【正文】 急停機，開機前應待機溫降低后才可進水，以防汽缸炸裂。第三章 空壓機控制系統(tǒng)技術原理該系統(tǒng)由上位工業(yè)計算機（IPC）、PLC可編程控制器和現(xiàn)場檢測、操作和執(zhí)行組成分布式控制系統(tǒng)。其結構如圖所示：基于三菱FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計27圖31 分布式控制系統(tǒng)結構圖本系統(tǒng)采用基于PROFIBUS—DP協(xié)議的現(xiàn)場總線結構。PROFIBUS 規(guī)定一種串行總線系統(tǒng)的技術特性和功能，用這種系統(tǒng)可將分布于現(xiàn)場中的自動化設備在低、中等性能范圍內(nèi)（分別為傳感器、執(zhí)行器和單元層）相互連接成網(wǎng)絡。其中，PROFIBUS—DP（DISTRIBUTED PERIPHERAL）協(xié)議是專為高數(shù)據(jù)傳輸率而優(yōu)化，其傳輸速率最大可達12M 位/S，主要使用使用于有分布式I/O和現(xiàn)場設備的自動化之間的通訊。通過EM 277 PROFIBUSDP擴展從站模塊，可將FX2N32ERD 連接到PROFIBUSDP網(wǎng)絡。EM 277經(jīng)過串行I/O總線連接到FX2N32ERD。PROFIBUS 網(wǎng)絡經(jīng)過其 DP通信端口，連接到EM 277 PROFIBUSDP模塊。作為 DP從站，EM 277模塊接受從主站來的多種不同的I/O配置，向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。這種特性使用戶能修改所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以滿足實際應用的需要。與許多DP站不同的是，EM 277模塊不僅僅是傳輸 I/O數(shù)據(jù)， EM 277還能讀寫FX2N CPU中定義的變量數(shù)據(jù)塊。這樣，使用戶能與主站交換任何類型的數(shù)據(jù)。首先將數(shù)據(jù)移到FX2N CPU中的變量存儲器，就可將輸入、計數(shù)值、定時器值或其它計算值傳送到主站。同樣，從主站來的數(shù)據(jù)存儲在FX2N CPU中的變量存儲器內(nèi)，并可移到其它數(shù)據(jù)區(qū)。EM 277 PROFIBUSDP模塊的DP端口可連接到網(wǎng)絡上的一個DP 主站上，但仍能作為一個 MPI從站與同一網(wǎng)絡上如SIMATIC編程器或FX2N32ERD CPU等其它主站進行通信。下圖為EM 277 PROFIBUSDP模塊前視圖 ：基于三菱FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計28圖32 EM227 PROFIBUS—DP模塊前視圖PLC和上位機通過 RS485方式傳輸，傳輸率為19000b/s，具有響應時間短、抗干擾性能高等特點。本空壓機監(jiān)控系統(tǒng)由PLC完成現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)采集任務，通過現(xiàn)場總線將各空壓機的狀態(tài)實時信息傳送至上位計算機。上位機完成控制參數(shù)、工藝流程的動態(tài)顯示、各種參數(shù)的在線監(jiān)測和報警、趨勢圖顯示、對下位機進行編程和監(jiān)控、實現(xiàn)上下位機的通信。下位機則用于采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實現(xiàn)回路控制。根據(jù)空壓機的技術規(guī)范和運行要求，將來自現(xiàn)場的檢測信號（模擬量信號和開關量信號）加以控制和顯示。