基于PLC的空氣壓縮機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)畢業(yè)設計論文

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1、洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 基于PLC的空氣壓縮機變頻調(diào)速控制系統(tǒng) 摘 要 空氣壓縮機（簡稱“空壓機”）可以將取之不盡用之不竭的空氣轉換為動力，來推動機械設備轉動，減少使用了石油、電力等資源。本設計主要目的是實現(xiàn)可編程控制器和變頻器對空氣壓縮機組的主動控制。本方案通過變頻器控制來達到對空氣壓縮機“一控多”的目的，可編程控制器可以達到變頻器的工頻與變頻自由控制轉換的現(xiàn)實需要，以及實現(xiàn)變頻器對空壓機的轉換節(jié)制。系統(tǒng)通過壓力傳感器收集供氣管道出口的壓力值，經(jīng)由變頻器產(chǎn)生的4-20毫安標準控制信號，該信號又被送到可編程控制器的模擬輸入端口，而后通過系統(tǒng)內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器算法邏輯運算產(chǎn)生控

2、制信號，該信號又被送至變頻器。在變頻器操控當前機工作模式由變頻轉化成工頻，而供壓管道內(nèi)壓力值仍達不到安全工作要求時，則啟動下一臺空氣壓縮機，以此類推啟動下一臺。在變頻器輸出的電壓頻率已經(jīng)變成了20HZ，此時供氣管道內(nèi)的氣壓量超過預先設定的氣壓值，系統(tǒng)封閉當前運行的機器，PLC轉變操控另下一臺。 關鍵詞：PLC，空壓機，壓力傳感器，變頻器 Designs based on the PLC air compressor’s supervisory system ABSTRACT The compressor (the air compressor) is a comp

3、ressed gas to increase gas pressure or gas transportation machine. Air compressor is widely used in nearly all industrial and agricultural, defense, science and technology, civil and other fields. Air compressor safety protection for the production of coal mining enterprises is very important. Progr

4、ammable Logic Controller (PLC) to the traditional relay control technology, computer control technology and communication technology integration, specifically designed for industrial control of. The design uses PLC and frequency converter to realize the automatic control of air compressor. The progr

5、am uses inverter of the air compressor "dragged more" control, PLC to achieve the inverter frequency and frequency conversion control, and inverter switching control of a compressor station. Collection system using pressure sensors Outlet pressure air bag, transmitter output by 4 to 20 mA standard s

6、ignal to the PLC analog input port, through the internal PID algorithm PLC logic operations, sends control signals to the inverter. When the inverter to control the current machine by the inverter frequency, while the gas pressure is still not satisfied by the PLC control inverter frequency soft-sta

7、rt the next station air compressor to run, and then click Open. So that the production system for good economic and safety performance. KEY WORDS: PLC，air compressor，Pressure transducer，Inverter 8 目　錄 前　言 1 第1章 空氣壓縮機 3 1.1 空氣壓縮機的用途及其優(yōu)點 3 1.2 空氣壓縮機的分類 3 1.3 螺桿式空氣壓縮機 4 1.3.1 螺桿式空壓機的應

8、用 4 1.3.2 螺桿式空壓機的運轉原理 4 1.3.3 螺桿式空壓機的特點 5 1.4 活塞式空壓機 6 第2章 可編程控制器（PLC） 9 2.1 PLC概述 9 2.2 PLC的基本組成 9 2.3 PLC的基本工作原理 10 2.3.1 可編程序控制器的工作方式 10 2.3.2 可編程序控制器的工作過程 10 2.3.3 可編程控制器的I/O響應時間 12 2.4 PLC的分類 13 第3章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)硬件電路的設計 14 3.1 S7-200構件簡介 14 3.1.1 中央處理器CPU的功能 14 3.1.2 S7-200模板的主要特性 1

9、4 3.2 元器件的選型 15 3.2.1 空氣壓縮機主要參數(shù) 15 3.2.2 變頻器參數(shù) 15 3.2.3 壓力傳送器的技術參數(shù) 16 3.2.4 接觸器簡介 17 3.2.5 熱繼電器選取 17 3.2.6 報警裝置 18 第4章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)軟件電路的設計 19 4.1 設計PLC程序通用方法 19 4.2 PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟 19 4.3 PLC I/O點的分配表和外部接線圖 21 第5章 PLC恒壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設計 23 5.1 控制系統(tǒng)恒壓輸出的方法 23 5.2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)電氣圖 24 5.3 PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)空壓

10、機的切換方式 24 5.4 PLC變頻調(diào)速控制原理 26 5.5 計算機與PLC通信 28 結　論 29 謝 辭 30 參考文獻 31 附　錄 1 32 附　錄2 33 附　錄3 34 主程序部分 34 自動子程序部分 36 外文資料譯文 44 前　言 1960S美國起先成功研制了可編程控制器（簡稱“PLC”）， 過了幾年PLC得到了火速生長，并很快取代了傳統(tǒng)控制技術——繼電器控制技術，并在全球范圍內(nèi)應用廣泛。著科技和技術的進步，PLC的功能也隨之加強和完善。由于計算機的快速發(fā)展、模擬數(shù)字信號處理能力的提升、外部硬件設備的加強以及不斷提高的用戶需求，促使PLC

11、從單一的開關量的處理發(fā)展出了模擬量的處理和運動等控制性能。 現(xiàn)如今的PLC不僅僅在邏輯控制中得到使用，同時也支撐著運動控制、過程控制等領域的發(fā)展。當今，PLC已經(jīng)融入社會生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)。例如：在采礦、電力電子、醫(yī)藥化工、機械制造、鋼鐵和石油等各個行業(yè)中。同時，由于計算機監(jiān)控系統(tǒng)融入了通訊技術、故障診斷技術、軟件技術等，因此廣泛應用到了供水、供暖、電力、文化娛樂以及交通運輸?shù)壬铑I域中。 改革開放后，我國開始加大了對PLC的引進、研發(fā)、生產(chǎn)的探應用的工作。開始PLC只在引進的設備中大量應用，后來隨著科技與技術的提高在全國范圍內(nèi)的各種企業(yè)、各種生產(chǎn)設備以及產(chǎn)品中廣泛的使用，不斷提高PLC在我

