【導讀】空壓機的用途很廣，幾乎遍及工農(nóng)業(yè)、國防、科技、民用等各個領域?？諝鈮嚎s機的安全生產(chǎn)保護對于煤礦企業(yè)的生產(chǎn)是十分重要的。本設計方案采用PLC和變頻器實現(xiàn)對空壓機組的自動控制。的轉換控制，以及切換變頻器對某臺空壓機進行控制。系統(tǒng)利用壓力傳感器采。集氣包出口壓力，通過變送器輸出4～20毫安標準信號至PLC模擬輸入端口，信號改變輸出電壓的頻率，來調節(jié)電機轉速，以確保供氣壓力的恒定。軟啟動下一臺空壓機變頻運行，依次開啟。從而使生產(chǎn)系統(tǒng)獲得良好的經(jīng)濟效益和安。本論文介紹了空氣壓縮機、可編程控制系統(tǒng)控制原理、系統(tǒng)通

　　

【正文】 3 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 33 PLC 選型 本系統(tǒng)中共有 3臺電機、 3個電磁閥、 7個壓力傳感器、 12 個溫度傳感器 ，啟動停止等開關控制信號共 19個，共有 64個 I/O 點、它們構成了被控對象。電機的啟動由開關量控制， PLC 模擬量模塊輸出 4～ 20mA 電流作為變頻器的控制端輸入，進行壓力的恒壓控制。 PLC 輸入輸出模塊 I/O 點數(shù)如表 42所示。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 34 表 42 PLC輸入輸出模塊 I/O點數(shù) I/O 類型 模擬量輸入 模擬量輸出 開關量輸入 開關量輸出 信 號 類 型 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 進水溫度 3 變頻器控制型號 1 緊急停止 3 工頻繼電器 3 潤油溫度 3 檢修 /正常 3 變頻繼電器 3 風包溫度 3 故障燈復位 3 超溫燈 3 電機溫度 3 報警燈復位 1 斷水燈 3 進水壓力 3 啟動按鈕 3 電磁閥 3 后冷壓力 3 停止按鈕 3 報警燈 1 總管壓力 1 自動 /手動 3 運行燈 3 檢修燈 3 油壓低燈 3 統(tǒng)計點數(shù) AI 19 AO 1 DI 19 DO 25 總計 64 根據(jù)被控對象的 I/O 點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，采用 SIEMENS 公司的 S7300 系列 PLC?？紤]到以后的擴展要求，選用河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 35 CPU313C 型號 PLC， S7313C CPU 包括一個主要處理單元、 AI5/AO2 以及DI24/DO16，這些都被集成在一個緊湊的獨立的設備中，該型號具有 24 數(shù)字輸入、 16 數(shù)字輸出?？商峁藴手禐?24V DC 的輸入和輸出電壓。其技術參數(shù)為： (1)指令運行時間： （二進制 /定點 /浮點） (2)主存儲器： 32KB (3)SIMATIC Micro 存儲卡： 64KB～ 4M (4)本機分布式 I/O： DI/DO： 24/16 A1/AO*PT100： 4+1/2 (5)技術功能 : 計數(shù)頻率測量： 3 ( 30KHz ) ～ 4 ( ) (6)接口： MPI (7)外形尺寸： 120 125 130 變頻器選型 本設計變頻器選擇西門子 MM440 變頻器。 它采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應用場合。創(chuàng)新的 BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能有無可比擬的靈活性。 (1)主要特征 200V240V 177。10% ，單相 /三相，交流， ； 380V480V177。10% ，三相，交流， ； 矢量控制方式，可構成閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉矩控制； 高過載能力，內(nèi)置制動單元； 三組參數(shù)切換功能?？刂乒δ埽? 