【正文】 下面結(jié)合我的畢業(yè)設(shè)計(jì)《基于S7200PLC的廠用氣管網(wǎng)壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，對(duì)設(shè)計(jì)出的該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本功能做一個(gè)簡(jiǎn)單的論述。子程序主要是變速積分PID程序。斷電延時(shí)型當(dāng)接受輸入信號(hào)后，瞬時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)消失后，延遲一段時(shí)間，輸出信號(hào)才還原。接觸器吸引線圈的額定電壓應(yīng)由所控制電路電壓確定。%FS/℃年穩(wěn)定性 %絕緣電阻≥500MΩ（250V DC ）環(huán)境溫度20～85℃介質(zhì)溫度40~85/ 125/ 150/ 200/ 300℃可選相對(duì)濕度0～90% RH過(guò)載能力150%FS連接方式M20 \ 1/2NPT \ 1/4NPT接液材料膜片174PH過(guò)程連接件1Cr18Ni9Ti引線方式電纜引出 / 航空插頭 / 赫思曼插頭重 量220 g防爆等級(jí)本安防爆ExiaIICT6【3】 技術(shù)特點(diǎn)● 高溫、高壓、高精度、高穩(wěn)定性 ；● 抗振動(dòng)、沖擊、耐腐蝕全不銹鋼結(jié)構(gòu)； ● 外部可直接調(diào)整零點(diǎn)和靈敏度；● 高穩(wěn)定性，%。2）當(dāng)電源條件不太好時(shí)，應(yīng)在PLC的電源模塊以及輸入/輸出模塊的電源線上接入噪聲濾波器和降低噪音用的變壓器。在自由口模式下，可由用戶控制串行通訊接口，實(shí)現(xiàn)用戶自定義的通訊協(xié)議。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。對(duì)于控制要求比較高的場(chǎng)合，一般都采用閉環(huán)控制方式。是晶閘管的觸發(fā)角，是負(fù)載的功率因數(shù)角(也叫晶閘管的續(xù)流角)，是晶閘管的導(dǎo)通角。在穩(wěn)態(tài)情況下，應(yīng)使正負(fù)半周的相等。且易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。5．變頻器發(fā)生故障后的工作過(guò)程1）當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，“報(bào)警輸出”端A和C之間接通，繼電器KA0吸合（為了保護(hù)變頻器內(nèi)部的端點(diǎn)，KA0線圈兩端并聯(lián)了一個(gè)RC吸收電路）。當(dāng)設(shè)定自動(dòng)再起動(dòng)時(shí)，報(bào)警信號(hào)中的UVT和IPT 在瞬時(shí) 掉電發(fā)生時(shí)將不動(dòng)作?？梢詮?開(kāi)始，而對(duì)于慣性較大或摩擦轉(zhuǎn)矩較大的負(fù)載，需要加大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，也即應(yīng)使起動(dòng)頻率加大至某一值，此時(shí)起動(dòng)電流也較大。低速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)矩均勻。 主電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的主電路由兩部分組成，分別為變頻器控制電機(jī)和軟起動(dòng)器控制電機(jī)兩部分組成。 *不同的設(shè)備類型 CPU 221~226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。2．安全可靠要求設(shè)計(jì)者要考慮控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)。 可編程控制器的主要性能指標(biāo)（1）存儲(chǔ)容量系統(tǒng)程序存放在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中。（2）執(zhí)行程序在掃描周期的執(zhí)行階段里，CPU執(zhí)行程序是從第一條指令開(kāi)始，直到最后一條指令結(jié)束。第四章 硬件設(shè)計(jì)在本章，我們將對(duì)硬件系統(tǒng)中用到的各元器件作詳細(xì)的介紹。（注：如果需要對(duì)壓力值的大小顯示，我們可以直接用數(shù)字顯示的壓力傳感器。比如可編程邏輯控制器（PLC），單片機(jī)，模擬電路等。由上式可知，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的80%，則空壓機(jī)供給管網(wǎng)風(fēng)量降為80%，管網(wǎng)壓力降為（80%）2，電機(jī)消耗功率則降為（80%）3，%，去除電機(jī)機(jī)械損耗和電機(jī)銅、鐵損耗等影響，節(jié)能效率也接近40%，這就是調(diào)速節(jié)能的原理所在。工頻起動(dòng)設(shè)備時(shí)的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，所以設(shè)備維護(hù)量大。