【正文】 基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)18圖 42 故障判斷流程圖 程控子程序的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以總管壓力為依據(jù)，運(yùn)用程序自動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)了 4 臺(tái)壓風(fēng)機(jī)之間的自動(dòng)控制，其控制時(shí)序的設(shè)定如下：在程序中設(shè)定了 4 個(gè)量，即停機(jī)值、開(kāi)機(jī)值、加載值、卸載值，并且對(duì)每一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的停機(jī)時(shí)間、開(kāi)機(jī)時(shí)間、加載時(shí)間、卸載時(shí)間通過(guò)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，例如一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，則觸發(fā)開(kāi)機(jī)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)停機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)器清零，反之，當(dāng)壓風(fēng)機(jī)停止工作，則觸發(fā)其停機(jī)計(jì)時(shí)器，開(kāi)機(jī)計(jì)時(shí)器清零。同樣的原理，當(dāng)加載時(shí)加載觸發(fā)加載計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，卸載計(jì)時(shí)器清零，卸載時(shí)，卸載計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，加載計(jì)時(shí)器清零。通過(guò)記錄壓風(fēng)機(jī)的這 4 個(gè)量來(lái)控制壓風(fēng)機(jī)的循環(huán)使用。我們通過(guò)外部設(shè)備獲得總管壓力，壓風(fēng)機(jī)組正常工作狀態(tài)下的總管壓力值處于加載值和卸載值之間，當(dāng)測(cè)量出總管壓力值偏高，程序進(jìn)行判斷出加載時(shí)間最長(zhǎng)的壓風(fēng)機(jī)并控制其卸載操作；反之，當(dāng)總管壓力值偏低，則判斷出卸載時(shí)間最長(zhǎng)的壓風(fēng)機(jī)并控制其加載操作。同理，程序把總管壓力值與停機(jī)值進(jìn)行比較，當(dāng)超過(guò)停機(jī)值時(shí)，則判斷出開(kāi)機(jī)時(shí)間最長(zhǎng)的一個(gè)壓風(fēng)機(jī)并進(jìn)行停機(jī)操作；反之，程序把總管壓力值與開(kāi)機(jī)值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)陀陂_(kāi)機(jī)值時(shí)，則判斷出停機(jī)時(shí)間最長(zhǎng)的壓風(fēng)機(jī)并進(jìn)行開(kāi)機(jī)操作。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。為了對(duì)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，可以設(shè)定每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的加卸載時(shí)間不能超過(guò) 30 分鐘，這樣可以避免出現(xiàn)某一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，減少對(duì)壓風(fēng)機(jī)的損害。對(duì)于保護(hù)這一點(diǎn)，程序中也做了對(duì)壓風(fēng)機(jī)的溫度進(jìn)行測(cè)量比較了。通過(guò)外部設(shè)備對(duì)壓風(fēng)機(jī)的溫度進(jìn)行測(cè)量，我們通過(guò)程序把測(cè)量值和給定值進(jìn)行比較，當(dāng)超過(guò)給定值，壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)操作。根據(jù)需求不同，我們可以通過(guò)觸摸屏對(duì)這些給定值進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)然這些自動(dòng)控制的前提是壓風(fēng)機(jī)組沒(méi)有任何故障的情況下，當(dāng)壓風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)故障，我們切換到自動(dòng)控制模式，對(duì)故障進(jìn)行分許處理。其流程圖如圖 43 所示。開(kāi) 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(shuō)明書（2022）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。通過(guò)對(duì)壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制，可以有效的使用壓風(fēng)機(jī)的使用時(shí)間，對(duì)每一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的使用時(shí)間基本一致，這樣就不會(huì)出現(xiàn)某一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作，而其它壓風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間待業(yè)的情況，歲壓風(fēng)機(jī)組起到了一定的保護(hù)作用，也提高了壓風(fēng)機(jī)的利用率，同時(shí)也節(jié)約了能源。表 41 壓力值的設(shè)定參數(shù) 停機(jī)值 卸載值 加載值 開(kāi)機(jī)值設(shè)定值（var） 人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面方便了工作人員對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備的查看，本文人機(jī)交互界面使用的軟件是 MCGS MCGS 軟件的介紹 組態(tài)軟件的主要作用就是監(jiān)控，他集監(jiān)控與控制于一身，工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了許多方便次軟件在控制系統(tǒng)的層次中屬于監(jiān)控層，是直接面對(duì)用戶的，所以開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)時(shí)不僅僅要完成功能，也要考慮到人機(jī)之間交互的和諧性。