毕业设计（论文）-基于PLC的装配线空压控制系统的改造设计.doc

XXX学院学院2009届本科届本科毕业论毕业论文（文（设计设计）论论文文题题目：基于目：基于PLC的装配的装配线线空空压压控制系控制系统统的改造的改造设计设计学生姓名：学生姓名：XXX所在院（系）：机所在院（系）：机电电学院学院所学所学专业专业：应应用用电电子技子技术术教育教育导师导师姓名：姓名：XXX完成完成时间时间：2009年年5月月20日日摘摘要要在现代生产力不断提高的情况下，建设无人值守的空压站，是一个社会发展过程中的必然选择。本文主要论述了一种基于PLC的装配线空压机控制系统的改造设计方案，采用PLC对空压机进行自动控制改造，实现空压机的远程控制和生产设备的集中控制。在改造原有系统的基础上，将空压机电机的直接启动控制方式改为变频控制，减小对系统电网的冲击和节约能源，同时制定了具体实施的控制方式、设备启停步骤、软件功能、功能扩充、报警系统。并利用相应的控制算法，实现供气的恒定，提高供气质量和效率，保证各项工作的安全生产。关关键词键词：PLC，变频控制，自动控制ThedesignofAirassemblylinebasedonPLCcontrolsystemAbstractInasituationthatmodernproductivityisimprovingconstantlyitisanimportantprojectofassistingtopigeonholewhilebeingemptyandstandandbuild.Produceallplaceemptytopresscapitalequipmentallocatedtostandforcentrifugalaircompressordesiccatorinalotoffreezingtypeairmakeuptheairsupplysystemofthecompressedairthroughgastankjoiningpipe.ThemaincontentofthistextistodescribetransingthedesignplanofakindofaircompressorcontrolsystemofassemblylinebasedonPLCKeywords：PLCfrequencyconversionAutocontrol目目录录1绪论.12系统构成及工作原理.12.1设计方案的确定.12.2系统构成.22.3工作原理.32.4控制过程.32.4.1恒压控制.32.4.2节能控制.43硬件电路设计.43.1PLC可编程控制器部分.53.1.1PLC概述.53.1.2PLC选型和性能指标.73.1.3PLC内部分配.73.1.4输入输出外部接线.73.2模数转换模块.93.3传感器部分.113.4变频器部分.123.5监控对象空压机.133.6系统的保护及故障警报的发出.144系统的软件设计.144.1系统的总体框图设计.144.2程序的结构及程序功能的实现.164.2.1系统的初始化程序.164.2.2系统的主控制程序.164.2.3系统的中断程序.175结束语.17致谢.17参考文献.19附录.2001绪论绪论在现在工业生产中，空压机在冶金机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等行业都有广泛的应用。传统的空压机供气控制方式大都是采用加、卸载控制方式。该控制方式虽然原理简单、操作简便，但是存在能耗大、进气阀易损坏、供气压力不稳定等诸多问题。随着科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术的高度发展和应用，使变频器的节能效果更为显著，它不但能实现无级调速，而且在负载不同时，始终高效运行，有良好的动态特性，能实现高性能、高可靠性、高精度的自动控制相对于其它调速方式(如:降压调速、变极调速、滑差调速、交流串级调速等)具有更大的优势，变频调速性能稳定、调速范围广、效率高。为此本文采用PID技术和变频器实现对螺杆式空气压缩机的节能改造。整个工作系统的安全性和稳定性都有了很大提高，节能效果显著，实用性好。2系系统统构成及工作原理构成及工作原理2.1设计设计方案的确定方案的确定传统的空压机控制系统采用开环方式，压力系统通过压力调节器来控制空压机的载荷与卸荷。当风包压力超过设定的上限值时，压力调节器控制空压机卸荷，当风包压力低于设定的下限值时，压力调节器控制空压机载荷，空压机和电动机满负荷运转1。这种运行方式的缺点：（1）压风系统采用开环控制方式，供风压力在上、下限之间波动，不能保证恒压供气。