在A/D轉(zhuǎn)換中，使用了模擬量輸入模塊EM231。目前，常見(jiàn)的氣體流量控制方式有加、卸載供氣控制方式和轉(zhuǎn)速控制方式兩種。在供氣系統(tǒng)中，儲(chǔ)氣管中的氣壓能夠充分反映供氣能力與用氣需求之間的關(guān)系：若 供氣流量 用氣流量 → 儲(chǔ)氣管氣壓上升若 供氣流量 用氣流量 → 儲(chǔ)氣管氣壓下降若 供氣流量 = 用氣流量 → 儲(chǔ)氣管氣壓不變所以，保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣需求，這就是恒壓供氣系統(tǒng)所要達(dá)到的目的。；壓縮機(jī)電機(jī)參數(shù)：3AC 380V 22KW第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作原理： 壓力傳感器S7200PLC變頻器 管 網(wǎng)空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī) 壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)的硬件由壓力變送器、交流變頻調(diào)速器、空氣壓縮機(jī)、PLC控制電路組成。~10Mpa，且輸出最好為0~5V，這樣正好符合A/D轉(zhuǎn)換器輸入要求。⑵. 自動(dòng)運(yùn)行　　合上自動(dòng)開(kāi)關(guān)后，1電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，控制管網(wǎng)壓力恒定。CPU以8位（1個(gè)字節(jié)）為增量的方法來(lái)保留輸入映像寄存器。輸出映像寄存器單元存儲(chǔ)著對(duì)應(yīng)位輸出“寄存器”的狀態(tài)。PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則。 S7200系列PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種CPU供使用。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過(guò)內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天?！?】三菱變頻器介紹1．三菱變頻器特點(diǎn)三菱變頻器是采用磁通矢量控制技術(shù)、PWM原理和智能功率模塊（IPM）的高性能變頻器，~315KW。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，通常要考慮解決起動(dòng)電流過(guò)大和機(jī)械沖擊問(wèn)題，因而要根據(jù)拖動(dòng)系統(tǒng)及負(fù)載情況、控制要求和變頻器控制模式，選擇并設(shè)定恰當(dāng)?shù)钠饎?dòng)頻率和加速方式與時(shí)間。，設(shè)定范圍為1，當(dāng)偏差量信號(hào)輸入（端子1）時(shí)為10（負(fù)作用）、11（正作用）；當(dāng)檢測(cè)值輸入（端子4）時(shí)為20（負(fù)作用）、21（正作用）]，出廠設(shè)定為10；%~1000%，%，出廠設(shè)定為100%；，~3600S，出廠設(shè)定為1S；，設(shè)定范圍為0~100%，%，出廠設(shè)定為9999；，設(shè)定范圍為0~100%，%，出廠設(shè)定為0%；，~10S，出廠設(shè)定為9999。3）“19” 。這是因?yàn)榧熬c電網(wǎng)電壓的平方成正比，電網(wǎng)電壓的顯著下降，可使及均下降到低于一般規(guī)定。圖中的晶閘管VT1和VT2也可以用一個(gè)雙向晶閘管代替。要實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)，需要控制電機(jī)的輸入電壓。 模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模擬量控制系統(tǒng)是指輸入信號(hào)為模擬量的控制系統(tǒng)。這表明硬件系統(tǒng)滿足全部工藝要求。用計(jì)算機(jī)改變可編程控制器設(shè)備的初始值和設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與可編程控制器的直接控制，一旦確定了可編程控制器的控制指令，就能很方便地與計(jì)算機(jī)連接。除了輸入信號(hào)，通常變頻器也通過(guò)接線端子向外部輸出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)模擬信號(hào)，電信號(hào)范圍通常為0～5/10V的電壓信號(hào)及0/4～20mA的電信號(hào)。、177。根據(jù)負(fù)載功率和操作情況來(lái)確定接觸器主觸頭的電流等級(jí)?！?】時(shí)間繼電器繼電器輸入信號(hào)輸入后，經(jīng)一定的延時(shí)后才有輸出信號(hào)的繼電器成為時(shí)間繼電器．對(duì)于電磁式時(shí)間繼電器，當(dāng)電磁線圈通電和斷電后，經(jīng)一段時(shí)間延時(shí)觸頭狀態(tài)才發(fā)生變化。