毕业论文终稿-空调压缩机设计（送全套CAD图纸 答辩通过）

下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763目录摘要ABSTRACT第1章绪论111空气压缩机的发展与现状112本课题研究的目的与意义113设计内容2第2章变频恒压供气系统方案的设计421变频恒压供气方法的设计422控制系统的工作原理4221空压机变频调速要求6222空压机切换工作过程623本章小结7第3章控制系统的硬件设计831控制系统的要求及分析832控制系统I/O配置833PLC系统的硬件选型设计9331PLC的产生和发展9332PLC的基本结构10333PLC的基本工作原理10334PLC的主要特点12335PLC的选型13336变频器的选择13337传感器的选择1434PLC电气控制系统原理图14341主电气原理图14342控制电气原理图14343PLC外围控制电气接线图1635本章小结18下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763第4章控制系统软件设计1941软件设计分析1942梯形图程序设计1943系统流程图1944本章小结19结论24参考文献25致谢27买文档送全套图纸扣扣414951605第1章绪论11空调压缩机的发展与现状随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步与发展，许多领域中都引入了计算机自动检测与控制技术。在煤矿中甚至许多有风动机械的企业，因工作性质的需要，都离不开空气压缩机。目前空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机,往复式压缩机,离心式压缩机,容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；离心式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。往复式压缩机也称活塞式压缩机的工作原理是直接压缩气体,当气体达到一定压力后排出。目前主要用的是活塞式压缩机。活塞式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展；不断开发变工况条件下运行的新型气阀，提高气阀寿命。随着活塞式空气压缩机因为易损件多、体积大、噪声大、震动大、不稳定及存在危险性等缺点，于一九三六年在瑞典开发出第一台双螺杆式空气压缩机，因工作相下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763对稳定、整机体积小、自动化程度高、维护量少且小、噪声也大幅度降低、震动也少到不用基础等一系列优点，于一九八六年开始引入中国并得到广大广大客户的认可。但是随着螺杆压缩机的广泛应用，随着而来的问题也都暴露出来，主要表现为压力上不去，适合于八公斤以下，排气量也上不去，最大的机头到现在为止也只有35立方，轴承寿命短，而且需要有专用设备来调整间隙，不稳定性（体现机头会被抱死），力无法平衡，螺杆不能被平衡，噪声及震动不太令人满意，所以，大排气量的离心式空气压缩机，小排气量的滑片式压缩机，1960年在法国成功开发出单螺杆式的压缩机，极大的触动了世界人的神经，特别是当时军舰与潜艇对空压机体积小、震动低、噪声低、可现场维护、无油润滑、随时备用启动的需求，很快在美国、英国、日本也相继开发出来，这几个强国都在努力保护，只应用在军事领域，民用产品一直都被排在外围。美国人如是评价“这是二十一世纪的战略性产品。”中国也同样强烈渴望这种高档压缩机，于一九七六年在北京第一通用机械厂成立开发小组，但一直至一九八九年，产品仍与国外的产品有着相当大的差距，所以就停止开发，而转为在国外寻找华人，查谦被发现并成功的安排在广东肇庆端州压缩机研究所，于一九九三年成功开发第一代产品，经过七年的实验，于2000年注册成立“正力精工”并实行批量生产，并于当年“正力精工”接受国家的创新基金开发国防用无油单螺杆空气压缩机的任务，并于2004年通过验收而转入试用阶段。并于当年成为国家火炬计划的执行单位。同年还承担独家编制“螺杆式空压机”国家标准。并被国家首推为“煤矿井下用空压机”。而且荣获中、美、英、法、日的发明专利。现在在产品设计上，应用热力学、动力学理论，通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能；强化压缩机的机电一体化，采用计算自动控制，实现优化节能运行和联机运行。各种新型工质的压缩机仍然是研究的热门，其市场会在一定滞后时间后得到发展。目前最热门的应当是CO2压缩机了，特别是跨临界循环。各种类型，包括活塞、滑片以及螺杆等的CO2压缩机均在研发与应用中。12本课题研究的目的与意义回顾工业生产过程和发展历程，在20世纪40年代前后，大多数工业生产过程均处于手工操作状态。