【正文】 用方便、安全，也不存在資源不足和污染環(huán)境的問題。具有合理使用、精心維護(hù)、及時(shí)調(diào)試、正確修理，才能保證空氣壓縮機(jī)持續(xù)、安全地運(yùn)轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)中所選空氣壓縮機(jī)均為活塞式,故就活塞式空氣壓縮機(jī)工作原理進(jìn)行一序列介紹:一．工作過程活塞式空氣壓縮機(jī)（以下簡稱空壓機(jī)）壓縮空氣的過程，主要是通過活塞在汽缸內(nèi)不斷地往復(fù)運(yùn)動來完成的。雙作用式由于汽缸兩端都裝有進(jìn)、排氣閥，因此，在相同時(shí)間里，不論活塞想右或向左運(yùn)動，都能在其前方完成壓縮和排氣過程，在其后方完成吸氣過程。2．壓縮過程 當(dāng)活塞向左移動時(shí)，汽缸左邊容積開始縮小，空氣被壓縮，壓力隨之上升。3．排氣過程 隨著活塞的不斷左移壓縮缸內(nèi)空氣，使壓力繼續(xù)升高。當(dāng)活塞從右向左移動時(shí)，空氣經(jīng)右邊進(jìn)氣閥3被吸入汽缸內(nèi)，而左腔中的壓縮空氣便經(jīng)過排氣閥4排出?；钊娣e與活塞行程相乘即為汽缸工作容積；活塞在曲軸旋轉(zhuǎn)一周所掃過的容積稱為汽缸全容積。下圖即為一單級作用式壓縮機(jī)的汽缸示意圖及理論示功圖。線段AB稱為吸氣線，它說明：在整個吸氣過程中，缸內(nèi)空氣的壓力P1保持不變，體積V1卻在不斷地增加；V2 為吸氣終了時(shí)空氣的體積。排氣閥4被頂開，排氣過程開始。當(dāng)活塞在外止點(diǎn)改向右移時(shí)，缸內(nèi)壓力下降，吸氣過程又重新開始；缸內(nèi)空氣壓力從P2降到 P1的過程，在示功圖中以垂直于 V軸的直線段DA（縱坐標(biāo)）來表示。H（壓縮機(jī)常用kW?？諌簷C(jī)在一個工作循環(huán)內(nèi)所消耗的全功，是吸氣過程功、壓縮過程功、排氣過程功的總和，稱為循環(huán)壓縮功，簡稱壓縮功（它分為理論壓縮功和實(shí)際壓縮功）。由于壓縮機(jī)的冷卻情況不同，通常可分為等溫、絕熱、多變?nèi)N壓縮過程。圖中曲線BC2表示等溫過程，稱為等溫壓縮線；曲線BC 表示絕熱過程，稱為絕熱壓縮線；曲線BC1表示多變過程，稱為多變壓縮線。這種既不向外界傳熱、也不從外界吸熱的過程，稱為絕熱壓縮過程。其一個工作循環(huán)的理論壓縮功為： ??hkWpVnWn?????????????????11072. 26多壓縮終了溫度 )(1212KpTn????????從圖13不難看出：等溫壓縮圖形ABC2DA的面積最小，所消耗壓縮功也最少，且壓縮前后基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)8的溫度不變。因此，在實(shí)際工作中為了節(jié)省壓縮功和降低溫度，應(yīng)使多變壓縮過程接近于等溫壓縮過程，就必須加強(qiáng)對空壓機(jī)的冷卻。國外對船用活塞式空氣壓縮機(jī)的研究較早，始于60年代，但真正發(fā)展較快的是在80年代以后，到目前為止，中壓往復(fù)活塞式空壓機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用還很少，以船用空壓機(jī)為主，代表公司有英國Hamworthy工程公司，德國紹爾公司、哈拉帕有限公司，日本田邊空氣機(jī)械制作所等。中國現(xiàn)在仍在大規(guī)模生產(chǎn)的活塞式空壓機(jī)在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)早已淘汰?，F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動控制、電子技術(shù)、精密測量等許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。這種控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是采用規(guī)定的接線方式，靈活性差，工作頻率低，觸點(diǎn)易損壞，可靠性差。為了解決這個問題，20世紀(jì)60年代初期利用電子技術(shù)研制出矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)來代替繼電接觸式控制系統(tǒng)。從此以后，許多國家的著名廠家競相研制，各自成為系列，而且品種更新很快，功能不斷增加，從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進(jìn)行模擬量控制，具有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)字處理和通信聯(lián)網(wǎng)等許多功能。 FX2N系列的特點(diǎn)FX2N系列PLC可以應(yīng)用在大多數(shù)單機(jī)控制或簡單的網(wǎng)絡(luò)控制中，是FX系列中規(guī)格最大、性能最高、功能最強(qiáng)的一個系列。(1) FX2N系列基本邏輯控制指令的執(zhí)行時(shí)間由FXIS/,速度提高了近10倍；應(yīng)用指令的執(zhí)行時(shí)間由FXIS/IN系列，速度也提高了兩倍以上。