【導(dǎo)讀】行的研究、設(shè)計(jì)工作后獨(dú)立完成的。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方。外，說明書中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。所做貢獻(xiàn)集體和個人，均己在說明書中作了明確的說明并表示謝意。完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。螺桿式空氣壓風(fēng)機(jī)更以其損失小、效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，原有控制方式的效率低下、維修率增高等問題也日益突出。較好的節(jié)能效果，PLC自動控制系統(tǒng)正是這種技術(shù)的產(chǎn)物。本文在了解社會發(fā)展與需求。系統(tǒng)，取代了舊時代的手工控制和分散控制，從而提高了系統(tǒng)的自動化程度。并進(jìn)行了綜述，同時，設(shè)計(jì)出了壓風(fēng)機(jī)自動控制。的總體方案、硬件配置以及軟件與程序的設(shè)計(jì)。兩者有效的結(jié)合起來，采用以礦井氣。壓壓力為主控參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對壓風(fēng)機(jī)工作過程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效控制和監(jiān)控。從而最終能夠?qū)崿F(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房的無人值守。

　　

【正文】 本系統(tǒng)以總管壓力為依據(jù)，運(yùn)用程序自動控制功能 ， 實(shí)現(xiàn)了 4 臺壓風(fēng)機(jī)之間的自動控制， 其控制時序的設(shè)定如下： 在程序中設(shè)定了 4 個量，即停機(jī)值、開機(jī)值、加載值、卸載值， 并且對每一臺壓風(fēng)機(jī)的停機(jī)時間、開機(jī)時間、加載時間、卸載時間通過計(jì)時器計(jì)時，例如一臺壓風(fēng)機(jī)開始工作時，則觸發(fā)開機(jī)計(jì)時器開始計(jì)時，同時停機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)時器清零，反之，當(dāng)壓風(fēng)機(jī)停止工作，則觸發(fā)其停機(jī)計(jì)時器，開機(jī)計(jì)時器清零。同樣的原理，當(dāng)加載時加載觸發(fā)加載計(jì)時器開始計(jì)時，卸載計(jì)時器清零，卸載時，卸載計(jì)時器開始計(jì)時，加載計(jì)時器清零。通過記錄壓風(fēng)機(jī)的這 4 個量來控制壓風(fēng)機(jī)的循環(huán)使用。我們通過外部設(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)測量出總管壓力值偏高，程序進(jìn)行判斷出加載時間最長的壓風(fēng)機(jī)并控制其卸載操作；反之，當(dāng)總管壓力值偏低，則判斷出卸載時間最長的壓風(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)超過停機(jī)值時，則判斷出開機(jī)時間最長的一個壓風(fēng)機(jī)并進(jìn)行停機(jī)操作；反之，程序把總管壓力值與開機(jī)值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)陀陂_機(jī)值時，則判斷出停機(jī)時間最長的壓風(fēng)機(jī)并進(jìn)行開機(jī)操作。當(dāng)然其中肯定存在著多臺壓風(fēng)機(jī)工作時間相同的情況，面對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 。為了對壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，可以設(shè)定每臺壓風(fēng)機(jī)的加卸載時間不能超過 30 分鐘，這樣可以避免出現(xiàn)某一臺壓風(fēng)機(jī)長時間連續(xù)工作，減少對壓風(fēng)機(jī)的損害。對于保護(hù)這一點(diǎn)，程序中也做了對壓風(fēng)機(jī)的溫度進(jìn)行測量比較了。通過外部設(shè)備對壓風(fēng)機(jī)的溫度進(jìn)行測量，我們通過程序把測量值和給定值進(jìn)行比較，當(dāng)超過給定值，壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)操作。根據(jù)需求不同，我們可以通過觸摸屏對這些給定值進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)然這些自動控制的前提是壓風(fēng)機(jī)組沒有任何故障的情況下，當(dāng)壓風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)故障，我們切換到自動控制模式，對故障進(jìn)行分許處理。 其流程圖如圖 43 所示。 開 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 警 輸 出 報 警 輸 出 停 機(jī) 并 報 警結(jié) 束否 是 否 是 是 否本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 20xx） 19 圖 43 程控流程圖 根據(jù)現(xiàn)場需求，四個設(shè)定值 如表 41 所示。 通過對壓風(fēng)機(jī)的自動控制，可以有效的使用壓風(fēng)機(jī)的使用時間，對每一臺壓風(fēng)機(jī)的使用時間基本一致，這樣就不會出現(xiàn)某一臺壓風(fēng)機(jī)長時間工作，而其它壓風(fēng)機(jī)長時間待業(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，是直接面對用戶的，所以開發(fā)者在開發(fā)時不僅僅要完成功能，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 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 間 最 長 的 空壓 機(jī)處 于 加 載 狀 態(tài) 中 選加 載 時 間 最 長 的 空壓 機(jī)處 于 卸 載 狀 態(tài) 中 選卸 載 時 間 最 長 的 空壓 機(jī)處 于 運(yùn) 行 狀 態(tài) 中 選運(yùn) 行 時 間 最 長 的 空壓 機(jī)啟 動 加 載 卸 載停 機(jī)卸 載 時 間 2 0 分 鐘 停 機(jī)否 否 否是基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動控制系統(tǒng) 20 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 MCGS 軟件，新建一個工程便發(fā)現(xiàn)每個工程是由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)和運(yùn)行策略這 五個部分組成，如圖 44 所示。每個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)需求放置一個或多個界面，用戶通過對這些界面的操作來調(diào)用其它窗口；設(shè)備窗口就是用來和外部設(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)直接面對客戶的交互界面，用戶可以通過觀察界面對控制設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)時數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)交換與處理的部分，是整個工程運(yùn)行起來的一個至關(guān)重要的樞紐；運(yùn)行策略主要的作用就是把整個工程中運(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 臺壓風(fēng)機(jī)，每臺設(shè)備的狀態(tài)都要進(jìn)行實(shí)時監(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)時調(diào)整及各空壓機(jī)溫度、壓力故障報警等功能，將整個監(jiān)控系統(tǒng)分成若干個主界面，各界面通過所設(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)場中共有 4 臺空壓機(jī)，每臺空壓機(jī)有 8 個參數(shù)需 要進(jìn)行實(shí)時監(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)時數(shù)據(jù)界面 對每臺壓風(fēng)機(jī)的參數(shù)以數(shù)字的形式展示出來，使得數(shù)據(jù)的檢測一目了然。