【正文】 避免電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，同時(shí)也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成空壓系統(tǒng)的喘振 。其控制結(jié)構(gòu)圖如下圖 7所示： 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xxxi 圖 7 主控制程序 523 系統(tǒng)的中斷程序 中斷程序主要用于 PID 的相應(yīng)計(jì)算，在 PLC 的常閉繼電器 的作用下工作，它包括 :設(shè)定回路輸入及輸出選項(xiàng)、設(shè)定回路參數(shù)、設(shè)定循環(huán)報(bào)警選項(xiàng)、為計(jì)算指定內(nèi)存區(qū)域、指定初始化子程序及中斷程序。 522 系統(tǒng)的主控制程序 系統(tǒng)的主控制程序功能最多，如空壓機(jī)的切換信號(hào)的生成、空壓機(jī)組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合及報(bào)警處理等等都在主程序中。利用定時(shí)器中斷功能來實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。 3空壓機(jī)分別相繼推遲 3 min 起動(dòng) ，工作過程與 1 空壓機(jī)相同。當(dāng)壓力低于 755～ 686 kPa焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xxix 時(shí)，判斷其他空壓機(jī)是否正在起動(dòng)，若有延時(shí) 2min 再起動(dòng) 1空壓機(jī)，若無則直接起動(dòng) 1空壓機(jī)。 PLC開機(jī)時(shí)進(jìn)入初始步 S010，若 SA 設(shè)置為“自動(dòng)”則進(jìn)入 S011，待當(dāng)天開機(jī)時(shí)刻到達(dá)時(shí)，進(jìn)入 空壓機(jī)的并行分支 S01 S014。在系統(tǒng)實(shí)施過程中，還可引入故障檢測和故障診斷的處理程序，能夠提高系統(tǒng)的智能化程度，有利于進(jìn)一步改善自控系統(tǒng)的有效性和可靠性，通過優(yōu)化調(diào)度策略，軟件連鎖保護(hù)等自動(dòng)控制功能模式的應(yīng)用，有望將自動(dòng)化水平提升到更高層次，可以為確定 空壓機(jī)設(shè)備狀態(tài)檢修點(diǎn)提供依據(jù)，并由此獲得更大的效益。 46 系統(tǒng)的保護(hù)及故障警報(bào)的發(fā)出 本系統(tǒng)中， PLC 所能檢測到的故障有 :電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路接觸器發(fā)生熔焊而不能起動(dòng)、電動(dòng)機(jī)過載、冷卻系統(tǒng)斷水、空壓機(jī)無潤滑油、壓縮氣體溫度過高。如果系統(tǒng)中某些地方的工作壓力要求較低，可以采用減壓閥來供氣?？諝鈮嚎s機(jī)的種類很多，按工作原理可分為 容積式壓縮機(jī) ，容積式壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以 提高壓縮空氣的壓力；離心式壓縮機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。制動(dòng)電阻的熱敏開關(guān) 4BD222EAO， [4]。 變頻器參數(shù)的設(shè)置： 負(fù)載為一大慣性負(fù)載， 在停車時(shí)，為防止因慣性而產(chǎn)生的回饋制動(dòng)使電壓過高的現(xiàn)象， 加入制動(dòng)電阻，斜坡下降時(shí)間設(shè)定長一些。 制氮機(jī) 其基本原理圖如圖 5 所示： 圖 5 變頻器基本原理圖 變頻器的選用： 變頻器的選用應(yīng)滿足以下規(guī)則，變頻器的容量應(yīng)大于負(fù)載所需的輸出；變頻器的容量不低于電機(jī)的容量；變頻器的電流大于電機(jī)的電流。 0． 02%FS/℃ 靈敏度溫度系數(shù)：≤177。0 ． 1%FS 177。耐振動(dòng)、可靠性高，同時(shí)具有精確靈敏、穩(wěn)定性好、產(chǎn)品壽命長和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)?？梢杂迷陔姍C(jī)的軸承和定子測溫，也可以用在紡織、機(jī)械、鐵路機(jī)車等有需要測量溫度的場合。并在國內(nèi)油田得到很好的應(yīng)用效果。 本系統(tǒng)模擬量傳感器 HM23Y 礦井專用型壓力變送器用于檢測礦井的井巷氣壓， Pt100 鉑熱電阻作為測量溫度用的傳感器用于檢測風(fēng)機(jī)組軸承和定子溫度。它可以連接 7種類型的熱電偶（ J， K， E， N， S， T和 R），還可以用于測量0～ +/80mV范圍的低電平模擬信號(hào)，所以使用 EM231模 擬量輸入熱電偶模塊時(shí)，需要通過模塊右下側(cè)的設(shè)置開關(guān)進(jìn)行心要的設(shè)置。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有 6 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出，其中有四路是溫度傳感器輸入。1 ． 5℃ 功耗 1． 8W 重復(fù)性 0． 05%FS 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xxiii +5VDC 87mA 導(dǎo)線長度 到傳感器最長 100m +24VDC 60mA 輸入阻抗 ≥ 1MΩ 輸入類型 懸浮型熱電偶 最大輸入電壓 30VDC 輸入范圍 TC類型（選擇一種） S，T， R， E， N， K， J 電壓范圍： +/80mV 輸入濾波衰減 3dbat21kHz 輸入分辨率 0． 