【正文】 排氣壓力超過規(guī)定值，安全閥雖已動作排氣，但調(diào)節(jié)器失控，壓力降不下來時(shí)； 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 10） 電壓值突然降到規(guī)定的最低值以下，如由 380V降至 340V以下時(shí)； 11） 電流表讀數(shù)突然增大，超過額定電流 25%以上，延續(xù)時(shí)間超過 15S（說明電動機(jī)嚴(yán)重超負(fù)荷，一般 應(yīng)在電流表和電壓表上用紅色標(biāo)出警戒線）時(shí)； 12） 當(dāng)電動機(jī)（包括開關(guān)柜）發(fā)生：某相斷或部分?jǐn)嚯?，不同步，溫度過高，異常聲音、氣味、冒煙，火花等情況之一時(shí)； 13） 原動機(jī)的轉(zhuǎn)速突然超過額定轉(zhuǎn)速（俗稱“飛車”，此時(shí)會聽到極大的“嗡嗡”聲并隨著設(shè)備強(qiáng)烈的振蕩和響聲）時(shí)。隨后關(guān)閉主電機(jī)以及斷開電源，待空壓機(jī)停轉(zhuǎn)后，盡快放開中間冷卻器、油水分離器以及儲氣缸內(nèi)冷凝的油和水，等到溫度降低后關(guān)閉冷卻 水的進(jìn)水閥門，停止水泵等的工作，最后關(guān)閉放空閥完成整個(gè)停機(jī)過程。必須 停機(jī)檢修或緊急停機(jī)后迅速查明原因并及時(shí)處理。 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) 22 1）有無不正常的碰撞、敲擊、摩擦等雜音或氣味；監(jiān)控儀表如油壓、水壓、氣壓、電壓和電流等的指示值是否在規(guī)定范圍內(nèi)；電機(jī)及各傳動、運(yùn)轉(zhuǎn)部位的工作情況和溫度。當(dāng)油壓過高或偏低超過規(guī)定值時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整。 （ 4）起動補(bǔ)償器起動 合上起動油開關(guān)；合上自耦變壓器零位油開關(guān)；當(dāng)電機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，將勵(lì)磁線圈送入直流電；調(diào)整勵(lì)磁電流至略高于需要值；當(dāng)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后，斷開自耦變壓器零位油開關(guān)；合上運(yùn)轉(zhuǎn)油開關(guān)；調(diào)整勵(lì)磁電流到需要值。各種電動機(jī)的啟動程序如下。 從單臺空氣壓縮機(jī)控制原理圖我們可以得出以下結(jié)論 : 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) 18 ,弄清楚控制對象是很重要的。 (4)實(shí)時(shí)性 采用 PROFIBUS 總線 的系統(tǒng)具有很高的實(shí)時(shí)性，這是由 PROFIBUS 總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率高所決定的。 ? 支持冗余總線系統(tǒng) ，提高系統(tǒng)可靠性。目前國際知名的自動化系統(tǒng)制造商如： SIEMENS 、 ABB、 EMERSON 等和知名的儀表制造商如： SIEMENS 、 EMERSON 等都可以提供豐富的支持 PROFIBUS 的產(chǎn)品?？梢圆捎闷帘坞p絞線電纜，也可采用非屏蔽雙絞線電纜，可通過總線供電。 現(xiàn)場控制層 現(xiàn)場控制層由現(xiàn)場智能設(shè)備、現(xiàn)場智能儀表、遠(yuǎn)程 I/O 和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。 20xx 年 3 月， PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn)被批準(zhǔn)為國際 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) IEC61158 的組成部分（ TYPEIII）。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。 輸入處理階段 對個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸入掃 描，并將各掃描結(jié)果分別寫入對應(yīng)的映像寄存器中。 FX2N系列 PLC基本單元有 6種規(guī)格，分別為 1 3 4 6 80、 128。 （ 2） FX2N系列采用了基本單元加擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)形式，基本單元本身具有固定 I/O點(diǎn)，可以作為獨(dú)立的 PLC使用。 