【導(dǎo)讀】空氣壓縮機(jī)是一種用來壓縮氣體提高氣體壓力或輸送氣體的機(jī)械。壓機(jī)的用途很廣，幾乎遍及工農(nóng)業(yè)、國防、科技、民用等各個(gè)領(lǐng)域。生產(chǎn)保護(hù)對于煤礦企業(yè)的生產(chǎn)是十分重要的。技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)。該方案采用變頻器實(shí)現(xiàn)對空壓機(jī)“一拖多”的控。制，PLC實(shí)現(xiàn)變頻器的工頻與變頻的轉(zhuǎn)換控制，以及切換變頻器對某臺空壓機(jī)進(jìn)行控制。來的信號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?？諌簷C(jī)變頻運(yùn)行，依次開啟。當(dāng)變頻器輸出電壓的頻率已降至下限值，而供氣壓力仍高。從而使生產(chǎn)系統(tǒng)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全性能。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)通信等。

　　

【正文】 刻的過程變量值 。 TS：采樣時(shí)間間隔 。 TD：微分時(shí)間 。 TI：積分時(shí)間 。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 26 MX：第 n1采樣時(shí)刻的積分項(xiàng) (積分項(xiàng)前值 )。 報(bào)警裝置 系統(tǒng)裝有壓力傳感器和電流傳感器，結(jié)合 PLC 內(nèi)部時(shí)間繼電器，由 PLC 根據(jù)程序進(jìn)行邏輯判斷，可對電機(jī)過載、電機(jī)過流、電機(jī)起動過載、電機(jī)運(yùn)行過載、空壓機(jī)斷水、斷油、油水超溫等故障報(bào)警，并執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動作。由于上述兩種傳感器 正常工作時(shí)，均輸出 4～ 20mA 電流信號給 PLC 模擬輸入模塊。經(jīng) PLC 內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換為 200～ 1000 數(shù)字信號，而當(dāng)傳感器損壞或斷線時(shí)，將不能給 PLC 輸出信號， PLC 所檢測到的輸入信號數(shù)字值將低于 200。據(jù)此可判斷傳感器斷線等故障?？紤]到傳感器精度、調(diào)整值及外界干擾等因素， PLC 程序中將電流或電壓信號持續(xù) 1秒鐘低于 3mA(即 PLC 內(nèi)部數(shù)值 150)視為傳感器故障。 PLC 程序中，當(dāng)給出電機(jī)運(yùn)行信號，而電機(jī)不在運(yùn)行 (電流信號小于 2OA)。即判斷為外部故障。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的一般步驟如圖 (48)所示。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟： (1) 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作（動作時(shí)序、動作條件、必須的保護(hù)和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等）。 (2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 (3) 選擇 PLC。 (4) 分配 PLC 的 I/O 點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O 連接圖。這一步可結(jié)合第 2 步進(jìn)行。 (5) 進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制臺的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工。 在設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)時(shí)，必須在控制線路（接線程序）設(shè) 計(jì)完成后，才能進(jìn)行控制大的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工?？梢?，采用 PLC 控制，可以使整個(gè)工程的周期縮短。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 27 圖 48 PLC 控制系統(tǒng)流程圖 PLC 程序設(shè)計(jì)的步驟 (1) 對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。對于簡單控制系統(tǒng)，此步可省略。 工藝過 程 分析控制要求 確定用戶 I/O 設(shè)備 選擇 PLC 分配 I/O 點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O 連接圖 繪制流程圖 編制程序清單 設(shè)計(jì)梯形圖 輸入程序并檢查 調(diào)試 滿足要求 修改 設(shè)計(jì)控制臺 現(xiàn)場連 接 聯(lián)機(jī)調(diào)試 滿足要求 編織技術(shù)文件 支付使用 控制臺設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工 PLC 程序設(shè)計(jì) NO NO NO Yes Yes 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 28 (2) 設(shè)計(jì)梯形圖。 (3)根據(jù)梯形圖編制程序清單。 (4) 用編程器將程序鍵入到 PLC 的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。 (5)對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 (6) 待控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查界限，直到滿足要求為止。 (7) 編制技術(shù)文件。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì) 在硬件設(shè)計(jì)中，采用一臺變頻器控制三臺空壓機(jī)的電機(jī)運(yùn)行，三臺電機(jī)的運(yùn)行都有變頻 /工頻兩種狀態(tài)，每臺電機(jī)都需要通過兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻輸出電源相連。變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過流過載保護(hù)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流來確定。還需要在工頻電源下面接入同樣的自動空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過 流過載保護(hù)接通。在 PLC 的 220V 輸入電源前也需要接入自動空氣開關(guān)，保證 PLC 的正常運(yùn)行。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機(jī)的容量適當(dāng)選擇。（主電路如圖 49） 由于每臺電機(jī)的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機(jī)當(dāng)前的工作電流，必須在每臺電機(jī)三相輸入電源前面都接入一個(gè)電流互感器，電流互感器和熱繼電器、電流表連接。電流表安裝在控制柜上，可以方便地觀察電機(jī)的三相工作電流，便于操作人員監(jiān)測電機(jī)的工作狀態(tài)。同時(shí)熱繼電器可以實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的過熱保護(hù)。 變頻器主電路電源輸入端子 (U1， V1， W1)經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接， 變頻器主電路輸出端子 (U2， V2， W2)經(jīng)接觸器接至三相電動機(jī)上。對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻 /工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。在變頻器起動、運(yùn)行和停止操作中，必須用觸摸面板的運(yùn)行和停止鍵來操作，不得以主電路的通斷來進(jìn)行。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 29 圖 49 控制系統(tǒng)主電路圖 上位機(jī) P L C 變頻器 M1 ~ M3 ~ M2 ~ Km1 Km2 Km3 Km4 Km5 Km6 FR1 FR3 FR2 QF1 QF2 QF3 QF4 L1 L2 L3 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 30 PLC 選型 本系統(tǒng)中共有 3 臺電機(jī)、 3個(gè)電磁閥、 7 個(gè)壓力傳感器、 12 個(gè) 溫度傳感器，啟動停止等開關(guān)控制信號共 19 個(gè)，共有 64 個(gè) I/O 點(diǎn)、它們構(gòu)成了被控對象。電機(jī)的啟動由開關(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。 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 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 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(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 / 手動 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 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 31 根據(jù)被控對象的 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 CPU313C 型號 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)主存儲器： 32KB (3)SIMATIC Micro 存儲卡： 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(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；在電源消失或故障時(shí)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(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； 有直流制動和復(fù)合制動方式提高制動性能。 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 32 (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)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，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(jī)進(jìn)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(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 壓力變送器壓力測量特性如下： 傳感器為 316 不銹鋼膜片結(jié)構(gòu)，適用被測介質(zhì)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(fù)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(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％。 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)場的溫度信號范圍為 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，它適用于測量 60℃ 到 +400℃ 之間的溫度。 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 河南理工大學(xué)成人教育 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說 明 書 33 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(yùn) 行I 0 0 1 手 動 Q 0 0 1 M 1 變 頻 運(yùn) 行I 0 0 2 啟 動 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 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 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 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 滑 油 超