当时人们主要凭经验由工人控制生产，生产过程中的关键参数靠人工观察，生产过程靠人工去执行，生产效率很低。而如今科学技术有了飞速的发展，在短短的几十年中，生产过程有了深远的变革，自动化水平也在不断进步，实现了全车间，全厂，甚至全企业无人或很少人参与操作管理，实现了过程控制的最优化与现代化的集中调度管理相结合的方式。空气压缩机是矿山生产重要的四大固定设备下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763之一，它产生压缩空气，用以带动凿岩机、风动装岩机等设备及其他风动工具。其能否安全运行直接影响着煤矿生产的产量和效益。影响其安全生产的因素主要有空压机的超温、超压、断水、断油等。空压机是各种工厂，筑路，矿山以及建筑等行业的必备设备，主要用来提供源源不断的具有一定压力的压缩空气，例如给气动阀供气，给需要一定压力气体的工艺流程提供气源。随着技术的发展，我国许多企业存在着严重的设备老化的问题，有大量设备面临着淘汰。而同时，在国内企业中又普遍存在着资金不足，很难进行大规模的设备更新换代。因此，如何利用现有设备，并对其进行合理的技术改造，使其发挥最大的作用，产生最大的效益，是我们所面临的一个急待解决的重要问题。随着煤矿现代化的发展，矿山企业对矿山设备的要求越来越高,建设安全性矿山已成为煤矿生产建设的核心。矿山设备不断更新，不断进步，可靠性、易操作性、可监视性、易维护性等已是最基本的要求了。用继电器组成的控制电路可靠性差、不易维护、不易监视，已不能适应当前的要求。现在迫切需要可靠性高、易维护、易操作、可监视并且价格不高的控制器来代替继电器组成的电路。随着电子技术、软件技术、控制技术的飞速发展，可编程控制器（PLC）发展迅猛，性能很高，价格较为合理，与继电器组的控制电路比具有非常大的优势。许多矿山设备已选用了PLC来代替比较重要的控制设备。传统的保护设备主要采用分离仪表，其可靠性差、集程度低、费用高，不能有效的满足矿山设备投入的经济性和安全性的要求。现代化的煤矿，要求空气压缩机的装置有较高的自动话水平，采用微机控制是空压机发展的必然趋势，按照煤矿安全规程的有关要求，空压机必须具有四保护，即超压、超温、断油、断水保护装置，煤矿迫切需要一整套较完善、灵敏可靠的检测保护装置。空压机控制系统中PLC的引入极大地简化了空压机系统的操作，节省了人力并且提高了系统的安全性和稳定性。基于PLC和变频器的空压机控制系统使工作人员可以在计算机集控下完成各项工作，大大减轻了工人的劳动强度，极大地节省了生产中所需的人力资源，也保障了生产和系统的安全。下面，我们以某煤矿的3台空气压缩机为例，研究空压机的变频调速恒压控制方法。13设计内容技术路线如图11所示下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763了解学习空气压缩机系统结构查阅填充技术并选择适合本课题的技术确定PLC的技术路线实现PLC控制系统设计的基本要求并设计出PLC的控制程序依照自己的设计做出总体布局设计完成PLC控制系统设计流程图绘制编写毕业论文图11技术路线图本设计方案基于煤矿工业设计采用PLC和变频器实现对空压机组的自动控制。该方案采用变频器实现对空压机“一拖多”的控制，PLC实现变频器的工频与变频的转换控制，以及切换变频器对某台空压机进行控制。系统利用压力传感器采集气包出口压力，通过变送器输出420毫安标准信号至PLC模拟输入端口，经过PLC内部PID算法逻辑运算，送出控制信号至变频器，变频器根据送来的信号改变输出电压的下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763频率，来调节电机转速，以确保供气压力的恒定。本论文研究的主要问题如下1变频恒压供气方案的总体设计。2PLC和变频器对空压机组的控制功能及要求。3PLC控制系统硬件设计，包括PLC、传感器和变频器的选型。4PLC控制系统的软件设计。包括梯形图及程序设计。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763第2章变频恒压供气总体方案的设计21变频恒压供气方法的设计我们可以把罐压力作为控制对象，压力变送器YB将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。具体控制流程图如图21所示。图21恒压供气控制系统流程图0由于本次设计是采用3台空气压缩机为研究对象，当所需要的压力不是很大，其中一台空压机能满足的时候就采用上述方法。当一台空压机不能满足需要就由PLC调节，在启动第2台空压机，在不能满足在启动第3台。相反的，当开启多台空压机是压力太大，按上述方法调节其中一台时，调到最小还不能达到所需要的压力，就关闭其中一台空压机，在用上述方法调节其中一台，还不能满足再关闭其中一台，直到达到需要的压力。22控制系统的工作原理控制系统工作流程如图22所示。启动前，将变频器的机组开关置于欲工作的机组，工作方式选择置于变频位置，将PLC的控制开关置于运行状态，按下启动按钮，机组运行。