当压力达到设定的高限时，卸荷阀关闭，空压机和电动机空运转，当压力达到设定的低限时，卸荷阀打开，空压机和电动机满负荷运转，这种运行方式过于频繁地起动设备和电动机，对电网和机械设备造成较大的冲击，使设备的寿命缩短，设备维护量加大。（2）空压机的电动机直接起动或电动机转子串电阻起动，起动时的电流很大，对电网和机械设备造成很大的冲击，缩短机械设备的寿命。（3）空压机空运转时，其拖动电机还保持运转，其消耗的电能约为其额定值的30%左右，严重地浪费电能。空压机及其拖动电机长期全速运转时，使电动机和空压机传动部件的寿命降低，润滑油消耗也大，成本加大，另外，空压机运行一段时间后温度升高很快，需要频繁地切换空压机。本设计采用变频器的控制，变频器设有压力闭环控制和开环控制手动调节两种控制方式，有一个选择开关可以进行选择。正常工作时，采用压力闭环控制方式，使用压力变送器检测空压机的实际供风压力，并将其与供风压力的设定值相比较，用比较得到的差值调节空压机的转速，保持空压机的供风压力恒定为设1定值。在变频器控制柜的柜门上设有供风压力设定的电位器和数字显示，操作司机可方便地设定供风压力。为了使压力变送器发生故障时，变频系统也可以应急工作，变频器也可以使用电位器手动调节电机的转速，在一定范围内调节空压机的供风压力。在变频控制柜上的柜门设有变频故障复位按钮，在变频器发生故障时，操作工可方便地对故障进行复位。把空压机原有的监控装置的接点引入变频器控制回路进行联锁，当空压机的压力、温度等参数超过高限值或出现断气信号时，自动停止变频运行。别外，在空压机拖动电机底部设置一个冷却风扇，当电机低速运转时对电机进行冷却，起到很好的效果。PLC作为装配线空压机控制系统主要控制器，其主要任务就是代替调节器实现空气压给定值与反馈值的综合与调节工作，实现数字PID调节它还控制空压机的运行与切换，在多台空压机组恒压供气站中，为了使设备均匀的磨损，空压机是轮换的工作2。如规定和变频器相连接为空压机(空压机也是轮流担任的)，主空压机在运行时达到最高频时，须增加一台工频机投入运行。PLC则是机组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制。恒压供气站中变频器常常采用模拟量控制方式，这需采用PLC的模拟量控制模块，该模块的模拟量输入端子接受到传感器送来的模拟信号，输出端送出经给定值与反馈值比较并经PID处理后得出的模拟量信号，并依此信号的变化改变变频器的输出频率。另外，空压站的其他控制逻辑也由PLC承担，如:手动、自动操作转换，空压站的工作状态指示，空压站的工作异常的报警，系统的自检等等。2.2系系统统构成构成本系统是采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制空压机组的调速运行，并自动调整空压机组的运行台数，完成空气压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定空气压力和节约电能的目的。系统的控制目标是空压机站总管的出口空气压力，系统设定的给定空气压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制空压机的投运台数和运行变量电动机的转速，从而达到空气总压力稳定在设定的压力值上。恒压供气就是利用变频器的PID或PI功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制点测的压力信号(420)直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号调整电机的电源频率，从而实现控制空压机转速成。可编程控制器为本系统的逻辑控制部件，是整个控制系统的核心部分，选用了德国西门子公司的产品，型号为S7-200。其输入输出模块均为继电器型节点，非常适合本系统的控制需要。变频器为无级调节空压机电机速度的部件，是系统的传动部分，选用了西门子公司的产品，该变频器采用MM440模块，可大大降低电机高频噪声，减少2对电网的污染，同时也能降低空压机电机温升，系统构成如图1所示。图1系统框图2.3工作原理工作原理本系统采用闭环控制。启动前，工矿企业根据生产情况，把生产所需的管网压力通过PID设定给系统。启动后，系统以管网压力作为反馈，把同时工作的空压机分成两组。在计算机(PLC)控制下，由变频调速器控制其中一台异步空压机的转速，降低或提高当前机组的供气量，在小范围内稳压；其余空压机当前机组由(PLC)人机对话系统通过继电器-交流接触器控制装置，自动启、停工频运行，在大范围内满足管网压力的需要3。从而达到了系统既保持管网压力的恒定，满足生产的需要，又节约能源的目的。