【正文】 用方便、安全，也不存在資源不足和污染環(huán)境的問(wèn)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(guò)程活塞式空氣壓縮機(jī)（以下簡(jiǎn)稱空壓機(jī)）壓縮空氣的過(guò)程，主要是通過(guò)活塞在汽缸內(nèi)不斷地往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)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(dòng)，都能在其前方完成壓縮和排氣過(guò)程，在其后方完成吸氣過(guò)程。2．壓縮過(guò)程 當(dāng)活塞向左移動(dòng)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(guò)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(dòng)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(guò)排氣閥4排出。活塞面積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(guò)的容積稱為汽缸全容積。下圖即為一單級(jí)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(shuō)明：在整個(gè)吸氣過(guò)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(guò)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(guò)程又重新開始；缸內(nèi)空氣壓力從P2降到 P1的過(guò)程，在示功圖中以垂直于 V軸的直線段DA（縱坐標(biāo)）來(lái)表示。H（壓縮機(jī)常用kW?？諌簷C(jī)在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)所消耗的全功，是吸氣過(guò)程功、壓縮過(guò)程功、排氣過(guò)程功的總和，稱為循環(huán)壓縮功，簡(jiǎn)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?？煞譃榈葴?、絕熱、多變?nèi)N壓縮過(guò)程。圖中曲線BC2表示等溫過(guò)程，稱為等溫壓縮線；曲線BC 表示絕熱過(guò)程，稱為絕熱壓縮線；曲線BC1表示多變過(guò)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(guò)程，稱為絕熱壓縮過(guò)程。其一個(gè)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(guò)程接近于等溫壓縮過(guò)程，就必須加強(qiáng)對(duì)空壓機(jī)的冷卻。國(guó)外對(duì)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(guó)Hamworthy工程公司，德國(guó)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(guó)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(guó)家已經(jīng)早已淘汰。現(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、精密測(cè)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(gè)問(wèn)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(lái)代替繼電接觸式控制系統(tǒng)。從此以后，許多國(guó)家的著名廠家競(jìng)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(jiǎn)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(gè)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(lái)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(gè)掃描周期一般包括五個(gè)階段:輸入處理、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試和寫輸出。在CPU掃描周期的信息處理階段，CPU自動(dòng)檢測(cè)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(cuò)。 PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線概述 現(xiàn)場(chǎng)總線的概念所謂現(xiàn)場(chǎng)總線，是指將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與工業(yè)過(guò)程控制單元、現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)發(fā)展的產(chǎn)物。于1996年，德國(guó)的國(guó)家現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)成為國(guó)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(chǎng)設(shè)備級(jí)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(chǎng)總線結(jié)構(gòu)圖14 現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)圖從圖中可以看出，采用PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)可以分成現(xiàn)場(chǎng)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(gè)從站設(shè)備。PROFIBUSPA 主要用于連接現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(jiǎn)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(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 。?PROFIBUS 上各設(shè)備的連接非常簡(jiǎn)單，并可以通過(guò)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(gè)節(jié)點(diǎn)故障不影響系統(tǒng)通訊?；谌釬X2N_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(gè)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(gè)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(gè)典型的通過(guò)PA 總線連接的智能儀表的響應(yīng)時(shí)間為10ms， 一個(gè)典型的通過(guò)PA 總線連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間為15ms 。單臺(tái)空壓機(jī)的控制回路簡(jiǎn)圖如下：圖21 單臺(tái)空壓機(jī)控制回路原理圖拿單臺(tái)空壓機(jī)控制回路簡(jiǎn)圖來(lái)說(shuō)，前置PLC控制柜既可以控制空壓機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，也可以對(duì)原電控柜加以控制，同時(shí)它又將空壓機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和原電控柜的信號(hào)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(lái)顯示現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)。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)193．從設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)一個(gè)完善的控制系統(tǒng)，弄清楚以上兩個(gè)對(duì)象是開始設(shè)計(jì)時(shí)最重要的事。二．啟動(dòng)電動(dòng)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(tái)上的規(guī)定。2．籠鼠型電動(dòng)機(jī) 常見的低壓電動(dòng)機(jī)用油浸或空氣開關(guān)啟動(dòng)?；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(dòng) 合上起動(dòng)油開關(guān)；待電機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，將勵(lì)磁線圈與放電電阻斷開，同時(shí)接入直流電源；調(diào)整勵(lì)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(lì)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(lái)進(jìn)行啟動(dòng)。循環(huán)潤(rùn)滑油的初始?jí)毫σ话爿^高，經(jīng)不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱后就會(huì)降到規(guī)定值，其時(shí)間的長(zhǎng)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(guò)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(jí)安全閥在壓力超過(guò)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(dòng)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(wú)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(wú)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(dòng)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(chǔ)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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(wú)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(chǎng)檢測(cè)、操作和執(zhí)行組成分布式控制系統(tǒng)。通過(guò)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(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FX2N CPU中的變量存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)顯示、各種參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)和報(bào)警、趨勢(shì)圖顯示、對(duì)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(dòng)作以及各模擬量信號(hào)參數(shù)的控制技術(shù)要求。(2)測(cè)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(lái)的問(wèn)題就是電機(jī)頻繁起動(dòng)，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(chǎng)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(jiǎn)單，功能豐富，顯示直觀，維護(hù)方便。（3（ EPSON打印機(jī)一臺(tái)。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(cè)參數(shù)要求如表41:名稱一級(jí)汽缸溫度二級(jí)汽缸溫度冷卻水溫度一級(jí)汽缸壓力二級(jí)汽缸壓力冷卻水壓力潤(rùn)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(duì)空壓機(jī)各溫度的檢測(cè)和變送，采用GW系列一體化溫度變送器。對(duì)暫時(shí)硬度超過(guò)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(jí)間壓力的測(cè)量位置應(yīng)該在下一級(jí)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(hào)電機(jī)和電磁閥,電機(jī)啟動(dòng)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(dòng)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(chǎng)并產(chǎn)生磁力。數(shù)據(jù)采集原理如下所示：被測(cè)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