其中模擬量信號為：一級排氣壓力 一級排氣溫度 冷卻水壓力 潤滑油壓力二級排氣壓力 二級排氣溫度 冷卻水溫度 電機運行電流開關量（PLC 控制柜上）信號為：控制方式：（手動/自動 ） 自動/停止（按鈕）自動/啟動（按鈕） 啟停機狀態(tài)信號自動控制過程：前置PLC控制柜處于自動時，既能由上位計算機又能在前置PLC控制柜上（通過按鈕）實現(xiàn)自動啟動/停機的動作。由前置PLC控制柜直接控制進氣閥、排氣閥、放空閥、冷卻水電磁閥的動作以及各模擬量信號參數(shù)的控制技術要求。通過程序按空壓機啟動過程流程圖完成空壓機的啟動過程，各臺空壓機的供氣壓力可單獨由上位計算機調(diào)整設定。 實現(xiàn)功能(1)實現(xiàn)控制的兩種控制方式①在空壓機上由可編程控制器實現(xiàn)全自動控制。②現(xiàn)場人工手動獨立操場控制系統(tǒng)。(2)測控功能①實現(xiàn)空壓機各模擬量的采集及顯示。②實現(xiàn)空壓機某一個或幾個被控量超限延時停機功能。(3)多媒體功能①各測控參數(shù)實時動態(tài)顯示及報警。②主要工藝參數(shù)趨勢曲線顯示及打印?；谌釬X2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計29③主要工藝參數(shù)的設定。 操作方式控制技術己經(jīng)在壓縮機設計中得到了普遍的應用，甚至是衡量產(chǎn)品是否先進的一個重要的方面。在以往低壓微小型壓縮機的設計中，均采用比較簡單的控制方式，即電磁閥與氣壓開關串聯(lián)使用，以超壓保護為主，當排氣壓力達到額定值時，氣壓開關動作，電磁閥關閉，電機停止。當排氣壓力降到設定值時，電機啟動。這種方式所帶來的問題就是電機頻繁起動，縮短了電機的使用壽命。我在活塞式空壓機的設計中改變了這一控制方式，在使用電磁閥與氣壓開關的基礎上加入了氣動閥，進入卸荷，電機可以不停機連續(xù)運行，即節(jié)能運行，又保護了電機，克服了過去控制方式所存在的缺陷。現(xiàn)在我們的計算機監(jiān)控系統(tǒng)更是達到了這一要求。（1）手動控制主要是由現(xiàn)場控制柜上的控制按鈕、閘閥、接觸器等組成。在該控制方式下，操作人員可脫開PLC和上位機單獨操作。（2）全自動控制由上位機、PLC和檢測單元組成。上位工控機和PLC之間數(shù)據(jù)交換通過通信進行。在該控制方式下，上位機將自動判斷空壓機的運行狀況，根據(jù)程序設定的值進行比較，采取報警、延時、自動停機等一系列措施對空壓機進行安全控制。操作人員亦可進行適當?shù)娜藶楦深A。該系統(tǒng)具有界面友好、操作簡便、能實時反映系統(tǒng)的進行狀態(tài)等優(yōu)點，操作人員在遠離機房（1500米）以外的總控制室就可以對空壓機進行監(jiān)控。該系統(tǒng)還能采集和存取相關工藝參數(shù)及報警等。 技術特點（1）采用二級集中、分布式控制工藝，保證了系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地運行。（2）系統(tǒng)以集中方式顯示，實時反映空壓機現(xiàn)場情況，操作人員從上位機屏幕上就可以了解空壓機各工藝參數(shù)的情況，亦可打印相關參數(shù)。（3）系統(tǒng)采用Windows 2022作操作系統(tǒng)，北京亞控公司的組態(tài)王工控組態(tài)軟件作上位機監(jiān)控軟件。（4）PLC采用模塊化結構，同時考慮了程序的優(yōu)化和擴展性?；谌釬X2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計30（5）具有多媒體功能，能提供聲、光報警，可對歷史數(shù)據(jù)進行檢索。（6）系統(tǒng)操作簡單，功能豐富，顯示直觀，維護方便。（7）系統(tǒng)硬件配置和軟件設計合理，具有較高的功能性價比。