【正文】 30s 后，若測量值仍大于設(shè)定值，則變頻器切換到下一正在運(yùn)行的空壓機(jī)進(jìn)行調(diào)速，同時關(guān)閉當(dāng)前機(jī)。 變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象，裝在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o PLC 內(nèi)部 PID 調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的 PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率 。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用?？刂葡到y(tǒng)工作流程如圖 42 所示。當(dāng)用風(fēng)量減小，若 3 臺空壓機(jī)同時運(yùn)行時， 3 空壓機(jī)變頻運(yùn)行而此時變頻器的頻率降到頻率的下限值 20Hz 時，則自動停止 1空壓機(jī)，若還不能滿足要求，則自動停止 2 空壓機(jī)的運(yùn)行。 1 空壓機(jī)變頻啟動，轉(zhuǎn)速從零開始上升，若達(dá)到預(yù)設(shè)的頻率上限值 50Hz 時，延時一段時間后風(fēng)包出口處的壓力仍不能達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值 (～ )，則由 PLC 通過控制中間繼電器的通斷將 1 空壓機(jī)切換到 工頻運(yùn)行，同時將 2空氣壓縮機(jī)切換到變頻狀態(tài)，變頻啟動 2空壓機(jī)。 報警及故障自診斷：空壓機(jī)內(nèi)部一般有四個需要監(jiān)測的量：冷卻水壓力監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、機(jī)體溫度監(jiān)測、儲氣罐壓力監(jiān)測。 停止：按下停止按鈕， PLC 控制所有的接觸器斷開，變頻器停止工作。 運(yùn)行：正常情況，電機(jī) M1 處于變頻調(diào)速狀態(tài)，電動機(jī) M M3處于停機(jī)狀態(tài)。包括五部分：起動、運(yùn)行、停止、切換、報警及故障自診斷。 圖 41控制系統(tǒng)簡圖 PLC 由電源、 CPU、模擬量 輸入、輸出模塊、開關(guān)量輸入、輸出模塊等組成。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 4 基于 plc 的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案 控制系統(tǒng)組成 控制系統(tǒng)由以下部分組成：變頻器、可編程控制器、電抗器、壓力變送器、接觸器、空氣開關(guān)、電流表、電壓表、按鈕、互感器等。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便 于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 (5)安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。 PLC 的各個部件，包括 CPU、電源、 I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 為了組成工業(yè)局部，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。有相應(yīng)的 I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。 7)大型 PLC 還可以采 用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。 5)對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 PLC 的主要特點(diǎn) (1)高可靠性 1)所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。以上兩個主要原因，使得 PLC的 I/O 響應(yīng)比一般微型計算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢得多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個 掃描周期甚至更長。 PLC 的 I/O 響應(yīng)時間 為了增強(qiáng) PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性， PLC 的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。在此期間， CPU 按照 I/O映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 (2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。 圖 32 掃描過 程 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。 PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了 一種不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)行方式 掃描技術(shù) 如圖 32所示。 其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。 功能增強(qiáng)、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)調(diào)節(jié)等，稱 PC。包括邏輯運(yùn)算功能。 中國 1974 年研制， 1977 年成功。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺 PLC，并在 GM 公司的汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。研制新的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)被淘汰。還有靈活性、通用性差；體積大；速度慢等缺點(diǎn)。一旦生產(chǎn)要求及生產(chǎn)過程發(fā)生變化，必須重新設(shè)計線路，重新接線安裝。 (2)PLC 發(fā)展必然性 傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)（硬件布線） 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，因而長期廣泛應(yīng)用。 鑒于以上原因，本系統(tǒng)選用螺桿式空壓機(jī) 。 (2) 曲軸連桿往復(fù)運(yùn)動結(jié)構(gòu)，由于其往復(fù)運(yùn)動的特性，限制了其轉(zhuǎn)速的提高，致使機(jī)器笨重，同時，該運(yùn)動結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的慣性力能以平衡，剩余的慣性力，會使機(jī)器產(chǎn)生振動、噪聲以及零部件的不正常的損壞。 活塞式空壓機(jī)與螺桿式空壓機(jī)的比較： (1)零部件的數(shù)量多，零部件的損壞的機(jī)率大，產(chǎn)品的可靠性低。 活塞式的傳動機(jī)構(gòu)是曲軸連桿往復(fù)運(yùn)動結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)有：流量較小，氣流速度低，損失小，效率高 。當(dāng)壓力稍高于排氣管中的壓力時，缸內(nèi)空氣便頂開排氣閥排入排氣管中，并繼續(xù)排出到活塞移至左邊的末端為止。 (3)排氣過程。同時，因排氣管內(nèi)的空氣壓力又高于氣缸內(nèi)空氣壓力，空氣無法從排氣閥 4流出缸外，排氣管中的空氣也因排氣閥的止逆作用而不能流回缸內(nèi)，所以這時氣缸形成一個密閉的容積。當(dāng)活塞向左移動時，氣缸左邊容積開始縮小，空氣被壓縮，1 2 3 4 5 1 3 3 4 4 5 a．單作用式 b．雙 作用式 1—汽缸 2—活塞 3—進(jìn)氣閥 4—排氣閥 5—活塞桿 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 7 壓力隨之上升。當(dāng)活塞 2 向右邊移動時，汽 缸左邊的容 積增大，壓力下降 ,當(dāng)壓力降到稍低于進(jìn)氣管中空氣壓力時，管內(nèi)空氣便頂開進(jìn)氣閥 3 進(jìn)入氣缸，并隨著活塞的向右移動繼續(xù)進(jìn)入氣缸，直到活塞移至右邊的末端為止?；钊跉飧變?nèi)一次往復(fù)的全過程分為吸氣、壓縮和排氣三個過程，合稱一個工作過程，如圖 22所示。它由曲柄連桿機(jī)構(gòu)將驅(qū)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動。