空压系统的整体自动调控一般可以使用以下方法来实现：采用PLC系统进行通讯和控制。该方法可靠性高，适用于工业控制系统。当监控计算机出现故障时，PLC还可以按照设定的程序进行自动控制。除空压供气系统自控外，空压站可与制冷站、热力站系统一起建立设备控制网络，实现集中控制，或与工厂控制中心联网，由控制中心的控制器实时远程监控，实现真正的无人值守。2.4控制控制过过程程2.4.1恒恒压压控制控制系统恒压控制是通过变频调压和增减当前空压机运行的台数来实现的。系统启动后，压力传感器把当前管网压力转换成420mA电流信号送给PID，PID与设定值比较，如发现压力偏低或偏高，一方面向PLC发出调压申请，另一S7-200可编程控制器1#定子温度传感器1#轴承温度传感器2#空压机组2#轴承温度传感器2#定子温度传感器1#空压机组空气压力传感器空气压力传感器1EM231扩展模块开关信号声光报警控制回路EM235扩展模块变频器2变频器13方面则通过PID控制算法计算出调节量送给变频器。当PLC接到调压信号后，如是压力偏低信号，PLC先检查变频器运行状态，如没有运行在工频状态，则PLC命令变频器加速运行，提高系统供气量，这就是变频调压，满足系统小范围稳压如变频器已运行在工频状态，则PLC提示系统增加一台工频运行的空压机，在大范围调压，提高管网压力，如此往复直至最后一台空压机的压力合适，正常运行为止。当PLC检测到管网压力过高时，检查变频器运行状态，如已运行在频率低限(30Hz)，则命令系统依次停工频运行的空压机，直至压力合适。控制过程如图2所示：图2控制过程2.4.2节节能控制能控制系统节能是通过变频器控制空压机的转速来达到的。根据异步机转速公式：n=60f(1-S)p（1）在磁极对数不变的前提下，改变电源频率，就可实现异步机的无级调速。而又由空压机的运行特性可知：风量与转速一次方成正比；风压与转速二次方成正比；轴功率与转速三次方成正比4。因此，系统可根据空气压力大小变频降速，降低空压机功耗，实现节能目的。3硬件硬件电电路路设计设计传统硬件控制系统采用空压机设备与控制系统的配合使用。空压机设备自身带有的CMC控制器，能够自动控制和保护主机的运转，自动提示工作信息，具有故障报警和保护停机功能，能自动根据用气量的大小加载或卸载，并配有LCD显示屏供现场观察各工艺参数和设备状态，具有RS422485通讯接口，可以实现与现场控制室计算机监控系统的完整连接。空压站的自控系统通过plc可编程控制器，将部分空压机的实时运行数据通过RS422485通讯接口采集进PLC控制系统，并将数据传送到现场控制室计算机上进行显示，以代替传统仪表。但是没有对空压机进行控制。空压机设备自带的CMC控制器已经能很好的控制单台空压机，但是不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，空压系统的整体自动调控具有更重要的意义。在已有的PLC系统中，没有实现空压系统的整体调控功能。由于空压机自PID压力给定量SP偏差ePID输出Y过程变量压力反馈量PV_+变频调速系统4带的CMC控制器提供了RS422485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，对比原有的控制系统，不需要增加硬件设备的投资，只需要改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制5。除空压机设备外，还可以将与空压机配套的冷冻式干燥器集成到RS422485网络中来，实现空压供气设备的全面自控。除空压供气系统外，空压站的其他系统也需要进行自动控制，如水循环冷却系统等。这些系统的控制方法与空压供气系统不同，主要是采用传统控制模式。使用仪表采集需要的运行参数，进行数据处理和分析运算后，输出控制信号给执行机构就可以实现系统的自动控制。本设计系统主要由plc、变频器、空压机组成。现场仪表，受控设备、执行器、带有串行通讯接口的设备（如空压机，冷干机等，监控计算机。实现操作简单，无人值守；良好的实时调节，防止了人为因素滞后；具有高可靠性；减轻工作人员负担；节省人力成本。需要控制的参数和可能的控制方式。空压站需要的控制需求；高、低压供气压力控制（机组自动开停控制）；系统自动供压控制；空压机温度控制；自动报警控制等等。3.1PLC可可编编程控制器部分程控制器部分3.1.1PLC概述概述PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM等）、输入接口、输出接口、IO扩展接口、外部设备接口以及电源等组成。