（3）FX2N系列的應(yīng)用指令大為增加，達(dá)到132種、309條，主要增加的是傳送、移位、求補(bǔ)和代碼轉(zhuǎn)換等應(yīng)用指令。（5）在通信功能方面，F(xiàn)X2N在FXIN的基礎(chǔ)上增加了MNET網(wǎng)絡(luò)鏈接的通信模塊，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)鏈接的需要。其中FX2是1991年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC ，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機(jī)殼內(nèi)的FX0S、FX1S、 FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC 等系列 PLC，具有較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用廣泛。 FX2N系列的工作原理FX2N系列的采用循環(huán)掃描方式，一個掃描周期一般包括五個階段:輸入處理、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行CPU自診斷測試和寫輸出。在CPU掃描周期的信息處理階段，CPU自動檢測并處理各通訊端口接收到的任何基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)13信息。如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)并顯示出錯。 PROFIBUSDP現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線的概念所謂現(xiàn)場總線，是指將現(xiàn)場設(shè)備與工業(yè)過程控制單元、現(xiàn)場操作站等互連而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸和多分支的特點(diǎn)，是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)向現(xiàn)場發(fā)展的產(chǎn)物。于1996年，德國的國家現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)成為國際性標(biāo)準(zhǔn)，即歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50170。PROFIBUSDP是一種高速低成本通訊，主要應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備級傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線（EIA RS485），使用PROFIBUS技術(shù)的核心公司有SIEMENS、E+H和SOFTING等。 PROFIBUS現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)圖14 現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)圖從圖中可以看出，采用PROFIBUS 現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)可以分成現(xiàn)場控制層、監(jiān)控層和企業(yè)管理層三層。PROFIBUSDP 可以連接遠(yuǎn)程I/O 、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能馬達(dá)控制器、人機(jī)界面HMI 、閥門定位器、變頻器等智能設(shè)備，一條PROFIBUSDP 總線可以最多連接123 個從站設(shè)備。PROFIBUSPA 主要用于連接現(xiàn)場智能儀表，如壓力、溫度、液位、流量等變送器及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。企業(yè)管理層企業(yè)管理層由各種服務(wù)器和客戶機(jī)組成，主要由SIS、MIS 和ERP 系統(tǒng)構(gòu)成。PROFIBUS 的開放性保證了不同制造廠商的產(chǎn)品的互連，例如西門子公司的DCS 或PLC 可以通過PROFIBUS 連接第三方的遠(yuǎn)程I/O、智能設(shè)備和儀表，這些連接只需要產(chǎn)品制造商提供相應(yīng)的GSD 文件或EDD 文件，然后進(jìn)行簡單組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)。PROFIBUS 是IEC61158 的重要組成部分，并于2022 年成為中國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 。?PROFIBUS 上各設(shè)備的連接非常簡單，并可以通過專用剝線工具和PROFIBUS 接頭，減少接線風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)PROFIBUS 接頭可以保證總線上任何一個節(jié)點(diǎn)故障不影響系統(tǒng)通訊。