【正文】 孫晉永 等 . 西門子 PLC 與英格索蘭壓風(fēng)機(jī)之間的 Modbus 通信 [J]. 工礦自動(dòng)化 . 20xx(12) [2] 李虎 . 螺桿 式空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) [D]. 山東科技大學(xué) 20xx [3] 王浩 . 空氣壓縮機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]. 山東科技大學(xué) 20xx [4] 廖常初主編 .PLC 編程及應(yīng)用 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 , 20xx [5] 王衛(wèi)東 。所以在主監(jiān)控界面中放置一些按鈕，根據(jù)需要可以點(diǎn)擊按鈕切換到相應(yīng)的界面。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，煤程 控 標(biāo) 志 位 = 1P 總 管 壓 力 加 載 值P 總 管 壓 力 卸 載 值P 總 管 壓 力 開 機(jī) 值P 總 管 壓 力 停 機(jī) 值處 于 停 機(jī) 狀 態(tài) 中 選停 機(jī) 時(shí) 間 最 長(zhǎng) 的 空壓 機(jī)處 于 加 載 狀 態(tài) 中 選加 載 時(shí) 間 最 長(zhǎng) 的 空壓 機(jī)處 于 卸 載 狀 態(tài) 中 選卸 載 時(shí) 間 最 長(zhǎng) 的 空壓 機(jī)處 于 運(yùn) 行 狀 態(tài) 中 選運(yùn) 行 時(shí) 間 最 長(zhǎng) 的 空壓 機(jī)啟 動(dòng) 加 載 卸 載停 機(jī)卸 載 時(shí) 間 2 0 分 鐘 停 機(jī)否 否 否是基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 20 礦行業(yè)、大型工業(yè)、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。其 程序流程圖如 42 所示。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 20xx） 15 4 系 統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PLC 軟件的設(shè)計(jì) 本文采用的 PLC 編程軟件是西門子公司研發(fā)的 STEP7 編程軟件，它使用的主要是梯形圖語言對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行編程，對(duì)于 S7300 型 PLC， 為了便于以后的擴(kuò)展和維護(hù)，它采用模塊化的設(shè)計(jì)。 數(shù)字量輸入模塊的選擇。但是中、高檔 PLC 價(jià)格較貴，一般大型機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合 4 響應(yīng)速度的要求 PLC 的掃描工作方式引起的延遲可達(dá) 2－ 3 個(gè)掃描周期。存儲(chǔ)器接口可以擴(kuò)展存儲(chǔ)器；通信接口使得 PLC 可與計(jì)算機(jī)及其他 PLC 等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。 溫度傳感器的選型 鉑電阻具有適用范圍廣、測(cè)量范圍大、穩(wěn)定性高、重復(fù)性好、價(jià)格低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，成為目前工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中溫度測(cè)量應(yīng)用最廣泛普遍的傳感元件之一。 觸 摸 屏 界 面工 業(yè) 以 太 網(wǎng)上 位 計(jì) 算 機(jī)C P U模 擬 量 輸入 模 塊以 太 網(wǎng) 通信 模 塊開 關(guān) 量 輸入 模 塊開 關(guān) 量 輸出 模 塊壓風(fēng)機(jī)電控柜風(fēng)門溫 度 傳 感 器壓 力 傳 感 器測(cè) 量 回 路開 關(guān) 量 信 號(hào)控 制 回 路限 位 開 關(guān)風(fēng) 門 控 制 柜不間斷電源電量變送器中間繼電器溫度變送器調(diào)度中心客戶端打印機(jī)穩(wěn)壓電源人 機(jī) 界 面P L C 控 制 柜信 號(hào) 采 集控 制 對(duì) 象基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 8 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3. 1 控制系統(tǒng)的主電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)可編程控制器、空壓機(jī)組、傳感器、接觸器控 制柜以及觸摸屏等構(gòu)成。 電氣系統(tǒng)方面： 使用 PLC 做為下位機(jī)的主控制機(jī)對(duì) 4 臺(tái)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制 ,現(xiàn)場(chǎng)通過不同傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后傳輸給 PLC 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)和控制便通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器和 PLC 共同實(shí)現(xiàn)。 以 PLC 為核心控制系統(tǒng) 以 PLC 為核心控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)略系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 23 所示。 而且隨著技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的增加， 可編程控制器也隨之更新，體積越來越小，功能越來越全，可靠性越來越高、運(yùn)行速度越來越快、穩(wěn)定性也越來越強(qiáng)。 本文通過一個(gè)實(shí)例 —— 基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制進(jìn)行分析。 Programmable controller。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，說明書中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。