1空压机变频启动，PID智能控制器变频器电源1电动机2电动机3电动机1空气压缩机2空气压缩机3空气压缩机储气罐风动工具压力变送器压力设定值P0下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763开始变频器启动频率上限是否达到频率下限是否达到监测参数是否正常是否有停机信号停机转化为工频运行并把变频器切换到下一台空压机当前空压机停机并把变频器复位报警延时YYNYYNNN下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图22控制系统工作流程图转速从零开始上升，若达到预设的频率上限值50HZ时，延时一段时间后风包出口处的压力仍不能达到预设的压力值055065MPA，则由PLC通过控制中间继电器下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763的通断将1空压机切换到工频运行，同时将2空气压缩机切换到变频状态，变频启动2空压机。若2空压机达到频率上限时，延时一段时间后仍不能满足要求，再自动将2空压机切换到工频运行，变频启动3空压机。当用风量减小，若3台空压机同时运行时，3空压机变频运行而此时变频器的频率降到频率的下限值20HZ时，则自动停止1空压机，若还不能满足要求，则自动停止2空压机的运行。当空压机在运行的过程中出现机体温度过高，润滑油温度过高，风包温度过高，分包压力过高及润滑油压力过高，断水等故障时，系统会发出声光报警信号，提示有关的工作人员及时地排除故障。221空压机变频调速的要求（1）空压机是大转动惯量负载，这种启动特点很容易引起变频器在启动时出现跳过流保护的情况，故采用具有高启动转矩的无速度矢量变频器，保证既能实现恒压供气的连续性，又可保证设备可靠稳定的运行；（2）空压机不允许长时间在低频下运行，空压机转速过低，一方面使空压机稳定性变差，另一方面也使缸体润滑度变差，会加快磨损。所以工作下限应不低于20HZ；（3）功率选用比空压机功率大一等级的变频器，以免空压机启动出现频繁跳闸的情况；（4）为了有效的滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减少因高次谐波引起的电磁干扰，选用输出交流电抗器，还可以减少电机运行的噪音，提高电机的稳定性；（5）设计的系统应具备变频和工频两套控制回路，确保变频出现异常跳保护时，不影响生产。222空压机切换工作过程开始时，若1空压机变频启动，转速从0开始随频率上升，如变频器频率达到50HZ而此时空气压力还在下限值，延时一段时间（避免由于干扰而引起的误动作）后，1空压机切换为工频运行，同时变频器频率由50HZ下降至0HZ，2号空压机变频起动，如气压仍不满足，则会启动3空压机，切换过程同上；同样，若3台空压机（假设1、2、3）都在运行，3空压机变频运行降到0HZ，此时气压仍处于上限值，则延时一段时间后使1空压机停止，变频器频率从0HZ迅速上升，若此时供气压力仍处于上限值，则延时一段时间后使2空压机机停止。这样的切换过程，有效的减少空压机的频繁启停，同时在实际管网对供气压力波动做出反应之前，由于变频器迅速调节，使气压平稳过渡，从而有效的避免了井下风动工具供气不足的情况发生。切换下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763过程流程图如图23所示。自动状态下系统启动时，首先KM2吸合，1空压机在变频器控制下起动，延时5S（延时是为了让压力稳定下来）PLC对变频器的输出频率进行检测。当检测到变频器下限频率信号则关闭1空压机；反之当检测到变频器上限频率信号则PLC执行增加空压机动作KM2断开、KM1吸合，1空压机改为工频运行并延时1S（延时一是为了让开关充分熄弧，另一方面是为了让变频器减速为0），KM4吸合变频启动2空压机。为了保护空压机及变频器，1空压机的KM1与KM2之间进行了电气互锁。当2空压机投入变频运行后，延时5SPLC继续对变频器输出频率进行检测，当检测到变频器下限频率信号则关闭1空压机，剩下2空压机在变频状态下运行，延时5S如果PLC再次检测到变频器下限频率信号则把2空压机也关闭；反之当检测到变频器上限频率信号则PLC再执行增泵动作KM3断开、KM4吸合，2空压机改为工频运行并延时1S，KM6吸合变频启动3空压机。依此类推，当3空压机投入变频运行后，延时5S，PLC继续对变频器输出频率进行检测以决定执行增加或减少空压机动作来满足恒压供气目的。另外为了方便故障检查维修。在设计中增加了故障指示和故障报警输出，变频器本身具有短路保护、过载保护等功能，只需把变频器的故障输出点、接触器、热继电器等辅助触点接到PLC即可。PLC通过程序扫描这些输入点，如果发生故障则作出相应的动作。如检测到一台空压机出现过载情况，则切断该空压机的接触器并投入备用空压机，同时输出故障信号，以方便检查及时维修。