12、國的普及與應用。現(xiàn)在咱國已有能力本身生產(chǎn)小型可編程控制器，我相信，跟著科技的生長，國力的提升，可編程控制器必然會在我國有廣闊的實用前途。 空氣壓縮設備是當代采礦業(yè)安全生產(chǎn)的四大不變設備（選礦、空氣壓縮、破碎、治砂）之一，空壓機是礦井用于產(chǎn)生和運送壓縮空氣的必備動力設備，是礦井的原動力之一。隨著煤礦業(yè)現(xiàn)代化的進步，煤礦企業(yè)對采礦設備提出了越來越高的要求，安全生產(chǎn)也深深植入礦山生產(chǎn)建設思想中。繼電器組成的傳統(tǒng)保護設備大多是采用儀表分離等手段，這也就造成了其較低的可靠性、高昂的費用以及穩(wěn)定性較差等缺點。同時繼電器組成的控制電路不移維護、不易操作、不易監(jiān)控，滿足不了現(xiàn)代礦山企業(yè)對采礦設備提出的穩(wěn)定性

13、、安全性與經(jīng)濟性的要求。當今火急須簡單的、易保養(yǎng)、易監(jiān)測而且便宜的控制器來取締由大量繼電器構成的線路。計算機技術、軟件技術、電子技術的迅猛成長為可編程控制器（PLC）的成長打下了底子。與繼電器組成的線路相比PLC穩(wěn)定性好，功能多，價格低廉，具有強大的優(yōu)勢。因此眾多的采礦業(yè)都已選擇使用PLC來替代繼電器組成的控制線路。 在空氣壓縮機系統(tǒng)中引入可編程控制器極大地降低了系統(tǒng)的操作難度，大大的提高了安全與穩(wěn)定性同時也節(jié)省了人力物力?；赑LC的空氣壓縮機變頻調(diào)速系統(tǒng)讓操作人員可以在較遠距離的廠區(qū)機房內(nèi)完成各種控制工作，極大地降低了工作人員的勞動強度，極大地節(jié)約了人力成本，同時也保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全與

14、穩(wěn)定。 第1章 空氣壓縮機 1.1 空氣壓縮機的用途及其優(yōu)點 空壓機在采礦業(yè)的生產(chǎn)中應用非常大，其工作原理就是將取之不盡，用之不竭的空氣轉換為生產(chǎn)動力，并有輸送設備?？諌簷C產(chǎn)生的壓縮氣體可以讓井下的機器轉動。通常礦業(yè)生產(chǎn)部門都會將空壓機安裝在山上或者礦井上，空壓機與通氣管道相連[1]。被壓縮的空氣順著通氣管道流向礦井下的工作區(qū)域，使風動機械設備轉動，完成生產(chǎn)生活的目的。 取之不盡用之不竭的新鮮空氣可以通過空壓機轉換為生產(chǎn)動力，從而驅(qū)動機械設備。使用空壓機驅(qū)動風動設備與電力驅(qū)動相比具有一下優(yōu)點：系統(tǒng)有火花的威脅；機械設備不怕超負荷運轉；井下工人不會有觸電的危險；在嚴寒、酷熱以

15、及高灰塵的環(huán)境中依然可以正常運轉。同時空壓機產(chǎn)生的新鮮空氣可以改變井下渾濁空氣的狀況。但同時空壓機也有其缺點：運轉效率較低、使用電量較大、生產(chǎn)資源極高等。因此，空壓機在今后必將朝著效率極高、穩(wěn)定性極好以及生產(chǎn)成本低的方向轉變[2]。 1.2 空氣壓縮機的分類 空壓機分為螺桿式空壓機，其又分為兩種：噴油螺桿空壓機與干式螺桿空壓機；滑片式空壓機；羅茨式空壓機；活塞式空壓機；葉片式空壓機等，如圖1-1。 空氣壓縮機 螺桿式空壓機 滑片式空壓機 羅茨式空壓機 活塞式空壓機 葉片式空壓機 其它 噴油螺桿式空壓機 干式螺桿空壓機 圖1-1 空氣壓縮機的分類 1

16、.3 螺桿式空氣壓縮機 1.3.1 螺桿式空壓機的應用 螺桿式空壓機大量使用在石油、交通運輸、制造等部門，在機體容量大和能在很差的惡劣環(huán)境中，漸漸代替了另外不同類型的空壓機。 1.3.2 螺桿式空壓機的運轉原理 螺桿式空壓機是利用機體內(nèi)的齒桿運動以改變其體內(nèi)的空間，來達到壓縮氣體的目的。為順應礦井空壓機的大而穩(wěn)定的要求，螺桿式空壓機須要向大型化成長，但存在相對漏泄量大、相對噴油量多、動力損失大、對軸承的要求較高等問題，必然進一步提高空壓機的機能，來順應礦井的安全生產(chǎn)[3]。 （1）吸氣過程：隨著空壓機開始旋轉，機體內(nèi)的體積不斷擴大，這也就會使空壓機的機殼內(nèi)這一部分形成真空狀態(tài)

17、。當轉子繼續(xù)旋轉，使空壓機機殼內(nèi)的體積達到最大值時，進氣口便被打開，外部的新鮮空氣在大氣壓強的作用下被推進了空壓機機殼內(nèi)。空壓機繼續(xù)運轉，進氣管口隨機被關閉，這也就會導致進氣管口被封閉，進氣過程隨機結束。 （2）壓縮空氣：這時候，陽桿沿著從左向右的方向轉動，而陰桿則沿著與其相反的方向轉動。存在于機殼內(nèi)的氣體慢慢地被兩桿擠壓，因此機殼內(nèi)的氣壓也不斷的提升。兩桿繼續(xù)轉動，當兩桿轉到一定程度時，同期管口便與該部分氣體接觸，壓縮過程隨著結束。 （3）排氣過程：當空壓機機殼內(nèi)的氣壓達到預設值時，空壓機的排氣管口隨機被打開，被壓縮的空氣在轉子的轉動作用下通過排氣管口被排到儲氣罐內(nèi)。轉子繼續(xù)旋轉，當空壓