第四章 空壓機控制系統(tǒng)硬件配置 上位機硬件配置采用臺灣研華工業(yè)計算機為控制系統(tǒng)的上位機，并配以其它外圍設備，其組成如下：（1（ 研華IPC618—PIII工業(yè)計算機一臺。（2（ 三星19″液晶顯示器一臺。（3（ EPSON打印機一臺。 下位PLC硬件配置本控制選用三菱FX系列PLC可編程邏輯器件，F(xiàn)X系列PLC的系統(tǒng)配置靈活，價格便宜，用戶除了可以選用不同型號的FX系列PLC 外，還可以選用各種擴展單元和擴展模塊，組成不同I/O點和不同功能的控制。三菱FX2N 可編程控制器是三菱公司研制的一種新型可編程控制器。它工作可靠，功能強，存儲容量大，編程方便，輸出端可直接用2A的繼電器或接觸器，抗干擾能力強。因此，能滿足空壓機電氣控制系統(tǒng)的要求。 檢測、執(zhí)行元件空壓機監(jiān)測系統(tǒng)的底層為檢測、執(zhí)行元件。其中檢測元件直接對空壓機各元件進行檢測，并將檢測結果送至PLC運算處理。檢測元件對各物理量的檢測是否及時和準確，直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以，對各檢測元件要求準確，及時，穩(wěn)定。本設計中各空壓機被測參數(shù)要求如表41:名稱一級汽缸溫度二級汽缸溫度冷卻水溫度一級汽缸壓力二級汽缸壓力冷卻水壓力潤滑油壓力電機電流范圍 ≤160 ≤160 ≤50 ≤ ≤ ≥ ≥ 單位 ℃ ℃ ℃ MPa MPa MPa MPa A基于三菱FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計31對空壓機各溫度的檢測和變送，采用GW系列一體化溫度變送器。其檢測元件為PT100，用以判斷一二級排氣溫度和冷卻水溫度。壓縮機的排氣溫度，是指每一級排出氣體的溫度，通常在各級排氣接管處或閥室內(nèi)測量。冷卻水的溫度直接關系到空壓機通道結垢的速度，嚴重時還可能導致空壓機的過熱爆炸事故，所以對其溫度應該嚴格控制。對暫時硬度超過10℃的冷卻水必須進行水處理。本設計采用的溫度變送器的具體參數(shù)如表42所示：型號 測量點 量程 精度 供電電源 輸出GW400 一、二級排氣溫度0～400 177。% 24VDC 4～20mAGW200 冷卻水溫度 0～200 177。% 24VDC 4～20mA其接線示意圖為： 圖42 溫度變送器 壓力變送器對空壓機壓力的檢測與變送,采用MSP—300一體化不銹鋼壓力變送器，用以判斷一二級排氣壓力和潤滑油壓力以及冷卻水壓力。此變送器壓力腔由一塊單件17—4PH或是316L不銹鋼加工而成,提供防泄漏,全金屬的封閉系統(tǒng)。利用高溫玻璃將微加工硅壓敏電阻應變片固化在不銹鋼隔膜上,玻璃粘接避免了溫度,機械疲勞介質(zhì)對膠水和材質(zhì)的影響。該變送器具體參數(shù)如表43所示: 基于三菱FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計32型號 測量點 測量范圍 精度 供電電源 輸出MSP300016B5N1 一、二級排氣壓力16Bar % 24VDC 4～20mAMSP300016B5N1 冷卻水壓力潤滑油壓力16Bar % 24VDC 4～120mA接線示意圖 圖43 壓力變送器空壓機的排氣壓力通常是指最終排出空壓機的氣體壓力，排氣壓力一般在氣體最終排出處，即最終貯氣筒處測量。多級空壓機末級以前各級的排氣壓力稱為級間壓力。級間壓力的測量位置應該在下一級的進口處。對該系統(tǒng)來說，一級排氣壓力的檢測壓力應該在二級排氣壓力的進口處。該壓力變送器主要變送一二級排氣壓力和冷卻水、潤滑油壓力。 電流變送器電機電流的檢測采用西南自動化研究所WBI414aS—Jx—5A系列電量隔離傳感器輸出4～20MA電流信號。接線示意圖如下:基于三菱FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計33圖44 電流變送器PLC輸出信號電機和電磁閥,電機啟動或電磁閥打開送高電平,電機停止或電磁閥關閉送低電平。