【正文】 最后，感謝各位專家?guī)熼L在百忙之中審閱和指導(dǎo)。同時，感謝我的父母和親人給予我的無私的關(guān)懷和支持。在設(shè)計期間，沈老師對我的設(shè)計表示了無微不至的關(guān)心，在我設(shè)計中遇到的每個問題和難點都得到了耐心、細(xì)致的指導(dǎo)和幫助，沈老師豐富的專業(yè)知識，精益求精，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，求實的工作作風(fēng)都使我受益匪淺。PT100是鉑電阻溫度傳感器，它適用于測量60℃到+400℃之間的溫度。 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。工作環(huán)境濕度范圍：0～80％。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)。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，%，%，%，三倍過壓范圍。目前市場上的壓力傳感器種類繁多，在選型時應(yīng)根據(jù)不同的使用條件選擇不同的傳感器。(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。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。 (2)保護(hù)功能 過載能力為200％額定負(fù)載電流，持續(xù)時間3秒和150％額定負(fù)載電流，持續(xù)時間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編號實現(xiàn)參數(shù)連鎖。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。 (1)主要特征 200V240V 177。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，同時具備超強(qiáng)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合?？商峁?biāo)準(zhǔn)值為24V DC的輸入和輸出電壓。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(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)?電機(jī)溫度3報警燈復(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)AI19AO1DI19DO25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。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。在變頻器起動、運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵來操作，不得以主電路的通斷來進(jìn)行。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。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)。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。還需要在工頻電源下面接入同樣的自動空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機(jī)的過流過載保護(hù)接通。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計在硬件設(shè)計中，采用一臺變頻器控制三臺空壓機(jī)的電機(jī)運行，三臺電機(jī)的運行都有變頻/工頻兩種狀態(tài)，每臺電機(jī)都需要通過兩個接觸器與工頻電源和變頻輸出電源相連。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。(5)對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。(3)根據(jù)梯形圖編制程序清單。對于簡單控制系統(tǒng)，此步可省略?？梢姡捎肞LC控制，可以使整個工程的周期縮短。(5) 進(jìn)行PLC程序設(shè)計，同時可進(jìn)行控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。(4) 分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O連接圖。據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。如需要完成的動作（動作時序、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）。 系統(tǒng)設(shè)計 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的一般步驟如圖(48)所示。PLC程序中，當(dāng)給出電機(jī)運行信號，而電機(jī)不在運行(電流信號小于2OA)。據(jù)此可判斷傳感器斷線等故障。由于上述兩種傳感器正常工作時，均輸出4～20mA電流信號給PLC模擬輸入模塊。MX：第n1采樣時刻的積分項(積分項前值)。TD：微分時間。PVn1：第n1采樣時刻的過程變量值。表41 控制參數(shù)參數(shù)編號地址偏移量（字節(jié)）變量名變量類型備注150PVnIN調(diào)節(jié)量254SPnIN給定量358MnIN/OUT控制量462KCIN比例增益566TSIN采樣時間（s）670TIIN積分時間（min）774TDIN微分時間（min）878MXIN/OUT累積偏移量982PVn1IN/OUT上一次調(diào)節(jié)量表41中變量名說明如下：SPn：第n采樣時刻的給定值。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn):其中有一些參數(shù)，既是本次的輸入(執(zhí)行PID指令之前)，又是本次的輸出(執(zhí)行PID指令之后)，同時還是下次運算的輸入，如編號為3,8,9的參數(shù)。另外一類參數(shù)必須在調(diào)用PID指令時才填入控制表格。附表中的參數(shù)分兩類。 