18、機機殼內(nèi)的容積達到0時，此時的排氣管口隨機被關閉，排氣過程也就結束了。 1.3.3 螺桿式空壓機的特點 螺桿式空壓機已經(jīng)在社會生產(chǎn)中占領了很大的比重，因為它的高性價比，現(xiàn)在其已經(jīng)對古老的空壓機種類的生存造成了無法挽回的毀壞，但缺點總是和優(yōu)點相伴而生[4]。 （1）螺桿式空壓機優(yōu)點： ① 產(chǎn)品規(guī)格比較容易，在一定的范圍內(nèi)，轉子的直徑、形狀可維持不變而僅需將螺桿轉子加長、來適合不同風量的需求。 ② 與往復式空壓機一樣具有定排量的共同特性，排氣壓力有相當廣泛的變化范圍。 ③ 可以使用節(jié)流控制 （2）螺桿式空壓機的缺點： ① 長時間不使用螺桿式空壓機時，為了保護機器延長其使用壽命，

19、需要工作人員定期轉動機器。 ② 螺桿式空壓機在旋轉時，機體的溫度極其高，通?？梢缘竭_200度。因此需要對空壓機安裝降溫設備，加重了生產(chǎn)資本。 ③ 在空壓機損壞不能在使用時，拆卸機器非常麻煩，并且在更換主機價格幾乎可以在購買一臺新的機器。 ④ 噴油式的機器因其機殼內(nèi)空氣含有潤滑油，因此在飲食方面不被采用。 1.4 活塞式空壓機 活塞式空壓機主要是由：傳動、推動和氣缸組件構造的。傳動組件的作用是產(chǎn)生動力給空壓機，已實現(xiàn)其旋轉。氣缸組件就是空壓機機殼內(nèi)的容積。推動組件就是使活塞活動的那部分裝備。打開空壓機后，電機開始旋轉，產(chǎn)生的動力可以促使傳動組件推動活塞運動，以達到使活塞做周期運動的

20、目的?；钊娇諌簷C的正常旋轉僅靠上述組件是遠不夠的，還需要工作人員為其增加一些輔助裝備[5]。例如：為了使空壓機機體內(nèi)有大量的干凈空氣，過濾器就會被安裝在空壓機上；空壓機在旋轉時難免產(chǎn)生沒用的熱量，為此空壓機需要一個降溫裝置；被壓縮的氣體必須還有儲存的地方；被壓縮氣體使用量和用電的情況一樣都不穩(wěn)定，因此調(diào)節(jié)裝置必須有?；钊娇諌簷C原理簡圖如圖1-2。 4 3 1 2 5 1 3 3 4 4 5 a．單作用式 b．雙作用式 1—汽缸 2—活塞 3—進氣閥 4—排氣閥 5—活塞桿 圖1-2單級活塞式空壓機原理簡圖 該類型空壓機的工作輪回是由：吸氣

21、過程AB，壓縮過程BC,和排氣過程CD組成。 (1) 吸氣過程AB 活塞從A點向B點運動后所形成的機體體積，不斷由新鮮空氣填充，當活塞行至點B時，常壓的空氣填補了活塞式空壓機的氣缸，完成充氣過程。 （2） 壓縮過程BC 當活塞返回時，氣缸內(nèi)的空氣慢慢地被擠壓。當空氣被壓縮到C點（氣缸內(nèi)的空氣壓力等于排氣管內(nèi)的空氣壓力）時，氣缸開始向外排氣。壓縮過程也就結束了。 (3)排氣過程CD 當活塞行至C點開始排氣后，隨著活塞的移動，壓縮空氣不斷向排氣管排送。當活塞到達D點時，缸內(nèi)的空氣已經(jīng)沒有了，這也就完成一個循環(huán)。 當活塞再從上點向下點運動，進入到第二個循環(huán)，一遍又一遍

22、的重復著以上的過程。 上述兩種空壓機性能比較，如表1-1。 表1-1兩種空壓機性能比較 比較方面 螺桿式空壓機 活塞式空壓機 力的平衡性 氣體產(chǎn)生的徑向、軸向力自動平衡，無副作用 曲軸旋轉時產(chǎn)生較大的慣性力，對活塞、活塞環(huán)及氣缸的破壞性較大 使用壽命 螺桿空壓機主機的使用壽命最少10-15年 缸數(shù)最少在兩缸以上，平衡性較差，使用壽命最長在2-3年 噪聲、振動 無內(nèi)應力，力平衡性好，振動小，安裝無需基礎，噪音低，一般為58-60db，可直接放在辦公場所 運轉過程中受力不平衡，震動較大，大功率時需要基礎固定，低頻噪聲80-100db，只能安裝在遠距離的角落里 耐久性

23、 徑向、軸向力完全平衡，軸承壽命長，轉自軸承力為5玩h，維護周期長，維護費用低 摩擦部位多，機械損耗大，活塞、活塞環(huán)等易損壞壽命僅為3000-5000h，維護周期短，維護費用高 空氣質(zhì)量 內(nèi)有自動排水器，除水率達到80%以上，壓縮空氣品質(zhì)較高 無自動排水器，基本無排水、除油能力，壓縮空氣品質(zhì)較低 維修性 主機機殼采用整體結構后，星輪側有大窗，維護方便 易損件更換頻繁，拆卸、安裝工作量大 體積 體積小，箱式隔音包裝、結構緊湊 體積較大，振動大，需要基礎加以固定 保修期 主機保修三年，終身維護 最長保修期為一年 智能化程度 整機全由電腦PLC控制，具有故障診斷及顯示功