空压机空压机空压机M1M2M3压力变送器变频器PLC电源储气罐与风动工具下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图23空压机切换流程图23本章小结本章主要进行了恒压供气的基本方案设计，对系统工作原理以及变频调速原理进行分析，对系统内3台空压机相互切换原理进行了设计与分析，保证系统恒压输出。第3章控制系统的硬件设计31控制系统要求及分析根据恒压供气系统控制原理，结合实际供气需求，对恒压供气系统要求如下。（1）台空压机均可变频启动运行（2）供气压力要求恒定，波动一定要小，尤其是在切换空压机时。（3）三台空压机根据压力需要，采用“先开先停”原则自动控制空压机的投入切除。（4）设置手动自动两种工作模式1）手动方式仅供应急和检修使用，通过按钮直接控制各空压机启停，不收PLC控制。2）自动运行方式由PLC自动控制各空压机变频或工频运行，实现恒压供气。完善的信号提示和报警功能。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或130413976332控制系统I/O配置根据控制系统要求分析，控制系统I/O地址分配如表31表31I/O地址分配表信号名称符号地址1空压机变频交流接触器及指示灯KM1,L1Q001空压机工频交流接触器及指示灯KM2,L2Q012空压机变频交流接触器及指示灯KM3,L3Q022空压机变频交流接触器及指示灯KM4,L4Q033空压机变频交流接触器及指示灯KM5,L5Q043空压机变频交流接触器及指示灯KM6,L6Q05进气电动阀开/关控制及储气罐供气指示YV1,L7Q07变频故障指示灯L8Q101空压机故障指示灯L9Q112空压机故障指示灯L10Q123空压机故障指示灯L11Q13高压工作指示灯L12Q14开关量输出变频器运行控制Q15续表信号名称符号地址手动/自动工作方式选择SA1I00故障复位信号SA2I01高压按钮工作信号SA3I021变频接触器动作信号KM1I031工频接触器动作信号KM2I042变频接触器动作信号KM3I052工频接触器动作信号KM4I063变频接触器动作信号KM5I073工频接触器动作信号KM6I10变频器运行检测信号KM7I11变频器故障信号BPQI121空压机保护动作信号RJ1I132空压机保护动作信号RJ2I14开关量输入3空压机保护动作信号RJ3I15下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763供气压力信号输入YLAIW0压力罐压力信号输入YWAIW2变频器实际输出电流AO0AIW4模拟量输入变频器实际输出频率AO1AIW6模拟量输出变频器运行频率给定AREFQW033可编程控制器（PLC）基础331PLC的产生和发展（1）PLC概念PLC是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控制装置。（2）PLC发展必然性传统的继电接触器控制系统（硬件布线）优点结构简单，因而长期广泛应用。缺点采用固定的接线方式。一旦生产要求及生产过程发生变化，必须重新设计线路，重新接线安装。不利于产品的更新换代。还有灵活性、通用性差；体积大；速度慢等缺点。60年代末期，美国汽车制造工业相当发达，要求不断更换汽车的型号。传统的继电接触器控制系统被淘汰。1968年，美国最大的汽车制造商GM公司公开招标。研制新的控制系统。提出以下要求设计周期短，更改容易，接线简单，成本低；把继电器控制和计算机技术结合起来；但编程要比计算机简单易学，操作方便，系统通用性强。1969年，美国数字设备公司研制出世界上第一台PLC，并在GM公司的汽车生产线上首次应用成功。其后，日本、德国相继引入。中国1974年研制，1977年成功。（3）功能发展史（名字的由来）早期顺序控制。包括逻辑运算功能。称PLC。70年代微处理器用于PLC。功能增强、数值运算、数据处理、闭环调节等，称PC。332PLC的基本结构PLC主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。其下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763基本结构框图如图31所示。输入接口中央处理单元CPU输出接口电源存储单元图31PLC结构简图（1）CPU（中央处理器）CPU是PLC的核心，由运算器、控制器、寄存器、系统总线，外围芯片、总线接口及有关电路构成。它的功能是接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等，是PLC不可缺少的组成单元。主要功能包括以下几个方面1）接收从编程器或者计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器存储。2）监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。