【正文】 ........................................................... 21 控制系統(tǒng)概述 ................................................................................................. 22 報警裝置 ........................................................................................................ 26 系統(tǒng)設計 ................................................................................................................... 26 PLC 控 制系統(tǒng)設計步驟 .................................................................................. 26 PLC 程序設計的步驟 ...................................................................................... 27 控制系統(tǒng)硬件設計 ................................................................................................... 28 主電路設計 ..................................................................................................... 28 PLC 選型 .......................................................................................................... 30 變頻器選型 ..................................................................................................... 31 傳感器的選取 ................................................................................................. 32 系統(tǒng) PLC 硬件部分地址分配及部分程序 ..................................................... 32 致 謝 ...................................................................................................................................... 36 參考文獻 .................................................................................................................................. 37 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 1 第一章 緒論 自二十世紀六十年代美國推出 可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controller， PLC） 取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來 ， PLC得到了快速發(fā)展 ， 在世界各地得到了廣泛應用?？删幊炭刂破?(PLC)將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機控制技術和通信技術融為一體，專為工業(yè)控制而設計。 三、設計 （ 論 文）時間 20xx年 3月 14 日至 20xx年 4月 20日 指 導教師（簽名） 成教院院長（簽名） III 河南理工大學成人教育學院 畢業(yè)設計 （ 論 文） 評定 書 站名： 平頂山函授站 年級專業(yè) 20xx級電氣工程及其自動化 學生姓名 一、設計（論文）題目： 基于 PLC的煤礦空壓機控制系統(tǒng)設計 二、設計 （ 論 文） 說明書 37 頁，附圖 0 張。系統(tǒng)利用壓力傳感器采集氣包出口壓力，通過變送器輸出 4～ 20 毫安標準信號至 PLC 模擬輸入端口，經(jīng)過 PLC 內部 PID 算法邏輯運算，送出控制 信號至變頻器，變頻器根據(jù)送來的信號改變輸出電壓的頻率，來調節(jié)電機轉速，以確保供氣壓力的恒定。今天的 PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設備及產(chǎn)品中不斷擴大了 PLC的應用。用繼電器組成的控制電路可靠性差、不易維護、不易監(jiān)視，已不能適應當前的要求。作為基礎工業(yè)設備，空壓機在冶金、機械制造、 礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應用。 螺桿壓縮機的工作原理 螺桿壓縮機的工作循環(huán)過程可分為進氣，壓縮和排氣三個過程。 從上述工作原理可以看出，螺桿壓縮機是一種工作容積作回轉運動的容積式氣體壓縮機械。 4)適應性強：螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣范圍內能保證較高的效率。活塞式空壓機是一種最常見的容積式壓縮機。由于進氣閥的止氣作用，缸內空氣不能倒流回進氣管中。 壓力范圍廣，適用于從低壓到超高壓；適應性強，排氣壓力變動較大時，排氣量不變；機 組零件多用普通金屬材料，制造精度要求不太高；外形尺寸及重量較大，結構復雜，易損失件多。 缺點：采用固定的接線方式。提出以下要求：設計周期短，更改容易，接線簡單，成本低；把繼電器控制和計算機技術結合起來；但編程要比計算機簡單易學，操作方便 ， 系統(tǒng)通用性強。 PLC 基本結構 PLC 主要是由 CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。這時，才是 PLC 的真正輸出。 