(jī)延 時(shí)延 時(shí)延 時(shí)延 時(shí) 圖 23 空壓機(jī)停機(jī)過程流程圖 空壓機(jī)的停機(jī)有正常停機(jī)和緊急停機(jī)之分。 應(yīng)注意在卸壓時(shí)，不論壓力高低，都不 能把放空閥門開得過大、過快，尤其是大中型、中壓以上空壓機(jī)和高壓部件的閥門，以防氣流速度過快（超過 25m/s）而引起管道激烈振動(dòng)或劇烈摩擦的靜電起火，甚至爆炸。 原動(dòng)機(jī)的自動(dòng)跳閘、聯(lián)銷、安全等裝置動(dòng)作導(dǎo)致自動(dòng)停機(jī)也屬緊急停機(jī)之外。總之，停機(jī)后一定要按規(guī)定準(zhǔn)確、迅速的作好各種善后工作。 PROFIBUS 規(guī)定一 種串行總線系統(tǒng)的技術(shù)特性和功能，用這種系統(tǒng)可將分布于現(xiàn)場中的自動(dòng)化設(shè)備在低、中等性能范圍內(nèi)（分別為傳感器、執(zhí)行器和單元層）相互連接成網(wǎng)絡(luò)。PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其 DP 通信端口，連接到 EM 277 PROFIBUSDP 模塊。這樣，使用戶能與主站交換任何類型的數(shù)據(jù)。下圖為 EM 277 PROFIBUSDP 模塊前視圖 ： 圖 32 EM227 PROFIBUS— DP模塊前視圖 PLC 和上位機(jī)通過 RS485 方式傳輸，傳輸率為 19000b/s，具有響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾性能高等特點(diǎn)。 技術(shù)原理 根據(jù)空壓機(jī)的技術(shù)規(guī)范和運(yùn)行要求，將來自現(xiàn)場的檢測信號（模擬量信號和開關(guān)量信號）加以 控制和顯示。 實(shí)現(xiàn)功能 (1)實(shí)現(xiàn)控制的兩種控制方式 ① 在空壓機(jī) 上由可編程控制器實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。 (3)多媒體功能 ① 各測控參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示及報(bào)警。在以往低壓微小型壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)中，均采用比較簡單的控制方式，即電磁閥與氣壓開關(guān)串聯(lián)使用，以超壓保護(hù)為主，當(dāng)排氣壓力達(dá)到額定值時(shí)，氣壓開關(guān)動(dòng)作，電磁閥關(guān)閉，電機(jī)停止?，F(xiàn)在我們的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)更是達(dá)到了這一要求。上位工控機(jī)和 PLC之間數(shù)據(jù)交換通過通信進(jìn)行。該系統(tǒng)還能采集和存取相關(guān)工藝參數(shù)及報(bào)警等。 （ 4） PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮了程序的優(yōu)化和擴(kuò)展性。 基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 第四章 空壓機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置 上位機(jī)硬件配置 采用臺灣研華工業(yè)計(jì)算機(jī)為控制系統(tǒng)的上位機(jī)，并配以其它外圍設(shè)備，其組成如下： （ 1） 研華 IPC618— PIII 工業(yè)計(jì)算機(jī)一臺。 三菱 FX2N 可編程控制器是三菱公司研制的一種新型可編程控制器。其中檢測元件直接對空壓機(jī)各元件進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果送至 PLC 運(yùn)算處理。壓縮機(jī)的排氣溫度，是指每一級排出氣體的溫度，通常在各級排氣接管處或閥室內(nèi)測量。本設(shè)計(jì)中各空壓機(jī)被測參數(shù)要求如表 41: 名 稱 一級汽缸溫度 二級汽缸溫度 冷卻水溫度 一級汽缸壓力 二級汽缸壓力 冷卻水壓力 潤滑油壓力 電機(jī)電流 范圍 ≤ 160 ≤ 160 ≤ 50 ≤ ≤ ≥ ≥ 單位 ℃ ℃ ℃ MPa MPa MPa MPa A 溫度變送器 對空壓機(jī)各溫度的檢測和變送，采用 GW 系列一 體化溫度變送器。因此，能