【正文】 性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，可實(shí)現(xiàn)無基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外還有 3個輔助系統(tǒng)，即潤滑系統(tǒng)、冷 卻系統(tǒng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)活塞向左移動時，氣缸左邊容積開始縮小，空氣被壓縮，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(jìn)氣閥 4—排氣閥 5—活塞桿 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 壓力隨之上升。 活塞式的傳動機(jī)構(gòu)是曲軸連桿往復(fù)運(yùn)動結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)有：流量較小，氣流速度低，損失小，效率高 。 (2)PLC 發(fā)展必然性 傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)（硬件布線） 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，因而長期廣泛應(yīng)用。研制新的控制系統(tǒng)。 功能增強(qiáng)、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)調(diào)節(jié)等，稱 PC。 圖 32 掃描過 程 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。在此期間， CPU 按照 I/O映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。 3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 為了組成工業(yè)局部，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 4 基于 plc 的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 控制系統(tǒng)組成 控制系統(tǒng)由以下部分組成：變頻器、可編程控制器、電抗器、壓力變送器、接觸器、空氣開關(guān)、電流表、電壓表、按鈕、互感器等。 停止：按下停止按鈕， PLC控制所有的接觸器斷開，變頻器停止工作?？刂葡到y(tǒng)工作流程如圖 42所示。從而使實(shí)際壓力始終維持在給定壓力。 空壓機(jī)切換工作過程 開始時，若 1空壓機(jī)變頻啟動，轉(zhuǎn)速從 0 開始隨頻率上升，如變頻器頻率達(dá)到 50Hz 而此時空氣壓力還在下限值，延時一段時間（避免由于干擾而引起的誤動作）后， 1空壓機(jī)切換為工頻運(yùn)行，同時變 頻器頻率由 50Hz下 降至 0Hz，2號空壓機(jī)變頻起動，如氣壓仍不滿足，則會啟動 3空壓 機(jī)，切換過程同上；同樣，若 3臺空壓機(jī)（假設(shè) 3）都在運(yùn)行， 3空壓 機(jī)變頻運(yùn)行降到 0HZ，此時氣壓仍處于上限值，則延時一段時間后使 1空壓機(jī) 停止，變頻器頻率從 0HZ迅速上升，若此時供氣壓力仍處于上限值，則延時一段時間后使 2空壓機(jī) 機(jī)停止。另外為了方便故障檢查維修。 其他元件包括手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、緊急停止按鈕、聲光報(bào)警器等。不論是寫數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù)，均有計(jì)算機(jī)發(fā)出請求，變頻器只是被動接受請求并作出應(yīng)答。雖然未來的控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域會越來越寬廣，被控對象可以是越來越復(fù)雜，相應(yīng)的控制技術(shù)也會變得越來越 精巧，但是以 PID 為原理的各種控制器將是過程控制中河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 23 不可或缺的基本控制單元。 KI值影響系統(tǒng)的穩(wěn)定精度； KI越大，系統(tǒng)靜態(tài)誤差消除越快，但如果過大，在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和的現(xiàn)象，從而引起響 應(yīng)過程的較大超調(diào)。在系統(tǒng)中，偏差值 e是給定值 SP(希望值 )和過程變量 PV(實(shí)際值 )的差。一類參數(shù)是固定不變的，如參數(shù)編號為 2,4,5,6,7 的參數(shù)，這些參數(shù)可在 PLC 的主程序中設(shè)定。 TS：采樣時間間隔 ?？紤]到傳感器精度、調(diào)整值及外界干擾等因素， PLC 程序中將電流或電壓信號持續(xù) 1秒鐘低于 3mA(即 PLC 內(nèi)部數(shù)值 150)視為傳感器故障。 (3) 選擇 PLC。 (2) 設(shè)計(jì)梯形圖。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過流過載保護(hù)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流來確定。對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻 /工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。其技術(shù)參數(shù)為： (1)指令運(yùn)行時間： （二進(jìn)制 /定點(diǎn) /浮點(diǎn)） (2)主存儲器： 32KB (3)SIMATIC Micro 存儲卡： 64KB～ 4M (4)本機(jī)分布式 I/O： DI/DO： 24/16 A1/AO*PT100： 4+1/2 (5)技術(shù)功能 : 計(jì)數(shù)頻率測量： 3 ( 30KHz ) ～ 4 ( ) (6)接口： MPI (7)外形尺寸： 120 125 130 變頻器選型 本設(shè)計(jì)變頻器選擇西門子 MM440 變頻器。 