【導(dǎo)讀】空壓機(jī)的用途很廣，幾乎遍及工農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科技、民用等各個(gè)領(lǐng)域?？諝鈮嚎s機(jī)的安全生產(chǎn)保護(hù)對(duì)于煤礦企業(yè)的生產(chǎn)是十分重要的。本設(shè)計(jì)方案采用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)組的自動(dòng)控制。的轉(zhuǎn)換控制，以及切換變頻器對(duì)某臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)至PLC模擬輸入端口，信號(hào)改變輸出電壓的頻率，來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以確保供氣壓力的恒定。軟啟動(dòng)下一臺(tái)空壓機(jī)變頻運(yùn)行，依次開啟。從而使生產(chǎn)系統(tǒng)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和安。本論文介紹了空氣壓縮機(jī)、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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 33 PLC 選型 本系統(tǒng)中共有 3臺(tái)電機(jī)、 3個(gè)電磁閥、 7個(gè)壓力傳感器、 12 個(gè)溫度傳感器 ，啟動(dòng)停止等開關(guān)控制信號(hào)共 19個(gè)，共有 64個(gè) I/O 點(diǎn)、它們構(gòu)成了被控對(duì)象。電機(jī)的啟動(dòng)由開關(guān)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(jìn)行壓力的恒壓控制。 PLC 輸入輸出模塊 I/O 點(diǎn)數(shù)如表 42所示。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 34 表 42 PLC輸入輸出模塊 I/O點(diǎn)數(shù) I/O 類型 模擬量輸入 模擬量輸出 開關(guān)量輸入 開關(guān)量輸出 信 號(hào) 類 型 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 類型 數(shù)量 進(jìn)水溫度 3 變頻器控制型號(hào) 1 緊急停止 3 工頻繼電器 3 潤(rùn)油溫度 3 檢修 /正常 3 變頻繼電器 3 風(fēng)包溫度 3 故障燈復(fù)位 3 超溫?zé)? 3 電機(jī)溫度 3 報(bào)警燈復(fù)位 1 斷水燈 3 進(jìn)水壓力 3 啟動(dòng)按鈕 3 電磁閥 3 后冷壓力 3 停止按鈕 3 報(bào)警燈 1 總管壓力 1 自動(dòng) /手動(dòng) 3 運(yùn)行燈 3 檢修燈 3 油壓低燈 3 統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù) AI 19 AO 1 DI 19 DO 25 總計(jì) 64 根據(jù)被控對(duì)象的 I/O 點(diǎn)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(kuò)展要求，選用河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 35 CPU313C 型號(hào) PLC， S7313C CPU 包括一個(gè)主要處理單元、 AI5/AO2 以及DI24/DO16，這些都被集成在一個(gè)緊湊的獨(dú)立的設(shè)備中，該型號(hào)具有 24 數(shù)字輸入、 16 數(shù)字輸出?？商峁?biāo)準(zhǔn)值為 24V DC 的輸入和輸出電壓。其技術(shù)參數(shù)為： (1)指令運(yùn)行時(shí)間： （二進(jìn)制 /定點(diǎn) /浮點(diǎn)） (2)主存儲(chǔ)器： 32KB (3)SIMATIC Micro 存儲(chǔ)卡： 64KB～ 4M (4)本機(jī)分布式 I/O： DI/DO： 24/16 A1/AO*PT100： 4+1/2 (5)技術(shù)功能 : 計(jì)數(shù)頻率測(cè)量： 3 ( 30KHz ) ～ 4 ( ) (6)接口： MPI (7)外形尺寸： 120 125 130 變頻器選型 本設(shè)計(jì)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(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。創(chuàng)新的 BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能有無(wú)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(gòu)成閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制； 高過載能力，內(nèi)置制動(dòng)單元； 三組參數(shù)切換功能。控制功能： 線性 v/f 控制，平方 v/f 控制，可編程多點(diǎn)設(shè)定 v/f 控制，磁通電流控制免測(cè)速矢量控制，閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，節(jié)能控制模式； 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試軟件； 數(shù)字量輸入 6個(gè)，模擬量輸入 2個(gè)，模擬量輸出 2 個(gè)，繼電器輸出 3 個(gè)；獨(dú)立 I/O 端子板，方便維護(hù)；采用 BiCo 技術(shù)，實(shí)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(gè)固定頻率， 4 個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程；可實(shí)現(xiàn)主 /從控制及力矩控制方式；在電源消河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 36 失或故障時(shí)具有 自動(dòng)再起動(dòng) 功能；靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，帶有起始段和結(jié)束段的平滑特性；快速電流限制（ FCL），防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘； 有直流制動(dòng)和復(fù)合制動(dòng)方式提高制動(dòng)性能。 (2)保護(hù)功能 過載能力為 200％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間 3秒和 150％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間 60 秒；過電壓、欠電壓保護(hù)；變頻器、電機(jī)過熱保護(hù)； 接地故障保護(hù)，短路保護(hù)；閉鎖電機(jī)保護(hù)，防止失速保護(hù)；采用 PIN 編號(hào)實(shí)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(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。作為一個(gè)參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，傳感器占有非常重要的地位。下面對(duì)本系統(tǒng)中所涉及的傳感器作簡(jiǎn)要比較并最終選型。 (1)壓力傳感器的選型 現(xiàn)場(chǎng)所需要測(cè)量的壓力參數(shù)有主機(jī)進(jìn)水壓力、儲(chǔ)氣罐氣體壓力。壓力信號(hào)要求范圍為 0～ 1MPa，精度為 %以上。 目前市場(chǎng)上的壓力傳感器種類繁多，在選型時(shí)應(yīng)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(cè)控技術(shù)有限責(zé)任公司研制的 GPT 壓力變送器。 GPT 壓力變送器壓力測(cè)量特性如下： 傳感器為 316 不銹鋼膜片結(jié)構(gòu)，適用被測(cè)介質(zhì)可以是腐蝕性氣體、液體、蒸汽，測(cè)量范圍在 20KPa～ 20MPa， 測(cè)量精度分為 %， %， %，三倍過壓范圍。 信號(hào)輸出特性：電流型輸出： DC/4～ 20mA，最大負(fù)載電阻測(cè)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(shè)電壓極性反接保護(hù)。 工作環(huán)境特性：環(huán)境溫度補(bǔ)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 37 外型結(jié)構(gòu)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(chǎng)的溫度信號(hào)范圍為 0～ 160℃ ，所以溫度傳感器采用 PT100 標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度傳感器。 PT100 是鉑電阻溫度傳感器，它適用于測(cè)量 60℃ 到 +400℃ 之間的溫度。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng) Q 0 0 0 M 1 供 品 運(yùn) 行I 0 0 1 手 動(dòng) Q 0 0 1 M 1 變 頻 運(yùn) 行I 0 0 2 啟 動(dòng) Q 0 0 2 M 2 工 頻 運(yùn) 行I 0 0 3 停 止 Q 0 0 3 M 2 變 頻 運(yùn) 行I 0 0 4 點(diǎn) 動(dòng) Q 0 0 4 M 3 工 頻 運(yùn) 行I 0 0 5 復(fù) 位 Q 0 0 5 M 3 變 頻 運(yùn) 行I 0 0 6 緊 急 停 車 Q 0 0 6 聲 光 報(bào) 器 I 0 0 7 變 頻 器 啟 動(dòng) Q 0 0 7 — —I 0 1 0 1 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 運(yùn) 行 Q 0 1 0 K 1 正 轉(zhuǎn) 繼 電 器I 0 1 1 1 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 停 止 Q 0 1 1 K 2 反 轉(zhuǎn) 繼 電 器I 0 1 2 2 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 運(yùn) 行 Q 0 1 2 K 3 點(diǎn) 動(dòng) 繼 電 器I 0 1 3 2 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 停 止 Q 0 1 3 K 4 復(fù) 位 繼 電 器I 0 1 4 3 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 運(yùn) 行 Q 0 1 4 I 0 1 5 3 空 壓 機(jī) 電 機(jī) 停 止 Q 0 1 5 I 0 1 6 潤(rùn) 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(dòng) 指 示 燈I 0 2 1 F R 3 M 3 熱 繼 電 器 Q 0 2 1 手 動(dòng) 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(dòng) 指 示 燈I 0 2 6 變 頻 器 頻 率 上 限 Q 0 2 6 調(diào) 速 指 示 燈I 0 2 7 變 頻 器 頻 率 下 限 Q 0 2 7 1 空 壓 機(jī) 故 障 指 示 燈I 0 3 0 風(fēng) 包 壓 力 上 限 Q 0 3 0 2 空 壓 機(jī) 故 障 指 示 燈I 0 3 1 風(fēng) 包 壓 力 下 限 Q 0 3 1 3 空 壓 機(jī) 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(rùn) 油 壓 力 上 限 Q 0 3 3 風(fēng) 包 壓 力 上 限 指 示 燈I 0 3 4 Q 0 3 4 風(fēng) 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(cè) 信 號(hào) 輸 入 Q 0 4 0 潤(rùn) 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 39 (2)部分控制程序如下： // 上電初始化，調(diào)用子程序 LD CALL SBR0 LD S , 1 LD S ， 1 // 變頻器頻率上限時(shí)增開空壓機(jī) LD AD= VD250, VD208 AN TON T37, 50 // 符合增開條件時(shí)，工頻空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)加 1 LD T37 AB= VB301, 1 EU = INCB VB301 // 頻率下限時(shí)減開空壓機(jī) LDD= VD250, 1000 AN TON T38, 30 // 符合減開條件時(shí)，工頻機(jī)運(yùn)行數(shù)減 1 LD T38 AB VB301, 0 EU 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 40 = DECB VB301 // 變頻器復(fù)位 LD O O = // 產(chǎn)生當(dāng)前空壓機(jī)工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào) LD T34 EU = R , 1 Network 17 LD S , 1 Network 18 LD TON T39, 30 Network 19 // 產(chǎn)生下一臺(tái)空壓機(jī)變頻運(yùn)行啟動(dòng)信號(hào) LD T39 EU = R , 1 R , 1 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 41 5 結(jié)論 工作總結(jié) 論文在分析空壓機(jī)工作原理及煤礦現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合 PLC 技術(shù)、變頻技術(shù)設(shè)計(jì)了空壓機(jī)的恒壓供氣自動(dòng)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用 PLC 進(jìn)行過程控制，具有程序設(shè)計(jì)周期短、靈活通用、維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)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(dòng)化程度。論文具體工作總結(jié)為以下幾個(gè)方面： (1)闡述了論文的研究背景及相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。 (2)對(duì)空壓機(jī)啟動(dòng)、自動(dòng)運(yùn)行、故障報(bào)警等系統(tǒng)控制做了較詳細(xì)的 分析和闡述，對(duì)空壓機(jī)的智能變頻切換控制過程也做了分析說明。同時(shí)給