線性 v/f 控制，平方 v/f 控制，可編程多點設定 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)轉矩控制，節(jié)能控制模式； 標準參數(shù)結構，標準調試軟件； 數(shù)字量輸入 6個，模擬量輸入 2個，模擬量輸出 2 個，繼電器輸出 3 個；獨立 I/O 端子板，方便維護；采用 BiCo 技術，實現(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個固定頻率， 4 個跳轉頻率，可編程；可實現(xiàn)主 /從控制及力矩控制方式；在電源消河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 36 失或故障時具有 自動再起動 功能；靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，帶有起始段和結束段的平滑特性；快速電流限制（ FCL），防止運行中不應有的跳閘； 有直流制動和復合制動方式提高制動性能。 (2)保護功能 過載能力為 200％額定負載電流，持續(xù)時間 3秒和 150％額定負載電流，持續(xù)時間 60 秒；過電壓、欠電壓保護；變頻器、電機過熱保護； 接地故障保護，短路保護；閉鎖電機保護，防止失速保護；采用 PIN 編號實現(xiàn)參數(shù)連鎖。 傳感器的選取 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。作為一個參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器占有非常重要的地位。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。 (1)壓力傳感器的選型 現(xiàn)場所需要測量的壓力參數(shù)有主機進水壓力、儲氣罐氣體壓力。壓力信號要求范圍為 0～ 1MPa，精度為 %以上。 目前市場上的壓力傳感器種類繁多，在選型時應根據(jù)不同的使用條件選擇不同 的傳感器。本系統(tǒng)采用北京科熱測控技術有限責任公司研制的 GPT 壓力變送器。 GPT 壓力變送器壓力測量特性如下： 傳感器為 316 不銹鋼膜片結構，適用被測介質可以是腐蝕性氣體、液體、蒸汽，測量范圍在 20KPa～ 20MPa， 測量精度分為 %， %， %，三倍過壓范圍。 信號輸出特性：電流型輸出： DC/4～ 20mA，最大負載電阻測算 (含傳輸線內(nèi)阻 )： Rmax= ( V 12 ) /（其中 V為供電電壓）。 供電特性：推薦工作供電電壓： DC/24V，空載工作電壓： DC/12V，最高過載電壓： DC/40V，最大輸出限流： 30mA，內(nèi)設電壓極性反接保護。 工作環(huán)境特性：環(huán)境溫度補償范圍： 0～ 50℃ ，環(huán)境溫度工作范圍： 20～80℃。工作環(huán)境濕度范圍： 0～ 80％ 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 37 外型結構與典型接線：探頭外型尺寸： φ 59mm 120mm，重量： 650g。 GPT過程連接外螺紋規(guī)格 M20 (或定制 )； DPT 過程連接內(nèi)螺紋規(guī)格 M12 。 (2)溫度傳感器的選型 現(xiàn)場的溫度信號范圍為 0～ 160℃ ，所以溫度傳感器采用 PT100 標準電阻溫度傳感器。 PT100 是鉑電阻溫度傳感器，它適用于測量 60℃ 到 +400℃ 之間的溫度。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 38 系統(tǒng) PLC 硬件 部分 地址分配及部分程序 (1)輸入輸出地址分配如表 43 所示 表 43輸入輸出地址分配 I 0 0 0 自 動 Q 0 0 0 M 1 供 品 運 行I 0 0 1 手 動 Q 0 0 1 M 1 變 頻 運 行I 0 0 2 啟 動 Q 0 0 2 M 2 工 頻 運 行I 0 0 3 停 止 Q 0 0 3 M 2 變 頻 運 行I 0 0 4 點 動 Q 0 0 4 M 3 工 頻 運 行I 0 0 5 復 位 Q 0 0 5 M 3 變 頻 運 行I 0 0 6 緊 急 停 車 Q 0 0 6 聲 光 報 器 I 0 0 7 變 頻 器 啟 動 Q 0 0 7 — —I 0 1 0 1 空 壓 機 電 機 運 行 Q 0 1 0 K 1 正 轉 繼 電 器I 0 1 1 1 空 壓 機 電 機 停 止 Q 0 1 1 K 2 反 轉 繼 電 器I 0 1 2 2 空 壓 機 電 機 運 行 Q 0 1 2 K 3 點 動 繼 電 器I 0 1 3 2 空 壓 機 電 機 停 止 Q 0 1 3 K 4 