24、能 不存在智能化 根據(jù)以上分析，本系統(tǒng)選用螺桿式空壓機 。 第2章 可編程控制器（PLC） 2.1 PLC概述 在二十世紀四十年代，美國獅子設備公司(DEC)D第一個成功研發(fā)了可編程控制器，該公司研發(fā)的主要目的就是為了改變傳統(tǒng)技術的缺點。由于該控制器具有邏輯性能，被叫做可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。隨著微電子技術的發(fā)展，大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中的應用，現(xiàn)在的PLC又增加了算術運算、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡通信等功能，使PLC更多的具有了計算機的功能[6]。 PLC從產(chǎn)生到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了三代的更新，如表2-

25、1。 表2-1PLC的變更 代次 微處理器 功能特點 應用范圍 第一代 1969~1972 1位微處理器 邏輯運算、定時、計數(shù) 替代傳統(tǒng)的繼電控制 第二代 1973~1975 8位微處理器及存儲器 數(shù)據(jù)的傳送和比較、模擬量的運算 能同時完成邏輯控制、模擬量控制 帶三代 1976~1983 高性能8位微處理器 處理速度提高，向高功能及聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展 復雜控制系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)通信 第四代 1983~至今 16位、32位微處理器 邏輯、運動、數(shù)據(jù)處理聯(lián)網(wǎng)功能的多功能 分級網(wǎng)絡控制系統(tǒng) 2.2 PLC的基本組成 PLC主要由CPU、存儲器、基本I/O接

26、口電路、外設接口、編程裝置、電源等組成。PLC結構框圖如圖2-1所示。 接觸器 CPU 存儲器 電源部分 輸 入 單 元 輸 出單元 單 元 編程器或其他設備 按鈕 繼電器觸點 電磁閥 行程開關 指示燈 圖2-1 PLC結構簡圖 2.3 PLC的基本工作原理 2.3.1 可編程序控制器的工作方式 PLC的工作方式與我們通常所熟知的計算機工作方式不同，即計算機等待操作指令傳達。而PLC采用的是無限循環(huán)掃描所接收的操作指令，并立即從上

27、而下分析該指令，并做出相應的反應[7]。 2.3.2 可編程序控制器的工作過程 PLC采用循環(huán)掃描工作方式的工作過程一般分為6各階段：以故障診斷和處理為主的公共操作、與編程器等的通信處理、輸入掃描、執(zhí)行用戶程序、處理輸出和響應外設。其工作過程如圖2-2。 電源 自診斷 檢查WDT時間 與編程器交換信息 是否有網(wǎng)絡？ 與網(wǎng)絡交換信息 狀態(tài)判定RUN? 輸入掃描 執(zhí)行用戶程序 輸出處理 響應外設 N Y 停止運行 I/O故障 圖2-2 PLC工作過程圖 （1）公共操作 設計者在最初設計PLC時，以充分考慮到PLC的可靠性。故在PL

28、C內(nèi)部安裝有自我監(jiān)視等功能。一旦PLC出現(xiàn)故障，則PLC就會發(fā)出聲光警報。若系統(tǒng)出現(xiàn)非常嚴重的故障時，PLC會立即斷電。若發(fā)生不是嚴重的故障，PLC可以值發(fā)出聲光警報而不停止運轉。 （2）與編程器交流信息 用戶通過計算機將可以已寫好的程序?qū)隤LC，PLC接受指令后，PLC變做出動作，用戶在這一段時間內(nèi)可以修改程序，也可以通過計算機監(jiān)視PLC運轉狀況，同時運行的兩個PLC可以進行信息交流，PLC也可以與磁帶機信息交流。 （3）通信處理 在通信情求處理階段，CPU處理從通信接口和智能模塊接收到的信息，例如：讀取智能模塊的信息并放在沖區(qū)中，在適當?shù)臅r候?qū)⑿畔魉徒o通信情求方

29、。 （4）CPU自診斷測試 自診斷測試指的是系統(tǒng)對其各模塊的掃描，并將掃描的結果反饋給CPU，并完成其他任務。 （5）執(zhí)行外設指令 每次執(zhí)行完用戶程序后，如果外部設備有中斷請求，PLC就會進入服務外設指令操作。如果沒有外部設備命令，則系統(tǒng)會自動進入下一次循環(huán)掃描，直到接受終止命令。 2.3.3 可編程控制器的I/O響應時間 輸入/輸出響應時間簡稱“I/O響應時間，操作者對PLC發(fā)出操作指令后，PLC立即操作外部硬件設備運行這期間所用的時間我們稱之為I/O響應時間。響應時間受外部設備溫度，PLC性能以及用戶指令長短影響。一般來說I/O響應時間不會超過20ms，對于

30、不重要的系統(tǒng)來說，這些時間是可有可無的。而對于大型重要的系統(tǒng)來說響應時間越短越好[8]。 2.4 PLC的分類 （1）整體式PLC 整體式PLC在結構上是將CPU、輸入/輸出部件都集中配置在一個機箱具有結構緊密、體積小、重量輕、價格低等特點。但存在主機輸入/輸出點數(shù)固定、靈活性差、維修不便等缺點。 （2）掛機模塊式PLC 掛機模塊式PLC的各部分以獨立的模塊形式分開設置。這種機構的PLC配置靈活、方便、便于擴展。機架模塊式PLC存在結構復雜、插件多、造價較高等缺點。 （3）分散式PLC 分散式結構PLC是將CPU、電源、存儲器集中放置在中央控制室，構成主控站。CPU作為系

31、統(tǒng)的“指揮官”操控著系統(tǒng)主件于副件之間的聯(lián)系，并使其動作相互配合。 13 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 第3章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)硬件電路的設計 3.1 S7-200構件簡介 本系統(tǒng)采用的PLC是西門子S7-200，包括各種各樣的模板塊：CPU模板、功能轉換模板FM、信號模板、電源模板PS、通信模板CP等[9]。S7-200已發(fā)展數(shù)年，現(xiàn)如今完全可以解決用戶提出的各種各樣的要求，來達到生產(chǎn)生活的目的。 3.1.1 中央處理器CPU的功能 （1）使用者利用編程器寫入相應的程序與數(shù)據(jù)并被CPU接受與存儲。 （2）CPU在接收到程序后，開始判斷所接受程序中是否有錯誤。