3）诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。4）在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。5）采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。6）按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。7）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605响应中断和各种外围设备（如编程器、打印机等）的任务处理请求。（2）I/O接口PLC是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块于外界联系来实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间的传递信息的作用。I/O模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等模块。（3）存储器存储器（内存）主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序存储器用于存储整个系统的监控程序，一般采用只读存储器（ROM），具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于存储用户根据工艺要求或者控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机读写存储器（RAM），需要后备电池在掉电后保存程序。目前则倾向于采用电可擦除的只读存储器（EEPROM）或闪存FLASHMEMORY，免去了后备电池的麻烦。（4）电源模块PLC中的电源，是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。电源可分直流和交流两种类型，交流输入220VAC或110VAC，直流输入通常是24V。（5）智能模块除了上述通用的I/O模块外，PLC还提供了各种各样的特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、温度控制、中断控制、位置控制、以太网、远程I/O控制、打印机等专用型或智能型的I/O模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。I/O模块的类型、品种与规格越多，系统的灵活性越好，模块的I/O容量越大，系统的适应性就越强。（6）编程设备常见的编程设备有简易手持编程器、智能图形编程器和基于PC的专用编程软件。编程设备用于输入和编辑用户程序，对系统作些设定，监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程设备在PLC的应用系统设计与调试、监控运行和检查维护中是不可缺少的部件，但不直接参与现场的控制。PLC本质上就是一台微型计算机，其工作原理与普通计算机类似，具有计算机的许多特点。但其工作方式却与计算机有着较大的不同，具有一定的特殊性。PLC下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763采用循环扫描的工作方式。工作时逐条顺序扫描用户程序，如果一个线圈接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，需等扫描到该触点时才会动作。333PLC的基本工作原理PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点包括其常开或常闭触点不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。PLC扫描用户程序的时间一般均小于100MS，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术如图32所示。执行OB100启动时间循环监控数据写入输出模块读取输入模块状态执行用户程序执行其它程序图33扫描过程（1）扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序梯形图。在扫描每一组梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映像区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。（2）PLC的I/O响应时间为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢得多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。