【正文】 D 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(gè)固定頻率， 4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程；可實(shí)現(xiàn)主 /從控制及力矩控制方式；在電源消失或故障時(shí)具有 自動(dòng)再起動(dòng) 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(dòng)和復(fù)合制動(dòng)方式提高制動(dòng)性能。本系統(tǒng)采用北京科熱測(cè)控技術(shù)有限責(zé)任公司研制的 GPT 壓力變送器。 (2)溫度傳感器的選型 現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)范圍為 0～ 160℃ ，所以溫度傳感器采用 PT100 標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度傳感器。 工作環(huán)境特性：環(huán)境溫度補(bǔ)償范圍： 0～ 50℃，環(huán)境溫度工作范圍： 20～ 80℃。下面對(duì)本系統(tǒng)中所涉及的傳感器作簡(jiǎn)要比較并最終選型。創(chuàng)新的 BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能有無(wú)可比擬的靈活性。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 29 圖 49 控制系統(tǒng)主電路圖 上位機(jī) P L C 變頻器 M1 ~ M3 ~ M2 ~ Km1 Km2 Km3 Km4 Km5 Km6 FR1 FR3 FR2 QF1 QF2 QF3 QF4 L1 L2 L3 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 30 PLC 選型 本系統(tǒng)中共有 3 臺(tái)電機(jī)、 3個(gè)電磁閥、 7 個(gè)壓力傳感器、 12 個(gè) 溫度傳感器，啟動(dòng)停止等開(kāi)關(guān)控制信號(hào)共 19 個(gè)，共有 64 個(gè) I/O 點(diǎn)、它們構(gòu)成了被控對(duì)象。在 PLC 的 220V 輸入電源前也需要接入自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，保證 PLC 的正常運(yùn)行。 (4) 用編程器將程序鍵入到 PLC 的用戶(hù)存儲(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確。這一步可結(jié)合第 2 步進(jìn)行。即判斷為外部故障。 TI：積分時(shí)間 。如編號(hào)為 1,3,8,9的參數(shù)，它們具有實(shí)時(shí)性。 Kc： PID 回路的增益 。 比例 積分 微分 被控對(duì)象 ｅ（ｔ） ｕ（ｔ） 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 24 圖 47 PID 響應(yīng)曲線(xiàn) 由分析系統(tǒng)的響應(yīng)曲線(xiàn)（如圖 47）可知，在函數(shù) U(n)響應(yīng)的初始階段，取較大的KP和較小的 KI與 KD，可以使響應(yīng)曲線(xiàn)的斜率增大，加快其響應(yīng)速度。 PID 控制器系統(tǒng)原理框圖如圖 46所示。但是，它具有一定的局限性：當(dāng)控制對(duì)象不同時(shí)，控制器的參數(shù)難以自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)外界環(huán)境的變化。選擇接口類(lèi)型為工業(yè) Ether，通信速率為 100Mbps，設(shè)置 PLC 和上位機(jī)的 IP 地址。 PLC 通過(guò)程序掃描這些輸入點(diǎn)，如果發(fā)生故障則作出相應(yīng)的動(dòng)作。切換過(guò)程流程圖如圖 45 所示。變頻器一旦出現(xiàn)故障， 煤炭生產(chǎn) 不允許空氣壓縮機(jī)停機(jī)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻切換功能，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可由工頻電源通過(guò)接觸器直接供電，使空氣壓縮機(jī)照常工作。 (2)自動(dòng)運(yùn)行方式 在自動(dòng)運(yùn)行方式下開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先打開(kāi)冷卻水閥，關(guān)閉供氣閥， 1空壓機(jī)變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通（啟動(dòng)過(guò)程如圖 43）變頻器輸出頻率從 0Hz開(kāi)始上升，此時(shí)壓力變送器檢測(cè)壓力信號(hào)反饋 PLC，由 PLC 經(jīng) PID 運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至 50Hz， 延時(shí)一定時(shí)間后，將 1空壓機(jī)切換為工頻， 2空壓機(jī)變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng) 2空壓機(jī)，頻率逐漸上升，直至供氣壓力達(dá)到設(shè)定壓力，依次類(lèi)推增加空壓機(jī)。 空壓機(jī) 空壓機(jī) 空壓機(jī) M1 M2 M3 壓力變送器 變頻器 PLC 電源 儲(chǔ)氣與供氣管道 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 14 控制系統(tǒng)的工作原理 啟動(dòng)前，將變頻器的機(jī)組開(kāi)關(guān)置于欲工作的機(jī)組，工作方式選擇置于變頻位置，將 PLC 的控制開(kāi)關(guān)置于運(yùn)行狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)組運(yùn)行。其用來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制。 (4)編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線(xiàn)路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握 。 6)良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線(xiàn)路的硬邏輯并行 控制， PLC 采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 9 圖 31 plc 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 PLC 基本工作原理 PLC 的 CPU 采用順序邏輯掃描用戶(hù)程序的運(yùn)行方式，即 如果一個(gè)輸出線(xiàn)圈或邏輯線(xiàn)圈被接通或斷開(kāi)，該線(xiàn)圈的所有觸點(diǎn) (包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn) )不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。