32、 （3）利用CPU掃描功能，來自工作的輸入信號被接受到相應的寄存器與存儲器中。 （4）CPU開始運行后，CPU從相應的存儲器從上至下讀入程序，并執(zhí)行，完成程序的邏輯與算術運算。 3.1.2 S7-200模板的主要特性 常用S7-200模板的主要特性如表3-1所示。 表3-1 常用S7-200常用產(chǎn)品主要特性 參數(shù) CPU312 CPU312C CPU313C CPU314 CPU317 用戶內(nèi)存/KB 16 16 32 32 512 自由編址 YES YES YES YES YES 位存儲器 1024 1024 2048 2048 3

33、2768 計數(shù)器 128 128 256 256 512 定時器 128 128 256 256 512 指令處理時間（ms） 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 3.2 元器件的選型 3.2.1 空氣壓縮機主要參數(shù) 本系統(tǒng)選擇LGY-17型螺桿式空壓機，陽轉子直徑262.5mm；陰轉子直徑210mm；轉子長度375mm；轉速1800r/min。吸氣壓力0.1MPa；排氣壓力0.8MPa[10]。 3.2.2 變頻器參數(shù) （1） 主要特性 矢量控制方式，可構成閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉矩控制；高估在能力，內(nèi)置制動單元。 （2）

34、控制功能 ① 獨立I/O端子板，方便維護。 ② 內(nèi)置PID控制器，參數(shù)自整定。 ③ 可實現(xiàn)主/從控制及力矩控制方式。 ④ 在電源消失或故障時具有“自動再起”功能。 （3）變頻器外部接線圖如圖3-1。 圖3-1變頻器外部接線圖 3.2.3 壓力傳送器的技術參數(shù) KZ-YLF系列常規(guī)型擴散硅壓力變送器選用進口高精度、高穩(wěn)定硅壓力敏感充油芯體，通過高可靠性的放大電路，將被測介質(zhì)的表壓轉換成1~5V的標準電信號[11]。 （1）特點 ① 精度超高、穩(wěn)定性超好、非常安全可靠 ② 體積小外形美觀，性價比高 ③ 量程范圍寬（-1000KPa~1000KPa~60MPa）

35、 ④ 不銹鋼隔離膜片，防腐蝕性好 ⑤ 反向積極保護及限流保護 ⑥ 防雷擊、防射頻保護、防爆 （2）設備技術參數(shù) ① 測量范圍：-100~200KPA~60MPA ② 溫度漂移：0.02%FS/℃ ③ 測量精度：<0.2%FS ④ 壓力類型：絕壓，表壓 ⑤ 介質(zhì)溫度：-30~125℃ ⑥ 供電：12~30vdc（三相電壓） 3.2.4 接觸器簡介 （1）接觸器的選取 隨著社會的變化接觸器越來越多的被使用在各類型的工廠設備中。因為交流回路與直流回路的斷開與接通只能由接觸器實現(xiàn)和完成，因此在低電壓保護方面大放光彩?，F(xiàn)如今控制容量對接觸器來說越來越重要，所以大型容量的接觸器

36、正在被廣泛的運用到遠距離控制和頻繁操作的工作中，自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)與完成已經(jīng)離不開接觸器了。由于電機的額定電流的1.5倍是60A，因此本系統(tǒng)選擇使用了CJX8-30的交流接觸器。 （2）結構特性 ① CJX8-30交流接觸器為“正裝式結構”，即觸頭系統(tǒng)在前面、此系統(tǒng)在后面(靠近安裝面). ② 動觸頭為橋式結構。接觸器的主觸頭可以與主線路分離，在接觸器發(fā)生故障時可以不必停止機器運轉。 ③ 交流接觸器采用完全封閉式的自然滅弧，已達到生產(chǎn)生活而安全與穩(wěn)定。 ④ 接觸器可以迅速的安裝在40mm的軌道上，不同類型的輔助觸頭，可以在其上使用。 3.2.5 熱繼電器選取 由于電動機的額定電

37、流的整定值的1.3~1.5倍等于JR20的額定電流，因此本系統(tǒng)選取JR20型熱繼電器。該繼電器安全額定工作頻率為50HZ，在其內(nèi)部中分布著不同膨脹系數(shù)的金屬片。在接觸器安裝在電路中時，電流流過其內(nèi)的電阻時會發(fā)熱，而金屬片會在這些熱量中變形，在變化到一定程度時，就能夠使連桿移動，從而使主電路斷路。接觸器由此被斷開，主電路因此電流流過，從而達到保護電動機的安全生產(chǎn)生活中。因為熱繼電器生產(chǎn)成本較低、結構非常簡單、非常安全與可靠等優(yōu)點，所以熱繼電器被廣泛應用到現(xiàn)實生活中[12]。 3.2.6 報警裝置 各式各樣的傳感器都被安裝在本系統(tǒng)操作系統(tǒng)中，隨時監(jiān)測著系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。壓力傳感器與CPU2

38、26內(nèi)部的時間繼電器配合工作。用戶程序經(jīng)過PLC處理后，便可以對系統(tǒng)硬件部件進行保護，并立即執(zhí)行預先設計的保護程序，進行保護系統(tǒng)工作。系統(tǒng)執(zhí)行保護動作可如下情況：在PLC運行用戶程序時，若PLC對電動機發(fā)出運轉信號時，但電動機拒動(氣體管道內(nèi)的壓力值小于要求壓力值)，便可以判斷系統(tǒng)發(fā)生了外部硬件故障，值班人員接到報警信號后，立即動作進行檢查與維修。保護著設備安全[13]。 18 第4章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)軟件電路的設計 4.1 設計PLC程序通用方法 （1）再設計系統(tǒng)前，應先掌握相關知識，熟悉系統(tǒng)的目的，并繪制相關的功能圖。 （2）設計程序梯形圖。 （3）模擬操作結束后

