【正文】 445a．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—活塞桿圖22 單級(jí)活塞式空壓機(jī)原理簡(jiǎn)圖一個(gè)工作循環(huán)周期如下：(1)吸氣過(guò)程。(2)壓縮過(guò)程。由于進(jìn)氣閥的止氣作用，缸內(nèi)空氣不能倒流回進(jìn)氣管中。當(dāng)活塞繼續(xù)向左移動(dòng)，氣缸容積縮小，空氣體積也隨之縮小，壓力不斷提高。隨著活塞不斷左移壓縮缸內(nèi)空氣，使壓力繼續(xù)升高。然后，活塞又向右移動(dòng)，重復(fù)上述吸氣、壓縮和排氣工作過(guò)程。 壓力范圍廣，適用于從低壓到超高壓；適應(yīng)性強(qiáng)，排氣壓力變動(dòng)較大時(shí)，排氣量不變；機(jī)組零件多用普通金屬材料，制造精度要求不太高；外形尺寸及重量較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損失件多。這樣必然增加用戶的維修費(fèi)用。所以活塞式振動(dòng)大，機(jī)械性噪音大、可靠性低。 第三章 可編程控制器（plc）控制系統(tǒng) PLC的產(chǎn)生和發(fā)展(1)PLC概念PLC是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置。缺點(diǎn)：采用固定的接線方式。不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。　　60年代末期，美國(guó)汽車制造工業(yè)相當(dāng)發(fā)達(dá)，要求不斷更換汽車的型號(hào)?！　?968年，美國(guó)最大的汽車制造商GM公司公開(kāi)招標(biāo)。提出以下要求：設(shè)計(jì)周期短，更改容易，接線簡(jiǎn)單，成本低；把繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)；但編程要比計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單易學(xué)，操作方便，系統(tǒng)通用性強(qiáng)。其后，日本、德國(guó)相繼引入。(3)功能發(fā)展史：（名字的由來(lái)）　　早期：順序控制。稱PLC（Programmable Logic Controller）　　70年代：微處理器用于PLC。 PLC基本結(jié)構(gòu) PLC主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。CPU u存儲(chǔ)器電源部分輸入單元輸出單元編程器或其他設(shè)備按鈕接觸器電磁閥指示燈行程開(kāi)關(guān)繼電器觸點(diǎn)圖 31 plc結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 PLC基本工作原理PLC的CPU采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在掃描每一組梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 (3)輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開(kāi)始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。2) 各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms。4) 采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。6) 良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。(2)豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流、開(kāi)關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、 強(qiáng)電或弱電等。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊。 (3)采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。(4)編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。基于PLC的控制系統(tǒng)原理圖如圖41所示。其用來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制。起動(dòng)：三臺(tái)電機(jī)M1，M2，M3如圖41所示，可以通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇變頻/工頻啟動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出口壓力，并與給定值比較，經(jīng)PID指令運(yùn)算，得到頻率信號(hào)，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到所需壓力的目的。切換：實(shí)現(xiàn)M1，M2，M3工頻、變頻相互切換。啟動(dòng)前，將變頻器的機(jī)組開(kāi)關(guān)置于欲工作的機(jī)組，工作方式選擇置于變頻位置，將 PLC 的控制開(kāi)關(guān)置于運(yùn)行狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)組運(yùn)行。若2空壓機(jī)達(dá)到頻率上限時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后仍不能滿足要求，再自動(dòng)將2空壓機(jī)切換到工頻運(yùn)行，變頻啟動(dòng)3空壓機(jī)。當(dāng)空壓機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)機(jī)體溫度過(guò)高，潤(rùn)滑油溫度過(guò)高，風(fēng)包溫度過(guò)高，分包壓力過(guò)高及潤(rùn)滑油壓力過(guò)高，斷水等故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示有關(guān)的工作人員及時(shí)地排除故障。開(kāi)始變頻器啟動(dòng)頻率上限是否達(dá)到頻率下限是否達(dá)到監(jiān)測(cè)參數(shù)是否正常是否有停機(jī)信號(hào)停機(jī)轉(zhuǎn)化為工頻運(yùn)行并把變頻器切換到下一臺(tái)空壓機(jī)當(dāng)前空壓機(jī)停機(jī)并把變頻器復(fù)位報(bào)警延時(shí)YYNYYNN圖42 控制系統(tǒng)流程圖該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式：(1)手動(dòng)運(yùn)行方式選擇此方式時(shí)，按啟動(dòng)按鈕空壓機(jī)或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各空壓機(jī)。(2)自動(dòng)運(yùn)行方式在自動(dòng)運(yùn)行方式下開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先打開(kāi)冷卻水閥，關(guān)閉供氣閥，1空壓機(jī)變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通（啟動(dòng)過(guò)程如圖43）變頻器輸出頻率從0Hz開(kāi)始上升，此時(shí)壓力變送器檢測(cè)壓力信號(hào)反饋PLC，由PLC經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50Hz，延時(shí)一定時(shí)間后，將1空壓機(jī)切換為工頻，2空壓機(jī)變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)2空壓機(jī)，頻率逐漸上升，直至供氣壓力達(dá)到設(shè)定壓力，依次類推增加空壓機(jī)。