傳感器的選取 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 信號輸出特性：電流型輸出： DC/4～ 20mA，最大負(fù)載電阻測算 (含傳輸線內(nèi)阻 )： Rmax= ( V 12 ) /（其中 V為供電電壓）。本系統(tǒng)采用 PLC 進(jìn)行過程控制，具有程序設(shè)計(jì)周期短、靈活通用、維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)越性，在很大程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、精確性，也大大提高了系統(tǒng)的自動化程度。 PT100 是鉑電阻溫度傳感器，它適用于測量 60℃ 到 +400℃ 之間的溫度。本系統(tǒng)采用北京科熱測控技術(shù)有限責(zé)任公司研制的 GPT 壓力變送器?？刂乒δ埽? 線性 v/f 控制，平方 v/f 控制，可編程多點(diǎn)設(shè)定 v/f 控制，磁通電流控制免測速矢量控制，閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，節(jié)能控制模式； 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試軟件； 數(shù)字量輸入 6個，模擬量輸入 2個，模擬量輸出 2 個，繼電器輸出 3 個；獨(dú)立 I/O 端子板，方便維護(hù)；采用 BiCo 技術(shù)，實(shí)現(xiàn) I/O 端口自由連接；內(nèi)置 PID 控制器，參數(shù)自整定；集成 RS485 通訊接口，可選 PROFIBUSDP/DeviceNet 通訊模塊； 具有 15個固定頻率， 4 個跳轉(zhuǎn)頻率，可編程；可實(shí)現(xiàn)主 /從控制及力矩控制方式；在電源消河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 36 失或故障時具有 自動再起動 功能；靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，帶有起始段和結(jié)束段的平滑特性；快速電流限制（ FCL），防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘； 有直流制動和復(fù)合制動方式提高制動性能。考慮到以后的擴(kuò)展要求，選用河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 35 CPU313C 型號 PLC， S7313C CPU 包括一個主要處理單元、 AI5/AO2 以及DI24/DO16，這些都被集成在一個緊湊的獨(dú)立的設(shè)備中，該型號具有 24 數(shù)字輸入、 16 數(shù)字輸出。同時熱繼電器可以實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的過熱保護(hù)。 (7) 編制技術(shù)文件。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 29 圖 48 PLC 控制系統(tǒng)流程圖 工藝過 程 分析控制要求 確定用戶 I/O 設(shè)備 選擇 PLC 分配 I/O 點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O 連接圖 繪制流程圖 編制程序清單 設(shè)計(jì)梯形圖 輸入程序并檢查 調(diào)試 滿足要求 修改 設(shè)計(jì)控制臺 現(xiàn)場連 接 聯(lián)機(jī)調(diào)試 滿足要求 編織技術(shù)文件 支付使用 控制臺設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工 PLC 程序設(shè)計(jì) NO NO NO Yes Yes 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 30 PLC 程序設(shè)計(jì)的步驟 (1) 對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。 (2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。經(jīng)PLC 內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換為 200～ 1000數(shù)字信號，而當(dāng)傳感器損壞或斷線時，將不能給PLC 輸出信號， PLC 所檢測到的輸入信號數(shù)字值將低于 200。 PVn： 第 n 采樣時刻的過程變量值 。 控制參數(shù)包括 9個參數(shù)，全部為 32位實(shí)數(shù)格式，共占用 36 字節(jié)。 5 10 15 20 25 30 0 t/s MPa 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 25 西門子公司從 S7200 系列 PLC 中的 CPU215, CPU216 開始增加了用于閉環(huán)控制的 PID 模塊。 數(shù)字式 PID 控制 器的表示函數(shù)為 : )()()()( neKneKneKnU cDIp ??? ? （ 42） 公 式 (42)中 ： e(n)為系統(tǒng)偏差； ec(n)為系統(tǒng)偏差變化率； KP 為比例系數(shù)；KI為積分作用系數(shù)； KD為微分作用系數(shù)。到目前為止，現(xiàn)代控制理論在許多控制應(yīng)用中獲得了大量成功的范例。 計(jì) 算機(jī)發(fā)出通訊請求； 變頻器處理等待； 變頻器作出應(yīng)答； 計(jì)算機(jī)處理等待； 計(jì)算機(jī)作出應(yīng)答。在遠(yuǎn)程控制允許的情況下，值班人員還可以遠(yuǎn)程控制空壓機(jī)。