内部结构如图3所示：图3PLC内部结构CPU单元由微处理器、系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储输输入出单单元元电源部分CPU存储器编程器或其他编程单元电磁阀接触器行程开关继电器触点按钮指示灯5器等组成，它是PLC的核心部件，是由大规模或超大规模的集成电路微处理芯片构成，主要完成运算和控制任务，可以接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。进入运行状态后，用扫描的方式接收输入装置的状态或数据，从内存逐条读取用户程序，通过解释后按指令的规定产生控制信号。分时、分渠道地执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程，完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务，并根据运算结果控制输出设备。存储器单元按照物理性能分为两类，随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。随机存储器由一系列寄存器阵组成，每位寄存器可以代表一个二进制数，在刚开始工作时，它的状态是随机的，只有经过置“1”或清“0”的操作后，它的状态才确定。若关断电源，状态丢失。这种存储器可以进行读、写操作，主要用来存储输入输出状态和计数器、定时器以及系统组态的参数。为防止断电后数据丢失，可采用后备电池进行数据保护，一般可以保存5年，当电池电压降低时，欠电压指示灯发光，提醒用户更换电池。只读存储器在两种，一种是不可擦除ROM，这种ROM只能写入一次，不能改写。另一种是可擦除ROM，这种ROM经过擦除以抂这可以重写。其中EPROM只能用紫外线探险内部信息，E2PROM可以用电擦除内部信息，这两种存储器的信息可以保留10年左右。输入输出单元由输入模块、输出模块和功能模块构成，是PLC与现场输入输出设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC通过输入模块把工业设备或生产过程的状态或信息读入中央处理单元，通过用户程序的运算与操作，把结果通过输出模块输出给执行单元。输出模块用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，输出模块具有隔离PLC内部电路和外部执行单元的作用，还具有功率放大的作用。输出模块有晶体管输出模块、晶闸管输出模块和继电器输出模块。接口单元包括扩展接口、编程器接口、存储器接口和通信接口。扩展接口是用于扩展输入输出单元。它使PLC的控制规模配置得更加灵活。这种接口为总线形式，可以配置开关量的IO单元，也可以配置如模拟量、高速计数等特殊IO单元及通信适配器等。编程器接口是连接编程器的，PLC本体通常是不带编程器的。为了能对PLC编程及监控，PLC上专门设置有编程器接口。通过这个接口可以接各种形式的编程装置，还可以利用此接口做通信、监控工作。存储器接口是为了扩展存储器而设置的。用于扩展用户程序存储区和用户数据参数存储区，可以根据使用的需要扩展存储器。其内部也是接到总线上的，通信接口是为了在微机与PLC、PLC与PLC之间建立通信网络而建立的接口。3.1.2PLC选选型和性能指型和性能指标标根据系统的应用领域、采集数据的类型和大小、IO点数、以及设置数据需要6得内存大小，本文中所选用的PLC是西门子公司的产品S7-200系列，CPU的型号是CPU226。CPU226集成了24点输入和16点输出，共有40个数字量IO点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248点数字量IO点或35路模拟量IO。CPU226有13KB程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。CPU226配有2个RS-485通信编程口，具有PPI通信、MPI通信和自由方式通信能力，用于较高要求的中小型控制系统。3.1.3PLC内部分配内部分配CPU226IO接口及内部寄存器分配如表1和表2。