我們選用DF常閉型不銹鋼型先導膜片式電磁閥,是利用交流或直流電源控制的二位二通自動閥門。該系列電磁閥采用膜片式密封結構,具有結構緊湊、通徑大、動作靈敏可靠、密封性能優(yōu)良等特點,廣泛用于對管道中的液體、氣體、輕質(zhì)油等介質(zhì)的自動啟閉及遠程控制,是自動控制領域中不可缺少的優(yōu)良執(zhí)行元件。（1）主要技術參數(shù)（2）使用壓力范圍:～(限在無水錘作用下)（3）環(huán)境溫度范圍:10℃～+50℃（4）介質(zhì)溫度范圍:5℃～60℃（5）額定電壓:AC6V 12V 24V 36V 110V 220V 380V DC6V 12V 24V 36V 110V 220V （6）絕緣等級:B級（7）防爆等級:B3d（8）線圈溫升:≤80℃（9）電機允許波動:15%～+10% （10）適用介質(zhì)種類。純凈的液體及氣體、輕質(zhì)油(≤4 E)（11）線圈功率:DN15～DN20 AC15VA DC9W基于三菱FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計34 DN25～DN50 AC30VA DC18W（12）動作反應時間:開閥≤,關閥≤3秒 （13）閥體材質(zhì):DF型,DFK型:全銅體 DFB全不銹鋼（14）工作原理當電磁閥接通電源時,線圈激磁回路形成磁場并產(chǎn)生磁力?；顒予F芯受電磁力的吸引,克服彈簧阻力和自重而上升,通過導閥泄壓,膜片上方的作用力減小并低于膜片下方所受的力,膜片在差動力的作用下克服了自重和閥芯彈簧而開啟,使主閥形成通路,電磁閥處于開啟狀態(tài)。當斷開電磁閥電源時,動鐵芯在彈簧力的作用下關閉輔閥,膜片受向下的壓力差而關閉主閥口,這時電磁閥處于關閉狀態(tài)(常開型電磁閥工作原理與此相反)。第五章 空壓站監(jiān)控系統(tǒng)下位機程序設計下位機PLC S7—200可編程控制器采用模塊結構，能方便地實現(xiàn)開關量和模擬量的控制。數(shù)據(jù)采集原理如下所示：被測物量 ( 溫度 、 壓力 )傳感器變送器 （ 變流型 ）濾波器 A / D 轉換器C P U 2 2 6上位計算機總線兩者一體化 EM231圖51 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖 程序設計環(huán)境本設計下位PLC程序設計采用與西門子PLC S7200相配套的程序開發(fā)軟件——STEP7Micro/WIN32 。基于三菱FX2N_PLC的空壓站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計35 STEP7Micro/WIN32與PC硬件連接利用一根PC/PPI（個人計算機/點對點接口）電纜可建立個人計算機與PLC之間的通信。這是一種單主站通信方式，不需要其他硬件，如調(diào)制解調(diào)器和編程設備等。典型的單主站連接如圖41所示。把PC/PPI電纜的PC端與計算機的RS232通信口（COM1或COM2）連接，把PC/PPI電纜的PPI端與PLC的RS485通信口連接即可。圖52 PLC與計算機間的連接 SWOPCFXGP/WINC功能介紹SWOPCFXGP/WINC是三菱公司專為FX系列可編程序控制器研制開發(fā)的編程軟件，它是基于Windows的應用軟件，功能強大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。SWOPCFXGP/WIN C編程軟件的主要功能有： SWOPCFXGP/WINC編程軟件的基本功能是協(xié)助用戶完成應用軟件的開發(fā)，例如創(chuàng)建用戶程序、修改和編輯原有的用戶程序、編輯過程中編輯器具有的簡單語法檢查功能。同時它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理等。此