【正文】 運(yùn)行方式，即 如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn) (包括其常開或常閉觸點(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。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行 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)）。 (4)編程簡單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握 。 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 明 書 14 控制系統(tǒng)的工作原理 啟動(dòng)前，將變頻器的機(jī)組開關(guān)置于欲工作的機(jī)組，工作方式選擇置于變頻位置，將 PLC 的控制開關(guān)置于運(yùn)行狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)組運(yùn)行。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)，可由工頻電源通過接觸器直接供電，使空氣壓縮機(jī)照常工作。 PLC 通過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。但是，它具有一定的局限性：當(dāng)控制對象不同時(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。 比例 積分 微分 被控對象 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 明 書 24 圖 47 PID 響應(yīng)曲線 由分析系統(tǒng)的響應(yīng)曲線（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)曲線的斜率增大，加快其響應(yīng)速度。如編號(hào)為 1,3,8,9的參數(shù)，它們具有實(shí)時(shí)性。即判斷為外部故障。 (4) 用編程器將程序鍵入到 PLC 的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 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 明 書 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)成了被控對象。下面對本系統(tǒng)中所涉及的傳感器作簡要比較并最終選型。 (2)溫度傳感器的選型 現(xiàn)場的溫度信號(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。控制功能： 線性 v/f 控制，平方 v/f 控制，可編程多點(diǎn)設(shè)定v/f 控制，磁通電流控制免測速矢量控制，閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，節(jié)能控制模式； 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試軟件； 數(shù)字量輸入 6 個(gè)，模擬量輸入 2 個(gè)，模擬量輸出2 個(gè)，繼電器輸出 3個(gè)；獨(dú)立 I/O 端子板，方便維護(hù)；采用 BiCo 技術(shù)，實(shí)現(xiàn) I/O 端口自由連接；內(nèi)置 PID 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。同時(shí)熱繼電器可以實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的過熱保護(hù)。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 27 圖 48 PLC 控制系統(tǒng)流程圖 PLC 程序設(shè)計(jì)的步驟 (1) 對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。經(jīng) PLC 內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換為 200～ 1000 數(shù)字信號(hào)，而當(dāng)傳感器損壞或斷線時(shí)，將不能給 PLC 輸出信號(hào)， PLC 所檢測到的輸入信號(hào)數(shù)字值將低于 200。 控制參數(shù)包括 9 個(gè)參數(shù)，全部為 32 位實(shí)數(shù)格式，共占用 36 字節(jié)。 數(shù)字式 PID 控制器的表示函數(shù)為 : )()()()( neKneKneKnU cDIp ??? ? （ 42） 公式 (42)中： e(n)為系統(tǒng)偏差； ec(n)為系統(tǒng)偏差變化率；為比例系數(shù)； KI為積分作用系數(shù)； KD為微分作用系數(shù)。 計(jì)算機(jī)發(fā)出通訊請求； 變頻器處理等待； 變頻器作出應(yīng)答； 計(jì)算機(jī)處理等待； 計(jì)算機(jī)作出應(yīng)答。當(dāng) 2空壓機(jī)投入變頻運(yùn)行后，延時(shí) 5s PLC 繼續(xù)對變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到變頻器下限頻率信號(hào)則關(guān)閉 1空壓機(jī)，剩下 2空壓機(jī)在變頻狀態(tài)下運(yùn)行，延時(shí) 5s 如果 PLC 再次檢測到變頻器下限頻率信號(hào)則把 2空壓機(jī)也關(guān)閉；反之當(dāng)檢測到變 頻器上限頻率信號(hào)則 PLC 再執(zhí)行增泵動(dòng)作： KM3 斷開、 KM4 吸合， 2空壓機(jī)改為工頻運(yùn)行并延時(shí) 1s， KM6吸合變頻啟動(dòng) 3空壓機(jī)。依次關(guān)閉各臺(tái)空壓機(jī)?，F(xiàn)場壓力變送器檢測管網(wǎng)出口壓力，并與給定值比較，經(jīng) PID 指令運(yùn)算，得到頻率信號(hào)，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到所需壓力的目的。 另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對話的接口模塊 。 (3)輸出刷新階段 執(zhí)行 OB100 啟動(dòng)時(shí)間循環(huán)監(jiān)控 數(shù)據(jù)寫入輸出模塊 讀取輸入模塊狀態(tài) 執(zhí)行用戶程序 執(zhí)行其它程序 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 11 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。稱 PLC（ Programmable Logic Controller） 70 年代：微處理器用于 PLC。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 8 第三章 可編程控制器（ plc）控制系統(tǒng) PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 (1)PLC 概念 PLC 是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置。 (2)壓縮過程。 2)操作維護(hù)方便：操作人員不必經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。在壓縮機(jī)機(jī)體的兩端，分別開設(shè)一定形狀和大小的孔口。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 2 隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山企業(yè)對礦山設(shè)備的要求越來越高 ,建設(shè)安全性礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設(shè)的核心。同時(shí) ， PLC的功能也不斷完善。 