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?一條PROFIBUSDP 總線最多可以連接123 個DP 從站，所有滿足PROFIBUSDP 通訊規(guī)約的設(shè)備都可以連接到系統(tǒng)中。? 提供可用于危險(xiǎn)領(lǐng)域的接口模塊，可以支持在危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)用。如果總線系統(tǒng)中還有PA 總線，則PA 總線的響應(yīng)時(shí)間為：t Cycle_PAchannel = (317 x (nSlaves) + 8 x (nBytes) ) x Tbit 整個PROFIBUSDP 系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為：t Cycle = t Cycle_PAchannel + t Cycle_DP + t Acylic 從上面的公式可以看到，一個典型的通過PA 總線連接的智能儀表的響應(yīng)時(shí)間為10ms， 一個典型的通過PA 總線連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間為15ms 。單臺空壓機(jī)的控制回路簡圖如下：圖21 單臺空壓機(jī)控制回路原理圖拿單臺空壓機(jī)控制回路簡圖來說，前置PLC控制柜既可以控制空壓機(jī)的現(xiàn)場信號，也可以對原電控柜加以控制，同時(shí)它又將空壓機(jī)的現(xiàn)場信號和原電控柜的信號傳輸給PLC總控柜，最后監(jiān)控計(jì)算機(jī)與PLC總控柜進(jìn)行通信來顯示現(xiàn)場檢測信號?；谌釬X2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)193．從設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)一個完善的控制系統(tǒng)，弄清楚以上兩個對象是開始設(shè)計(jì)時(shí)最重要的事。二．啟動電動機(jī)操縱高壓電器必須遵守穿絕緣靴，戴絕緣手套和站在絕緣臺上的規(guī)定。2．籠鼠型電動機(jī) 常見的低壓電動機(jī)用油浸或空氣開關(guān)啟動?；谌釬X2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)22（3）電抗器降壓起動 合上起動油開關(guān)；待電機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，將勵磁線圈與放電電阻斷開，同時(shí)接入直流電源；調(diào)整勵磁電壓至略高于需要值；當(dāng)電機(jī)進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速后，合上運(yùn)轉(zhuǎn)油開關(guān)；調(diào)整勵磁電流到需要址。這時(shí)，就應(yīng)按各電機(jī)的具體規(guī)定來進(jìn)行啟動。循環(huán)潤滑油的初始壓力一般較高，經(jīng)不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱后就會降到規(guī)定值，其時(shí)間的長短取決于環(huán)境溫度的高低等因素。然后關(guān)閉放空閥門和排油水閥。 運(yùn)行過程運(yùn)行中，必須做到一下幾方面：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)231．應(yīng)定期和經(jīng)常巡回檢查、監(jiān)控空壓機(jī)各部位的工作情況。4）密切注意各級安全閥在壓力超過其規(guī)定的開啟、關(guān)閉壓力值時(shí)的靈敏度及可靠性。2．運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)不正常應(yīng)及時(shí)調(diào)整、排除。若安裝有自動排油水器時(shí)，則應(yīng)經(jīng)常檢查其工作情況。空氣壓縮機(jī)的停機(jī)分為正常停機(jī)和緊急停機(jī)，停機(jī)時(shí)應(yīng)該盡快地關(guān)閉進(jìn)氣閥和排氣閥，然后慢慢的開啟放空閥進(jìn)行卸壓，使空壓機(jī)進(jìn)入無負(fù)荷的空轉(zhuǎn)狀況。步驟如下：1）聯(lián)系用氣點(diǎn)，通知其準(zhǔn)備停機(jī)；2）減負(fù)荷直至不吸氣，如關(guān)閉減荷閥，壓開進(jìn)氣閥，打開余隙閥等，慢慢開啟放空閥進(jìn)行卸壓，使空壓機(jī)進(jìn)入無負(fù)荷的空轉(zhuǎn)狀況；3）斷開電源，待空壓機(jī)停機(jī)轉(zhuǎn)后（隨后停止單獨(dú)傳動注油器的工作），盡快放出中間冷卻器、后冷卻器、油水分離器、儲氣罐內(nèi)等冷凝的油、水；將有關(guān)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)25操作手柄搬到啟動位置；4）待排水溫度降低后（尤其是溫度較高的空氣機(jī)），關(guān)閉冷卻水進(jìn)水閥門，停止水泵工作；5）當(dāng)環(huán)境溫度在50C以下或長期停用時(shí)，須將冷卻系統(tǒng)內(nèi)的水全部排出，以免溫度下降時(shí)存水凍結(jié)而損壞設(shè)備。