此外還有 3個輔助系統(tǒng)，即潤滑系統(tǒng)、冷 卻系統(tǒng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 3)不能制成微型：螺桿壓縮機(jī)依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于 ，螺桿壓縮機(jī)才具有優(yōu)越的性能。另外，對螺桿壓縮機(jī)氣缸的加工精度也有較高的要求。 5)多相混輸：螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體，含粉塵氣體，易聚合氣體等。 3)動力平衡性好：螺桿壓縮機(jī)沒有不平衡慣性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)。 (1)螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 1)可靠性高：螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒有易損件， 因而它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達(dá) 4～ 8萬小時。就主要部件的運(yùn)動形式而言，又與離心壓縮機(jī)相似。氣體的壓縮依靠容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借助壓縮機(jī)的一對轉(zhuǎn)子在機(jī)殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動來達(dá)到。 (3)排氣過程：當(dāng)轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機(jī)殼排氣口相通時，被壓縮的氣體開始排出，直至齒尖與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼排氣口的齒溝空間為 0，即完成排氣過程，于此同 時轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼進(jìn)氣口之間的齒溝長度又達(dá)到最長，進(jìn)氣過程又再進(jìn)行。其嚙合面逐漸向排氣端移動。當(dāng)氣體充滿了整個齒溝時，轉(zhuǎn)子進(jìn)氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離機(jī)殼進(jìn)氣口，在齒溝的氣體即被封閉。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。一個供吸氣用，稱為進(jìn)氣口；另一個供排氣用，稱作排氣口。轉(zhuǎn)子兩端的圓 柱滾子軸承使轉(zhuǎn)子實現(xiàn)徑向定位，并承受壓縮機(jī)中的徑向力。一 般陽 轉(zhuǎn)子與原動機(jī)連接，由陽轉(zhuǎn)子帶動陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 空壓機(jī)分為螺桿式空壓機(jī)（螺桿式空壓機(jī)又分為單螺桿式空 壓機(jī)及雙螺桿式空壓機(jī)）、離心式空壓機(jī)、活塞式空壓機(jī)、滑片式空壓機(jī)、渦旋式空壓機(jī)和旋葉式空壓機(jī)等（如圖 21 所示） 圖 21 空氣壓縮機(jī)分類 空氣壓縮機(jī) 螺桿式空壓機(jī) 離心式空壓機(jī) 活塞式空壓機(jī) 滑片式空壓機(jī) 渦旋式空壓機(jī) 旋葉式空壓機(jī) 其它 單螺桿式空壓機(jī) 雙螺桿式空壓機(jī) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 螺桿式空壓機(jī) 螺桿式空壓機(jī)基本結(jié)構(gòu) 在壓縮機(jī)機(jī)體中，平行的配置著一對互相咧合的螺旋形轉(zhuǎn)子通常把節(jié)圓外具有凸齒的轉(zhuǎn)子，稱為陽轉(zhuǎn)子或陽螺桿。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 3 2 空氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī)及分類 空氣壓縮機(jī)（空壓機(jī)）是一種利用電動機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。 空壓機(jī)控制系統(tǒng)中 PLC 的引入極大地簡化了空壓機(jī)系統(tǒng)的操作，節(jié)省了人力并 且提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。許多礦山設(shè)備已選用了 PLC 來代替比較重要的控制 設(shè)備 。現(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護(hù)、易操作、可監(jiān)視并且價格不高的控制器來代替繼電器組成的電路。礦山設(shè)備不斷更新，不斷進(jìn)步，可靠性、易操作性、可監(jiān)視性、易維護(hù)性等已是最基本的要求了。影響其安全生產(chǎn)的因素主要有 空壓機(jī) 的超溫、超壓、斷水、斷油等。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 2 課題的背景和意義 空氣 壓縮機(jī) 是礦山生 產(chǎn)重要的四大固定設(shè)備之一，它產(chǎn)生壓縮空氣，用以帶動鑿巖機(jī)、風(fēng)動裝巖機(jī)等設(shè)備及其他風(fēng)動工具。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。目前 ，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 PLC 控制在國內(nèi)外的發(fā)展近況 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 隨著計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。 PID regulator 目錄 1緒論 ............................................................. 1 PLC 控制在國內(nèi)外的發(fā)展近況 ................................. 1 課題的背景和意義 ........................................... 2 2 空氣壓縮機(jī) ....................................................... 3 空氣壓縮機(jī)及分類 ........................................... 3 螺桿式空壓機(jī) ............................................... 4 螺桿式空壓機(jī)基本結(jié)構(gòu) ................................. 4 螺桿壓縮機(jī)的工作原理 ................................. 4 螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn) ..................................... 5 活塞式空壓機(jī) ............................................... 6 3可編程控制器（ plc）控制系統(tǒng) ...................................... 8 PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 ........................................... 8 PLC 基本結(jié)構(gòu) ............................................... 9 PLC 基本工作原理 ........................................... 9 掃描技術(shù) ............................................ 10 PLC 的 I/O 響應(yīng)時間 .................................. 11 PLC 的主要特點(diǎn) ............................................ 11 4 基于 plc 的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案 ............................ 13 控制系統(tǒng)組成 .............................................. 13 控制系統(tǒng)的工作原理