39、，工作人員應根據(jù)結果修數(shù)據(jù)，在結果符合預設值時，停止這部分操作。 4.2 PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟 流程框圖如下面的圖4-1所示。 （1）分析被調(diào)控對象 熟悉了解被研究對象的運行特征以及工作過程，充分利用風、光、霧等之間的合理關系，最終確定PLC對被研究對象的工作要求。 （2）確定輸入、輸出設備 工作人員根據(jù)結果預設值，確定所必須的設備（如：按鈕、位置開關、轉換開關、傳送器等）和輸出設備。根據(jù)確定PLC的I/O點數(shù)。 （3）選擇PLC 包括PLC的機型、容量、I/O模塊、電源的選擇 （4）分配I/O點 合理配置I/O點，得到相應的I/O表與外部接線圖。

40、 分析被控對象的工藝流程 分析系統(tǒng)控制要求 確定外部輸入/輸出設備 選擇PLC 分配I/O點 繪制功能表圖 設計控制臺 設計梯形圖 現(xiàn)場施工布線 輸入程序并檢查 模擬調(diào)試 交付使用 手工調(diào)試 修改 N N Y 滿足？ 圖4-1 PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟 4.3 PLC I/O點的分配表和外部接線圖 PLC的I/O點的分布表如表4-1和表4-2。 表4-1輸入點分配 信號名稱 符號 地址 信號名稱 符號 地址 啟動 SB1 I0.0 4?工頻接觸器動作信號 KM7 I1.3 停止 SB2

41、 I0.1 4?變頻接觸器動作信號 KM8 I1.4 工作方式選擇（手/自） SA1 I0.2 5?工頻接觸器動作信號 KM9 I1.5 模式選擇（高/低） SA2 I0.3 5?變頻接觸器動作信號 KM10 I1.6 故障復位 SA3 I0.4 1?保護動作信號 FR1 I1.7 1?工頻接觸器動作信號 KM1 I0.5 2?保護動作信號 FR2 I2.0 1?變頻接觸器動作信號 KM2 I0.6 3?保護動作信號 FR3 I2.1 2?工頻接觸器動作信號 KM3 I0.7 4?保護動作信號 FR4 I2.2 2

42、?變頻接觸器動作信號 KM4 I1.0 5?保護動作信號 FR5 I2.3 3?工頻接觸器動作信號 KM5 I1.1 變頻器運行檢測信號 KM11 I2.4 3?變頻接觸器動作信號 KM6 I1.2 變頻器故障信號 BPQ I2.5 表4-2輸出點分配 信號名稱 符號 地址 信號名稱 符號 地址 1?工頻交流接觸器以及指示燈 KM1,D1 Q0.0 1?故障指示燈 D11 Q1.2 1?變頻交流接觸器以及指示燈 KM2,D2 Q0.1 2?故障指示燈 D12 Q1.3 2?工頻交流接觸器以及指示燈 KM3,D3

43、Q0.2 3?故障指示燈 D13 Q1.4 2?變頻交流接觸器以及指示燈 KM4,D4 Q0.3 4?故障指示燈 D14 Q1.5 3?工頻交流接觸器以及指示燈 KM5,D5 Q0.4 5?故障指示燈 D15 Q1.6 3?變頻交流接觸器以及指示燈 KM6,D6 Q0.5 變頻器指示燈 D16 Q1.7 4?工頻交流接觸器以及指示燈 KM7,D7 Q0.6 報警指示燈 D17 Q2.0 4?變頻交流接觸器以及指示燈 KM8,D8 Q0.7 進水控制閥 DKM11 Q2.1 5?工頻交流接觸器以及指示燈 KM9,D9 Q1.

44、0 變頻器控制 略 略 5?變頻交流接觸器以及指示燈 KM10,D10 Q1.1 變頻器控制 略 略 圖4-2 I/O口外部接線圖 22 第5章 PLC恒壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設計 5.1 控制系統(tǒng)恒壓輸出的方法 輸出管道內(nèi)的壓力通常被我們用來作為研究對象。壓力傳感器隨時測量著輸出氣管內(nèi)的氣壓，將氣壓值轉變?yōu)槟M信號，傳送給PID控制系統(tǒng)，而后該系統(tǒng)將接收到的信號參考事先設定的壓力值，若壓力小于實際生產(chǎn)的需求，下一臺空壓機將被變頻啟動；若壓力值大于預設值，則PLC將封閉此刻運轉的空壓機。減小壓縮空氣的生產(chǎn)，使通氣管內(nèi)的氣壓于需要值一樣[14]。流

45、程控制圖如圖5-1所示。 圖5-1控制系統(tǒng)恒壓控制流程圖 5.2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)電氣圖 系統(tǒng)電氣原理圖見附錄1。 系統(tǒng)外部接線圖見附錄2。 系統(tǒng)梯形圖見附錄3。 5.3 PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)空壓機的切換方式 系統(tǒng)以輸氣管道的氣壓值為研究對象，壓力傳感器隨時監(jiān)控著輸出氣管內(nèi)的氣壓，將氣壓值轉變?yōu)殡娦盘?，傳送給PID控制系統(tǒng)，而后該系統(tǒng)將接收到的電信號與預先設定的壓力值比較，若壓力小于實際生產(chǎn)的需要，下一臺空壓機將被變頻啟動；若壓力值大于設定值，則PLC將關閉此刻運轉的空壓機。減小壓縮空氣的生產(chǎn)，使通氣管內(nèi)的氣壓于需要值一樣。完成空壓機的切換[15]。

