【文章內(nèi)容簡介】 轉(zhuǎn)速(r/min) 1170 1170 1450 1150 900 1200 功率 (kW) 13 16 173 162 15 22 近 10年來，空壓機產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展動向為 :提高氣閥等易損件的使用壽命，向全自動控制方向發(fā)展，設(shè)有啟動、停車、運行的自控裝置和參數(shù)失常的保護(hù)措施，降低噪聲，配置壓縮空氣干燥凈化裝置，以提高壓縮空氣品質(zhì)。 （ 2）國內(nèi)概況 中國空壓機廠幾十年都在生產(chǎn)同一種產(chǎn)品 ，導(dǎo)致了中國空壓機只是在低層次上的發(fā)展，而沒有取得根本技術(shù)上的突破。國內(nèi)對陸用空壓機的研究較晚，目前生產(chǎn)的空壓機也較少，且品種單一，主要為排氣量 ，排氣壓力為 下的微型機它們主要是在排氣壓力為 ，一般為兩級壓縮、可靠性差，每年產(chǎn)量僅為 1000臺左右。中國現(xiàn)在仍在大規(guī)模生產(chǎn)的活塞式空壓機在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)早已淘汰。隨著塑料制品行業(yè)的迅猛發(fā)展，對空壓機要求具有更高壓力，更大氣量才能使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量好，成本低。同時，對空壓機的可靠性與運行的經(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的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 9 平無論在品種上，還是在可靠性方面都難以滿足。 ．電氣控制技術(shù)發(fā)展概況 電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而迅速發(fā)展的，從最早的手動控制到自動控制，從簡單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從有觸點的硬接線控制系統(tǒng)到以計算機為中心的存儲控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計算機、自動控制、電子技術(shù)、精密測量等許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。作為生產(chǎn)機械動力的電機拖動，已由最早的采用成組拖動方式至單獨拖動方式，至生產(chǎn)機械的不同運動部件分別由不 同的電機拖動的多電機拖動方式，發(fā)展到今天無論是自動化功能還是生產(chǎn)安全性方面都相當(dāng)完善的電氣自動化系統(tǒng)。 繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護(hù)容易、抗干擾能力強等優(yōu)點，至今仍是機床和其他機械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學(xué)習(xí)先進(jìn)電氣控制的基礎(chǔ)。這種控制系統(tǒng)的缺點是采用規(guī)定的接線方式，靈活性差，工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。 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)這個要求。大型生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器數(shù)量很多，這種有觸點的電器工作頻率很低，在頻繁動作的情況下壽命較短，從而造成系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)線的允許可靠性降低。為了解決這個問題， 20 世紀(jì) 60 年代初期利用電子技術(shù)研制出矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)來代替繼電接觸式控制系統(tǒng)。對復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)則采用計算機控制，由于這些 控制裝置本身存在某些不足，因此均未能獲得廣泛應(yīng)用。 1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車（ GM）公司，為適應(yīng)汽車型號不斷更新，提出把計算機的完備功能以及靈活性、通用性等優(yōu)點和繼電接觸器控器系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格底等優(yōu)點結(jié)合起來，做成一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把編程方法及程序輸入方法簡化，使不熟悉計算機的人員也能很快掌握其使用技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）于 1969 年率先研制出第一臺可編程控制器（簡稱 PLC），并在通用汽車公司的自動裝配線上試用成功。從此以基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 10 后，許多國家的著名 廠家競相研制，各自成為系列，而且品種更新很快，功能不斷增加，從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進(jìn)行模擬量控制，具有數(shù)字運算、數(shù)字處理和通信聯(lián)網(wǎng)等許多功能。 PLC 另一個突出的優(yōu)點是可靠性很高，平均無故障運行時間可達(dá) 10 萬個小時以上，可以大大減少設(shè)備維修費用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)隨時。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。 