【正文】 急停機(jī)，開機(jī)前應(yīng)待機(jī)溫降低后才可進(jìn)水，以防汽缸炸裂。第三章 空壓機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)原理該系統(tǒng)由上位工業(yè)計(jì)算機(jī)（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(jié)構(gòu)如圖所示：基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)27圖31 分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)采用基于PROFIBUS—DP協(xié)議的現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)。PROFIBUS 規(guī)定一種串行總線系統(tǒng)的技術(shù)特性和功能，用這種系統(tǒng)可將分布于現(xiàn)場中的自動(dòng)化設(shè)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(luò)。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(dá)12M 位/S，主要使用使用于有分布式I/O和現(xiàn)場設(shè)備的自動(dòng)化之間的通訊。通過EM 277 PROFIBUSDP擴(kuò)展從站模塊，可將FX2N32ERD 連接到PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)。EM 277經(jīng)過串行I/O總線連接到FX2N32ERD。PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)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(shí)際應(yīng)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(chǔ)器，就可將輸入、計(jì)數(shù)值、定時(shí)器值或其它計(jì)算值傳送到主站。同樣，從主站來的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FX2N CPU中的變量存儲(chǔ)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(luò)上的一個(gè)DP 主站上，但仍能作為一個(gè) MPI從站與同一網(wǎng)絡(luò)上如SIMATIC編程器或FX2N32ERD CPU等其它主站進(jìn)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)28圖32 EM227 PROFIBUS—DP模塊前視圖PLC和上位機(jī)通過 RS485方式傳輸，傳輸率為19000b/s，具有響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾性能高等特點(diǎn)。本空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由PLC完成現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)，通過現(xiàn)場總線將各空壓機(jī)的狀態(tài)實(shí)時(shí)信息傳送至上位計(jì)算機(jī)。上位機(jī)完成控制參數(shù)、工藝流程的動(dòng)態(tài)顯示、各種參數(shù)的在線監(jiān)測和報(bào)警、趨勢圖顯示、對下位機(jī)進(jìn)行編程和監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的通信。下位機(jī)則用于采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)回路控制。根據(jù)空壓機(jī)的技術(shù)規(guī)范和運(yùn)行要求，將來自現(xiàn)場的檢測信號(hào)（模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)）加以控制和顯示。其中模擬量信號(hào)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(jī)運(yùn)行電流開關(guān)量（PLC 控制柜上）信號(hào)為：控制方式：（手動(dòng)/自動(dòng) ） 自動(dòng)/停止（按鈕）自動(dòng)/啟動(dòng)（按鈕） 啟停機(jī)狀態(tài)信號(hào)自動(dòng)控制過程：前置PLC控制柜處于自動(dòng)時(shí)，既能由上位計(jì)算機(jī)又能在前置PLC控制柜上（通過按鈕）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)/停機(jī)的動(dòng)作。由前置PLC控制柜直接控制進(jìn)氣閥、排氣閥、放空閥、冷卻水電磁閥的動(dòng)作以及各模擬量信號(hào)參數(shù)的控制技術(shù)要求。通過程序按空壓機(jī)啟動(dòng)過程流程圖完成空壓機(jī)的啟動(dòng)過程，各臺(tái)空壓機(jī)的供氣壓力可單獨(dú)由上位計(jì)算機(jī)調(diào)整設(shè)定。 實(shí)現(xiàn)功能(1)實(shí)現(xiàn)控制的兩種控制方式①在空壓機(jī)上由可編程控制器實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。②現(xiàn)場人工手動(dòng)獨(dú)立操場控制系統(tǒng)。(2)測控功能①實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)各模擬量的采集及顯示。②實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)某一個(gè)或幾個(gè)被控量超限延時(shí)停機(jī)功能。(3)多媒體功能①各測控參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示及報(bào)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)29③主要工藝參數(shù)的設(shè)定。 操作方式控制技術(shù)己經(jīng)在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中得到了普遍的應(yīng)用，甚至是衡量產(chǎn)品是否先進(jìn)的一個(gè)重要的方面。在以往低壓微小型壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)中，均采用比較簡單的控制方式，即電磁閥與氣壓開關(guān)串聯(lián)使用，以超壓保護(hù)為主，當(dāng)排氣壓力達(dá)到額定值時(shí)，氣壓開關(guān)動(dòng)作，電磁閥關(guān)閉，電機(jī)停止。當(dāng)排氣壓力降到設(shè)定值時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)。這種方式所帶來的問題就是電機(jī)頻繁起動(dòng)，縮短了電機(jī)的使用壽命。我在活塞式空壓機(jī)的設(shè)計(jì)中改變了這一控制方式，在使用電磁閥與氣壓開關(guān)的基礎(chǔ)上加入了氣動(dòng)閥，進(jìn)入卸荷，電機(jī)可以不停機(jī)連續(xù)運(yùn)行，即節(jié)能運(yùn)行，又保護(hù)了電機(jī)，克服了過去控制方式所存在的缺陷?，F(xiàn)在我們的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)更是達(dá)到了這一要求。（1）手動(dòng)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(jī)單獨(dú)操作。（2）全自動(dòng)控制由上位機(jī)、PLC和檢測單元組成。上位工控機(jī)和PLC之間數(shù)據(jù)交換通過通信進(jìn)行。在該控制方式下，上位機(jī)將自動(dòng)判斷空壓機(jī)的運(yùn)行狀況，根據(jù)程序設(shè)定的值進(jìn)行比較，采取報(bào)警、延時(shí)、自動(dòng)停機(jī)等一系列措施對空壓機(jī)進(jìn)行安全控制。操作人員亦可進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜藶楦深A(yù)。該系統(tǒng)具有界面友好、操作簡便、能實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)的進(jìn)行狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，操作人員在遠(yuǎn)離機(jī)房（1500米）以外的總控制室就可以對空壓機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)還能采集和存取相關(guān)工藝參數(shù)及報(bào)警等。 