46、開始 變頻器啟動 頻率是否達到上限 頻率是否達到下限 檢測參數(shù)是否正常 是否又停機信號 停機 轉化為工頻運行并把變頻器切換到下一臺空壓機 當前空壓機停機并把變頻器復位 報警延時 Y Y N N Y Y N 圖5-3 PLC恒壓控制系統(tǒng)流程圖 5.4 PLC變頻調(diào)速控制原理 系統(tǒng)運行情況有兩種： （1） 通氣管道內(nèi)的氣壓高于生產(chǎn)的需求： 系統(tǒng)接工作前，變頻器的組件正處于欲工作的狀態(tài)，此時變頻器組件正處于變頻運轉狀態(tài)。工作人員打開開始開關，系統(tǒng)開始運轉。首先運行的是1 ? 空壓機，機體內(nèi)的電動機迅速啟動，系統(tǒng)頻率達到預設上限值50HZ，延遲5S

47、后通氣管道內(nèi)的氣壓仍無法滿足生產(chǎn)的需要，則中間繼電器接收來自PLC的控制信號，使1 ?空壓機保持工頻運轉狀態(tài)；此時，繼電器將2 ?空壓機置于變頻工作狀態(tài)，2 ?空壓機開始變頻運轉，運行幾秒后，2 ?空壓機已達到頻率上限（50HZ）通氣管道內(nèi)的氣壓仍達不到生產(chǎn)的要求，則中間繼電器又將接收來自PLC的控制信號，將2 ?空壓機置于工頻運行狀態(tài)；3 ?空壓機開始運轉，此時空壓機處于變頻工作狀態(tài)，系統(tǒng)再次運轉5S后，通氣管內(nèi)的氣壓仍不能滿足生產(chǎn)的需求，則依照上述原理啟動4 ?、5 ?空壓機。 （2）通氣管道內(nèi)的氣壓高于生產(chǎn)的需求： 當通氣管道內(nèi)的氣壓高于生產(chǎn)的需要，此時5臺空壓機同時工頻運行

48、著，則PLC將發(fā)出控制信號：工頻運行著的5?空壓機將變成變頻工作方式，其自身頻率由50HZ降低到20HZ，若5 ?空壓機以20HZ運行5S后，此時通氣管道內(nèi)的氣壓仍高于生產(chǎn)的需要，則PLC將關閉1 ?空壓機，運轉5S后通氣管的氣壓仍高于生產(chǎn)需要，則依次關閉2 ?、3 ?、4 ?空壓機，直至氣壓滿足生產(chǎn)的需要。 系統(tǒng)運行時一旦出現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)故障導致系統(tǒng)溫度過高，則報警系統(tǒng)將會被觸發(fā)，工作人員會及時的進行維修，PLC控制空壓機切換流程如圖5-4所示。 1?空壓機變頻運行 變頻器輸出頻率 1?空壓機停止運行 添加空壓機 變頻器輸出頻率 減少工作空壓機 變頻

49、器輸出頻率 上限延時5s 上限延時5s 下限延時5s 上限延時5s 下限 延時5s 正常 開始 1?空壓機變頻運行 圖5-4空氣壓縮機切換流程圖 本系統(tǒng)有手動、自動運行方式： （1）手動運行方式 在本操作方式中，工作人員可以按下開始按鈕來開啟某個空壓機或按下停止按鈕來關閉某個空壓機。在設備出現(xiàn)故障或需要維修保養(yǎng)時才會使用本操作方式。 （2）自動運行方式 在本操作方式中，變頻器的組件正處于欲工作的狀態(tài)，此時變頻器組件正處于變頻運轉狀態(tài)。工作人員按下電源開關，系統(tǒng)開始運動。首先運行的是1 ? 空壓機，機體內(nèi)的電動機迅速啟動，系統(tǒng)頻率達到預設上限值50HZ，

50、延遲5S后通氣管道內(nèi)的氣壓仍無法滿足生產(chǎn)的需要，則中間繼電器接收來自PLC的控制信號，使1 ?空壓機處于工頻運轉狀態(tài)；此時，繼電器將2 ?空壓機置于變頻工作狀態(tài)，2 ?空壓機開始變頻運轉，運行一段時間后，2 ?空壓機已達到頻率上限（50HZ）通氣管道內(nèi)的氣壓仍達不到生產(chǎn)的要求，則中間繼電器又將接收來自PLC的控制信號，將2 ?空壓機置于工頻運行狀態(tài)；3 ?空壓機開始運轉，此時空壓機處于變頻工作狀態(tài)，系統(tǒng)再次運轉5S后，通氣管內(nèi)的氣壓仍不能滿足生產(chǎn)的需求，則依照上述原理啟動4 ?、5 ?空壓機。 5.5 計算機與PLC通信 S7-200支持多種通信協(xié)議。點對點接口（PPI）、多點接口（M

51、PI）和PROFIBUS協(xié)議基于7層開放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI），通過一個令牌環(huán)網(wǎng)來實現(xiàn)。只要波特率相同，3個協(xié)議可以在同一個RS-485網(wǎng)絡中同時進行，不會相互干擾。PPI、MPI和S7協(xié)議沒有公開，其它通信協(xié)議是公開的[16]。 某些S7200有兩個通信口，它們在不同工作環(huán)境、要求下都能安全運轉。 29 結　論 經(jīng)過一個多月的準備和編寫，終于在今天吧本篇畢業(yè)論文寫完了。在這期間越來越熟悉和掌握PLC相關的知識、變頻器技術和空壓機在社會生產(chǎn)生活中的應用。工作人員為了實現(xiàn)PLC對空壓機的控制，現(xiàn)在只需要經(jīng)過計算機便可以實現(xiàn)。設計主要目的是實現(xiàn)可編程控制器和變頻器對空氣壓縮機

