【正文】 外型結(jié)構(gòu)與典型接線：探頭外型尺寸： φ 59mm 120mm，重量： 650g。壓力信號要求范圍為 0～ 1MPa，精度為 %以上。10% ，單相 /三相，交流， ； 380V480V177。 PLC 輸入輸出模塊 I/O 點數(shù)如表 42 所示。（主電路如圖 49） 由于每臺電機的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機當前的工作電流，必須在每臺電機三相輸入電源前面都接入一個電流互感器，電流互感器和熱繼電器、電流表連接。 (6) 待控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行聯(lián)機調(diào)試。 在設(shè)計繼電器控制系統(tǒng)時，必須在控制線路（接線程序）設(shè) 計完成后，才能進行控制大的設(shè)計和現(xiàn)場施工。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟： (1) 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。 報警裝置 系統(tǒng)裝有壓力傳感器和電流傳感器，結(jié)合 PLC 內(nèi)部時間繼電器，由 PLC 根據(jù)程序進行邏輯判斷，可對電機過載、電機過流、電機起動過載、電機運行過載、空壓機斷水、斷油、油水超溫等故障報警，并執(zhí)行相關(guān)保護動作。表 41 中變量類型欄的 In/Out 應理解為相對于 PID 控制器而言的輸入或輸出。 Minitial： PID 回路輸出的初始值。當函數(shù) U(n)達到其輸出值時，應使 KI增大，迅速消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）說 明 書 23 圖 46 ＰＩＤ控制器系統(tǒng)原理圖 在經(jīng)典 PID 控制中，給定值與測量值進行比較，得出偏差 e(t)，并依據(jù)偏差情況，給出控制作用 u(t)。 模糊控制已成為智能自動化控制研究中最為活躍而富有成果的領(lǐng)域。 (2)PLC 與變頻器的通信 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）說 明 書 22 本系 統(tǒng)中 PLC 對變頻器的控制是通過串行通訊的方式實現(xiàn)的， PLC 通過 RS485 通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、和過壓、過流、過負荷等全部報警信息等參數(shù)。 通信方式 (1)上位機與 PLC 的通信 在工控領(lǐng)域中 PLC 通常作為下位機使用，工業(yè)計算機作為上位機，通過網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)視空壓機的運行狀況，查看壓力、溫度、運行時間、電機電壓、電機電流、輸出功率等實時數(shù)據(jù)，記錄并存儲歷史數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)的查詢和打印功能。當檢測到變頻器下限頻率信號則關(guān)閉 1空壓機；反之當檢測到變頻器上限頻 率信號則 PLC 執(zhí)行增加空開始 1空壓機變頻運 行 添加工作空壓機 1空壓機變頻運行 1空壓機停止運行 減少工作空壓機 變頻器輸出頻率 變頻器輸出頻率 變頻器輸出頻率 上限 上限 延時 5s 延時 5s 延時 5s 上限 延時 5s 延時 5s 下限 下限 正常 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）說 明 書 21 壓機動作： KM2 斷開、 KM1吸合， 1空壓機改為工頻運行并延時 1s（延時一是為了讓開關(guān)充分熄弧，另一方面是為了讓變頻器減速為 0， KM4 吸合變頻啟動 2空壓機。 特別注意 ：為防止電機頻繁起制動和變速， 在壓力容差范圍內(nèi)，變頻器的輸出頻率不變。當壓力小于設(shè)定值時，頻率升為 50HZ，延時 30s 后，若測量值仍小于設(shè)定值，則變頻器切換為工頻運行，同時變頻器啟動下一臺空壓機，依次啟動各臺空壓機。若 2空壓機達到頻率上限時，延時一段時間后仍不能滿足要求，再自動將 2空壓機切換到工頻運行，變頻啟動 3空壓機。 起動：三臺電機 M1， M2， M3 如圖 41所示，可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇變頻 /工頻啟動。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。 (2)豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、 強電或弱電等。所謂 I/O 響應時間指從 PLC 的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時間。在掃描每一組梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 掃描技術(shù) 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 (3)功能發(fā)展史：（名字的由來） 早期：順序控制。 60 年代末期，美國汽車制造工業(yè)相當發(fā)達，要求不斷更換汽車的型號。所以活塞式振動大，機械性噪音大、可靠性低。隨著活塞不斷左移壓縮缸內(nèi)空氣，使壓力繼續(xù)升高。 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）說 明 書 6 圖 22 單級活塞式空壓機原理簡圖 一個工作循環(huán)周期如下： (1)吸氣過程。 2)不適合高壓場合：由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機只能適用于中，低壓范圍，排氣壓力一般不能超過 。所以，螺桿壓縮機同時具有上述兩類壓縮機的特點。 (2)壓縮過程：陰陽轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時，其陰陽轉(zhuǎn)子齒尖會與機殼封閉，此時氣體在齒溝內(nèi)不再外流。轉(zhuǎn)子上的最后一對軸承實現(xiàn)軸向定位，空氣壓縮機 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 旋葉式空壓機 其它 單螺桿式空壓機 雙螺桿式空壓機 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）說 明 書 4 并承受壓縮機中的軸向力。傳統(tǒng)的保護設(shè)備主要采用分離儀表，其可靠性差、集程度低、費用高，不能有效的滿足礦山設(shè)備投入的 經(jīng)濟性和安全性的要求。其能否安全運行直接影響著煤礦生產(chǎn)的產(chǎn)量和效益。