其后，日本、德國(guó)相繼引入。不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。這樣必然增加用戶(hù)的維修費(fèi)用。當(dāng)活塞繼續(xù)向左移動(dòng)，氣缸容積縮小，空氣體積也隨之縮小，壓力不斷提高?；钊c氣缸共同組成壓縮機(jī)工作腔，依靠活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并借助進(jìn)、排氣閥的自動(dòng)開(kāi)閉，使氣體周期性的進(jìn)入工作腔，進(jìn)行壓縮和排出。 (2)螺桿壓縮機(jī)的缺點(diǎn) 1)造價(jià)高：螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具，在價(jià)格昂貴的專(zhuān)用設(shè)備上進(jìn)行加工。 螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn) 就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)相同，都屬容積式壓縮機(jī)。 (1)進(jìn)氣過(guò)程：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ,陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進(jìn)氣端壁開(kāi)口時(shí)其 空間最大，此時(shí)轉(zhuǎn)子齒溝空間與進(jìn)氣口的相通，因在排氣時(shí)齒溝的氣體被完全排出，排氣完成時(shí)，齒溝處于真空狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)至進(jìn)氣口時(shí)，外界氣體即被吸入，沿軸向進(jìn)入陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。把節(jié)圓內(nèi)具有凹齒的轉(zhuǎn)子，稱(chēng)為陰轉(zhuǎn)子或 陰螺桿。隨著電子技術(shù)、軟件技術(shù)、控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器（ PLC）發(fā)展迅猛，性能很高，價(jià)格較為合理，與繼電器組的控制電路比具有非常大的優(yōu)勢(shì)。隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。 同時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是采用集中監(jiān)測(cè)、集中控制、集中顯示、集中管理、集中保存的系統(tǒng)，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，廣泛應(yīng)用在化工、供暖、機(jī)械、供水、水處理等多個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來(lái)越顯著的作用。當(dāng)變頻器輸出電壓的頻率已降至下限值，而供氣壓力仍高于所需壓力，則由 PLC 控制變頻器關(guān)閉當(dāng)前機(jī)，變頻器轉(zhuǎn)而變頻控制另一臺(tái)運(yùn)行的空壓機(jī)。 設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于 PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 答辯學(xué)生向畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會(huì)（小組）提交以下資料： 一、設(shè)計(jì) （ 論 文） 說(shuō)明書(shū) 共 37 頁(yè) 二、設(shè)計(jì)（論文）圖紙 共 0 張 三、指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn) 共 0 張 根據(jù)學(xué)生所提供的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料和指導(dǎo) 教師意見(jiàn)以及在答辯過(guò)程中學(xué)生回答問(wèn)題的情況，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)（小組）作出如下決議： 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的總評(píng)語(yǔ)： 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的總評(píng)成績(jī)： 畢業(yè)答辯委員會(huì)主任（組長(zhǎng)）簽字： 委員（成員）簽字： 年 月 日 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 5 摘要 空氣壓縮機(jī) (簡(jiǎn)稱(chēng)空壓機(jī) )是一種用來(lái)壓縮氣體提高氣體壓力或輸送氣體的機(jī)械?？諌簷C(jī)的用途很廣 ，幾乎遍及工農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科技、民用等各個(gè)領(lǐng)域。從而使生產(chǎn)系統(tǒng)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全性能。 PLC 控制在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展近況 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 課題的背景和意義 空氣 壓縮機(jī) 是礦山生產(chǎn)重要的四大固定設(shè)備之一，它產(chǎn)生壓縮空氣，用以帶動(dòng)鑿巖機(jī)、風(fēng)動(dòng)裝巖機(jī)等設(shè)備及其他風(fēng)動(dòng)工具。許多礦山設(shè)備已選用了 PLC 來(lái)代替比較重要的控制設(shè)備。一般陽(yáng)轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)連接，由陽(yáng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)氣體充滿(mǎn)了整個(gè)齒溝時(shí)，轉(zhuǎn)子進(jìn)氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離機(jī)殼進(jìn)氣口，在齒溝的氣體即被封閉。就主要部件的運(yùn)動(dòng)形式而言，又與離心壓縮 機(jī)相似。另外，對(duì)螺桿壓縮機(jī)氣缸的加工精度也有較高的要求。活塞在氣缸內(nèi)一次往復(fù)的全過(guò)程分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過(guò)程，合稱(chēng)一個(gè)工作過(guò)程，如圖 22所示。 (3)排氣過(guò)程。 (2) 曲軸連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，由于其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特性，限制了其轉(zhuǎn)速的提高，致使機(jī)器笨重，同時(shí)，該運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的慣性力能以平衡，剩余的慣性力，會(huì)使機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲以及零部件的不正常的損壞。還有靈活性、通用 性差；體積大；速度慢等缺點(diǎn)。中國(guó) 1974 年研制， 1977 年成功。 PLC 掃描用戶(hù)程序的時(shí)間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 掃描技術(shù)如圖 32 所示。 (2)用戶(hù)程序執(zhí)行階段 在用戶(hù)程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序 (梯形圖 )。以上兩個(gè)主要原因，使得 PLC 的 I/O 響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢得多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。 7)大型 PLC還可以采用由雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。 (5)安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。包括五部分：起動(dòng)、運(yùn)行、停止、切換、報(bào)警及故障自診斷。 1 空壓機(jī)變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)牧汩_(kāi)始上 升，若達(dá)到預(yù)設(shè)的頻率上限值 50Hz 時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后風(fēng)包出口處的壓力仍不能達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值 (～ )，則由 PLC 通過(guò)控制中間繼電器的通斷將 1 空壓機(jī)切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)將 2空氣壓縮機(jī)切換到變頻狀態(tài)，變頻啟動(dòng) 2空壓機(jī)。 變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，裝在儲(chǔ)氣管出氣口的壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力轉(zhuǎn)變 為電信號(hào)送給 PLC 內(nèi)部 PID 調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的 PID 控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率 。 整個(gè)控制過(guò)程如下： 用氣需求 ↑ —— 管路氣壓 ↓ —— 壓力設(shè)定值與 反 饋值的差值 ↑ —— PID 輸出 ↑ —— 變頻器輸出頻率 ↑ —— 空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速 ↑ —— 供氣流量 ↑ — — 管路氣壓趨于穩(wěn)定 。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 20 圖 45 空壓機(jī)切換流程圖 在自動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先 KM2 吸合， 1空壓機(jī)在變頻器控制下起動(dòng)，延時(shí) 5s（延時(shí)是為了讓壓力穩(wěn)定下來(lái)） PLC 對(duì)變頻器的輸出頻率進(jìn)行檢測(cè)。如檢 測(cè)到一臺(tái)空壓機(jī)出現(xiàn)過(guò)載情況，則切斷該空壓機(jī)的接觸器并投入備用空壓機(jī)，同時(shí)輸出故障信號(hào)，以方便檢查及時(shí)維修。 在煤礦空壓機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)中，用來(lái)控制空壓機(jī)的 PLC 系統(tǒng)作為下位機(jī)，與調(diào)度室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)即上位機(jī)組成一個(gè)小型的工業(yè)以太網(wǎng)，進(jìn)行 PLC 系統(tǒng)工作狀態(tài)的反饋和對(duì) PLC系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)。為了使控制器具有較好的自適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整，可以采用模糊控制方法。將偏差的比例（ KP ）、積分 (KI)和微分 (KD)通過(guò)線(xiàn)性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制， KP、 KI、 KD 3個(gè) 參數(shù)的選取直接影響了控制效果。在函數(shù) U(n)接近輸出值時(shí)，迅速增大 KD，并逐步減小 KP，使系統(tǒng)獲得較大的阻尼，抑制系統(tǒng) 超調(diào)，減小響應(yīng)誤差的變化率。 e： PID 回路的偏差 (給定值與過(guò)程變量之差 ) 。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn) :其中有一些參數(shù)，既是本次的輸入 (執(zhí)行 PID指令之前 )，又是本次的輸出 (執(zhí)行 PID 指令之后 )，同時(shí)還是下次運(yùn)算的輸入，如編號(hào)為 3,8,9 的參數(shù)。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō) 明 書(shū) 26 MX：第 n1采樣時(shí)刻的積分項(xiàng) (積分項(xiàng)前值 )。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的一般步驟如圖 (48)所示。 (5) 進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。 (5)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿(mǎn)足要求為止。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇。電機(jī)的啟動(dòng)由開(kāi)關(guān)量控制， PLC 模擬量模塊輸出 4～ 20mA 電流作為變頻器的控制端輸入，進(jìn)行壓