從而最終能夠?qū)崿F(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房的無人值守。 設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性將直接決定整個(gè)生產(chǎn)是否能夠完成指標(biāo)。1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司把繼電接觸器控制的有點(diǎn)與計(jì)算機(jī)功能齊全、靈活、通用的特點(diǎn)結(jié) 合起來研 制出了一種新型工業(yè)控制裝置， 并 在其他行業(yè)很快得到了推廣應(yīng)用，這就是第一代可編程控制器。 由于此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的使用環(huán)境是礦井，工作環(huán)境比較惡劣，所以對(duì)系統(tǒng)的抗干擾性的要求就比較高，而用單片機(jī)控制方案抗干擾性差，雖然我們采取了一些措施減少干擾，但總體效果并不是怎樣理想。 在本次設(shè)計(jì)方案 的選取中，考慮到現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的惡劣，抗干擾性強(qiáng)，價(jià)格經(jīng)濟(jì)等方便，故選取 PLC 控制系統(tǒng)是更為適合 。與下位機(jī) PLC 進(jìn)行通訊，獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用MCGS 軟件， 可以觀察壓風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，也可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，同時(shí)還具 有報(bào)警畫面、歷史曲線等功能，工作人員可以 通過觸摸屏上的軟按鈕對(duì)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 2）、供電特性：推薦工作供電電壓： DC/24V，空載工作電壓： DC/12V，最高過載電壓： DC/40V，最大輸出限流： 30mA,內(nèi)設(shè)電壓極性反接保護(hù)。 PLC 通過輸入接口把外部設(shè)備的工作狀態(tài)讀入到中央處理器。具有加減算術(shù)運(yùn)算。 模塊圖如圖 34 所示。 通信模塊的選擇。 本系統(tǒng)程序包括故障判斷子程序和程序控制子程序。 開 始模 擬 量 讀 入 上 限 設(shè) 定 值 ？ 下 限 設(shè) 定 值 ？ 停 機(jī) 設(shè) 定 值 ？報(bào) 警 輸 出 報(bào) 警 輸 出 停 機(jī) 并 報(bào) 警結(jié) 束否 是 否 是 是 否本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 20xx） 19 圖 43 程控流程圖 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，四個(gè)設(shè)定值 如表 41 所示。 M C G S主 控 窗 口 設(shè) 備 窗 口 用 戶 窗 口 實(shí) 時(shí) 數(shù) 據(jù) 庫 運(yùn) 行 策 略系 統(tǒng) 菜 單 設(shè) 備 構(gòu) 件 1 圖 元 數(shù) 據(jù) 對(duì) 象 啟 動(dòng) 策 略系 統(tǒng) 參 數(shù) 圖 符 報(bào) 警 處 理 循 環(huán) 策 略啟 動(dòng) 參 數(shù) 設(shè) 備 構(gòu) 件 n 動(dòng) 畫 構(gòu) 件 存 盤 處 理 退 出 策 略自 定 義 策 略本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 20xx） 21 圖 45 主監(jiān)控畫面 圖 46 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)畫面 基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 22 運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置 系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要設(shè)置空壓機(jī)的運(yùn)行方式、報(bào)警參數(shù)、超限停機(jī)數(shù)值，來滿足不同情況下的工作需求。該系統(tǒng)不僅適用于對(duì)礦井壓風(fēng)機(jī)的控制，在其它領(lǐng)域的生產(chǎn)中也能得到很好推廣和借鑒。雖然大學(xué)四年學(xué)習(xí)了很多的科目，但真正的運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己知識(shí)的匱乏與零散，不能夠很好的結(jié)合在一起完成一個(gè)完美的設(shè)計(jì)。 通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)壓風(fēng)機(jī)的控制和監(jiān)控 ， 可以保障生產(chǎn)的正常，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。 打開 MCGS 軟件，新建一個(gè)工程便發(fā)現(xiàn)每個(gè)工程是由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行策略這 五個(gè)部分組成，如圖 44 所示。通過記錄壓風(fēng)機(jī)的這 4 個(gè)量來控制壓風(fēng)機(jī)的循環(huán)使用。手動(dòng)控制是在 PLC 和上位機(jī)的功能被限制的條件下，由專業(yè)的技術(shù)人員直接進(jìn)行手動(dòng)操作。 數(shù)字量輸出模塊的選型。為 了減少 PLC 的 I／ O 響應(yīng)的延遲時(shí)間，可以選用掃描速度高的 PLC，或選用具有高速 I／ O 處理功能指令的 PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的 PLC等。 外部設(shè)備接口輸入接口C P U電 源存 儲(chǔ) 器系統(tǒng)用戶用戶程序數(shù)據(jù)I / O擴(kuò)展接口編 程 器I / O擴(kuò)展接口單元按 鈕觸 點(diǎn)行 程開 關(guān)指 示 燈電 磁線 圈電 磁 閥計(jì) 算 機(jī)打 印 機(jī)掃 描 儀P L C本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 20xx） 11 表 33 PLC 選型原則 序號(hào) 選型原則 1 I/O 點(diǎn)數(shù)的確定。 