自 20 世紀(jì) 70 年代以來，電氣控制相繼出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)（ DDS）、柔性制造系統(tǒng)（ FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（ CIMS）、智能機器人、集散控制系統(tǒng)（ DCS）、現(xiàn)場總線控制 系統(tǒng)等多項高技術(shù)，形成了從產(chǎn)品設(shè)計及制造生產(chǎn)管理的智能化生產(chǎn)的完整體系，將自動化生產(chǎn)技術(shù)推進(jìn)到更高的水平。 三菱 FX2N 系列 PLC 概述 FX2N 系列 的特點 FX2N系列 PLC可以應(yīng)用在大多數(shù)單機控制或簡單的網(wǎng)絡(luò)控制中，是 FX系列中規(guī)格最大 、性能最高、功能最強的一個系列。它兼容了 FXIS/IN系列的全部功能。該系列使用了比 FXIS/IN系列性能更高的 CPU， CPU運算速度與運算性能得到了提高， I/O點增加了，擴展功能模塊也更多，編程功能與通信功能更強。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。 (1) FX2N系列基本邏輯控制指令的執(zhí)行時間由 FXIS/IN系列的每條 高到了每條 ,速度提高了近 10倍；應(yīng)用指令的執(zhí)行時間由 FXIS/IN系列的每條 ，速度也提高了兩倍以上。 （ 2） FX2N系列采用了基本單元加擴展的結(jié)構(gòu)形式，基本單元本身具有固定 I/O點，可以作為獨立的 PLC使用。 FX2N系列也有擴展 I/O模塊，最大 I/O點數(shù)可以達(dá)到256點。與 FXIN相比，在輸入 /輸出擴展功能上， FX2N系列主要增加了模擬量輸入 /輸出模塊，而開關(guān)量的輸入 /輸出擴展模塊與 FXIN系列基本相同。 （ 3） FX2N系列的應(yīng)用指令大為增加，達(dá)到 132種、 309條，主要增加的是傳送、移位、求補和代碼轉(zhuǎn)換等應(yīng)用指令。 PLC的編程元及用戶程序存儲器容量也比 FXIN大大增加?？梢詫嵱玫膬?nèi)部繼電器、定時器、技數(shù)器數(shù)據(jù)存儲器、用戶程序存儲器的容量等為 FXIN系列的 23倍。 （ 4） FX2N系列 PLC可以使用較多的特殊功能模塊，如溫度傳感器輸入模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、脈沖輸出模塊、軸定位模塊、高速計數(shù)模塊和轉(zhuǎn)角檢測模塊等外部?；谌?FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 11 塊，以適應(yīng)溫度控制和位置控制的應(yīng)用場合。 （ 5）在通信功能方 面， FX2N在 FXIN的基礎(chǔ)上增加了 MNET網(wǎng)絡(luò)鏈接的通信模塊，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)鏈接的需要。 FX2N系列 PLC基本單元有 6種規(guī)格，分別為 1 3 4 6 80、 128?；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。 FX系列 PLC型號的說明 FX 系列 PLC 是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原 F、 F F2 系列 PLC 產(chǎn)品。其中 FX2 是 1991 年推出的產(chǎn)品， FX0 是在 FX2 之后推出的超小型 PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多 功能凝集在超小型機殼內(nèi)的 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N、 FX2NC 等系列 PLC，具有較高的性能價格比，應(yīng)用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。 FX系列 PLC 型號的含義如下 ： 其中系列名稱：如 0、 0S、 1S、 ON、 1N、 2N、 2NC 等 單元類型： M──基本單元 E──輸入輸出混合擴展單元 Ex──擴展輸入模塊 EY──擴展輸出模塊 輸出方式： R──繼電器輸出 S──晶閘管輸出 T──晶體管輸出 特殊品種： D── DC 電源， DC 輸出 A1── AC 電源， AC（ AC100~120V）輸入或 AC 輸出模塊 H──大電流輸出擴展模塊 基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 12 V──立式端子排的擴展模塊 C──接插口輸入輸出方式 F──輸入濾波時間常數(shù)為 1ms的擴展模塊 如果特殊品種一項無符號，為 AC 電源、 DC 輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。 例如 FX2N－ 32MT－ D 表示 FX2N 系列， 32 個 I/O 點基本單位，晶體管輸出，使用直流電源， 24V直流輸出型。 FX2N系列 的工作原理 FX2N系列 的采用循環(huán)掃描方式，一個掃描周期一般包括五個階段 :輸入處理、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行 CPU自診斷測試和寫輸出。 輸入處理階段 對個數(shù)字量輸入點的當(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。 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。執(zhí)行指令時從映像寄存器中讀取各輸入點的狀態(tài)，每條指令的執(zhí)行是對各數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運算，然后將運算結(jié)果送到輸出映像寄存器中。 在 CPU掃描周期的信息處理階段， CPU自動檢測并處理各通訊端口接收到的任何信息。即檢查是否有編程器、計算機等的通信請求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，在這一階段完成數(shù)據(jù)通訊任務(wù)。 CPU自診斷階段， CPU檢測主機硬件，同時也檢查所有的 輸入輸出模塊的狀態(tài)。在 RUN模式下，還檢測用戶程序存儲器。