表1内部存储器使用触摸屏PID参数设定置VW10风机组启动位M00触摸屏PID参数增益VW12手动、自动转换M01触摸屏PID参数采样时间VW14电机急停M02触摸屏PID参数积分时间VW16自动空压机组1启动位M10触摸屏PID参数微分时间VW18自动空压机组2启动位M11PID反馈量（PVn）VD100手动空压机组1启动位M12PID给定置（SPn）VD104手动空压机组2启动位M13PID输出置（Yn）VD108防止空压机组1频繁启动位M14PID增益（KC）VD112防止空压机组2频繁启动位M15PID采样时间（T）VD116压力下限位M20PID积分时间（TI）VD120空压机组1轴温报警位M200PID微分时间（TD）VD124空压机组1轴温断电切换位M201模拟输入压力值存储VD128空压机组1定温报警位M202压力下限存储VD132空压机组1定温断电切换位M203空压机组1轴承温度VD180空压机组2轴温报警位M204空压机组1定子温度VD184空压机组2轴温断电切换位M205空压机组2轴承温度VD188空压机组2定温报警位M206空压机组2定子温度VD192空压机组2定温断电切换位M207手动报警VD1963.1.4输输入入输输出外部接出外部接线线CPU226接线规则如下：（1）DC输入端中1M、I0.0I1.4为第1组，2M、I1.5I2.7为第2组组成，1M、2M分别为各级公共端。DC24V的负极接公共端1N或2M。输入开关的一7端接天DC24V的正极，输入开关的另一端连接到CPU226各输入端。DC输出端中1M、1L+、Q0.0Q0.7为第1组，2M、2L+、Q1.0Q1.7为第2组组成。1L+、2L+分别为公共端。第1组DC24V的负极接1M端，正极接1L+端。输出负载的一端接到1M端，输出负载的另一端接到CPU226各输出端。第2组的接线与第1组相似。接继电器输出端的1L端。负载的另一端分别接到CPU226各继电器输出端子。第2组的接线与第1组相似。根据接线规则，PLC输入输出接线和变频器接线图如图4所示。表2IO接口分配表输入输出空压机启动SB1I00空压机组1输出KM1Q00空压机停止SB2I01空压机组2输出KM2Q01手动自动转换SB3I02工频输出KM3Q02空压机组选择SB4I03空压力下限指示灯L1Q04变频工频转换SB5I04空压机组1运行指示灯L2Q05报警解除按钮SB6I05空压机组2运行指示灯L3Q06空压机组1转子测速器输入SB7I06空压机组1温度上限指示灯L4Q07空压机组2转子测速器输入SB8I07空压机组2温度上限指示灯L5Q10急停SB9I10蜂鸣器1SpeakerQ11压力传感器输入1AIW0急停指示灯L6Q12压力传感器输入2AIW2空压机组错选指示灯L7Q13空压机组1轴温度传感器输入AIW4空压机组1机械故障指示L8Q14空压机组1定温度传感器输入AIW6空压机组2机械故障指示L9Q15空压机组2轴温度传感器输入AIW8手动指示灯L10Q16空压机组2定温度传感器输入AIW10自动指示灯L11Q17压力模拟量输出QW0（2）DC输入继电器输出端与CPU226的DC输入DC输出的相同。继电器输出端由3组构成，其中N（-）、1L、Q0.0Q0.3为第1组，N（-）、2L、Q0.4Q1.0为第2组，N（-）、3L、Q1.1Q1.7为第3组。各组的公共端为1L、2L和3L。第1组负载电源的一端N接负载的N（-）端，电源的另一L（+）。KM12LQ0.6L3Q0.4L1Q0.5L2Q0.7L4Q1.0L53LQ1.6L10Q1.7L1Q1.2L6Q1.3L7Q1.4L8Q1.5L9Q1.1SpeakerQ0.0KM2Q0.11LKM3Q0.21MI0.0SB1I0.1SB2I0.2SB3I0.3SB5I0.5SB7I0.6SB8I0.7SB9I1.0SB10SB68图4PLC输入输出和变频器接线图3.2模数模数转换转换模模块块模数转换模块分为AD转换模块和DA转换模块。PLC模拟量处理功能主要通过模拟量输入输出模块及用户程序来完成。模拟量输入模块接受各种传感器输出的标准电压信号或电流信号，并将其转换为数字信号存储到PLC中。PLC根据生产实际要求，通过用户程序对转换后的信息进行处理并将处理结果通过模拟量输出模块转换为标准电压或电流信号去驱动执行元件。表3EM231性能指标型号6ES7231-7PD22-0XA0模块更新时间405ms9模块名称及描述EM231模拟输入热电偶4输入数据字格式-32767到+32767尺寸（mm）WHD7128062基本误差01%FS（电压）重量210g冷端误差15功耗18W重复性005%FS+5VDC87mA导线长度到传感器最长100m+24VDC60mA输入阻抗1M输入类型悬浮型热电偶最大输入电压30VDC输入范围TC类型（选择一种）S，T，R，E，N，K，J电压范围：+-80mV输入滤波衰减-3dbat21kHz输入分辨率010115位加符号位24VDC电压范围204288VDCPLC模拟量扩展单元的配置及应用，PLC的普通输入输出端口均为开关量处理端口，为了使PLC能完成模拟量的处理，常见的方法是为整体式PLC加配模拟量扩展单元。模拟量扩展单元可以将外部模拟量转换为PLC可处理的数字量及将PLC内部运算结果数字量转换为机外所需的模拟量。