I 河南理工大學(xué)成人教育學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文） 說 明 書 畢業(yè)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) 站 別 平頂山函授站 年級(jí)專業(yè) 20xx級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 沈 占 彬 20xx 年 4 月 20 日 II 河南理工大學(xué)成人教育學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文） 任 務(wù)書 站名： 平頂山函授站 年級(jí)專業(yè) 20xx級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 一、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) 二、設(shè)計(jì) （ 論 文） 任務(wù)與要求 針對基于 PLC 的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)，對空氣壓縮機(jī)的分類； 可編程控制器 、 plc） 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要特點(diǎn)； 控制系統(tǒng)的組成、工作原理； 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)等方面的設(shè)計(jì)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。礦山設(shè)備不斷更新， 不斷進(jìn)步，可靠性、易操作性、可監(jiān)視性、易維護(hù)性等已是最基本的要求了。一個(gè)供吸氣用，稱為進(jìn)氣口；另一個(gè)供排氣用，稱作排氣口。 3)動(dòng)力平衡性好：螺桿壓縮機(jī)沒有不平衡慣性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，可實(shí) 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 5 現(xiàn)無基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，氣缸左邊容積開始縮小，空氣被壓縮，壓力隨之上升。 (2)PLC 發(fā)展必然性 傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)（硬件布線） 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，因而長期廣泛應(yīng)用。功能增強(qiáng)、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)調(diào)節(jié)等，稱 PC。在此期間， CPU 按照 I/O 映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 為了組成工業(yè)局部，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。 停止：按下停止按鈕， PLC 控制所有的接觸器斷開，變頻器停止工作。 從而使實(shí)際壓力始終維持在給定壓力。依此類推，當(dāng) 3空壓機(jī)投入變頻運(yùn)行后，延時(shí) 5s， PLC 繼續(xù)對變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測以決定執(zhí)行增加或減少空壓機(jī)動(dòng)作來滿足恒壓供氣目的。根據(jù)不同的通訊要求完成相應(yīng)的過程，如寫變頻器啟停控制命令時(shí)完成 1～ 3三個(gè)過程；監(jiān)視變頻器運(yùn)行頻率時(shí)完成1～ 5 個(gè)過程。 KP值影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度；越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，如果過大，將引起超調(diào)，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。附表中的參數(shù)分兩類。據(jù)此可判斷傳感器斷線等故障。對于簡單控制系統(tǒng)，此步可省略。 變頻器主電路電源輸入端子 (U1， V1， W1)經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接， 變頻器主電路輸出端子 (U2， V2， W2)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 32 (2)保護(hù)功能 過載能力為 200％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間 3秒和 150％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間60 秒；過電壓、欠電壓保護(hù)；變頻器、電機(jī)過熱保護(hù)；接地故障保護(hù)，短路保護(hù)；閉鎖電機(jī)保護(hù)，防止失速保護(hù)；采 用 PIN 編號(hào)實(shí)現(xiàn)參數(shù)連鎖。 PT100 是鉑電阻溫度傳感器，它適用于測量 60℃ 到 +400℃ 之間的溫度。作為一個(gè)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器占有非常重要的地位。在變頻器起動(dòng)、運(yùn)行和停止操作中，必須用觸摸面板的運(yùn)行和停止鍵來操作，不得以主電路的通斷來進(jìn)行。 (3)根據(jù)梯形圖編制程序清單。 PLC 程序中，當(dāng)給出電機(jī)運(yùn)行信號(hào)，而電機(jī)不在運(yùn)行 (電流信號(hào)小于 2OA)。另外一類參數(shù)必須在調(diào)用 PID 指令時(shí)才填入控制表格。 KD值影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性；它主要抑制響應(yīng)誤差的變化，如果 KD過大，會(huì)使響應(yīng)過分提前制動(dòng)，從而延長系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間。 控制系統(tǒng)概述 在工業(yè)控制中， PID (Proportion Integral Differential)控制是工業(yè)控制中最常用的方法。在設(shè)計(jì)中增加了故障指示和故障報(bào)警輸出，變頻器本身具有短路保護(hù)、過載保護(hù)等功能，只需把變頻器的故障輸出點(diǎn)、接觸器、熱繼電器等輔助觸點(diǎn)接到 PLC 即可。正常情況下，空氣壓縮機(jī)在變頻器調(diào)速控制方式下工作。 報(bào)警及故障自診斷：空壓機(jī)內(nèi)部一般有四個(gè)需要監(jiān)測的量：冷卻水壓力監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、機(jī)體溫度監(jiān)測、儲(chǔ)氣罐壓力監(jiān)測。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU、電源、 I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間 為了增強(qiáng) PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性， PLC 的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。 其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。一旦生產(chǎn)要求及生產(chǎn)過程發(fā)生變化，必須重新設(shè)計(jì)線路，重新接線安裝。同時(shí)，因排氣管內(nèi)的空氣壓力又高于氣缸內(nèi)空氣壓力，空氣無法從排氣閥 4 流出缸外，排氣管中的空氣也因排氣閥的止逆作 用而不能流回缸內(nèi)，所以這時(shí)氣缸形成一個(gè)密閉的容積。 5)多相混輸：螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面實(shí)際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體，含粉塵氣體，易聚合氣體等。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)?，F(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護(hù)、易操作、可監(jiān)視并且價(jià)格不高的控制器來代替繼電器組成的電路。 目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán) 保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。 三、審閱意見及評(píng)語 指 導(dǎo)教師（簽名）