PLC 另一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是可靠性很高，平均無故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá) 10 萬個(gè)小時(shí)以上，可以大大減少設(shè)備維修費(fèi)用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)隨時(shí)。 從 20 世紀(jì) 30 年代開始，生產(chǎn)企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，采用機(jī)械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方 式，對不同類型的產(chǎn)品分別組成生產(chǎn)線。隨著塑料制品行業(yè)的迅猛發(fā)展，對空壓機(jī)要求具有更高壓力，更大氣量才能使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量好，成本低。冷卻的效果愈好，散除熱量愈多，耗功就愈少、愈經(jīng)濟(jì)。它也是一種理想過程，實(shí)際上很難做到無絲毫的熱交換。多變壓縮過程界于等溫和絕熱壓縮過程之間，等溫和絕熱壓縮過程是多變基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 壓縮過程的兩種特殊過程。 h）。在示功圖中用一段平行于 V 周，并相距為 P2 的直線段 CD（稱為排氣線）表示。 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) 4 圖 12 單級單作用式壓縮機(jī)的汽缸示意圖及理論示功圖 1—— 汽缸 2—— 活塞 3—— 近氣閥 4—— 排氣閥 在分析這種活塞式壓縮機(jī)的理論工作過程前，必須做如下假設(shè)：汽缸中沒有余隙容積，被壓縮氣體能全部排出 汽缸；進(jìn)、排氣管中氣體狀態(tài)相同（即無阻力、無氣流脈動、無熱交換）；氣閥啟閉及時(shí)，氣體無阻力損失；壓縮容積絕對密封、無任何泄露；氣體壓縮過程中，不論有無熱交換，其過程指數(shù)為定值。由此可見，雙作用式空壓機(jī)的活塞在缸內(nèi)往復(fù)一次（曲軸正好旋轉(zhuǎn)了一周），便完成兩次吸氣、壓縮和排氣過程。由于進(jìn)氣閥的止逆作 用，是缸內(nèi)空氣不能倒流回進(jìn)氣管中?；钊谄變?nèi)一次往復(fù)的全過程分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過程，和稱為一個(gè)工作過程。使用壓縮空氣的機(jī)械，雖然利用率較低， 噪聲也較大，但它不產(chǎn)生火花、不怕超負(fù)荷，無觸電危險(xiǎn)，特別能適應(yīng)溫度大、粉塵多、高溫、易燃、易爆等特殊、惡劣環(huán)境及沖擊性和負(fù)荷變化大的場合，具有使用其他動力（電力、熱力等）的機(jī)械所不能具有的許多優(yōu)點(diǎn)。 這樣對空壓機(jī)的定時(shí)檢查、記錄等很難做到及時(shí)、準(zhǔn)確，設(shè)備故障的前期隱患難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理，給安全生產(chǎn)帶來一定影響。活塞式空壓機(jī)是一種技術(shù)含量高，關(guān)鍵件加工困難的新型機(jī)器，廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè)、石油化工、電力等國民經(jīng)濟(jì)各部門。 空壓站是企業(yè)中向各個(gè)用氣點(diǎn)輸送一定壓力空氣的部門。進(jìn)入 21 世紀(jì)，各種自動控制產(chǎn)品正在向著控制可靠，操作簡單，通用性強(qiáng)，價(jià)格低廉的方向發(fā)展，使自動控制的實(shí)現(xiàn)越來越容易。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) 1 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) 摘要 本設(shè)計(jì)主要分析介紹了用上位機(jī)和 PLC 來完成動力廠房空壓機(jī)的計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控的原因以及具體實(shí)施方案。 PLC 是在繼電控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展起來的以微處理為核心，集微電子技術(shù)，自動化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)為一 體，以工業(yè)自動化控制為目標(biāo)的新型控制裝置。在空壓站內(nèi)，壓縮機(jī)將空氣壓縮成具有一定壓力的氣 體貯存到貯氣罐中，這時(shí)貯氣罐就成了一個(gè)具有爆基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 炸危險(xiǎn)的容器。 