PLC 的工作方式有周期掃 描方式、定時(shí)中斷方式、輸入中斷方式和通信方式等，最主要的方式是周期掃描方式。 工作人員通過對(duì)上位機(jī)的操作來完成壓風(fēng)機(jī)啟停和風(fēng)壓的改變。 系統(tǒng)的組成：本方案采用分布控制系統(tǒng)。 PLC 具備以下特點(diǎn) 見表 21 所示 。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，可以及時(shí)確定故障所在，并把壓風(fēng)機(jī)組的自動(dòng)控制切換到手動(dòng)控制，放便檢修。所以提高礦井系統(tǒng)的安全性。剛壓風(fēng)機(jī)房具有 4 臺(tái)英格索蘭生產(chǎn)的 MM3002S 型螺桿式壓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)獨(dú)立控制，為礦井建設(shè)提供動(dòng)力。 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）作者簽名 (手寫 ): 日期 : 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名 (手寫 ): 日期 : 年 月 日 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 20xx) 基于 PLC 礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 摘 要 : 空氣壓縮機(jī)是一種通過壓縮氣體來提高氣體壓力或輸送氣體的動(dòng)力供給設(shè)備。在該系統(tǒng)中， 可編程控制器（ 西門子S7300 系列 ）作為下位機(jī)，較好的解決了自動(dòng)控制等問題； 上位機(jī)軟件采用的是 MCGS軟件，通過此軟件開發(fā)出一種可視化的監(jiān)控 畫面。例如供井下風(fēng)鎬、風(fēng)泵等氣動(dòng)設(shè)備。在 PLC 出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)上，這些功能是 通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 以單片機(jī)為核心控制系統(tǒng) 以單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖如圖 22 所示。 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)。 中央控制層 作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分， PLC 的功能就是對(duì)模擬信號(hào)和開關(guān)信號(hào)的檢測(cè)和控制。壓力信號(hào)要求范圍為 ，精度要在 %以上。 存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器分為兩類，一種是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)系統(tǒng)管理，監(jiān)控程序和用戶程序編譯程序，這類程序用戶不能更改；另一種是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)用戶編制的應(yīng)用程序和各 種數(shù)據(jù)。 3 控制能力的確定。 其它模塊的選型 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，本系統(tǒng)除 CPU 模塊意外還需要：模擬量電源模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、接口模塊、通信模塊。其模塊視圖及接線圖如圖 37 所示。 本系統(tǒng)使用結(jié)構(gòu)化編程的方法進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 每個(gè)子程序完成一項(xiàng)工作任務(wù)，然后在總程序塊中進(jìn)行調(diào)用。根據(jù)需求不同，我們可以通過觸摸屏對(duì)這些給定值進(jìn)行設(shè)定。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面 對(duì)每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的參數(shù)以數(shù)字的形式展示出來，使得數(shù)據(jù)的檢測(cè)一目了然。當(dāng)壓風(fēng)機(jī)組中出現(xiàn)任何問題時(shí)， 都能及時(shí)反映到上位機(jī)，工作人員做出及時(shí)的處理。 通過本次設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到做任何事情都沒有捷徑，一步一個(gè)腳印才能走的更穩(wěn)、更遠(yuǎn)。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中 ， 說明書 具體工作 大體 為以下幾個(gè)方面 : 1)、闡述了課題 研究的意義和 壓風(fēng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 ， 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的具體生產(chǎn)要求同時(shí)借鑒一些國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的控制和監(jiān)控技術(shù)確立一個(gè)具體的可實(shí)施的方案。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)交換與處理的部分，是整個(gè)工程運(yùn)行起來的一個(gè)至關(guān)重要的樞紐；運(yùn)行策略主要的作用就是把整個(gè)工程中運(yùn)行的流程模塊化。當(dāng)然其中肯定存在著多臺(tái)壓風(fēng)機(jī)工作時(shí)間相同的情況，面對(duì)這種情況我們只需要讓壓風(fēng)機(jī)按照 14順序操作就可以了 。在監(jiān)控系統(tǒng)中 PLC 的輸入端口只能識(shí)別數(shù)字 量， 我們需要把傳感器檢測(cè)到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 這個(gè)任務(wù)主要是由 STEP7 的標(biāo)準(zhǔn)模塊來完成。阻性負(fù)載最大輸出電流 2A/AC 230V、 2A/DC 24V。 表 31 I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 I/O 類型 模擬量輸入 數(shù)字量輸入 數(shù)字量輸出 信號(hào)類