基于PLC的矿井空压机控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 本科毕业论文（设计） 论文题目：基于 矿井空压机控制系统 设计 学生姓名： 所在院系： 所学专业： 导师姓名： 完成时间： 摘 要 本文针对空压机能耗大、噪音大、自动化程度低等缺点，介绍了 基于可编程序控制器技术和变频调节技术的矿井 空压机控制系统设计。该控制系统设计以变频器、可编程序控制器作为系统控制的核心部件，由压力变送器检测管网压力值，输入给变频器与给定压力比较 ,经变频器内部 算 ,控制电机转速的升降 ,调节管网压力；并通过可编程序控制器控制变频与工频的切换 ,实现闭环自动调 节恒压变量供应压缩空气的目的。通过对空压机控制系统的改造，大大提高了空压机运行的安全性能、节能效果和自动化水平，适应了现代矿山建设的发展要求。 关键字 ： 压机，变频器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ of as a of of on LC is of by ID or to of of of to to 1 绪论 空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。作为基础工业装备之一，空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。空压机占大型工业设备 (风机、水泵、锅炉、空压机等 )耗电量的 15%。 由于结构原理的原因，大部分空压机的运行控制均将空压机输出的空气压力即管路储气罐压力作为控制对象。控制管路的空气压力在一定的范围内，即最高不超过气压管路和用气设备的安全容限 (一般 为 ，最低要满足用气设备的最低工作压力要求(为满足这一要求，空压机中普遍采用两种控制方法 : （ 1）利用电动机频繁启动和停止来调节管路压力。这种方法，首先设定管路压力的上、下限。当管路压力上升达到设定上限时，电动机断电，空压机停止运行，管路压力随着现场用气和管路泄露逐渐下降。当压力下降至设定下限时，电动机得电，空压机重新启动运行，管路压力又开始上升。如此周而复始。采用这种方式，管路压力不停地在压力上下限之间变化，控制简单，成本低，但电机启动频繁，对电网的干扰较大，只适用于小功率 电动机的驱动。 （ 2）利用空压机的压力气阀控制。当管路压力达到设定压力上限时，空压机与储气罐联接阀门关闭 ， 空压机处于空载运行 。 当管路压力下降至设定下限时，空压机与储气罐联接的气阀打开 ， 空压机输出压缩空气 ， 管路压力上升。如此往复，整个运行过程电动机保持运行，避免了频繁起停，适用于大功率的电动机驱动。 目前，空压机的运行采用第二种方法控制的居多。这种方法不考虑电动机的运行控制，对电动机只须设计其启动控制。对 于 空压机中的大功率电动机 的启动 ，一般采用两种方法，即线绕式异步电动机的转子串频敏电阻方法和 鼠笼 异步电动机 的 定子 转换 启动方法。线绕式异步电动机转子串电阻的启动方式，电动机的启动转矩大，而电机的启动电流冲击仍然很大，同时转子电刷机构增加了电动机的结构复杂性。 鼠笼 异步电动机 定 子 启动，即电机启动时定子接成 机正常运转时定子接成 形，这样可以降低启动电流，但也降低了启动转矩，增加了相应的启动装置。总之，上述传统控制方式存在的问题是明显的 ： （ 1）管路空气压力波动较大，管路压力在设定上下限之间波动，气阀的故障率高 ； （ 2）空压机频繁加载、卸载造成电网电压波动大，以及损耗电量大 ； （ 3）空压机总处于高速运转 状态，造成空压机的机械故障增多和空压机的机体温度升高 ； （ 4）空压机运转噪声大，此噪声一方面由空压机高速运转产生，另一方面买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 在空压机气阀动作时产生。 针对以上存在的问题，采用 和变频调速技术对空气压缩机控制系统进行节能改造，该系统自动化程度高，节能效果显著，实用性好。 2 变频调速技术的简介 制系统特点和功能 可编程序控制器 （ 称 是一种在 工 业环境应用 下 而设计的数字运算电子系统，他将计算机技术、自动控制技术和通 讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备，具有可靠性高 、抗 干扰能力 强 、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多优点。随着技术的进步，其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程 控 制，成为自动化领域的三大技术支柱 （ 器人、 之一。