【正文】 動機上。電機的啟動由開關量控制， PLC 模擬量模塊輸出 4～ 20mA 電流作為變頻器的控制端輸入，進行壓力的恒壓控制?？商峁藴手禐?24V DC的輸入和輸出電壓。 (1)主要特征 200V240V 177。 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 32 (2)保護功能 過載能力為 200％額定負載電流，持續(xù)時間 3秒和 150％額定負載電流，持續(xù)時間60 秒；過電壓、欠電壓保護；變頻器、電機過熱保護；接地故障保護，短路保護；閉鎖電機保護，防止失速保護；采 用 PIN 編號實現(xiàn)參數(shù)連鎖。 (1)壓力傳感器的選型 現(xiàn)場所需要測量的壓力參數(shù)有主機進水壓力、儲氣罐氣體壓力。 GPT 壓力變送器壓力測量特性如下： 傳感器為 316 不銹鋼膜片結(jié)構(gòu)，適用被測介質(zhì)可以是腐蝕性氣體、液體、蒸汽，測量范圍在 20KPa～ 20MPa，測量精度分為 %， %， %，三倍過壓范圍。工作環(huán)境濕度范圍： 0～ 80％。 PT100 是鉑電阻溫度傳感器，它適用于測量 60℃ 到 +400℃ 之間的溫度。 GPT 過程連接外螺紋規(guī)格 M20 (或定制 )； DPT 過程連接內(nèi)螺紋規(guī)格 M12 。 供電特性：推薦工作供電電壓： DC/24V，空載工作電壓： DC/12V，最高過載電壓：DC/40V，最大輸出限流： 30mA，內(nèi)設電壓極性反接保護。 目前市場上的壓力傳感器種類繁多，在選型時應根據(jù)不同的使用條件選擇不同的傳感器。作為一個參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器占有非常重要的地位。10 %，三相，交流， ； 矢量控制方式，可構(gòu)成閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制； 高過載能力，內(nèi)置制動單元； 三組參數(shù)切換功能。 它采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應用場合。 表 42 PLC 輸入輸出模塊 I/O 點數(shù) I/O 類型 模擬量輸入 模擬量輸出 開關量輸入 開關量輸出 信 號 類 型 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 進水溫度 3 變頻器控制型號 1 緊急停止 3 工頻繼電器 3 潤油溫度 3 檢修 / 正常 3 變頻繼電器 3 風包溫度 3 故障燈復位 3 超溫燈 3 電機溫度 3 報警燈復位 1 斷水燈 3 進水壓力 3 啟動按鈕 3 電磁閥 3 后冷壓力 3 停止按鈕 3 報警燈 1 總管壓力 1 自動 / 手動 3 運行燈 3 檢修燈 3 油壓低燈 3 統(tǒng)計點數(shù) AI 19 AO 1 DI 19 DO 25 總計 64 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 31 根據(jù)被控對象的 I/O 點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，采用 SIEMENS 公司的 S7300 系列 PLC。在變頻器起動、運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵來操作，不得以主電路的通斷來進行。電流表安裝在控制柜上，可以方便地觀察電機的三相工作電流，便于操作人員監(jiān)測電機的工作狀態(tài)。還需要在工頻電源下面接入同樣的自動空氣開關，來實現(xiàn)電機的過 流過載保護接通。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查界限，直到滿足要求為止。 (3)根據(jù)梯形圖編制程序清單?？梢?，采用 PLC 控制，可以使整個工程的周期縮短。 (4) 分配 PLC 的 I/O 點，設計 I/O 連接圖。如需要完成的動作（動作時序、動作條件、必須的保護和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等）。 PLC 程序中，當給出電機運行信號，而電機不在運行 (電流信號小于 2OA)。由于上述兩種傳感器 正常工作時，均輸出 4～ 20mA 電流信號給 PLC 模擬輸入模塊。 TD：微分時間 。 表 41 控制參數(shù) 參數(shù)編號 地址偏移量（字節(jié)） 變量名 變量類型 備注 1 50 PVn IN 調(diào)節(jié)量 2 54 SPn IN 給定量 3 58 Mn IN/OUT 控制量 4 62 KC IN 比例增益 5 66 TS IN 采樣時間（ s） 6 70 TI IN 積分時間（ min） 7 74 TD IN 微分時間（ min） 8 78 MX IN/OUT 累積偏移量 9 82 PVn1 IN/OUT 上一次調(diào)節(jié)量 表 41中變量名說明如下： SPn：第 n采樣時刻的給定值 。另外一類參數(shù)必須在調(diào)用 PID 指令時才填入控制表格。 