特別是近年來，隨著我國塑料工業(yè)的快速發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，要求活塞式空壓機(jī)具有更高的壓力、更大的容積流量，迫切需要壓力為 ，排氣量為 m3/min的空壓機(jī)，而日前國內(nèi)尚無合適機(jī)型，該產(chǎn)品在國內(nèi)屬空檔。因此，有必要建立一個(gè)集中監(jiān)控系統(tǒng)，對各臺空壓機(jī)的操作、運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)、安全和可靠運(yùn)行。因此，被國內(nèi)、外各種工業(yè)、礦山、科研等部門所采用。為了敘述方便，現(xiàn)將單級單作用和雙作用式空壓機(jī)的一個(gè)汽缸分別簡化，如圖所示： 圖 11 單級壓縮機(jī)的汽缸簡圖 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 它們的工作過程都是一樣的，所不同的是：單作用式當(dāng)活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動一次，只有一次吸氣、壓縮和排氣過程。同時(shí)，因排氣管內(nèi)空氣壓力又高于 汽缸內(nèi)空氣壓力，空氣無法從排氣閥 4 流出缸外，排氣管中空氣也因排氣閥的止逆作用而不能流回汽缸內(nèi)，所以，這時(shí)汽缸內(nèi)形成一個(gè)封閉容積。 由于活塞在汽缸內(nèi)的不斷地往復(fù)運(yùn)動，汽缸便循環(huán)地吸氣、壓縮和排氣。上述假設(shè)，實(shí)際上是不可能存在，但它對掌握壓縮機(jī)原理和其工作特點(diǎn)是十分重要的。在排氣過程中，缸內(nèi)壓力一直保持不變，容積逐漸縮小。 空氣受壓縮時(shí)所產(chǎn)生的熱量，大部分將留在空氣中，使本身溫度升高，并增加了空氣的內(nèi)能（空氣分子運(yùn)動的動能與分子相互作用的位能的總和，它只與空氣的溫度有關(guān)）。 P— V 圖上多變壓縮過程指數(shù) n 值一般取 ~；等溫壓縮 n=1；絕熱壓縮 n=k，空氣的絕熱指數(shù) k 值為 。其一個(gè)工作循環(huán)的理論壓縮功為： )(112116 hkWppVpk kW kk?????????????????????????絕 壓縮終了溫度 )(11212 KPPTT kk?????????? 3．多變壓縮過程 它是不全等溫，也絕不全絕熱，即介于等溫和絕熱壓縮之間的過程，故稱多變壓縮過程。在大、中型空壓機(jī)中，大多采用水冷卻的方式來冷卻汽缸和壓縮后的高溫空氣（通過中間冷卻器和后冷卻器）。同時(shí)，對空壓機(jī)的可靠性與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì) 性也提出了更高的要求，就國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)水基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 平無論在品種上，還是在可靠性方面都難以滿足。隨著產(chǎn)品類型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的設(shè)備按新的工藝過程允許，而繼電接觸器控制系統(tǒng)采取規(guī)定接線方式，很難適應(yīng)這個(gè)要求。當(dāng)前PLC 已經(jīng)成為電氣自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心控制裝置。 FX2N系列也有擴(kuò)展 I/O模塊，最大 I/O點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到256點(diǎn)?；締卧鶕?jù)電源可以分為 AC和 DC兩種；根據(jù)輸出可以分為繼電器、晶體管和雙向晶閘管 3種。 在執(zhí)行程序階段， CPU從第一條指令開始順序取指令并執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束。 寫輸出階段， CPU用輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)集中對輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新，通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。 PROFIBUS 現(xiàn)場總線是一種國際化、開放式異步通訊標(biāo)準(zhǔn)，于 1996 年被批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場控制涉及 PROFIBUS 協(xié)議 PROFIBUSDP 和 PROFIBUSPA 兩個(gè)部分。 