其主要应用的技术领域有 ： 顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、 信息网络技术等。 软件功能取代了继电器控制系统中的大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 梯 形图程序一般采用顺序控制的设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比继电 接触 器 系统电路图的 设计 时间要少。 用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统安装和接线后，在现场的统调过程中发现问题 ， 一般通过修改程序就 可 以解决，系统的调试比继电器系统容易得多。 一个空压机 号采集控制外围设备等组成，有时虽然采用了最先进的可靠性最高的 由于外围设备不能匹配 致使整个系统不能正常工作。例如在空压机控制系统改造的过程中，如果信号电缆没有屏蔽接地，传 入 到 传来的信号没有利用的价值。如果所有信号线屏蔽层并联并在控制室一端接地 ， 就会收到了立竿见影的效果，信号稳定无干扰。其实，以上问题是我们在仪表施工中很容易忽视的问题，因为现在大部分二次仪表的抗干扰能力较强，轻微干扰不易觉察，但是对于 必须严格按照仪表和工控机布线标准去施工。所以规范的施工布线、可靠的外围设备和周密严谨的程序逻辑是提高空压机控制系统可靠性的必要条件，提高空压 机控制系统的可靠性必须从以上 几 点抓起。 的主要功能 ： （ 1） 在线数据采集和输出 ； （ 2） 控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等 ； （ 3） 数据处理功能。既能进行基木数学、逻辑运算，还可通过编程实现复杂的控制算法 ； （ 4） 输入 /输出信号调制功能 ； （ 5） 通信、联网功能。可进行 1： N 的远程控制、多台 间联网通信、外部器件与 的信号处理 ， 单机 之间实现程序和数据交换等 ； （ 6） 支持人机界 面 功能 ； （ 7） 编程、调试等。 频器技术的特点 变频器技术 2是一门综合性的技术，它建立在 控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，它是利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起、停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能 ： 变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别 （ 如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等 ） ，并立即封锁输出电压。这种 “ 自我保护 ” 的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。 压机的变频调速技术原理 杆空压机的工作原理 螺杆式空压机 3的工作原理图如图 1 所示，空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸 入 ，该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片形成的压缩腔，阴、阳转子相对于气缸作偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至 图 1 空气压缩机原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 气缸壁，高效的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的最小耗量，在气缸壁上形成的一层薄薄的 油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损 。 经压缩后的空气温度较高，其中混有一定的油气，经油 /气分离器进行分离之后，油气经过油冷却器冷却 再 经过油过滤器流回储油罐，空气经过油 /气分离器后流进气冷却器（空气冷却装置）进行冷却，然后进入储气罐。 于管路压力控制的电动机变频控制原理 螺杆式空压机基本运行方式 为 加载、减载方式。减载时电机空转，能源白白地 浪费，利用变频器 改变电机 供电 频率 ， 来调节 电机 的 转速 ， 即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力，具有明显的节能效果。与传 统的空压机运行控制管路压力的方法不同，变频控制方式是通过 图 2 变频压力控制原理图 图 3 压力变化示意图 控制电动机的运转转速来控制空压机的单位时间出风量，从而达到控制管路压力的目的。