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制功能上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合； 從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。本論文介紹了空氣壓縮機、可編程控制系統(tǒng)（ PLC）控制原理、系統(tǒng)通信等?？諝鈮嚎s機的安全生產(chǎn)保護對于煤礦企業(yè)的生產(chǎn)是十分重要的。 三、審閱意見及評語 指 導教師（簽名） 職 稱 工 作 單 位 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 4 河南理工大學成人教育學院 畢業(yè)設(shè)計 （ 論 文） 答辯委員會記錄 平頂山函授站 年級專業(yè) 20xx級電氣工程及其自動化 學生的畢 業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC的煤礦空壓 機控制系統(tǒng)設(shè)計 于 20xx 年 5 月 9 日進行答辯。當變頻器控制當前機由變頻轉(zhuǎn)為工頻，而供氣壓力仍不滿足時，則由 PLC 控制變頻器軟啟動下一臺空壓機變頻運行，依次開啟。 目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán) 保及文化娛樂等各個行業(yè)。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。現(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。 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。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)。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。 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。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。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。 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(shè)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。一旦生產(chǎn)要求及生產(chǎn)過程發(fā)生變化，必須重新設(shè)計線路，重新接線安裝。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)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。 其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。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。 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(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。 5)對采用的器件進行嚴格的篩選。 PLC 的各個部件，包括 CPU、電源、 I/O 等均采用模塊化設(shè)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。 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(guān)量輸入、輸出模塊等組成。 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。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用。正常情況下，空氣壓縮機在變頻器調(diào)速控制方式下工作。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。在設(shè)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。 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(luò)實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。 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。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。 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。 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) 。另外一類參數(shù)必須在調(diào)用 PID 指令時才填入控制表格。 TD：微分時間 。 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)。 (4) 分配 PLC 的 I/O 點，設(shè)計 I/O 連接圖。 (3)根據(jù)梯形圖編制程序清單。還需要在工頻電源下面接入同樣的自動空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機的過 流過載保護接通。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。 它采用高性能的矢量控制技術(shù)，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。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。 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(shè)電壓極性反接保護。 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 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。 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設(shè)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。可提供標準值為 24V DC的輸入和輸出電壓。 變頻器主電路電源輸入端子 (U1， V1， W1)經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接， 變頻器主電路輸出端子