5 10 15 20 25 30 0 t/s MPa 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 25 S7300 系列 PLC 中的 CPU313 提供了用于閉環(huán)控制 PID 運算指令，用戶只需在 PLC的內(nèi)存中填寫一張 PID 控制參數(shù)表（見表 41）再執(zhí)行指令： “ PID Table Loop” 即可完成 PID運算，其中操作數(shù) Table表使用變量存儲器 VBx來指明控制參數(shù)表的表 頭字節(jié)；操作數(shù) Loop 只可選擇 07的整數(shù)，表示本次 PID 閉環(huán)控制所針對的環(huán)路編號，最多 8路。 PID 控 制的原理基于下面的算式： dtdeKMtedKeKtM cin itia lcc ?????)( (43) 其中： M(t)： PID 回路的輸出，是時間的函數(shù) 。根據(jù)偏差 e(n)和偏差變化率 ec(n)值的不同，在線適當調(diào)節(jié)參數(shù) KP、 KI和 KD值，可以有效提高系統(tǒng)的響應速度和精度，減小超調(diào)并縮短響應時間，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。 KD值影響系統(tǒng)動態(tài)特性；它主要抑制響應誤差的變化，如果 KD過大，會使響應過分提前制動，從而延長系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間。對連續(xù)時間類型， PID 控制方程的標準形式為： ])()()([)( dt tdeTTdtteteKtu DIp ??? ? （ 41） 式 (41)中， u(t)為 PID 控制器的輸出，與執(zhí)行器的位置相對應； t 為采樣時間； KP為控制器的比例增益； e(t)為 PID 控制器的偏差輸入，即給定值與測量值之差； TI為控制器的積分時間常數(shù)； TD為控制器的微分時間常數(shù)。利用模糊控制理論的特性，結(jié)合傳統(tǒng)的 PID 控制理論，構(gòu)造模糊 PID 控制器，可實現(xiàn)控制器參數(shù)的自動調(diào)整。其中，模糊 PID控制技術扮演了十分重要的角色，并且仍將成為未來研究與應用的重點技術之一。 控制系統(tǒng)概述 在工業(yè)控制中， PID (Proportion Integral Differential)控制是工業(yè)控制中最常用的方法。 該過程最多分 5 個階段。 在 PLC 和上位機之間的通訊中， PLC 通過以太網(wǎng)模塊 CP3431接入工業(yè)以太網(wǎng)，上位機通過網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。當現(xiàn)場設備有動作或者出現(xiàn)故障時能夠彈出提示消息并記錄存儲下來 。在設計中增加了故障指示和故障報警輸出，變頻器本身具有短路保護、過載保護等功能，只需把變頻器的故障輸出點、接觸器、熱繼電器等輔助觸點接到 PLC 即可。為了保護空壓機及變頻器， 1空壓機的 KM1 與 KM2 之間進行了電氣互鎖。這樣的切換過程，有效的減少空壓機的頻繁啟停，同時在實際管網(wǎng)對供氣壓力波動做出反應之前，由于變頻器迅速調(diào)節(jié)，使氣壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了井下風動工具供氣不足的情況發(fā)生。 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 17 圖 43 啟動過程 空壓機變頻調(diào)速系統(tǒng)原理如圖 44所示。正常情況下，空氣壓縮機在變頻器調(diào)速控制方式下工作。當壓力大于設定值時，通過 PID 調(diào)節(jié)降低頻率，當頻率降為 20HZ，延時 30s 后，若測量值仍大于設定值，則變頻器切換到下一正在運行的空壓機進行調(diào)速，同時關閉當前機。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用。當用風量減小，若 3 臺空壓機同時運行時， 3 空壓機變頻運行而此時變頻器的頻率降到頻率的下限值 20Hz 時，則自動停止 1空壓機，若還不能滿足要求，則自動停 止 2 空壓機的運行。 報警及故障自診斷：空壓機內(nèi)部一般有四個需要監(jiān)測的量：冷卻水壓力監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、機體溫度監(jiān)測、儲氣罐壓力監(jiān)測。 運行：正常情況，電機 M1 處于變頻調(diào)速狀態(tài)，電動機 M M3處于停機狀態(tài)。 圖 41 控制系統(tǒng)簡圖 PLC 由電源、 CPU、模擬量輸入、輸出模塊、開關量輸入、輸出模塊等組成。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 PLC 的各個部件，包括 CPU、電源、 I/O 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。