一般有下列情況之一者應(yīng)緊急停機(jī)?？諌簷C(jī)不論是自動或人工的緊急停機(jī)，如因生產(chǎn)需要不允許中斷供氣撕，應(yīng)先將備用機(jī)啟動切換后，盡快打開故障機(jī)的放油閥門和切斷與輸氣管網(wǎng)的聯(lián)系，并慢慢卸壓，為無壓檢修或下次開機(jī)做準(zhǔn)備；再按正常停機(jī)的步驟進(jìn)行。第三章 空壓機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)原理該系統(tǒng)由上位工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）、PLC可編程控制器和現(xiàn)場檢測、操作和執(zhí)行組成分布式控制系統(tǒng)。通過EM 277 PROFIBUSDP擴(kuò)展從站模塊，可將FX2N32ERD 連接到PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)。這種特性使用戶能修改所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。同樣，從主站來的數(shù)據(jù)存儲在FX2N CPU中的變量存儲器內(nèi)，并可移到其它數(shù)據(jù)區(qū)。上位機(jī)完成控制參數(shù)、工藝流程的動態(tài)顯示、各種參數(shù)的在線監(jiān)測和報(bào)警、趨勢圖顯示、對下位機(jī)進(jìn)行編程和監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的通信。由前置PLC控制柜直接控制進(jìn)氣閥、排氣閥、放空閥、冷卻水電磁閥的動作以及各模擬量信號參數(shù)的控制技術(shù)要求。(2)測控功能①實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)各模擬量的采集及顯示?；谌釬X2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)29③主要工藝參數(shù)的設(shè)定。這種方式所帶來的問題就是電機(jī)頻繁起動，縮短了電機(jī)的使用壽命。在該控制方式下，操作人員可脫開PLC和上位機(jī)單獨(dú)操作。操作人員亦可進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜藶楦深A(yù)。（2）系統(tǒng)以集中方式顯示，實(shí)時(shí)反映空壓機(jī)現(xiàn)場情況，操作人員從上位機(jī)屏幕上就可以了解空壓機(jī)各工藝參數(shù)的情況，亦可打印相關(guān)參數(shù)。（6）系統(tǒng)操作簡單，功能豐富，顯示直觀，維護(hù)方便。（3（ EPSON打印機(jī)一臺。因此，能滿足空壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)的要求。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)31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。對暫時(shí)硬度超過10℃的冷卻水必須進(jìn)行水處理。此變送器壓力腔由一塊單件17—4PH或是316L不銹鋼加工而成,提供防泄漏,全金屬的封閉系統(tǒng)。級間壓力的測量位置應(yīng)該在下一級的進(jìn)口處。接線示意圖如下: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)33圖44 電流變送器PLC輸出信號電機(jī)和電磁閥,電機(jī)啟動或電磁閥打開送高電平,電機(jī)停止或電磁閥關(guān)閉送低電平。純凈的液體及氣體、輕質(zhì)油(≤4 E)（11）線圈功率:DN15～DN20 AC15VA DC9W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)34 DN25～DN50 AC30VA DC18W（12）動作反應(yīng)時(shí)間:開閥≤,關(guān)閥≤3秒 （13）閥體材質(zhì):DF型,DFK型:全銅體 DFB全不銹鋼（14）工作原理當(dāng)電磁閥接通電源時(shí),線圈激磁回路形成磁場并產(chǎn)生磁力。數(shù)據(jù)采集原理如下所示：被測物量 ( 溫度 、 壓力 )傳感器變送器 （ 變流型 ）濾波器 A / D 轉(zhuǎn)換器C P U 2 2 6上位計(jì)算機(jī)總線兩者一體化 EM231圖51 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖 程序設(shè)計(jì)環(huán)境本設(shè)計(jì)下位PLC程序設(shè)計(jì)采用與西門子PLC S7200相配套的程序開發(fā)軟件——STEP7Micro/WIN32 。把PC/PPI電纜的PC端與計(jì)算機(jī)的RS232通信口（COM1或COM2）連接，把PC/PPI電纜的PPI端與PLC的RS485通信口連接即可