對(duì)于負(fù)載平穩(wěn)無(wú)沖擊電流的照明電路﹑電熱電路等可按負(fù)載電流大小來(lái)確定熔體的額定電流；對(duì)于有沖擊電流的電動(dòng)機(jī)負(fù)載，為起到短路保護(hù)作用，又保證電動(dòng)機(jī)的正常起動(dòng)，對(duì)三相籠型電動(dòng)機(jī)其熔斷器熔體的額定電流為單臺(tái)長(zhǎng)期工作電動(dòng)機(jī)：式中：熔體額定電流（Ａ）；　?。弘妱?dòng)機(jī)額定電流（Ａ）。 變速積分PID程序流程圖 變速積分PID算式簡(jiǎn)化為：　采樣時(shí)間是PLC內(nèi)部定時(shí)來(lái)控制定時(shí)是到，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，調(diào)用PID子程序，并將運(yùn)算結(jié)果送給D/A轉(zhuǎn)換器．隨著PLC的發(fā)展，指令的執(zhí)行速度不斷加快，數(shù)據(jù)處理能力不斷加強(qiáng)，可選用運(yùn)算速度較快且具有算術(shù)運(yùn)算等功能的PLC．PID子程序中先乘后除是為了防止運(yùn)算過(guò)程中出現(xiàn)0~1之間的小數(shù)． 地址分配存儲(chǔ)單元符號(hào)說(shuō) 明VD100b(n)預(yù)設(shè)值VD104r(n)采樣值VD108Kp比例增益VD122Ki積分增益VD126Kd微分增益VD130Ts采樣時(shí)間VD134e(n)VD138e(n1)VD142Up(n)VD146Ui1(n)VD150Ui1(n1)VD154Ui2VD158UdVD162Kie(n1)VD166AVD170BVD174A+BVD178P(n)VD182e(n)e(n1)總 結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)順利結(jié)束，這也標(biāo)志著我們大學(xué)本科階段的生活即將畫(huà)上一個(gè)句號(hào)，同時(shí)我們也不得不走向社會(huì)，面對(duì)一個(gè)全新的環(huán)境，這就需要我們有獨(dú)立判斷和處理問(wèn)題的能力，而我覺(jué)得這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是對(duì)我們最大的鍛煉。本系統(tǒng)中可以把(0~200)Mpa范圍內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，PLC就可以對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行控制，主要是調(diào)用變速PID程序，使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速與廠用氣量的大小相對(duì)應(yīng)，從而降低了成本，節(jié)約了資源。偏差小時(shí),積分作用應(yīng)加強(qiáng),否則不能滿足準(zhǔn)確性的要求。原則上熱繼電器的額定電流應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇。１）使用類別的選用　繼電器的典型用途是控制接觸器的線圈，即控制交﹑直流電磁鐵．按規(guī)定，繼電器使用類別有：DC11控制交流電磁鐵負(fù)載與DC11控制直流電磁鐵負(fù)載。自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)與接觸器不同的是允許切斷短路電流，但允許操作次數(shù)較低。它應(yīng)用廣泛，影響面寬，不僅可以測(cè)量力和壓力，也可用于測(cè)量負(fù)荷，加速度，扭矩，位移，流量等其它物理量，它們都與機(jī)械應(yīng)力有關(guān)，所以把這類傳感器稱為力學(xué)量傳感器。 　　S7200CPU上的通信口是與RS485兼容的9針D型連接器，PLC還提供了實(shí)現(xiàn) RS485與 PC機(jī)上RS232C相連接的PC\PPI電纜，利用它可以方便地實(shí)現(xiàn)S7200系列PLC與PC之間的硬件連接。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。解決干擾的辦法有4個(gè)。由式()可以得知，導(dǎo)通角與觸發(fā)角、功率因數(shù)角都有關(guān)。 　電阻負(fù)載原理圖圖 中 在控制角為時(shí)，負(fù)載電壓有效值、負(fù)載電流有效值、晶閘管電流有效值和電路的功率因數(shù)分別為: ?。ǎ?)　　　?。ǎ　　　　　　　　。ǎ┯缮鲜龈魇娇梢钥闯?，“的移相范圍為時(shí)，相當(dāng)于晶閘管一直導(dǎo)通，輸出電壓為最大值。晶閘管的控制方式有兩種:一是相位控制，即通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)壓。3）工作人員應(yīng)立即按下切除報(bào)警按鈕SB3，停止報(bào)警，然后對(duì)變頻器進(jìn)行檢查。設(shè)定范圍為0～60S，出廠設(shè)定為1S。（2）加速方式和加速時(shí)間變頻起動(dòng)是通過(guò)控制定子電壓和定子頻率來(lái)獲得所需的起動(dòng)性能。