模拟量扩展单元有单独用于模数转换的，单独用于数模转换的，也有兼具模数及数模两种功能的。如用S7-200系列PLC的模拟量扩展模块EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输出，可以用于恒压供气控制中。本系统设计有6路模拟量输入和1路模拟量输出，其中有四路是温度传感器输入。所以本设计选用一块EM231热电偶模拟量输入模块，该模块完成四路温度传感器的模数字量转换功能；一块EM235模拟量输入输出模块，该模块完成两路传感器的模数转换和路数模转换功能。EM231性能指标如表3所示。热电偶类型选择：EM231热电偶模块是专门用于对热电偶输出信号进行AD转换的智能模块。它可以连接7种类型的热电偶（J，K，E，N，S，T和R），还可以用于测量0+-80mV范围的低电平模拟信号，所以使用EM231模拟量输入热电偶模块时，需要通过模块右下侧的设置开关进行心要的设置。对热电偶模块，其热电偶的类型通过设置开关SW1、SW2、SW3选择，如表4所示。表4热电偶类型选择热电偶类型SW1SW2SW310J000K001T010E011R100S101N110+-80mV1113.3传传感器部分感器部分该控制系统中存在大量的模拟量信号，这些信号的输入都要通过传感器是进行模拟量采集，将采集的模拟量信号送入PLC输入模块进行模数转换，将连续的变化量（大部分为420mA的电流信号，05V或010V的电压信号）转换离散的数字量，存储到PLC内存里；输出是由模拟量输出模块将我们要输出的存储在内存中的数字离散信号转换为电压信号或者电流信号。本系统模拟量传感器HM23Y矿井专用型压力变送器用于检测矿井的井巷气压，Pt100铂热电阻作为测量温度用的传感器用于检测风机组轴承和定子温度。要想正确的使用它们，首先了解各个传感器的性能指标。HM23Y型压力变送器采用欧洲先进的溅射薄膜压力传感器作为敏感元件，和电子线路做成一体化结构该型号压力变送器为全不锈钢圆柱型结构，使用方便。特别适用于井田测井、制药、纺织等粘稠宜堵、强振动的工业现场。并在国内油田得到很好的应用效果。该压力变送器有高温、高压、高精度、高稳定性、抗振动、冲击、耐腐蚀全不锈钢结构、体积小、重量轻直接过程安装等特点。其性能参数如表5所示。Pt100铂热电阻作为测量温度用的传感器，通常和显示仪表、记录仪表及控制装置配套使用，测量范围-50180。可以用在电机的轴承和定子测温，也可以用在纺织、机械、铁路机车等有需要测量温度的场合。该温度传感器采用德国进口薄膜铂热电阻元件，产品质量达到IEC751国际标准。铂电阻的电阻值随着温度的变化而变化。温度和电阻的关系接近于线性关系，偏差极小，且电气性能稳定。耐振动、可靠性高，同时具有精确灵敏、稳定性好、产品寿命长和安装方便等优点。Pt100铂电阻温度传感器是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，能够准确的测出轴承或定子的温度并将它们传给PLC模数转换电路。当被测介质中存在温度梯度时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。表5HM23Y型压力变送器性能参数11测量范围005MPa220MPa过载能力2倍满量程压力(其中100Mpa以上过压为11倍)压力类型表压或绝压测量介质与316不锈钢兼容的气体或液体供电电源1236VDC(一般为24V)信号输出420mA15VDC05VDC0545VDC综合精度01%FS025%FS05%FS长期稳定性01%FS年使用温度范围-40+150补偿温度范围-40+120零点温度系数：002%FS温度性能灵敏度温度系数：002%FS接液材料膜片:17-4PN连接件:1Cr18Ni9Ti响应时间2毫秒负载电阻(U-10)002绝缘电阻100M，50VDC外壳防护插头型（IP65）；电缆型（IP67）安全防爆ExiaCT5重量约025公斤3.4变频变频器部分器部分本系统选用的是西门子全新一代标准变频器MicroMaster440功能强大，应用广泛。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。其基本原理图如图5所示：图5变频器基本原理图变频器的选用：变频器的选用应满足以下规则，变频器的容量应大于负载所需的输出；变频123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:10-May-2009SheetofFile:C:DocumentsandSettingsAdministrator变变变变变.ddbDrawnBy:V1V2V3V4V5V60.5Us0.5UsOM3UVWWW012器的容量不低于电机的容量；变频器的电流大于电机的电流。