52、組的自動控制。本方案通過變頻器控制來達到對空氣壓縮機“一控多”的目的，可編程控制器可以達到變頻器的工頻與變頻自由控制轉換的現(xiàn)實需要，以及實現(xiàn)變頻器對空氣壓縮機的轉換控制。隨著科技與技術的提高在全國范圍內(nèi)的各種企業(yè)、各種生產(chǎn)設備以及產(chǎn)品中廣泛的使用，不斷提高PLC在我國的普及與應用。與繼電器組成的線路相比PLC穩(wěn)定性好，功能多，價格低廉，具有強大的優(yōu)勢。因此眾多的采礦業(yè)都已選擇使用PLC來替代繼電器組成的控制線路。 但是本設計方案仍有許多不足之處： （1）在編寫本論文時，雖然參考了眾多的專業(yè)書籍，但這些知識都是“死知識”，對于我在現(xiàn)實中還無法靈活使用。 （2）本方案沒有在專業(yè)的計算機上進行

53、模擬操作。 （3）本方案還無法對PLC深層方面的知識進行闡述，在今后的生活中還需時間進行學習。 謝 辭 在近半年的努力之下，我終于完成了這篇論文，雖然自己付出了很多，但是這篇論文的完成離不開老師和同學們的熱情幫助，如果沒有他們的幫助，我的論文將難以完成。 所以首先我要由衷的感謝我的指導老師陳朝輝老師，在我論文完成的過程中，陳老師總是幫助我解決一些我解決不了的難題，指導我如何去開展下一步的工作。在寫論文的過程中，我遇到的問題特別多，陳老師總是不厭其煩的給我指導，給與我極大地幫助。陳老師不僅在工作中是一個特別嚴謹?shù)娜?，同時在生活中也是一個非常熱心的人。因此再次表示由衷的感謝

54、。 然后我要感謝在這段時間給與我?guī)椭耐瑢W們，是他們耐心的教我如何去寫一篇論文，如何編程，如何去查閱資料。正是由于他們的幫助，才讓我在寫論文的過程中少走了不少彎路。 最后我還要感謝培育我四年的洛陽理工學院！? 參考文獻 [1] 邢子文. 螺桿壓縮機的理論、設計、及應用. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000.8 [2] 高安邦,褚雪蓮,韓偉民.PLC技術與應用理實一體化教程. 北京: 機械工業(yè)出版社,2013.3 [3] 吳玉林,陳慶光,劉樹紅. 通風機和壓縮機. 北京:清華大學出版社,2011.12

55、 [4] 胡虔生,胡敏強. 電機學. 北京: 中國電力出版社,2009.7 [5] 王衛(wèi)兵.傳感器技術及其應用實例.北京:機械工業(yè)出版社,2013.4 [6] 李方園.圖解傳感器與儀表應用.北京:機械工業(yè)出版社,2013.2 [7] 謝云敏,郭貴中,黨保華.上海:上海交通大學出版社,2012 [8] 劉文芳,方強.西門子PLC系統(tǒng)綜合應用技術.北京: 機械工業(yè)出版社,2012.8 [9]周潔.基于PLC的煤礦空壓機控制系統(tǒng)設計：[碩士學位論文].河南.河南理工大學. [10]王浩.基于PLC和變頻調(diào)速的空壓機控制系統(tǒng)設計：[碩士學位論文].河南.鄭州大學. [11] 余先濤. 基

56、于PLC監(jiān)控的空壓機變頻恒壓控制[M]，2005 [12] 翁維勤. 過程控制系統(tǒng)[M].第二版. 北京：化學工業(yè)出版社，2002 [13] 吉永成. 用PLC對數(shù)臺空氣壓縮機的控制[M]. 機械工業(yè)出版社，2002 [14]Clark D W. The memory system of a high performance personal computer. Xerox Palo Alto Research Center, Tech Rep: CSL-81-1, 1981 [15]MC88100 RSIC Microprocessor User’s Manual (Second e

57、dition). Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1990 [16]Carreira J, Madeira H and Silva J G. Xception: A technique for the experimental evaluation of dependability in modern computers. IEEE Transactions on Software Engin. 50 附　錄 1 恒壓控制系統(tǒng)電氣原理圖 附　錄2 系統(tǒng)外部接線圖 附　錄3 梯形圖

58、 主程序部分 手動子程序部分 自動子程序部分 外文資料譯文 A systematic approach to designing PLC software can overcome deficiencies in the traditional way of programming manufacturing control systems, and can have wide ramifications in several industr

59、ial applications. Automation control systems are modeled by formal languages or, equivalently, by state machines. Formal representations provide a high-level description of the behavior of the system to be controlled. State machines can be analytically evaluated as to whether or not they meet the de

60、sired goals. Secondly, a state machine description provides a structured representation to convey the logical requirements and constraints such as detailed safety rules. Thirdly, well-defined control systems design outcomes are conducive to automatic code generation- An ability to produce control so

61、ftware executable on commercial distinct logic controllers can reduce programming lead-time and labor cost. In particular, the thesis is relevant with respect to the following aspects. In modern manufacturing, systems are characterized by product and process innovation, become customer-driven and t

62、hus have to respond quickly to changing system requirements. A major challenge is therefore to provide enabling technologies that can economically reconfigure automation control systems in response to changing needs and new opportunities. Design and operational knowledge can be reused in real-time,

63、therefore, giving a significant competitive edge in industrial practice. Studies have shown that programming methodologies in automation systems have not been able to match rapid increase in use of computing resources. For instance, the programming of PLC’s still relies on a conventional programmin

64、g style with ladder logic diagrams. As a result, the delays and resources in programming are a major stumbling stone for the progress of manufacturing industry. Testing and debugging may consume over 50% of the manpower allocated for the PLC program design. Standards [IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1

65、993; IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999] have been formed to fix and disseminate state-of-the-art design methods, but they normally cannot participate in advancing the knowledge of efficient program and system design. A systematic approach will increase the level of design automation through reusin

66、g existing software components, and will provide methods to make large-scale system design manageable. Likewise, it will improve software quality and reliability and will be relevant to systems high security standards, especially those having hazardous impact on the environment such as airport control, and public railroads. The software industry is regarded as a performance destructor and complexity generator. Steadily shrinking hardware prices spoils the need for software performance in terms