1℃ /0． 1℉ 15位加符號(hào)位 24VDC電壓范圍 20． 4～28． 8VDC PLC 模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用， PLC 的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了使 PLC 能完成模擬量的處理，常見的方法是為整體式 PLC 加配模擬量擴(kuò)展單元。 PLC 模擬量處理功能主要通過模擬量輸入輸出模塊及用戶程序來完成。各組的公共端為 1L、 2L和3L。第 2 組的接線與第 1組相似。輸出負(fù)載的一端接到 1M端，輸出負(fù)載的另一端接到 CPU226 各輸出端。輸入開關(guān)的一端接天 DC24V 的正極，輸入開關(guān)的另一端連接到 CPU226 各輸入端。 CPU226 配有 2個(gè) RS485通信編程口，具有 PPI 通信、 MPI通信和自由方式通信能力，用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。程序的存放采用 FlashROM，無需后備電池； L 一 16T 有 16個(gè)輸出點(diǎn)，采用直流 24V晶體管 (NPN 型 )輸出方式， L一 16T 與 SM 一 16T之間通過 RS 一 485 進(jìn)行通訊；通過 CL 一 02DS 液晶式顯示設(shè)定單元可進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和監(jiān)控，它與 SM一 16T 之間通過 RS一 232 進(jìn)行通訊 22 輸入／輸出點(diǎn)的編號(hào)分配和輸入／輸出接線圖 412 PLC 選型和性能指標(biāo) 根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、采集數(shù)據(jù)的類型和大小、 I/O 點(diǎn)數(shù)、以及設(shè)置數(shù)據(jù)需要得內(nèi)存大小，本文中所選用的 PLC 是西門子公司的產(chǎn)品 S7200 系列， CPU的型號(hào)是 CPU226。根據(jù)一般的設(shè)計(jì)方法，至少要選帶 19 點(diǎn)輸入點(diǎn)和 19 點(diǎn)輸出點(diǎn)的 PLC，或采用主機(jī)加擴(kuò)展的方式用了 外加 L16T 作為擴(kuò)展單元．并用 CL02DS 作為參數(shù)設(shè)定和監(jiān)控單元。 41 PLC 可編程控制器部分 2 1 輸人／輸出點(diǎn)數(shù)的確定與 PLC 的選擇 根據(jù)工藝流程和控制要求分析． PSA制氮機(jī)的輸入信號(hào)有 19 個(gè)．分別是手動(dòng)操作按鈕、自動(dòng)操作按鈕、自動(dòng)起動(dòng)按鈕、停止按鈕 空壓機(jī)起動(dòng)按鈕、冷干機(jī)起動(dòng)按鈕、吸附 A按鈕、均壓 A=B 按鈕、吸附 B 按鈕、均壓 B=A 按鈕、鬮檢測按鈕、 Y 一 Y 閥檢 測按鈕 (8個(gè) )；閥檢測按鈕只有在手動(dòng)方式下起作用，而 Y．一Ye閻檢測按鈕只有在閥檢測按鈕按下后有閥檢測指示后才起作用。自動(dòng)工作時(shí)，應(yīng)該能按照自動(dòng)工藝流程要求工作。 在制氮機(jī)工作過程的各個(gè)階段。這樣 A、 B 兩塔交替吸附、解吸，即形成連續(xù)不斷的向氮?dú)鈨?chǔ)罐輸送氮?dú)?。?dāng) A 塔中碳分子篩對(duì)氧的吸附量將達(dá)到平衡時(shí)，則該塔立即停止吸附，此時(shí) Y Y Y Y8 均處于關(guān)閉狀態(tài)，而 Y Y Y Y7 同時(shí)處于開啟狀態(tài)。焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xv 經(jīng)吸附塔中碳分子篩床層吸附，并逐步向上推進(jìn)。 34 控制過程 PSA 制氮系統(tǒng)的工藝流程圖如圖 1 所示。 碳分子篩對(duì) O N2的吸附特性可以用平衡吸附曲線和動(dòng)態(tài)吸附曲線直觀表現(xiàn)出來： 由這兩個(gè)吸附曲線可以看出，吸附壓力的增加，可使 O N2的吸附量同時(shí)增大，且 O2 的吸附量增加幅度要大一些。這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴(kuò)散至分子篩的微孔之中，而不會(huì)排斥混合氣（空氣）中的任何一種氣體。 2．壓力知識(shí) 變壓吸附（ PSA）制氮工藝是加壓吸附、常壓解吸，必須使用壓縮空氣。 一、基礎(chǔ)知識(shí) 1．氣體知識(shí) 氮?dú)庾鳛榭諝庵泻孔钬S富的氣體，取之不竭，用之不盡。 經(jīng)過純化干燥的壓縮空氣，在吸附器中進(jìn)行加壓吸附、減壓脫附。右塔吸附結(jié)束后，同樣進(jìn)入均壓過程，然后再切換到左塔吸附，如此循環(huán)交替，連續(xù)生產(chǎn)氧氣。吸附過程結(jié)束后，左吸附塔與右吸附塔通過均壓閥連通，使兩塔壓力達(dá)到均衡，這個(gè)過程稱之為均壓，持續(xù)時(shí)間約為 3~5秒。 32 系統(tǒng)構(gòu)成 PSA 制氧系統(tǒng)主要由空氣壓 縮機(jī)、空氣凈化系統(tǒng)，空氣儲(chǔ)罐、切換閥、吸附器和氧氣緩沖罐等組成。 c膜空分制氮以空氣為原料，在確定壓力條件下，操縱氧和氮等分歧素質(zhì)的氣體在膜中存在分歧的滲透速率來使氧和氮分別。深冷空分制氮安裝宜于大范疇工業(yè)焦作大學(xué)機(jī)電工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xii 制氮，而中、小范疇制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。