其系统控制框图如图 2 所示。其控制过程是 ： 通过压力设定和压力反馈的比较，得到被控量和期望值的偏差，经 调节 器 计算出变频器输出的控制异步电动机旋转速度的交流电频率值 ， 由变频器输出相应频率和幅值的 交流电，在异步电动机上得到相应的转速。经空压机输出对应的压缩空气的风量至储气罐， 使 储气罐的压力变化，直到管路压力与设定压力相同。其管路压力控制过程如 图 3 所示。 3 控制系统的设计 压机控制系统的控制原理 原空压机的运行方式为自藕变压器减压起动后全压运行。其操作程序为：按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在空载模式下启动，这时进 气 阀处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力，降 压 8统压力开始上升。当系统压力上升到压力开关限值时，在起跳压力下，控 制器使进气阀关闭，油气分离器放气， 空压 机空载运行，直到系统压力降到压力开关下限值后，在回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭， 空压 机打开满载运行。 原系统工况存在以下问题： (1) 主电机虽然采用自藕变压器减压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全 ； (2) 主电机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费严重 ； (3) 主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大 ； (4) 主电机工频起动 使 设备 受 冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作量大。 根据原工况存在的问题并结合 生产工艺要求，对空压机的变频改造作出如下的设计方案： 为保证一旦变频器故障时不影响生产的继续进行 ， 采用了在保留原有工频系统的情况下，另增加变频控制系统的方案。在变频控制方式下，调节方式采用闭环自动调节和手动控制电机转速 两 套控制方案。在自动控制方式下，控制系统根据压力传感器检测到空压机出口的压力信号值，经过 A/过可编程控制器 (变频器调整单台压缩机电机的转速，保证电机以最小的功率输出。在精确控制压力的同时，实现电机的软启动以延长 空压机的使用寿命。在手动控制方式下，通过 给电机设定高速和低速 两 种转速的办法实现调节电机转速 ： 当空压机需要工作时，让电机高速运转；当空压机不工作时，让电机在低速挡位运转。一旦变频器及 通过转换开关手动切换到原工频启动柜经自藕变压器降压启动后运行，以保证 空压 机的正常工作。 由于工业现场设备很多，变频器工作时会将高次谐波回馈至电网，为减小高次谐波对电网的影响， 给 变频器加装了电抗器，有效地降低了变频器对电网的污染。同时，为保障电机绕组温升满足要求，变频器低速运转的转速不能过低，设置的低频转速为 30之控制系统应具有以下设计要求 ： （ 1）控制系统具有手动 /自动转换、在线监控及现场调试功能； （ 2） 行速度要满足实时控制要求； （ 3）系统要求用户能够直观了解现场设备的工作状态及空压机输出压力的变买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 化； （ 4）要求用户能够远程控制空压机的启动 、 停止和过热保护； （ 5）用户可自行设置空压机的输出压力高低，以控制变频器的起停； （ 6）变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程 制系统结构及工作原理 统的结构组成 由控制系统设计要求可知该 系统由可编程序控制器、变频器、执行机构和传感器等构成 。其中 为控制单元 ， 根据现场信号和系统工作状态控制两台电动机的起动和停止 ， 控制变频器的起动和停止 ， 变频器根据压力给定和实测压力调节输出频率 ， 改变空压机电机转速 ， 控制管网压力 ， 并将变频器工作状态输出到 制系统框图如图 4 所示。 图 4 空压机的控制系统结构图 统的控制原理 基于 变频控制系统原理图如图 5 所示，该控制系统原理图由以下部分组成 ： 变频器、可编程控制器、变频器、压力变送器、温度传感器等。 电源、 拟量输出模块等组成。其中采用 实现电气部分的控制。本系统中，为了 实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用日本安川 616统中由 列 成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于 列 编程软件 ， 采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。