由于本设计以空压机组230kW为例，因此可选用37kW，额定电流75A的变频器。考虑到改进设计方案的可行性，调速系统的稳定性及性价比，我们采用西门子MM440，237kw，额定电流为75A的通用变频器。该变频器采用高性能矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，可以控制电机从静止到平滑起动期间提供3S，有200的过载能力。变频器参数的设置：负载为一大惯性负载，在停车时，为防止因惯性而产生的回馈制动使电压过高的现象，加入制动电阻，斜坡下降时间设定长一些。外接制动电阻的阻值和功率可按公式R2Ud1P(0.30.5)选取。式中：U为变频器直流侧电压，d为变频器的额定电流。本次设计采用西门子与37kW电机配套的制动电阻响和对转速调整的要求，系统用模拟量输入作为附加给定，与固定频率设定相叠加以满足不同型号模具特殊要求。制动电阻的热敏开关4BD22-2EAO，1.5Q，2.2kW4。变频器的接线图如图6所示。图6变频器接线图3.5监监控控对对象象空空压压机机空压机又叫空气压缩机(英文为：aircompressor)是气源装置中的主体，它是将原动机(通常是电动机)的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机，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EM235模拟量输入输出模块压力传感器1传感器4压力传感器2KM3QW0+QW0-AIN1+AIN-34M3220VQMM44013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。在本设计中根据我们的具体要求选择空气压缩机，空气压缩机的选择主要依据气动系统的工作压力和流量。气源的工作压力应比气动系统中的最高工作压力高20%左右，因为要考虑供气管道的沿程损失和局部损失。如果系统中某些地方的工作压力要求较低，可以采用减压阀来供气。空气压缩机的额定排气压力分为低压（0.71.0MPa）、中压（1.010MPa）、高压（10100MPa）和超高压（100MPa以上），可根据实际需求来选择。常见使用压力一般为0.7-1.25MPa。3.6系系统统的保的保护护及故障警及故障警报报的的发发出出本系统中，PLC所能检测到的故障有:电动机转子回路接触器发生熔焊而不能起动、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。上述故障出现时，对应的空压机停止并起动处于备用状态的空压机，为了能区分是哪台空压机发生故障，应在对应的停车工序设置一个闪烁电路。然后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与信号灯，电铃与信号灯应安装在调度室与维修人员的值班室。4系系统统的的软软件件设计设计本设计系统中采用软件来监视和操作整个生产过程，为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能，各设备控制器自成一子系统，其应用程序功能包括：信息采集，设备控制，故障报警，连锁保护，以及数据处理和通信传输。在系统实施过程中，还可引入故障检测和故障诊断的处理程序，能够提高系统的智能化程度，有利于进一步改善自控系统的有效性和可靠性，通过优化调度策略，软件连锁保护等自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平提升到更高层次，可以为确定空压机设备状态检修点提供依据，并由此获得更大的效益。4.1系系统统的的总总体框体框图设计图设计本系统主要实现如下的控制目的：每天在不同时间段时能自动开机与关机根据储气罐的压力自动间断地开机关机；各台空压机轮换运转，当运行中的空压机出现故障时，自动起动备用的空压机并报警通知维修人员及时维修。PLC开机时进入初始步S010，若SA设置为“自动”则进入S011，待当天开机时刻到达时，进入1、2、空压机的并行分支S013、S014。现以1空压机为例分析，若当天的日期被3整除的余数不是1，则起动1空压机(S111)，起动结束后(设定起动时间为90s)切换至正常运行状态(S112)。在运14行过程中，若储气罐的压力超过800kPa时，减荷阀动作，空压机空运转当时间超过10min时，则空压机暂时停车(S113)当压力低于755686kPa时，判断其他空压机是否正在起动，若有延时2min再起动1空压机，若无则直接起动1空压机。