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，煤礦行業(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。本系統(tǒng)的上位機(jī)和觸程 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(kāi) 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摸屏都采用的是 MCGS。MCGS 操作方便、功能齊全、界面優(yōu)美、維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。打開(kāi) 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。每個(gè)部分都具有自己的功能，這些功能合理的組在一起才能完成一個(gè)系統(tǒng)。主控窗口中存在的是工程的主窗口，在主控部分中我們可以根據(jù)需求放置一個(gè)或多個(gè)界面，用戶通過(guò)對(duì)這些界面的操作來(lái)調(diào)用其它窗口；設(shè)備窗口就是用來(lái)和外部設(shè)備進(jìn)行連接的，本窗口中添加控制輸出的設(shè)備，定義了工程所需的變量名稱，驅(qū)動(dòng)程序和配置數(shù)據(jù)也是在其中完成的；用戶窗口是工程的人機(jī)交互界面，這些界面是計(jì)算機(jī)直接面對(duì)客戶的交互界面，用戶可以通過(guò)觀察界面對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)交換與處理的部分，是整個(gè)工程運(yùn)行起來(lái)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。圖 44 MCGS 組態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu) 主界面的設(shè)計(jì)壓風(fēng)機(jī)房共有 4 臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)都要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基本由畫面設(shè)計(jì)、變量定義和動(dòng)態(tài)連接、數(shù)據(jù)存檔、設(shè)備連接等構(gòu)成。為了更好的監(jiān)控空壓機(jī)房各空壓機(jī)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)總管壓力的實(shí)時(shí)調(diào)整及各空壓機(jī)溫度、壓力故障報(bào)警等功能，將整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)分成若干個(gè)主界面，各界面通過(guò)所設(shè)的按鈕，可進(jìn)行切換。具體由以下各部分組成:主監(jiān)控界面現(xiàn)場(chǎng)中共有 4 臺(tái)空壓機(jī)，每臺(tái)空壓機(jī)有 8 個(gè)參數(shù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在主界面中可以看到壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的整體狀況，我們可以根據(jù)具體的需求去操作響應(yīng)的按鈕進(jìn)行切換。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面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(kù) 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(shuō)明書（2022）21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(lái)，使得數(shù)據(jù)的檢測(cè)一目了然。數(shù)據(jù)刷新時(shí)間是 2s，保留小數(shù)點(diǎn)后 1 位。界面如圖 46 所示。圖 45 主監(jiān)控畫面基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)22圖 46 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)畫面運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)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(lái)滿足不同情況下的工作需求。圖 47 運(yùn)行參數(shù)設(shè)置界面本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（2022）23 本章小結(jié)本章首先對(duì) MCGS 軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，熟悉軟件才能更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)，接下來(lái)就是通過(guò)軟件對(duì)上位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)主監(jiān)控界面，我們可以看到整體壓風(fēng)機(jī)的具體情況，但界面畢竟是有限的，我們不能只用一個(gè)界面就能概括一個(gè)系統(tǒng)。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。通過(guò)傳感器把壓風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字表格，可以更清晰的看到壓風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)。5 總結(jié)與展望本論文以螺桿式空氣壓縮機(jī)作為被控對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行控制盒監(jiān)控，從空氣壓風(fēng)機(jī)的工作原理介紹，從壓風(fēng)機(jī)在國(guó)內(nèi)為的發(fā)展現(xiàn)狀到壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的完成，對(duì)其中每個(gè)所涉及的過(guò)程都進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。通過(guò)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。使得工作人員能偶及時(shí)了解系統(tǒng)的工作狀況，對(duì)系統(tǒng)故障的診斷和處理等起到了關(guān)鍵性的作用。