系统 可直接设置 变频器的参数和利用对 现 电机的启动和停止和空压机保护控制。系统主要包括五部分 ： 起动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。 (1) 起动 ： 以两台电机 例，可以通过转换开关选择变 频 /工频启动运行 ； 正常情况，电机 于变频调速状态，电动机 于停机状态。 (2) 停止 ： 按下停止按钮， 制所有的接触器断开，变频器停止工作。 (3) 切换 ： 实现 频、变频相互切换。 (4) 报警及故障自诊断 ： 空压机内部一般有四个需要监测的量 ： 冷却水压力监测、润滑油监测、机体温度监测、储气罐压力监测。 图 5 频控制系统 示意 图 该系统中 过 传感器 ， 监测空压机一级、二级气缸排气温度，润滑油温度，风包的温度，一级、二级 的 压力及润滑油 的 压力 ， 冷却水的水量， 电机的过载 及变频器 的故障 等有关的各类对象信息，采用一台变频器 对 一台 电机 进行频率的调节控制，从而控制电机转速大小，并且向 馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向 出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的 ， 故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。 件设计 制系统设计需采集 的 参数 (1) 压力信号分别为 1 级缸、 2 级缸的排气压力、润滑油压力 3 点； (2) 温度信号为 1 级缸的排气 温度、 2 级缸的排气温度共 2 点； (3) 继电器信号为空压机和油泵的热继电器开关共 2 点； (4) 开关量信号为启动、停止按钮和手动、自动切换按钮共 4 点； (5) 变频器的输入信号共 4 点； (6) 冷却水的流量信号共 1 点； 采集总数为 3+2+2+4+4+1=16 型和模块的选择 根据 统所需要的 I/O 点总数在 256 点以下，属于小型机范围，控制系统比较简单 ， 只需要逻辑运算等 简单功能，所以 件选择日本松下电工买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 公司生产的 号。它具有较大容量的 I/O 点：输入为 24 点、输出为 16点 ， 拥有 内部存储器和扩展单元，而且具有标准的 行口通信 ，可以方便的实现与计算机的连接实 施 编程、监控 的操作 。同时它还具有结构紧凑，体积小巧，性能价格比高，适合 于 自动控制领域中应用。输入模块选择： N ；输出模块选择： N 。 I/O 分配表 表 1 的 I/O 分配表 序号 地址 信号 名称 作用 序号 地址 信号 名称 作用 1 入 按钮 启动 16 出 指示灯 油泵运行 2 入 按钮 手动 17 出 接触器 合 3 入 按钮 自动 18 出 接触器 合 4 入 压力传感器 一级压力 19 出 接触器 合 5 入 压力传感器 二级压力 20 出 接触器 合 6 入 压力传感器 润滑油压 21 出 电铃 告警 7 入 温度传感器 一级温度 22 出 指示灯 一级超压 8 入 温度传感器 二级温度 23 出 指示灯 二级超压 9 入 热继电器 过载保护 24 出 指示灯 断水告警 10 入 热继电器 过载保护 25 出 指示灯 缺油、断油 11 入 流量计 水流量 26 出 指示灯 一级超温 12 入 继电器 高频信号 27 出 指示灯 二级超温 13 入 继电器 低频信号 28 出 继电器 变频正转 14 入 按钮 复位 29 出 继电器 外部故障 15 入 指示灯 电机降压 30 出 继电器 外部复位 硬件接线图如图 6 所示 力变送器的选择 采用 能型压力变送器。 这种 压力变送器 集 测量、显示、控制一体化，安装使用方便 ， 零位、量程可用电位器调整 ， 模拟输出多种标准形式供用户选择 ， 多点继电器输出接口，易于控制。 压机变频控制系统设计 频控制系统原理 如图 7 所示 ， 变频控制系统中采用日本安川 616频器组成控制电路， 控制下实现工频 /变频转换。在变频器中， 子是压力反馈输 入 端子。其中 ， 供频率给定电源 (+15V)。在 图 6 硬件接线图 图 7 变频控制电路图 子，输入电压信号给定变频器输出频率，这个电压信号由分压电阻 (子输入由远传压力表反馈的储气罐压力信号，构成负反馈 。 在变频器中，还具有 自学习功能 ， 可以根据现场的压力变化特性，自动调整 制参数 ， 得到最佳控制。 