在进入步S013时，若当天的日期被3整除后的余数为1，则不起动1空压机(S016)处于备用状态，其间若2、3空压机发生故障且本机无故障时，则进入S111S114的循环中。由于共用频敏变阻器，故起动1空压机时，也要判断频敏变阻器是否空闭。在整个起动或运行期间若发生故障，都进入步S115中，停机并发出警报，同时起动处于备用状态的空压机。2、3空压机分别相继推迟3min起动，工作过程与1空压机相同。当停机时刻到达时，都进入S115、S212、S217步中，之后回到初始步。总体框图如图7所示：图7系统总流程图4.2程序的程序的结结构及程序功能的构及程序功能的实现实现PLC主程序初始化扫描结束手动控制自动控制温度状态采集数据转换压力中断PID运算压力采集1压力采集2报警电路154.2.1系系统统的初始化程序的初始化程序系统的初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可以节省扫描时间。利用定时器中断功能来实现PID控制的定时采样及输出控制。初始化子程序流程框图如图5。在初始化的子程序中仅仅在上电和故障结束时用，其主要的用途为节省大量的扫描时间加快整个程序的运行效率，提高了PID中断的精确度。上电处理的作用是CPU进行清除内部继电器，复位所有的定时器，检查IO单元的连接。4.2.2系系统统的主控制程序的主控制程序系统的主控制程序功能最多，如空压机的切换信号的生成、空压机组接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等等都在主程序中。平时及特殊时期双恒压的两个恒压值是采用数字式方式直接在程序中设定的。平时供气时系统设定为满量程的70%，特殊时期供气时系统设定为满量程的90%。本系统中的增益和时间常数为:增益KC=0.25，采样时间Ts=0.2s，积分时间Ti=30min。其控制结构图如下图7所示：图7主控制程序164.2.3系系统统的中断程序的中断程序中断程序主要用于PID的相应计算，在PLC的常闭继电器SM0.0的作用下工作，它包括:设定回路输入及输出选项、设定回路参数、设定循环报警选项、为计算指定内存区域、指定初始化子程序及中断程序。程序结构图如图8所示：图8压力中断子程序5结结束束语语采用PLC和变频器改变电动机电源频率，达到了调节空压机转速改变空压机出口压力，比靠调节阀门的控制空压机出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。由于变量机工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，电机转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长空压机和电动机的机械使用寿命。实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。空压电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成空压系统的喘振。在实际应用中，采用PLC控制恒压供气，还能容易地随时修改控制程序，以改变各元件的工作时间和工作状况，满足不同情况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更大的灵活性和通用性。致致谢谢在毕业设计期间，得到了导师的悉心指导和关怀。特别是在课题的设计过程中，对论文的技术问题，导师都花费了大量的心血，付出了大量的劳动，并一直给予我们无微不至的指导与多方面的帮助，使我的知识、能力等各方面都有了很17大的进步，在此，谨向导师表示最衷心的感谢！在课题进行期间，学院为我们提供了良好的学习和设计环境。在课题的研究和进展中，同组成员也给予了很大的帮助，这里也一同表示感谢！由于时间和知识水平所限，论文中还可能会有许多纰漏或错误之处，恳请各位老师和同学批评指正。18参考文献参考文献1刘瑞国彭延生.煤矿机电J.变速调速技术在矿上空气压缩机中的应用.200512石景丽刘荣军.压缩机技术J.变频调速技术在压缩机节能改造上的应用.199833林梅吴业正.压缩机自动阀M.西安:西安交通大学出版社19914黄立培张学.变频器应用技术及电动机调速M.北京:人民邮电出版社19985廖常初.S7-300400PLC.北京:机械工业出版社20056崔坚.西门子工业网络通.北京:机械工业出版社.20047李方园.变频器行业应用实践.北京:中国电力出版社20068李方园.变频器自动化工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