334PLC的主要特点1高可靠性下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。2各输入端均采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为1020MS。3各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。4采用性能优良的开关电源。5对采用的器件进行严格的筛选。6良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。2丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块为了组成工业局部，它还有多种通讯联网的接口模块等等。3采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。34PLC控制系统设计的基本原则和步骤341PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象生产设备或生产过程的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605计原则（1）完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。（2）可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。（3）经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。（4）发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。2评估控制任务根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑。（1）控制规模一个控制系统的控制规模可用该系统的I/O设备总数来衡量。当控制规模较大时,特别是开关量控制的I/O设备较多时，最适合采用PLC控制。（2）工艺复杂程度当工艺要求较复杂时,采用PLC控制具有更大的优越性（3）可靠性要求目前,当I/O点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。（4）数据处理速度若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜。335PLC的选型根据表31所示明细，PLC系统共需配置14个开关量输入口、13个开关量输出口、4个模拟量出入口、1个模拟量输出口。同时根据PLC输出驱动的负载为交流接触器（线圈），查阅选型样本后，选择西门子S7200系列，还需要模拟量模块，经综合比较，选择PLC的系统配置为CPU224/AC/DC/RELAY6ES72141BD230XB8EM2226ES72221D220XA0EM2356ES72350KD220XA8）PLC系统配置如图33所示。图33PLC控制系统配置主机单元CPU224AC/DC继电器扩展单元EM222（4路继电器）模拟量单元EM2354AI/IAO下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763336变频器的选择1首先要满足系统控制功能要求，具有1运行/停止控制端子；2运行/停止状态输出；3故障状态输出；给定运行频率输出功能；两路模拟量输出功能，可分别为变频输出频率和变频输出电流功能。（2）选择变频器产品质量稳定，可靠性好。综合客户需求和性价比等因素，确定变频器的品牌型号。本设计选用ABB公司的ACS510系列变频器，查样本可知驱动15KW电动机的变频器型号可选择为ACS51001031A4，输出额定电流为31A（400V）。具有RS485接口和PID调节功能，增强的PFC控制功能，两路模拟量输入和两路模拟量输出端子。变频器的控制端子接线图如图34所示。337传感器的选取传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。作为一个参数监测系统，传感器占有非常重要的地位。下面对本系统中所涉及的传感器作简要比较并最终选型。1压力传感器的选型现场所需要测量的压力参数有主机进气压力、储气罐气体压力。压力信号要求范围为01MPA，输出电信号为420MA，两线制DC24，精度为05以上。2温度传感器的选型现场的温度信号范围为0160，所以温度传感器采用PT100标准电阻温度传感器。PT100是铂电阻温度传感器，它适用于测量60到400之间的温度。