如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機并顯示出錯。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。 寫輸出階段， CPU用輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時集中對輸出點進(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。 與計算機的循環(huán)取指令和執(zhí)行指令的工作方式不同，循環(huán)掃描的工作方式執(zhí)行用戶程序只是其中的一步，而且指令的執(zhí)行結(jié)果并不立即傳送到輸出點，只是用它改變內(nèi)部的映像寄存器狀態(tài)，當(dāng)所有指令執(zhí)行完成后，同時對各輸出點刷新。 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線 概述 現(xiàn)場總線的概念 所謂現(xiàn)場總線，是指將現(xiàn)場設(shè)備與工業(yè)過程控制單元、現(xiàn)場操作站等互連而成的計算機網(wǎng)絡(luò)，具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸和多分支的特點，是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 13 向現(xiàn)場發(fā)展的產(chǎn)物。 它是用于支持現(xiàn)場裝置，實現(xiàn)傳感、變送、調(diào)節(jié)、控制、監(jiān)督以及各種裝置之間透明通信等功能的通信網(wǎng)絡(luò)，保證網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間相互透明有序地傳遞信息是它的主要集成任務(wù)。 PROFIBUS 簡介 PROFIBUS（ Process Field Bus）， 1987 年德國工業(yè)界開始啟動了 PROFIBUS聯(lián)合開發(fā)項目。由這個聯(lián)合體開發(fā) 的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)成為德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即DIN E 19245[2] PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn)。于 1996 年，德國的國家現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)成為國際性標(biāo)準(zhǔn)，即歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 50170。 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）。 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)。 PROFIBUS 主要由 PROFIBUSFMS、 PROFIBUSPA 和 PROFIBUSDP 等三部分組成 ， PROFIBUS 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化等。 PROFIBUSDP 是一種高速低成本通訊，主要應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備級傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線（ EIA RS485） ， 使用 PROFIBUS 技術(shù)的核心公司有 SIEMENS、 E+H 和 SOFTING 等。PROFIBUSDP 的實時性遠(yuǎn)高于其他局域網(wǎng)，因而特別適用于工業(yè)現(xiàn)場。它的缺陷是，若向網(wǎng)中增刪站點，就要重新初始化整個網(wǎng)絡(luò)，并對各站重新排序。 S7200PLC只能作為 PROFIBUSDP 從站，但是 S7200PLC 是可以獨立編程和完成控制的，又把PROFIBUSDP 技術(shù) 的應(yīng)用更擴展一步。 PROFIBUS 現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu) 圖 14 現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)圖 基于三菱 FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 14 從圖中可以看出， 采用 PROFIBUS 現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)可以分成現(xiàn)場控制層、監(jiān)控層和企業(yè)管理層三層。 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?，F(xiàn)場控制涉及 PROFIBUS 協(xié)議 PROFIBUSDP 和 PROFIBUSPA 兩個部分。 PROFIBUSDP 是高速網(wǎng)絡(luò)，通訊速率達(dá)到 12M 。 PROFIBUSDP 可以連接遠(yuǎn)程I/O 、執(zhí)行機構(gòu)、智能馬達(dá)控制器、人機界面 HMI 、閥門定位器、變頻器等智能設(shè)備，一條 PROFIBUSDP 總線可以最多連接 123 個從站設(shè)備。 PROFIBUSDP 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、星型和樹型，通訊介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線時，不加中繼器最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá) 公里，最多可以采用 9 個中繼器，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá) 9 公里。采用光纖時，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)