4) 符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊功能。【2】變頻器的類別1．按變換環(huán)節(jié)分（1）交—交變頻器 把頻率固定的交流電源直接變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。 *中斷輸入 允許以極快的速度對(duì)過(guò)程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。4．適應(yīng)發(fā)展在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到今后的發(fā)展、完善。I/O點(diǎn)數(shù)越多，外部可接入的器件和輸出的器件就越多，控制規(guī)模就越大。（4）執(zhí)行CPU的自診斷測(cè)試在掃描周期中，CPU檢查其硬件，以及用戶存儲(chǔ)器（僅在RUN模式下），它也檢查所有I/O模塊的狀態(tài)。（2）確定可編程控制器的輸入和輸出點(diǎn)。變頻器我們選用三菱變頻器FRA54022KCH． 方案的確定 設(shè)計(jì)思想通過(guò)上述方案比較和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，最后選定PLC來(lái)設(shè)計(jì)管網(wǎng)壓力控制系統(tǒng)。為滿足所設(shè)計(jì)裝置的高穩(wěn)定性和強(qiáng)抗干擾性要求，其中單片機(jī)最好選用多功能集成芯片，以使設(shè)計(jì)硬件電路盡量簡(jiǎn)化，提高可靠性。第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)、要求及參數(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)壓縮空氣作為動(dòng)力源已經(jīng)有一個(gè)多世紀(jì)的歷史了?？諌簷C(jī)的有些調(diào)節(jié)方式（如調(diào)節(jié)閥門(mén)或調(diào)節(jié)卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，電機(jī)功率下降幅度比較小。這種控制方法特點(diǎn)是，當(dāng)偏差大時(shí)積分累積速度慢，積分作用減弱；偏差小時(shí)，積分累積速度快，積分作用增強(qiáng)。等降壓n秒（由時(shí)間繼電器控制）后空壓機(jī)開(kāi)始加載運(yùn)行，系統(tǒng)壓力開(kāi)始上升。各大牌專業(yè)空壓機(jī)供應(yīng)商都推出了自己變頻空壓機(jī)產(chǎn)品，并迅速在其高端市場(chǎng)具有很不錯(cuò)的表現(xiàn)。設(shè)計(jì)中主要用到的器件是S7—200PLC，三菱變頻器，壓力變送器，以及空氣壓縮機(jī)。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。整個(gè)控制過(guò)程如下：用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設(shè)定值與返饋值的差值↑ —— 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)定特別注意，在壓力容差范圍內(nèi)變頻器的PID不調(diào)節(jié)，即保持輸出頻率不變。 可編程控制器的工作原理CPU的掃描周期PLC的CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、完成控制功能是以掃描工作方式進(jìn)行的。此處“繼電器”是指由系統(tǒng)軟件程序賦予其具有繼電器功能的“軟繼電器”，而非真正的物理繼電器。（6）智能單元的數(shù)量PLC不僅能夠完成開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，而且利用智能單元可以完成模擬量控制、位置和速度控制以及通信聯(lián)網(wǎng)等功能，智能單元種類的多少和功能的強(qiáng)弱是衡量PLC產(chǎn)品水平的一個(gè)重要指標(biāo)。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。 *實(shí)時(shí)時(shí)鐘 例如為信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^(guò)程進(jìn)行時(shí)間控制。（2）PWM（脈寬調(diào)制） 變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變輸出脈沖的占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)制。外部操作模式通常為出廠設(shè)定．這種模式通過(guò)外接的起動(dòng)開(kāi)關(guān)等產(chǎn)生外部信號(hào)，控制變頻器的運(yùn)行。有些變頻器是以比例范圍給出該參數(shù)的：比例值增益=1/比例范圍。2）“6”，使CS端子用于自動(dòng)再起動(dòng)控制。對(duì)于需要頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，過(guò)大的起動(dòng)電流將造