34PLC电气控制系统原理图341主电气原理图主电气原理图如图35所示，VVVF为变频器；QF1、QS0QS3为空气断路器，起控制和隔离电源的作用，QF1为总系统电源断路器，QS0为控制变频器的电源断路器，QS1QS3分别控制13电机的工频电源断路器；KM1、KM2分别控制1电机工频工作和变频工作的交流接触器，这两个接触器必须保证互锁，即绝对不能同时闭合，否则会将工频电源通过两个接触器主触点直接引到变频器的输出端，将变频器的内部元件烧坏。为保证某台电机的变频和工频接触器不同时工作，KM1和下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763KM2、KM3和KM4、KM5和KM6可以选择具有机械互锁的交流接触器，如西门子的3TD系列接卸互锁接触器，提高控制的可靠性，同时对于控制电路也必须保证不能同时带电动作，如图35所示的接触器线圈控制回路。KM3KM6分别控制2电机和3电机的变频和工频工作。FR1FR3分别作为3台电机的短路、缺相和过载保护继电器。342控制电气原理图控制电气原理图如图35所示，DL1为控制电路断路器，可以选择额定容量为10A图35主电气原理图的小型高分断双极断路器，主要作用为控制电路电源的开关，并对控制电路起到短路等保护作用。SA1为万能转化开关，转换自动和手动工作方式，在位置“1”时为手动控制方式，可将PLC部分输出点控制电源“2”断开，即切断PLC控制KM1KM6交流接触的控制电源。SA2为实现手动控制储气罐注气功能转换开关。SB1SB6分别为手动工作方式时控制电机运行的按钮开关。FR1FR3为热保护继电器的常闭动作下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763接点，动作后可自动将响应电机的控制回路断开，实现停机保护。热继电器的常开点引入PLC的输入点检测，如图36所示。本电气控制电路实现变频回路与工频回路可靠互锁。（1）采用机械互锁接触器，KM1与KM2、KM3与KM4、KM5与KM6为3对机械互锁接触器，在机械结构上防止变频和工频接触器同时动作。（2）变频接触器线圈控制回路串接本电机工频接触器的常闭辅助点，电气上避免同台电机的变频与工频同时动作，有效防止工频电源接到变频器的输出侧，造成变频器损坏。图36控制电器原理图（3）所有变频接触器线圈控制回路互锁电器上避免同一时间多台电机同时变频动作。（4）在PLC软件编程中将各输出点互锁，防止同台电机的变频和工频接触器以及不同电机的变频接触器同时动作。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763343PLC外围控制电气接线图图37所示为PLC外围控制电气接线图。图中SA1与图36中所示的SA1为同一万能转换开关，闭合“1”时为自动工作方式，断开“0”时为手动工作方式。SB7为一常开按钮开关，当系统出现故障报警时，按该按钮实现故障信息复位。SB8为一常开闭锁按钮，起到气罐信号输入控制作用。KM1KM6分别是相应交流接触器的常开辅助点，用于电机工作方式的检测反馈如信号输入。RUN和FAULT为变频器的状态输出。继电器点，在此选择变频器的辅助继电器1和2，变频器正常时为常开，变频器。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图37PLC外围控制电器接线图下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763运行或故障时分别闭合。根据上面分析，PLC与变频器之间的控制信号有（1）变频器的运行频率给定值通过PLC的模拟量扩展模块的输出通道QW0输出给定运行频率值，按变频器的AI2（5）和模拟地（6）端子，以020MA电流信号给定运行频率（05000HZ）。（2）变频器启动/停止控制由PLC数字量扩展模块EM222的Q03接变频器的DI1（13）端子和辅助电压（10）端子。变频器11（GND）与12（DCOM）端子连接。（3）变频运行频率检测通过变频器的模拟量AO1（7）输出端子输出020MA（对应05000HZ）的电流信号，输出PLC的模拟量扩展模块（AIW4）的C通道。（4）变频运行电流检测变频器的运行电流通过模拟量输出端子AO2（8）输出020MA（对应0I2N）的电流信号，接入PLC的模拟量扩展模块（AIW6）D通道。（5）变频器运行状态设置变频器的辅助继电器2表示运行状态，由I11输入。（6）变频器运行状态设置变频器的辅助继电器3表示运行状态，由I12输入。变频器的控制端子接线图如图38所示。1SCR2AI13AGND410V5AI26AGND7AO18AO29AGNDS7200CNPLC变频器控制端子10SCR11AI112AGND1310V14AI215AGND16AO117AO218AGND19SCR20AI121AGND2210V23AI224AGND25AO126AO227AGND下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或130413976335本章小结本章主要进行PLC的控制系统硬件设计，进行了PLC、变频器和传感器的选型，详细介绍了每种型号的具体参数，设计了控制电路电气原理图与PLC外围控制电器接线图。