數(shù)據(jù)刷新時間是 2s，保留小數(shù)點(diǎn)后 1 位。界面如圖 46 所示。 M C G S主 控 窗 口 設(shè) 備 窗 口 用 戶 窗 口 實(shí) 時 數(shù) 據(jù) 庫 運(yùn) 行 策 略系 統(tǒng) 菜 單 設(shè) 備 構(gòu) 件 1 圖 元 數(shù) 據(jù) 對 象 啟 動 策 略系 統(tǒng) 參 數(shù) 圖 符 報 警 處 理 循 環(huán) 策 略啟 動 參 數(shù) 設(shè) 備 構(gòu) 件 n 動 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)說明書（ 20xx） 21 圖 45 主監(jiān)控畫面 圖 46 實(shí)時數(shù)據(jù)畫面 基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動控制系統(tǒng) 22 運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置 系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要設(shè)置空壓機(jī)的運(yùn)行方式、報警參數(shù)、超限停機(jī)數(shù)值，來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 本章小結(jié) 本章首先對 MCGS 軟件進(jìn)行了簡單的介紹，熟悉軟件才能更好 的進(jìn)行設(shè)計(jì)，接下來就是通過軟件對上位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 通過主監(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，我們不能只用一個界面就能概括一個系統(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)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 20xx） 23 5 總結(jié)與展望 本論文 以 螺桿式空氣壓縮機(jī) 作為被控對象，并對其進(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)在國內(nèi)為的發(fā)展現(xiàn)狀到壓風(fēng)機(jī)的自動控制系統(tǒng)的完成，對其中每個所涉及的過程都 進(jìn)行了詳細(xì)的說明 。 通過對整個系統(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 及時了解系統(tǒng)的工作狀況，對系統(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， 對現(xiàn)場環(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)。在整個設(shè)計(jì)的過程中 ， 說明書 具體工作 大體 為以下幾個方面 : 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)場的具體生產(chǎn)要求同時借鑒一些國內(nèi)外先進(jìn)的控制和監(jiān)控技術(shù)確立一個具體的可實(shí)施的方案。 2)、 基于 PLC 的自動控制系統(tǒng)， PLC 的控制加上上位機(jī)的監(jiān)控， 利用該 方式 開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，具有實(shí)時性 強(qiáng) 、成本低等特點(diǎn)， 且 有重大的推廣價值。 3)、對空壓機(jī)的 自動控制、手動控制、就地控制 做了較詳細(xì)的分析和論述， 根據(jù)現(xiàn)場環(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)組處于自動控制狀態(tài)，當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制的時候，在控制室內(nèi)便可以通過人機(jī)界面上的操作進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。當(dāng)壓風(fēng)機(jī)組中出現(xiàn)任何問題時， 都能及時反映到上位機(jī)，工作人員做出及時的處理。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，對于壓風(fēng)機(jī)的控制更加簡潔，對壓風(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。 基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動控制系統(tǒng) 24 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]. 工礦自動化 . 20xx(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) 20xx [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) 20xx [4] 廖常初主編 .PLC 編程及應(yīng)用 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 , 20xx [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 . 20xx(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 , 20xx [7] 陳碧慧 . Siemens PLC 與空壓機(jī) RS485 的通訊應(yīng)用 [J]. 自動化與儀表 . 20xx(12) [8] 劉新航 . 空氣壓縮機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā) [D]. 大連理工大學(xué) 20xx [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 . 20xx(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) 20xx本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 20xx） 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，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)中時就會發(fā)現(xiàn)自己知識的匱乏與零散，不能夠很好的結(jié)合在一起完成一個完美的設(shè)計(jì)。 很慶幸的是我的指導(dǎo)老師楊老師一次次對我的細(xì)心指導(dǎo)，使得我把大學(xué)期間零散的知識可以簡單整合到一起，同時， 當(dāng)遇到問題時我會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)。通過本次設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到了當(dāng)我們要對某系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，首先要進(jìn)行市場調(diào)查，無論你的設(shè)計(jì)多么完美，但是沒有適用價值那就是一堆廢紙；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)；之后便是都每一個模塊進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，這其中遇到過很多困難，但經(jīng)過靜心思考，仔細(xì)查閱資料，很多難關(guān)最終還是被攻克了。 通過本次設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到做任何事情都沒有捷徑，一步一個腳印才能走的更穩(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)知識的同時又培養(yǎng)了我的自學(xué)能力 ，這將是我在之后的工作中一個大的推動力。 基于 PLC 的礦井壓風(fēng)機(jī)的自動控制系統(tǒng) 26