當(dāng)壓力小于設(shè)定值時(shí)，頻率升為50HZ，延時(shí)30s后，若測(cè)量值仍小于設(shè)定值，則變頻器切換為工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)空壓機(jī)，依次啟動(dòng)各臺(tái)空壓機(jī)。依次關(guān)閉各臺(tái)空壓機(jī)。另外，采用該方案后，空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)的大電流和啟動(dòng)給空氣壓縮機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。變頻器一旦出現(xiàn)故障，煤炭生產(chǎn)不允許空氣壓縮機(jī)停機(jī)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻切換功能，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可由工頻電源通過(guò)接觸器直接供電，使空氣壓縮機(jī)照常工作。特別注意：為防止電機(jī)頻繁起制動(dòng)和變速，在壓力容差范圍內(nèi)，變頻器的輸出頻率不變。上位機(jī)報(bào)警裝置PLC變頻器1空壓機(jī)2空壓機(jī)1空壓機(jī)檢測(cè)變送裝置檢測(cè)變送裝置檢測(cè)變送裝置圖44 空壓機(jī)變頻調(diào)速原理圖空壓機(jī)變頻調(diào)速的要求：(1)空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，這種啟動(dòng)特點(diǎn)很容易引起變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)跳過(guò)流保護(hù)的情況，故采用具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的無(wú)速度矢量變頻器，保證既能實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的連續(xù)性，又可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行；(2)空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間在低頻下運(yùn)行，空壓機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低，一方面使空壓機(jī)穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體潤(rùn)滑度變差，會(huì)加快磨損。開(kāi)始時(shí)，若1空壓機(jī)變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)?開(kāi)始隨頻率上升，如變頻器頻率達(dá)到50Hz而此時(shí)空氣壓力還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間（避免由于干擾而引起的誤動(dòng)作）后，1空壓機(jī)切換為工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz下降至0Hz，2號(hào)空壓機(jī)變頻起動(dòng)，如氣壓仍不滿足，則會(huì)啟動(dòng)3空壓機(jī)，切換過(guò)程同上；同樣，若3臺(tái)空壓機(jī)（假設(shè)3）都在運(yùn)行，3空壓機(jī)變頻運(yùn)行降到0HZ，此時(shí)氣壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使1空壓機(jī)停止，變頻器頻率從0HZ迅速上升，若此時(shí)供氣壓力仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使2空壓機(jī)機(jī)停止。切換過(guò)程流程圖如圖45所示。當(dāng)檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)則關(guān)閉 1空壓機(jī)；反之當(dāng)檢測(cè)到變頻器上限頻率信號(hào)則 PLC 執(zhí)行增加空壓機(jī)動(dòng)作：KM2斷開(kāi)、KM1吸合，1空壓機(jī)改為工頻運(yùn)行并延時(shí) 1s（延時(shí)一是為了讓開(kāi)關(guān)充分熄弧，另一方面是為了讓變頻器減速為 0，KM4 吸合變頻啟動(dòng)2空壓機(jī)。當(dāng)2空壓機(jī)投入變頻運(yùn)行后，延時(shí) 5s PLC 繼續(xù)對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)則關(guān)閉1空壓機(jī)，剩下2空壓機(jī)在變頻狀態(tài)下運(yùn)行，延時(shí) 5s 如果 PLC 再次檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)則把2空壓機(jī)也關(guān)閉；反之當(dāng)檢測(cè)到變頻器上限頻率信號(hào)則 PLC 再執(zhí)行增泵動(dòng)作：KM3斷開(kāi)、KM4 吸合，2空壓機(jī)改為工頻運(yùn)行并延時(shí) 1s，KM6吸合變頻啟動(dòng)3空壓機(jī)。另外為了方便故障檢查維修。PLC通過(guò)程序掃描這些輸入點(diǎn)，如果發(fā)生故障則作出相應(yīng)的動(dòng)作。(1)上位機(jī)與PLC的通信在工控領(lǐng)域中PLC通常作為下位機(jī)使用，工業(yè)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)視空壓機(jī)的運(yùn)行狀況，查看壓力、溫度、運(yùn)行時(shí)間、電機(jī)電壓、電機(jī)電流、輸出功率等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，記錄并存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)的查詢和打印功能。在遠(yuǎn)程控制允許的情況下，值班人員還可以遠(yuǎn)程控制空壓機(jī)。　　其他元件包括手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、緊急停止按鈕、聲光報(bào)警器等。選擇接口類型為工業(yè)Ethernet，通信速率為100Mbps，設(shè)置PLC和上位機(jī)的IP地址。(2)PLC與變頻器的通信本系統(tǒng)中PLC對(duì)變頻器的控制是通過(guò)串行通訊的方式實(shí)現(xiàn)的，PLC通過(guò)RS485通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運(yùn)行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、和過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)負(fù)荷等全部報(bào)警信息等參數(shù)。計(jì)算機(jī)發(fā)出通訊請(qǐng)求；變頻器處理等待；變頻器作出應(yīng)答；計(jì)算機(jī)處理等待；計(jì)算機(jī)作出應(yīng)答。不論是寫數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù)，均有計(jì)算機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，變頻器只是被動(dòng)接受請(qǐng)求并作出應(yīng)答。但是，它具有一定的局限性：當(dāng)控制對(duì)象不同時(shí)，控制器的參數(shù)難以自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)外界環(huán)境的變化。