技術(shù)特點(diǎn)（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(yùn)行。（2）系統(tǒng)以集中方式顯示，實(shí)時(shí)反映空壓機(jī)現(xiàn)場情況，操作人員從上位機(jī)屏幕上就可以了解空壓機(jī)各工藝參數(shù)的情況，亦可打印相關(guān)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(jī)監(jiān)控軟件。（4）PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮了程序的優(yōu)化和擴(kuò)展性?；谌釬X2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)30（5）具有多媒體功能，能提供聲、光報(bào)警，可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索。（6）系統(tǒng)操作簡單，功能豐富，顯示直觀，維護(hù)方便。（7）系統(tǒng)硬件配置和軟件設(shè)計(jì)合理，具有較高的功能性價(jià)比。第四章 空壓機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置 上位機(jī)硬件配置采用臺(tái)灣研華工業(yè)計(jì)算機(jī)為控制系統(tǒng)的上位機(jī)，并配以其它外圍設(shè)備，其組成如下：（1（ 研華IPC618—PIII工業(yè)計(jì)算機(jī)一臺(tái)。（2（ 三星19″液晶顯示器一臺(tái)。（3（ EPSON打印機(jī)一臺(tái)。 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(jià)格便宜，用戶除了可以選用不同型號(hào)的FX系列PLC 外，還可以選用各種擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊，組成不同I/O點(diǎn)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(qiáng)，存儲(chǔ)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(qiáng)。因此，能滿足空壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)的要求。 檢測、執(zhí)行元件空壓機(jī)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(jī)各元件進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果送至PLC運(yùn)算處理。檢測元件對各物理量的檢測是否及時(shí)和準(zhǔn)確，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以，對各檢測元件要求準(zhǔn)確，及時(shí)，穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)中各空壓機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)31對空壓機(jī)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(jī)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(guān)系到空壓機(jī)通道結(jié)垢的速度，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致空壓機(jī)的過熱爆炸事故，所以對其溫度應(yīng)該嚴(yán)格控制。對暫時(shí)硬度超過10℃的冷卻水必須進(jìn)行水處理。本設(shè)計(jì)采用的溫度變送器的具體參數(shù)如表42所示：型號(hào) 測量點(diǎn) 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(jī)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(yīng)變片固化在不銹鋼隔膜上,玻璃粘接避免了溫度,機(jī)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)32型號(hào) 測量點(diǎn) 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(jī)的排氣壓力通常是指最終排出空壓機(jī)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(jī)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(yīng)該在下一級的進(jìn)口處。對該系統(tǒng)來說，一級排氣壓力的檢測壓力應(yīng)該在二級排氣壓力的進(jìn)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(jī)電流的檢測采用西南自動(dòng)化研究所WBI414aS—Jx—5A系列電量隔離傳感器輸出4～20MA電流信號(hào)。接線示意圖如下:基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)33圖44 電流變送器PLC輸出信號(hào)電機(jī)和電磁閥,電機(jī)啟動(dòng)或電磁閥打開送高電平,電機(jī)停止或電磁閥關(guān)閉送低電平。我們選用DF常閉型不銹鋼型先導(dǎo)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(dòng)閥門。該系列電磁閥采用膜片式密封結(jié)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)緊湊、通徑大、動(dòng)作靈敏可靠、密封性能優(yōu)良等特點(diǎn),廣泛用于對管道中的液體、氣體、輕質(zhì)油等介質(zhì)的自動(dòng)啟閉及遠(yuǎn)程控制,是自動(dòng)控制領(lǐng)域中不可缺少的優(yōu)良執(zhí)行元件。（1）主要技術(shù)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(jī)允許波動(dòng):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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)34 DN25～DN50 AC30VA DC18W（12）動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間:開閥≤,關(guān)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(dāng)電磁閥接通電源時(shí),線圈激磁回路形成磁場并產(chǎn)生磁力?；顒?dòng)鐵芯受電磁力的吸引,克服彈簧阻力和自重而上升,通過導(dǎo)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(dòng)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(dāng)斷開電磁閥電源時(shí),動(dòng)鐵芯在彈簧力的作用下關(guān)閉輔閥,膜片受向下的壓力差而關(guān)閉主閥口,這時(shí)電磁閥處于關(guān)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(jī)程序設(shè)計(jì)下位機(jī)PLC S7—200可編程控制器采用模塊結(jié)構(gòu)，能方便地實(shí)現(xiàn)開關(guān)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(zhuǎn)換器C P U 2 2 6上位計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)環(huán)境本設(shè)計(jì)下位PLC程序設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)35 STEP7Micro/WIN32與PC硬件連接利用一根PC/PPI（個(gè)人計(jì)算機(jī)/點(diǎn)對點(diǎn)接口）電纜可建立個(gè)人計(jì)算機(jī)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(shè)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實(shí)時(shí)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(yīng)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(shí)它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理等。此