以空氣為原料，顛末壓縮、凈化，再操縱熱 交流使空氣液化成為液空。顛末凈化單調(diào)的壓縮空氣，在吸附器中進(jìn)行加壓吸附、減壓脫附。編制的絕熱毛細(xì)管流量計(jì)算軟件，計(jì)算精度滿足工程要求，對(duì)于工程設(shè)計(jì)應(yīng)用具有一定的實(shí)用價(jià)值。按文獻(xiàn) [6]計(jì)算的出口壓力和本文計(jì)算的出口壓力十分接近，誤差分布于 177。流量計(jì)算誤差 ，定義為： (流量計(jì)算值一流量實(shí)驗(yàn)值 )／流量實(shí)驗(yàn)值如表 1 所示，本文流量計(jì)算精度較高，誤差小于 2％ ，按文獻(xiàn) [6]計(jì)算的出口壓力小于給定的壓力，計(jì)算的出口壅塞流量高于本文計(jì)算的流量，即驗(yàn)出口壓力高于臨界出口壓力，在出口處流量未達(dá)到壅塞流量，因而并未發(fā)生臨界 (壅塞 )流動(dòng) 的 現(xiàn)象。再采用對(duì)分法逼近，令 Gcm =(Gc3+Gc4)／ 2，如根據(jù)對(duì)分得到的流量計(jì)算出的長度大于給定長度，則把該值作為新的 Gc3，而保留原來的 Gc4；如根據(jù)對(duì)分得到的流量計(jì)算出的長度小于給定長度，則把該值作為新的 Gc4，而保留原來的 Gc3。 ，則飽和液體焓 hj= h 一， (27)飽和液體熵 s／ = s 一 i／ (28) 。 (26)式中：壓縮性系數(shù) z=等； h。 2． 5 汽化潛熱 。 焦作大學(xué)機(jī)電工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) viii 2． 3 飽和液體密度方程 ] ： + (1 一 )“ ’+ (1 一 ) ’+D ， (1 一 )+E， (1一 )‘4 ／ ’ ( 式中： 的單位為 kg／ m3； Af=5． 281464E+02； ： 7． 551834E + 02； = 1． 028676E +03； = 一 9． 491172E + 02； =5． 935660E+02。 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(diǎn)壓力， kPa； R =O． 0815kJ／ (kgs) ； P，為參考狀態(tài)點(diǎn)壓力， Pa； 為參考狀態(tài)點(diǎn)比容， m3／ kg； p 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，表征兩相區(qū)壓力與比容的相對(duì)變化率， p=2． 62 105 ／ p。 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(dòng)處于壅塞狀態(tài) 。 對(duì)于氣液兩相區(qū)，動(dòng)力粘度 的計(jì)算常用 Cicchitti 經(jīng)驗(yàn)公式： ： xp +(1 一 ),ul (14) 其中對(duì)于 HFC． 134a 的氣體液體粘度，采用新的基團(tuán)貢獻(xiàn)法計(jì)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)。 式中： n：告 m ( 2 一 ) ； b： m ( g2 一 vp)+h 一， ； C ： 寺 m ( 一 I )，+ ^， 2 一 httI。 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。 )+ ! ； △ ￡ (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 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(dòng)為一維絕熱流動(dòng)； (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(jì) 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(jì)； (5)管路截面積保持不變； (6)忽視亞穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。 第二章 制氮機(jī)流量值的計(jì)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(jià)格便宜、無運(yùn)動(dòng)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(diǎn)，其壓力平衡特性有利于降低壓 縮機(jī)的起動(dòng)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(duì)制冷系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行起著重要作用。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。 46 系統(tǒng)的保護(hù)及故障警報(bào)的發(fā)出 ................................. 22 第 五 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................. 22 167。 42 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 ............................................... 17 167。 32 系統(tǒng)構(gòu)成 .................................................... 9 167。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(dòng)控制方式改為變頻控制，減小對(duì)系統(tǒng)電