4)采用性能優(yōu)良的開關電源。 (3)采用模塊化結構 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 12 為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結構。 基于 PLC 的控制系統(tǒng)原理圖如圖 41所示。 切換：實現(xiàn) M1， M2， M3 工頻、變頻相互切換。 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 15 圖 42 控制系統(tǒng)流程圖 開始 變頻器啟動 頻率上限是否達到 頻率下限是否達到 監(jiān)測參數(shù)是否正常 是否有停機信號 停機 轉化為工頻運行并把變頻器切換到下一臺空壓機 當前空壓機停機并把變頻器復位 報警延時 Y Y N Y Y N N 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 16 該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式： (1)手動運行方式 選擇此方式時，按啟動按鈕空壓機或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各空壓機。 另外，采用該方案后，空氣壓縮機電動機從靜止到穩(wěn)定轉速可由變頻器實現(xiàn)軟啟動，避免了啟動時的大電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械沖擊。 空壓機切換工作過程 開 始時，若 1空壓機變頻啟動，轉速從 0開始隨頻率上升，如變頻器頻率達到 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空壓機切換為工頻運行，同時變頻器頻率由 50Hz下降至 0Hz， 2號空壓機變頻起動，如氣壓仍不滿足，則會啟動 3空壓機，切換過程同上；同樣，若 3臺空壓機（假設 3）都在運行， 3空壓機變頻運行降到 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空壓機機停止 。另外為了方便故障檢查維修。 其他元件包括手自動轉換開關、緊急停止按鈕、聲光報警器等。不論是寫數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù)，均有計算機發(fā)出請求，變頻器只是被動接受請求并作 出應答。雖然未來的控制技術應用領域會越來越寬廣，被控對象可以是越來越復雜，相應的控制技術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，在響應過程的初期會產(chǎn)生積分飽和的 現(xiàn)象，從而引起響應過程的較大超調。在系統(tǒng)中，偏差值 e 是給定值 SP(希望值 )和過程變量 PV(實際值 )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 的主程序中設定。 TS：采樣時間間隔 ?？紤]到傳感器精度、調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 內部數(shù)值 150)視為傳感器故障。 (3) 選擇 PLC。 工藝過 程 分析控制要求 確定用戶 I/O 設備 選擇 PLC 分配 I/O 點，設計 I/O 連接圖 繪制流程圖 編制程序清單 設計梯形圖 輸入程序并檢查 調試 滿足要求 修改 設計控制臺 現(xiàn)場連 接 聯(lián)機調試 滿足要求 編織技術文件 支付使用 控制臺設計及現(xiàn)場施工 PLC 程序設計 NO NO NO Yes Yes 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 28 (2) 設計梯形圖。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關，來實現(xiàn)電機、變頻器的過流過載保護接通，空氣開關的容量依據(jù)電機的額定電流來確定。對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動機，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)生很大的轉換電流，致使轉換無法成功。其技術參數(shù)為： (1)指令運行時間： （二進制 /定點 /浮點） (2)主存儲器： 32KB (3)SIMATIC Micro 存儲卡： 64KB～ 4M (4)本機分布式 I/O： DI/DO： 24/16 A1/AO*PT100： 4+1/2 (5)技術功能 : 計數(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 本設計變頻器選擇西門子 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)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。 信號輸出特性：電流型輸出： DC/4～ 20mA，最大負載電阻測算 (含傳輸線內阻 )： Rmax= ( V 12 ) /（其中 V為供電電壓）。 系統(tǒng) PLC 硬件部分地址分配及部分程序 (1)輸入輸出地址分配如表 43 所示 河南理工大學成人教育 學 院 畢業(yè)設計（論文）說 明 書 33 表 43 輸入輸出地址分配 I 0 0 0 自 動 Q 0 0 0 M 1 供 品 運 行I 0 0 1 手 動 Q 0 0 1 M 1 變 頻 運 行I 0 0 2 啟 動 Q 0 0 2 M 2 工 頻 運 行I 0 0 3 停 止 Q 0 0 3 M 2 變 頻 運 行I 0 0 4 點 動 Q 0 0 4 M 3 工 頻 運 行I 0 0 5 復 位 Q 0 0 5 M 3 變 頻 運 行I 0 0 6 緊 急 停 車 Q 0 0 6 聲 光 報 器 I 0 0 7 變 頻 器 啟 動 Q 0 0 7 — —I 0 1 0 1 空 壓 機 電 機 運 行 Q 0 1 0 K 1 正 轉 繼 電 器I 0 1 1 1 空 壓 機 電 機 停 止 Q 0 1 1 K 2 反 轉 繼 電 器I 0 1 2 2 空 壓 機 電 機 運 行 Q 0 1 2 K 3 點 動 繼 電 器I 0 1 3 2 空 壓 機 電 機 停 止 Q 0 1 3 K 4 復 位 繼 電 器I 0 1 4 3 空 壓 機 電 機 運 行 Q 0 1 4 I 0 1 5 3 空 壓 機 電 機 停 止 Q 0 1 5 I 0 1 6 潤 滑 油 超 溫