子是变频器运行 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 控制端都 发生故障时 合。 子接收此信号，变频器停止运行，对系统起保护作用 。 变频器内部发生故障时，由 合给出信息。此信息输人给制系统停止工作。当故障排除后， 制 合，变频器 出变频器运行信号。 R、 S、 T 输入电机运行的工频电源给变频器， U、 V、 W 由变频器输出变频后的电源给电机。 2 、 号由 统的输出模块提供。变频器的 出信号，输入 输人模块。 同时在安装变频装置时，应保留原有的工频控制设备 及排气量控制设备。在变频柜上设置工频 /变频转换开关，一旦变频装置出现故障，可方便地转换到工频运行状态 。 为了减少噪声对信号的影响 ， 信号线使用屏蔽线与主回路分开布线，以提高抗干扰性 。 同时将空压机故障保护触点串入变频装置控制回路 油、超温、超压保护。 频器与 连接 （ 1）运行信号的输入 变频器的输入信号包括 ： 运行 /停止、正转 /反转、微动等数字量输入信号。变频器通常利用继电器接点或晶体管集电极开路形式与上位机连接 , 并得到运行信号。如图 8 所示。 图 8 运行信号的连接方式 在使用继电器接点的场合 , 为了防止出现因接触不良而带来的误动作，需要使用高可靠性的控制继电器。而当使用晶体管集电极开路形式进行连接时，也同样需要考虑晶体管本身的耐压容量和额定电流等因素，使所构成的接口电路具有一定的裕量 , 以达到提高系统可靠性的目的， 否则 会造成变频器的误动 作。 如图9 所示。 在设计变频器的输入信号电路时还应注意到，当输入信号电路连接不当也会产生误作。例如当输入信号电路采用如图 10 所示的连接方式时，由于存在和运 行电压信号并联的继电器等感性负载 , 继电器合分时产生的浪涌电流所带 来的噪声干扰有可能引起变频器的误动作，应该尽量避免这种接法。 图 9 输入信号电路的正确接法 图 10 输入信号电路的错误接法 此外，当变频器一侧和继电器一侧存在电位差时，电源电路本身可能遭到破坏，所以也应加以注意，并采取相应的措施。 （ 2）接点输出信号 在变频器的工作过程中 , 经常需要通过继电器接点或晶体管集电极开路的形式将变频器的内部状态 (运行状态 )通知外部。如图 11 所示。而在连接这些送给外部的信号时 , 也必须考虑继电器和晶体管的允许电压、允许电流等因素。此外 ,在连线 时还应该考虑噪声的影响。同时变频器跳闸后的保护触点应接至 一个输入口和 间 , 这样一旦变频器发生故障， 立即做出反映 , 使系统停止工作 , 还应在 在处理完故障后用它使系统复位。例如当主电路（ ）的开闭是继电器执行 , 而控制信号 (4 V) 的开闭是晶体管执行时 , 应注意分开布线 , 以保证主电路一侧的噪声不传至控制电路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 此外 , 在对带有线圈的继电器等感性负载进行开闭时 , 必须以和感性负载并联的方式接上浪涌吸收器或续流二极管。如图 12 所示。而在 对容性负载进行开 图 11 接点输出信号的连接电路 闭时 , 则应以串联的方式接入限流电阻 , 以保证进行开闭时的浪涌值不超过继电器和晶体管的允许电流值。 图 12 感性负载的连接 频改造注意事项 (1) 空压机是大转动惯量负载，这种 负载 特点 是 很容易引起变频器在启动时出现过流保护的情况，建议采用具有高启动转矩的无速度变频器，保证既能实现恒压供气的连续性，有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，工作下限不低于 30 (3) 建议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调闸的情况。 (4) 为了有效的滤除变频器输出电流中的高次谐波引起的电磁干扰，建议选用输出交流电抗器，还可以减少电机运行的噪音。 (5) 设计的系统应具备变频和工频两套控制回路，确保变频出现异常调保护程序 时，不影响生产。 4 空压机控制系统软件设计 统控制过程 控制开关置于运行状态，按下启动按钮， 第一台 空压机 的电 机 频启动，转速从零开始上升， 若 变频器输出频率 达到 某一值， 风包出口处的压力达到预设的压力值 时，输出频率不 再变化， 空压机 的电 机 恒速运行； 若 变频器输出频率 达到预设的频率上限值时，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，自动 启动第二台 空压机 的电 机 第一台 空压机 的电 机 频 减速运行，直至达到 预设的压力值 ，输出频率不再变化， 空压机 的电 机 恒速运行，反之亦然 。当空压机运行的过程中出现一级、二级气缸排气温度过高，润滑油温度过高，风包的温度过高，一级、二级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。 