下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763第4章控制系统软件设计41软件设计分析硬件电路设计完成后，结合硬件电路及控制要求进行软件编程。软件编写要实现恒压控制功能，要达到下面几点要求。（1）自动工作方式时变频运行频率的自动升降调节；根据实时供气管道网压力与设定运行压力值，调节变频器的输出频率和电机转速进而调节空压机空气压力输出量，达到实现调节供气管网压力稳定的目的，为在管网压力波动时快速稳定压力，防止系统调解时震荡等问题，PLC软件采用PID调节，并设置合适的PID参数。（2）供气频率设置在调节电机运行频率时，由于空压机供气有一定的供气频率，并且在不同的工作压力时供压频率不同，因此在调节变频器输出频率及投切电机时有一段（3）工频和变频互锁自动工作方式时各电机的变频和工频切换过程中确保不同时动作，同一时间仅可一台电机变频工作，即不可多台空压机同时工作在变频状态。（4）按时间原则切换选择各电机为了有利于系统的稳定运行和系统设备的使用寿命，要求每一台电机运行时均变频启动，并且工频电机按照“先开先停”原则来进行，因此在系统自动工作时根据时间原则实现电机的投入与切除。在储气罐压力低需要投入空压机变频运行时，在当前停机空压机中选择停止时间最长的空压机投入工作；在压力罐压力过高需要切除工频运行的空压机时，在当前运行的空压机中选择工作时间最长的空压机切除系统。有故障信息的空压机不能投入工作。（5）程序结构及程序功能实现PLC在该控制系统中功能较多，PID调节程序由初始化子程序和中断程序组成，本程序分为3部分主程序、功能子程序和中断子程序，PID的定时采样及输出控制由定时中断功能完成，模拟量的量程变换处理由子程序SBR0、ANALOG完成。（6）参数设置PID调节仅使用了比例和积分控制，回路的增益和时间常数由工程经验法初步确定，并在实际系统调试运行时进一步修改。初始比例增益参数和时间常数设置为KC06，采样时间TS200MS，积分时间TI30MIN。（7）运行时间、停机时间定时本系统中各电机的工作时间和停止时间正确的累计关系到系统能否正确选择工作电机问题，由于PLC本身定时器定时长度都较短，下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763为此采用内部计数器以分钟为单位来完成计数定时，计数器分配表参见表41。表41程序中使用的PLC元件和功能PLC地址功能PLC地址功能VD0过程变量标准化值VD1000VD4压力给定值VD1004VD8PI计算值VD1008储气罐开阀低气压设定值（M）VD12比例系数VD1012储气罐关阀高气压设定值（M）VD16采样时间VD1016储气罐实际气压值（M）VD20积分时间VD1020实际供压管网压力（MPA）VD24微分时间VD1024变频电机运行频率（HZ）VD204PI调节结果存储单元VD1028变频器输出电流（A）VD208变频运行频率下限值C01电机工频运行时间计数器（MIN）C11电机停止时间计数器（MIN）C22电机工频运行时间计数器（MIN）C32电机停止时间计数器（MIN）C43电机工频运行时间计数器（MIN）C53电机停止时间计数器（MIN）（8）PID调节功能实现由以上分析，供气管网压力的稳定经PID运行调节，PID的软件设计利用STEP7MICRO/WIN编程软件的PID指令向导完成，在本例中经PID配置向导生成的子程序名称分别为PID1INIT（PID初始化子程序）、PIDEXE（PID定时计算中断子程序）。42系统流程图变频调速恒压供气系统控制程序分为三部分主程序、中断程序和子程序。（1）主程序执行PID参数初始化、调用恒压供气系统子程序，实现恒压供气系统的控制要求。程序流程图如图41所示。输出复位PID参数初始化加、减空压机电机时间设定恒压供水调节主程序结束启动下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图41恒压供气系统主程序流程图（3）恒压供气系统子程序执行加、减电机操作，实现压力罐恒压调节。程序流程图如图42所示。43程序设计根据程序流程图编写恒压供气系统主程序、恒压供水系统子程序，PID参数初始启动子程序频率低一号电机变频运行频率低频率低一号电机工频运行二号电机变频运行二号电机工频运行三号电机变频运行三号电机工频运行二号电机工频减三号电机减二号电机三号电机工频减一号电机减三号电机一号电机工频减二号电机减一号电机下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图43恒压供气系统子程序流程图化程序及中断程序，（1）恒压供气主程序网络1网络2网络3图44恒压供气主程序下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询4149