監(jiān)控層 監(jiān)控層由高速工業(yè)以太網(wǎng)以及連接在總線上的擔(dān)任監(jiān)控作務(wù)的工作站或顯示操作站、工程師站、 PLC/DCS 控制器組成。在電力行業(yè)知名的 DCS 制造商如： SIEMENS 、 ABB 、 EMERSON 、 FOXBORO 等都支持 PROFIBUS 現(xiàn)場總線，知名的 PLC 品牌如： SIEMENS 、 MODICON 、 AB 也都可以支持 PROFIBUS 總線。 (3)靈活擴(kuò)展 采用 PROFIBUS 總線結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，擴(kuò)展非常方便靈活，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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) 16 ? 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，可以支持總線型、星型、樹型、冗余環(huán)型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 PROFIBUSDP 總線的傳輸速率可達(dá) 12M ，是目前通訊速率最高的現(xiàn)場總線。只有知道控制什么，才可能去控制需要控制的對象。 1．繞線式電動機(jī) 有的有滑環(huán)短路裝置。 以上為常見電動機(jī)一般 的啟動程序。 3）觀察冷卻系統(tǒng)的工作情況，調(diào)整水流量，水流應(yīng)無氣泡和斷續(xù)供、排水的情況。 2）進(jìn)氣、排氣、冷卻系統(tǒng)的聲響，壓力、溫度、流量等工作狀況；應(yīng)經(jīng)常用手觸同級的各進(jìn)氣閥蓋溫度是否各異或高，以確定其工作是否正常。 3．定時(shí)排放冷凝的油、水。 停機(jī)過程流程圖為： 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) 23 停 機(jī) 命 令關(guān) 閉 進(jìn) 氣 閥關(guān) 閉 排 氣 閥打 開 放 空 閥關(guān) 閉 主 電 機(jī)關(guān) 閉 冷 卻 水停 機(jī)延 時(shí)延 時(shí)延 時(shí)延 時(shí) 圖 23 空壓機(jī)停機(jī)過程流程圖 空壓機(jī)的停機(jī)有正常停機(jī)和緊急停機(jī)之分。 原動機(jī)的自動跳閘、聯(lián)銷、安全等裝置動作導(dǎo)致自動停機(jī)也屬緊急停機(jī)之外。 PROFIBUS 規(guī)定一 種串行總線系統(tǒng)的技術(shù)特性和功能，用這種系統(tǒng)可將分布于現(xiàn)場中的自動化設(shè)備在低、中等性能范圍內(nèi)（分別為傳感器、執(zhí)行器和單元層）相互連接成網(wǎng)絡(luò)。這樣，使用戶能與主站交換任何類型的數(shù)據(jù)。 技術(shù)原理 根據(jù)空壓機(jī)的技術(shù)規(guī)范和運(yùn)行要求，將來自現(xiàn)場的檢測信號（模擬量信號和開關(guān)量信號）加以 控制和顯示。 (3)多媒體功能 ① 各測控參數(shù)實(shí)時(shí)動態(tài)顯示及報(bào)警?，F(xiàn)在我們的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)更是達(dá)到了這一要求。該系統(tǒng)還能采集和存取相關(guān)工藝參數(shù)及報(bào)警等。 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) 29 第四章 空壓機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置 上位機(jī)硬件配置 采用臺灣研華工業(yè)計(jì)算機(jī)為控制系統(tǒng)的上位機(jī)，并配以其它外圍設(shè)備，其組成如下： （ 1） 研華 IPC618— PIII 工業(yè)計(jì)算機(jī)一臺。其中檢測元件直接對空壓機(jī)各元件進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果送至 PLC 運(yùn)算處理。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 溫度變送器 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。 （ 3） EPSON 打印機(jī)一臺。 （ 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)。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。 ③ 主要工藝參數(shù)的設(shè)定。由前置 PLC 控