动 /手动控制设计 （ 1）手动方式：把空压机控 制屏面板上的切换开关切至 “ 手动 ” 位置时，空压机处于手动控制状态，通过 出信号控制交流接触器，从而使空压机的电机工频运行，达到手动启动。 （ 2）自动方式：把高压空压机控制屏面板上的切换开关切至 “ 自动 ” 位置时，空压机处于自动控制状态，通过开关量和模拟量采集工作罐的压力 ； 当压力达到启动条件时 ， 过开出信号 ， 控制变频器启动 ， 空压机的电机变频运行，同时控制面板上的启动灯亮 ； 当达到系统停止压力时，空压机自动停止。 统的保护及故障报警的设计 本系统中， 能检测到的故障有电动机过载、冷却系统断水 、空压机无润滑油、压缩气体温度过高。当上述故障出现时空压机停止并起动处于备用状态的空压机，为了能区分空压机那部分发生故障，应在对应的故障工序设置一个闪烁电路，把引起故障的触点与闪烁电路的输出触点相串联驱动电铃或信号灯 。 为了更好地保护系统，最好每台电动机回路都安装电动机综合保护器，进行过流、断相、漏电等保护，同时将其动作触点输入至 样， 检测到此故障，起动备用空压机，并自动发出警报。 控系统的软件设计 介 现场总线集计算机技术、通讯技术、控制技术于一体 , 是自动化领域的一种买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 新的发展趋势 , 自八十年代中期以来 , 在此领域内世界上出现了多种有影响的现场总线 , 如 。它是应用在生产现场 , 在控制系统设备单元间实现双向串行、多节点、数字通讯系统 ,也被称为开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。开放式、分散性、低成本是现场总线最显著的基本特征 , 因而近年来得到了迅猛的发展。 缩写 , 由于它是一种国际性的开放式的现场总线 标准 , 所以世界上许多自控系统及智能仪表产品厂商都为他们生产的设备提供了方便的口。基于上述原因 ， 在空压机监控系统中采用了 现场总线技术。通过与 站的实时通讯 , 取得了良好的控制效果。 目前的 场总线根据使用的场合不同具体分为三种 , 即 点如下 : (1) 过优化的高速、低成本通讯连接 , 传输速率为 12通常应用于现场级 , 用于控制系统中现场设 备之间的实时通讯 , 它采用 输技术 , 使用 块可取代 24V 或 420量值的传输 , 并具有非常短的响应时间和抗干扰性能。 (2) 一种车间级监控网络 , 能完成中等传输速度的循环和非循环通讯任务 , 提供较大数据量的通讯服务 , 它也采用 用于楼宇自动化、纺织工业、电气传动等方面 , 它是一种令牌结构 , 实时多主网络。 (3) 为过程自动化设计 , 它采用 用于对安全性要求高的场合 和由总线供电的场合。 由于 三个兼容版本中是用于现场级的高速实时性通讯协议 , 在通讯距离 100 采用屏蔽双绞线速率高达 12加之其可靠性高 , 实用性强等诸多优点 , 因此广泛的应用控制系统中。 如图 13 所示利用现场总线 ，它可以实现数字和模拟输入 /输出、智能信号装置和过程调节装置与可编程控制器 间的数据传输，把I/O 通道分散到实际需要的现场设备附近。 机画面的设计 选用 写入机接口，用户界面友好，主要 实现以下功能： (1) 接收下位机来的数据并处理； (2) 显示各空压机组的运行状况及历史运行记录 和 备存，并进行趋势分析； (3) 故障报警显示，并进行故障分析； (4) 对空压机各种参数进行设置、修改； (5) 发送各种控制命令，进行手自动切换 。 图 13 监控系统 制软件设计 本系统主要是以保护、监控为主，根据煤矿安全规程的要求和空压机的保护原理，其控制的软件设计流程 如 图 14 所示。 制系统程序图 编程软件采用 R，它是基于 台的松下电工 列 可以完成程序输入、程序的编辑、程序注释、程序检查、 行时的数据和状态的监控及测试、参数设置、程序和监控结果的打印及文件管理 等功能。为使整个控制系统运行更加稳定，软件系统可靠性配套也是必不可少的，因此我们对控制软件进行了特别处理。 (1) 对输入信号进行滤波处理。要提高现场输入给空压机 制系统的信号 的 可靠性，首先要选择可靠性高的变送器与各种开关 ， 规范布线、具有良好的接地措施，防止各种原因引起传送信号线短路、开路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序 ，增加输入信号的可信性，数字滤波可采用的程序设计方法是在现场输入 触 点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况与系统要 求 的响应速度确定，一般在几十毫秒，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟量滤波采用的程序设计方法是对现场模拟信号连续采样 3 次，采样间隔由 A D 转换速度与该模拟信号变化速率决定， 3 次采样的数据分别存放在三个数据字 ，当最后采样结束后，再求取三个数的平均值为本次采样的结果存放在数据字 。 (2) 对输出信号进行可靠性处理。对于空压 机储气罐卸荷控制，为了防止卸荷阀在卸荷值 附 近频繁的动作 , 可以采用余量控制法程序段来解决这一问题。余买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 量控制法的原理是这样的 , 在卸荷值附近设置卸荷上限值和卸荷下限值，作为电 图 14 制系统流程图 磁阀开启和关闭动作的条件，储气罐压力高于上限值电磁阀打开，压力低于下限值电磁阀关闭，这样同设置一个动作值相比，可以十分有效的防止电磁阀因压力在动作值附近波动而引起电磁阀频繁的吸合，并且其精度随意调整。只要上限值与下限值相等，其效果就相当于一个动作值。 改造后空压机控制系统总 的 梯形图见附录。 5 系统 的调试 (1) 根据电机参数及负载特性预设变频器参数 ； (2) 序及人机界面通讯调试 ； (3) 节器的整定 ； (4) 最小频率的确定 ； (5) 智能电源切换控制器的调试 ； 使用 制 智能 电源切换器时， 制变频器以自动调频、调压的 方式启动电机，当电机平稳启动运行后， 切换器发出允许合闸命令，切换器根据变频电源和工频电源的电压差、频率差、相位差数据与整定条件比较，满足预设定值时，自动预测最佳切换时机，并以预先设置的导前时间 t 提前向 ，完成合闸动作。由于智能电源切换器是开环控制，切换器发出合闸信号后，便完成了整个控制。如果 有切换成功，只有重新启动切换器，再一次进行切换。 切换器启动时，首先对工频电源和变频电源各自的相序进行检测，保证 制的切换装置接线正确。如果切换器检测出两路电源的相序不正确，则提示重新接线。待连线正确后，切换器自动进 入 下一画面。如果相序检测正确后，则相应的指示灯亮，并进 入 整定值的设定。 整定值的设定。设定 制的切换装置切换时必须满足的压差、频差、相位差、以及导前时间的要求，只有当变频电源 和工频电源的电压、频率、相差满足设定值后，才能够进行安全可靠的切换。 切换器完成整定后，切换器显示实时数据。有两种显示方式 :数据显示方式和矢量图显示方式。默认进入矢量图显示方式，可以按任意键改变显示方式。传感器显示工频电源与变频电源的电压 (以传感器电压标称值的百分比来表示 )、频率以及两路电源的频率差、相位差。当两路电源的电压差、频率差满足设定要求后，相应的指示灯亮 ； 当切换器收到 出的允许切换信号时，切换器开始控制电源切换过程，并且允许切换指示灯亮，当工频电源和变频电源的相差满足设定要求后，即发 出切换状态信号。 变频器工作稳定后，其稳定频率为 工频电源的频率为 50每隔 10 秒钟，两路电源的相差必有一次为 0(或 360 度 )，此时便是切换的最佳时机，由于 制的切换器从接收到合闸信号到完成电源切换有一定的动作时间，因此切换器要提前一段时间发出合闸信号，这段时间就是导前时间，可通过键盘方便地进行设置。 6 系统改造调试中应注意的问题 (1) 电机频 率 切换 电机从变频状态切换到工频时，由于可能存在相位、电压频率差，如果未经检测进行切换将出现短路现象，造成事故。因此在需要电机从变频 转到工频时一定要加装智能电源切换控制器。 (2) 最低频率的设定 由于空压机具备了变转矩负载和恒转矩负载的特性。因此在设定最低频率时要充分考虑其最小起动转矩，以免因电流长时间超过额定电流损坏电机，同时也降低了空压机的排气效率。 (3) 电机的温升 采用变频调速后，电机在低速运行时，电机冷却效果下降，可能导致据电机的绝缘等 级下降 ， 因此要 确定是否需增加强制冷却风机。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ (4) 空压机的润滑 空压机转速越低，润滑油的压力就越低， 影响 润滑效果。应 根据最小运行频率时的油压 情 况，调整减压阀，提升油压。 (5) 系统 的压力设定 在满足生产工艺的要求下，压力设定越低越好。因为空压机的排气压力越高，所需的电机轴功率越大，电机耗电也就越多。 7 行分析 （ 1）空压机是大转动惯量负载，启动转矩需求大，这种启动特点很容易引起变频器零速启动时出现过流 ， 运行时出现失速过压自保护跳闸的情况，这样就有必要在变频器启动时投 入 无速度传感矢量 13控制方式，保证零速启动时具有100%转矩输出，延长给定值的加、减速时间来满足工作要求。 （ 2）空压机 是将输出压力作为控制对象的，由压力传感器对管网压力进实时检测，变频器内部的 能