有相應的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如：按鈕、行程開關、接近開關、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。 5)對采用的器件進行嚴格的篩選。 PLC 的主要特點 (1)高可靠性 1)所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 PLC 的 I/O 響應時間 為了增強 PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性， PLC 的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在 下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。 其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。包括邏輯運算功能。 1969 年，美國數(shù)字設備公司研制出世界上第一臺 PLC，并在 GM 公司的汽車生產(chǎn)線上首次應用成功。傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)被淘汰。一旦生產(chǎn)要求及生產(chǎn)過程發(fā)生變化，必須重新設計線路，重新接線安裝。 鑒于以上原因，本系統(tǒng)選用螺桿式空壓機。 活塞式空壓機與螺桿式空壓機的比較： 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—進氣閥 4—排氣閥 5—活塞桿 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 7 (1)零部件的數(shù)量多，零部件的損壞的機率大，產(chǎn)品的可靠性低。當壓力稍高于排氣管中的壓力時，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。同時，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)，所以這時氣缸形成一個密閉的容積。當活塞 2 向右邊移動時，汽缸左邊的容積增大，壓力下降 ,當壓力降到稍低于進氣管中空氣壓力時，管內(nèi)空氣便頂開進氣閥 3進入氣缸，并隨著活塞的向右移動繼續(xù)進入氣缸，直到活塞移至右邊的末端為止。它由曲柄連桿機構(gòu)將驅(qū)動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)榛钊耐鶑瓦\動。 3)不能制成微型：螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于，螺桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能。 5)多相混輸：螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面實際上留有間隙，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。 (1)螺桿壓縮機的優(yōu)點 1)可靠性高：螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，因而它運轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達 4～ 8萬小時。氣體的壓縮依靠容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借助壓縮機的一對轉(zhuǎn)子在機殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運動來達到。其嚙合面逐漸向排氣端移動。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。轉(zhuǎn)子兩端的圓柱滾子軸承使轉(zhuǎn)子實現(xiàn)徑向定位，并承受壓縮機中的徑向力。 空壓機分為螺桿式空壓機（螺桿式空壓機又分為單螺桿式空壓機及雙螺桿式空壓機）、離心式空壓機、活塞式空壓機、滑片式空壓機、渦旋式空壓機和旋葉式空壓機等（如圖 21所示） 圖 21 空氣壓縮機分類 螺桿式空壓機 螺桿式空壓機基本結(jié)構(gòu) 在壓縮機機體中，平行的配置著一對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。 空壓機控制系統(tǒng)中 PLC 的引入極大地簡化了空壓機系統(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?，F(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護、易操作、可監(jiān)視并且價格不高的控制器來代替繼電器組成的電路。影響其安全生產(chǎn)的因素主要有 空壓機 的超溫、超壓、斷水、斷油等。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。 目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油