當(dāng) 2空壓機(jī)投入變頻運(yùn)行后，延時 5s PLC 繼續(xù)對變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到變頻器下限頻率信號則關(guān)閉 1空壓機(jī)，剩下2空壓機(jī)在變頻狀態(tài)下運(yùn)行，延時 5s 如果 PLC 再次檢測到變頻器下限頻率信號則把 2空壓機(jī)也關(guān)閉；反之當(dāng)檢測到變頻器上限頻率信號則 PLC 再執(zhí)行增泵動作： KM3 斷開、 KM4 吸合， 2空壓機(jī)改為工頻運(yùn)行并延時 1s， KM6 吸合變頻啟動 3空壓機(jī)。 圖 44 空壓機(jī)變頻調(diào)速原理圖 空壓機(jī)變頻調(diào)速的要求： (1)空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載，這種啟動特點(diǎn)很容易引起變頻器在啟動時出現(xiàn)跳過流保護(hù)的情況，故采用具有高啟動轉(zhuǎn)矩的無速度矢量變頻器，保證既能實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的連續(xù)性，又可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行； (2)空壓機(jī)不允許長時間在低頻下運(yùn)行，空壓機(jī)轉(zhuǎn)速過低，一方面使空壓機(jī)穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體潤滑度變差，會加快磨損。當(dāng)壓力大于設(shè)定值時，通過 PID 調(diào)節(jié)降低頻率，當(dāng)頻率降為 20HZ，延時 30s 后，若測量值仍大于設(shè)定值，則變頻器切換到下一正在運(yùn)行的空壓機(jī)進(jìn)行調(diào)速，同時關(guān)閉當(dāng)前機(jī)。當(dāng)用風(fēng)量減小，若 3臺空壓機(jī)同時運(yùn)行時， 3 空壓機(jī)變頻運(yùn)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(jī)，若還不能滿足要求，則自動停止 2 空壓機(jī)的運(yùn)行。 運(yùn)行：正常情況，電機(jī) M1 處于變頻調(diào)速狀態(tài)，電動機(jī) M M3 處于停機(jī)狀態(tài)。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便 于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。 PLC 的主要特點(diǎn) (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。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)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(diǎn)和軟設(shè)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。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。包括邏輯運(yùn)算功能。傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)被淘汰。 鑒于以上原因，本系統(tǒng)選用螺桿式空壓機(jī) 。當(dāng)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。當(dāng)活塞 2 向右邊移動時，汽 缸左邊的容 積增大，壓力下降 ,當(dāng)壓力降到稍低于進(jìn)氣管中空氣壓力時，管內(nèi)空氣便頂開進(jìn)氣閥 3 進(jìn)入氣缸，并隨著活塞的向右移動繼續(xù)進(jìn)入氣缸，直到活塞移至右邊的末端為止。 3)不能制成微型：螺桿壓縮機(jī)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(jī)才具有優(yōu)越的性能。 (1)螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 1)可靠性高：螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒有易損件， 因而它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達(dá) 4～ 8 萬小時。其嚙合面逐漸向排氣端移動。轉(zhuǎn)子兩端的圓 柱滾子軸承使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)徑向定位，并承受壓縮機(jī)中的徑向力。 空壓機(jī)控制系統(tǒng)中 PLC 的引入極大地簡化了空壓機(jī)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。影響其安全生產(chǎn)的因素主要有 空壓機(jī) 的超溫、超壓、斷水、斷油等。目前 ，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 PID regulator 目錄 1 緒論 ............................................................. 1 PLC 控制在國內(nèi)外的發(fā)展近況 ................................. 1 課題的背景和意義 ........................................... 2 2 空氣壓縮機(jī) ....................................................... 3 空氣壓縮機(jī)及分類 ........................................... 3 螺桿式空壓機(jī) ............................................... 4 螺桿式空壓機(jī)基本結(jié)構(gòu) ................................. 4 螺桿壓縮機(jī)的工作原理 ................................. 4 螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn) .