本系統(tǒng)以山東某礦井壓機(jī)房空壓機(jī)為背景，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和生產(chǎn)需求進(jìn)行分析和研究之后提出了具體的方案，隨后確立了方案的整體結(jié)構(gòu)。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，說(shuō)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。2)、基于 PLC 的自動(dòng)控制系統(tǒng)，PLC 的控制加上上位機(jī)的監(jiān)控，利用該方式開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，且有重大的推廣價(jià)值。3)、對(duì)空壓機(jī)的自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、就地控制做了較詳細(xì)的分析和論述，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與系統(tǒng)需求進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。4)、將上位機(jī)和 PLC 結(jié)合運(yùn)用，對(duì)壓風(fēng)機(jī)房的空壓機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，工作人員在控制室內(nèi)通過(guò)觀察上位機(jī)的人機(jī)交互界面便可以看到壓風(fēng)機(jī)的工作狀況，一般情況壓風(fēng)機(jī)組處于自動(dòng)控制狀態(tài)，當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制的時(shí)候，在控制室內(nèi)便可以通過(guò)人機(jī)界面上基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)24的操作進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。當(dāng)壓風(fēng)機(jī)組中出現(xiàn)任何問(wèn)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。這樣的監(jiān)控控制系統(tǒng)大大提高了工作效率，給工作人員也減少了很多的工作量。本系統(tǒng)在投入使用之后，大大提高了壓風(fēng)機(jī)的利用率，對(duì)于壓風(fēng)機(jī)的控制更加簡(jiǎn)潔，對(duì)壓風(fēng)機(jī)也起到到了保護(hù)作用，提高了壓風(fēng)機(jī)的使用壽命。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。參考文獻(xiàn)[1] 孟彬。 王傳松。 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. 2022(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) 2022[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) 2022[4] 廖常初主編 .PLC 編程及應(yīng)用[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2022[5] 王衛(wèi)東。田金云。張成聯(lián). 基于 S7300PLC 的煤礦壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng) [J]. 礦山機(jī)械. 2022(11)[6] 郭宗仁等編著 .可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M]. 人民郵電出版社, 2022[7] 陳碧慧. Siemens PLC 與空壓機(jī) RS485 的通訊應(yīng)用[J]. 自動(dòng)化與儀表. 2022(12)[8] 劉新航. 空氣壓縮機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D]. 大連理工大學(xué) 2022[9] 潘宇,曲鵬. 基于 S7300PLC 的礦山空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 科技信息. 2022(14)[10] 李莉娜. 節(jié)能型空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]. 山東科技大學(xué) 2022本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（2022）25致 謝伴隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的最終成稿，心情也輕松起來(lái)，從拿到論文的題目到現(xiàn)在接近設(shè)計(jì)的尾聲，中間的過(guò)程并不輕松。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)。很慶幸的是我的指導(dǎo)老師楊老師一次次對(duì)我的細(xì)心指導(dǎo)，使得我把大學(xué)期間零散的知識(shí)可以簡(jiǎn)單整合到一起，同時(shí)，當(dāng)遇到問(wèn)題時(shí)我會(huì)更好使用各種途徑進(jìn)行解決，這使我的自學(xué)能力得到了更大的提升，這一切都要感謝指導(dǎo)老師孜孜不倦的教導(dǎo)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到了當(dāng)我們要對(duì)某系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，無(wú)論你的設(shè)計(jì)多么完美，但是沒(méi)有適用價(jià)值那就是一堆廢紙；其次要確立好整體框架，由于我們現(xiàn)有知識(shí)與實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的匱乏，整體框架的確定需要進(jìn)行各種資料查詢與老師的指導(dǎo)；之后便是都每一個(gè)模塊進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，這其中遇到過(guò)很多困難，但經(jīng)過(guò)靜心思考，仔細(xì)查閱資料，很多難關(guān)最終還是被攻克了。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到做任何事情都沒(méi)有捷徑，一步一個(gè)腳印才能走的更穩(wěn)、更遠(yuǎn)。最后，再次感謝我的指導(dǎo)老師，是他在鞏固了我的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)又培養(yǎng)了我的自學(xué)能力 ，這將是我在之后的工作中一個(gè)大的推動(dòng)力?；?PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)26