S7300系列PLC中的CPU313提供了用于閉環(huán)控制PID運算指令，用戶只需在PLC的內(nèi)存中填寫一張PID控制參數(shù)表（見表41）再執(zhí)行指令：“PID Table Loop”即可完成PID運算，其中操作數(shù)Table表使用變量存儲器VBx來指明控制參數(shù)表的表頭字節(jié)；操作數(shù)Loop只可選擇07的整數(shù)，表示本次PID閉環(huán)控制所針對的環(huán)路編號，最多8路。 e： PID回路的偏差(給定值與過程變量之差) 。PID控制的原理基于下面的算式： (43)其中： M(t)： PID回路的輸出，是時間的函數(shù)。它是通過PID調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)輸出，保證偏差值e為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)偏差e(n)和偏差變化率ec(n)值的不同，在線適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)KP、KI和KD值，可以有效提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度，減小超調(diào)并縮短響應(yīng)時間，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。在函數(shù)U(n)接近輸出值時，迅速增大KD，并逐步減小KP，使系統(tǒng)獲得較大的阻尼，抑制系統(tǒng)超調(diào)，減小響應(yīng)誤差的變化率。KD值影響系統(tǒng)動態(tài)特性；它主要抑制響應(yīng)誤差的變化，如果KD過大，會使響應(yīng)過分提前制動，從而延長系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間。KP值影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度；越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，如果過大，將引起超調(diào)，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。對連續(xù)時間類型，PID控制方程的標(biāo)準(zhǔn)形式為： （41）式(41)中，u(t)為PID控制器的輸出，與執(zhí)行器的位置相對應(yīng)；t為采樣時間；KP為控制器的比例增益；e(t)為PID控制器的偏差輸入，即給定值與測量值之差；TI為控制器的積分時間常數(shù)；TD為控制器的微分時間常數(shù)。將偏差的比例（KP ）、積分(KI)和微分(KD)通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制，KP、KI、KD 3個參數(shù)的選取直接影響了控制效果。利用模糊控制理論的特性，結(jié)合傳統(tǒng)的PID控制理論，構(gòu)造模糊 PID控制器，可實現(xiàn)控制器參數(shù)的自動調(diào)整。然而在工業(yè)過程控制中，PID類型的控制技術(shù)仍然占有主導(dǎo)地位。其中，模糊PID控制技術(shù)扮演了十分重要的角色，并且仍將成為未來研究與應(yīng)用的重點技術(shù)之一。為了使控制器具有較好的自適應(yīng)性，實現(xiàn)控制器參數(shù)的自動調(diào)整，可以采用模糊控制方法。在工業(yè)控制中，PID (Proportion Integral Differential)控制是工業(yè)控制中最常用的方法。根據(jù)不同的通訊要求完成相應(yīng)的過程，如寫變頻器啟?？刂泼顣r完成1～3三個過程；監(jiān)視變頻器運行頻率時完成1～5個過程。該過程最多分5個階段。在煤礦空壓機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)中，用來控制空壓機(jī)的PLC系統(tǒng)作為下位機(jī)，與調(diào)度室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)即上位機(jī)組成一個小型的工業(yè)以太網(wǎng)，進(jìn)行PLC系統(tǒng)工作狀態(tài)的反饋和對PLC系統(tǒng)發(fā)送控制信號。在PLC和上位機(jī)之間的通訊中，PLC通過以太網(wǎng)模塊CP3431接入工業(yè)以太網(wǎng)，上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控方便了調(diào)度，提高了管理自動化水平，是煤礦信息化發(fā)展的需要。當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備有動作或者出現(xiàn)故障時能夠彈出提示消息并記錄存儲下來。如檢測到一臺空壓機(jī)出現(xiàn)過載情況，則切斷該空壓機(jī)的接觸器并投入備用空壓機(jī)，同時輸出故障信號，以方便檢查及時維修。在設(shè)計中增加了故障指示和故障報警輸出，變頻器本身具有短路保護(hù)、過載保護(hù)等功能，只需把變頻器的故障輸出點、接觸器、熱繼電器等輔助觸點接到 PLC 即可。依此類推，當(dāng)3空壓機(jī)投入變頻運行后，延時 5s，PLC 繼續(xù)對變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測以決定執(zhí)行增加或減少空壓機(jī)動作來滿足恒壓供氣目的。為了保護(hù)空壓機(jī)及變頻器，1空壓機(jī)的 KM1 與 KM2之間進(jìn)行了電氣互鎖。開始1空壓機(jī)變頻運行添加工作空壓機(jī)1空壓機(jī)變頻運行1空壓機(jī)停止運行減少工作空壓機(jī)變頻器輸出頻率變頻器輸出頻率變頻器輸出頻率上限上限延時5s延時5s延時5s上限延時5s延時5s下限下限正常圖45 空壓機(jī)切換流程圖在自動狀態(tài)下系統(tǒng)啟動時，首先 KM2 吸合，1空壓機(jī)在變頻器控制下起動，延時 5s（延時是為了讓壓力穩(wěn)定下來） PLC 對變頻器的輸出頻率進(jìn)行檢測。這樣的切換過程，有效的減少空壓機(jī)的頻繁啟停，同時在實際管網(wǎng)對供氣壓力波動做出反應(yīng)之前，由于變頻器迅速調(diào)節(jié)，使氣壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了井下風(fēng)動工具供氣不足的情況發(fā)生。所以工作下限應(yīng)不低于20Hz；(3）功率選用比空壓機(jī)功率大一等級的變頻器，以免空壓機(jī)啟動出現(xiàn)頻繁跳閘的情況；(4)為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次