復 位 繼 電 器I 0 1 4 3 空 壓 機 電 機 運 行 Q 0 1 4 I 0 1 5 3 空 壓 機 電 機 停 止 Q 0 1 5 I 0 1 6 潤 滑 油 超 溫 Q 0 1 6 — —I 0 1 7 F R 1 M 1 熱 繼 電 器 Q 0 1 7 — —I 0 2 0 F R 2 M 2 熱 繼 電 器 Q 0 2 0 自 動 指 示 燈I 0 2 1 F R 3 M 3 熱 繼 電 器 Q 0 2 1 手 動 指 示 燈I 0 2 2 Q F 1 空 氣 斷 路 器 Q 0 2 2 加 壓 指 示 燈I 0 2 3 Q F 2 空 氣 斷 路 器 Q 0 2 3 降 壓 指 示 燈I 0 2 4 Q F 3 空 氣 斷 路 器 Q 0 2 4 停 車 指 示 燈I 0 2 5 Q F 4 空 氣 斷 路 器 Q 0 2 5 變 頻 器 啟 動 指 示 燈I 0 2 6 變 頻 器 頻 率 上 限 Q 0 2 6 調 速 指 示 燈I 0 2 7 變 頻 器 頻 率 下 限 Q 0 2 7 1 空 壓 機 故 障 指 示 燈I 0 3 0 風 包 壓 力 上 限 Q 0 3 0 2 空 壓 機 故 障 指 示 燈I 0 3 1 風 包 壓 力 下 限 Q 0 3 1 3 空 壓 機 故 障 指 示 燈I 0 3 2 冷 卻 水 壓 力 上 限 Q 0 3 2 變 頻 器 故 障 指 示 燈I 0 3 3 潤 油 壓 力 上 限 Q 0 3 3 風 包 壓 力 上 限 指 示 燈I 0 3 4 Q 0 3 4 風 包 壓 力 下 限 指 示 燈I 0 3 5 Q 0 3 5 變 頻 器 頻 率 上 限 指 示 燈I 0 3 6 Q 0 3 6 變 頻 器 頻 率 下 限 指 示 燈I 0 3 7 Q 0 3 7 冷 卻 水 壓 力 上 限 指 示 燈I 0 4 0 檢 測 信 號 輸 入 Q 0 4 0 潤 油 壓 力 上 限 指 示 燈I 0 4 1 變 頻 器 故 障 Q 0 4 1 I 0 4 2 Q 0 4 2 I 0 4 3 Q 0 4 3 I 0 4 4 Q 0 4 4 I 0 4 5 Q 0 4 5 — —I 0 4 6 Q 0 4 6 — —I 0 4 7 Q 0 4 7 — — 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 39 (2)部分控制程序如下： // 上電初始化，調用子程序 LD CALL SBR0 LD S , 1 LD S ， 1 // 變頻器頻率上限時增開空壓機 LD AD= VD250, VD208 AN TON T37, 50 // 符合增開條件時，工頻空壓機運行數(shù)加 1 LD T37 AB= VB301, 1 EU = INCB VB301 // 頻率下限時減開空壓機 LDD= VD250, 1000 AN TON T38, 30 // 符合減開條件時，工頻機運行數(shù)減 1 LD T38 AB VB301, 0 EU 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 40 = DECB VB301 // 變頻器復位 LD O O = // 產(chǎn)生當前空壓機工頻啟動脈沖信號 LD T34 EU = R , 1 Network 17 LD S , 1 Network 18 LD TON T39, 30 Network 19 // 產(chǎn)生下一臺空壓機變頻運行啟動信號 LD T39 EU = R , 1 R , 1 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 41 5 結論 工作總結 論文在分析空壓機工作原理及煤礦現(xiàn)場的基礎上，結合 PLC 技術、變頻技術設計了空壓機的恒壓供氣自動控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用 PLC 進行過程控制，具有程序設計周期短、靈活通用、維護方便、抗干擾能力強等諸多優(yōu)越性，在很大程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、精確性，也大大提高了系統(tǒng)的自動化程度。論文具體工作總結為以下幾個方面： (1)闡述了論文的研究背景及相應技術的發(fā)展現(xiàn)狀。 (2)對空壓機啟動、自動運行、故障報警等系統(tǒng)控制做了較詳細的 分析和闡述，對空壓機的智能變頻切換控制過程也做了分析說明。同時給