基于PLC和变频调速的空压机控制系统设计—开题报告.doc

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。一、前言随着我国经济的飞快发展，国家越来越关注高效低耗的技术，而这种技术已受到人们的关注。在空压机供气领域能否应用变频调速技术，节省电能的同时也能改善空压机性能、提高供气品质就成为我们关心的一个话题。二、工作原理由于空压机马达的转速与空压机的实际消耗功率成一次方关系，降低马达转速将减少实际消耗功率变频空压机是用压力感测器即时感应系统中实际气压和用气量。通过电器控制和变频控制的精确配合，在不改变空压机马达转矩(即拖动负载的能力)的前提下来即时控制马达转速(即输出功率)，经由改变压缩机转速，来响应系统压力的变化，并保持稳定的系统压力(设定值)，以实现高品质压缩空气的按需输出。当系统消耗风量降低时，此时压缩机提供的压缩空气大于系统消耗量，变频式压缩机会降低转速，同时减少输出压缩空气风量；反之则提高马达运转速增加压缩空气风量，以保持稳定的系统压力值。它和风机电机水泵节电一样，根据负载变化，控制输入的电压频率，跟变频器原理相同。其节能效果如下：1、变频空压机的压力可以设定是其一优点，即可以将满足生产设备要求的最设定压力，变频空压机将根据管网压力上下波动的趋势，调节空压机转速的快慢，甚至消除了空压机的卸载运行，节约了电能。2、由于变频空压机使得管网上下压力稳定，可以降低甚至消除压力的波动，从而使系统中所有运行的空压机都在一个满足生产要求的较低的压力下运行，减少了压力向上波动造成的功率损失。3、由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性，所以，只能按最大需求来决定电动机的容量，故设计容量一般偏大。在实际运行中，轻载运行的时间所占的比例是非常高的。如采用变频调速，可大大提高运行时的工作效率。因此，节能潜力很大。4、有些调节方式（如调节阀门开度和改变叶片的角度等），即使在需求量较小的情况下，也不能减小电动机的运行功率。采用了变频调速后，当需求量较小的情况下，可降低电动机的转速，减小电动机的运行功率，从而进一步实现节能。5、单电动机拖动系统大多不能根据负载的轻重连续地调节。而采用了变频调速后，则可以十分方便地进行连续调节，能保持压力、流量、温度等参数的稳定，从而大大提高压缩机的工作性能。三、变频空压机的工作流程：变频空压机的选择标准：1.稳定 随着经济的复苏，国内大部分企业的订单也随着回到以前的水平，有些甚至是超过了以前的水平。伴随而来的就是生产的繁忙，而在生产的过程中，扮演重要角色的空压机则经常是满负荷并且全天候运转。一个台产气不稳定的变频空压机确实是能对生产造成不小的麻烦，所以我们采购空压机的时候，第一标准就是空压机的稳定性。而目前国内外的一些中高档的品牌都能符合这个要求。而随着变频空压机技术的成熟，可以说都能满足这个要求。2.产气 第二个是产气了，有些企业对气的质量非常高，比如医药行业，基本上要的气体都是无油的。在这个问题上还是要根据企业自身情况的，如果企业对这一块要求高，那么久得采购比较知名的机器，如果要求不高，就根据用其他情况而定了。作为空压机行业未来发展趋势的变频空压机在产气这一块还是非常出色的，因为变频空压机有个很突出的特性就是跟踪产气，而同时所产的气体质量也是非常可观的。3.耗电 这个是一个比较重要的地方，也是讨论的重点，因为空压机这种基础设备一般是全天候运行，而空压机本身又是一个非常耗电的设备。所以，如果有效的控制，那么其效果是非常明显的，现在国内很多企业大多追求底价。其实，底价是比较片面的，因为考虑最终的一个之初的话。变频空压机绝对要比普通的空压机低得多，变频空压机多的只是第一次的一个投入，但是如果把电费这个因素考虑在内的话，你真的可以算一笔帐。现在变频空压机一般的节能量都是很客观的，而作为国内唯一的专业变频空压机生产商德曼，其节电率更是高达29%，通常在一年以内就可以回收差价。所以，在选择空压机的时候，选择一台变频空压机确实是在耗电这个问题上最好的解决办法。4.价格目前国内空压机市场里面是，国内的便宜，进口的贵。在普通用户眼里，国内的等于低端，国外的等于高端。所以国内的普遍比较低，进口的普遍比较贵，其实你可以去看看国内外空压机品牌 这篇文章。价格在很多时候真的不是一个很重要的因素。关键还是看产气，稳定，以及节能的表现，这些因素更应该被考虑。5.售后服务 当然，这也是一个考虑因素，选择一个稳定而有知名度的品牌还是比较放心的，毕竟机器出不出问题，谁也不知道，这就好比买电子产品，或者买手机，总是要买个靠谱的才放心。当然，这里你可以看看德曼的售后服务，这个因素先在越来越被重视，所以，选择采购时候，一定要认准，不然，你以后生产时，空压机确实能给你带来很多烦恼。稳定的售后服务确实能让你安心不少。四、参考文献1 王永华等. 现代电器控制及 PLC 应用技术. 北京：北京航空航天大学出版社，20032 张燕宾. SPWM 变频调速应用技术. 北京机械工业出版社， 2003.3 温志英等. 变频技术在中央空调节能控制中的应用. 电气传动， 2005(4) .4 任双燕，边春元. S7-300400 PLC原理于实际应用开发指南【M】机械工业出版社，20075 Siemens AG.Step7 V5.0 使用入门，19986 阳宪惠，工业数据通信与控制网络【M】.北京：清华大学出版社，20037 德国西门子公司 S7-200可编程控制器操作手册8 Siemens AG.S7-300可编程控制器产品目录，20039 王卫兵.plc系统通信、扩展与网络互连技术.北京:机械工业出版社,2004 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一、基于PLC和变频调速的空压机控制系统设计的目的与意义本设计关心的问题是，在空压机供气领域能否应用变频调速技术，节省电能的同时也能改善空压机性能、提高供气品质。基于PLC 的空压机的变频调速系统，对原有空压机的控制系统进行变频调速改造，可以得到稳定的气压，同时监控空压机的各项运行参数及变频器的运行情况，并对系统的故障及时发出报警信号。二、变频空压机的发展现状和前景展望1. 透平压缩机 在石化领域，目前国内离心压缩机在高技术和特殊产品等方面还不能满足国内的需要。另外在技术水平、质量、成套性等方面与国外还有差距。随着我国石化生产规模的不断扩大，离心压缩机在大型化方面将面临新的课题，国内在设计制造这些大型气体压缩机上还没有成熟的经验。离心式压缩机需要向大容量发展，以满足我国石化生产规模不断扩大的要求，同时随着新技术的发展、新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器的出现，透平压缩机的发展趋势主要表现为：不断开发高压和小流量产品；进一步研究三元流动理论，将其应用到叶轮和叶片扩压器等元件的设计中，以期达到高效机组；低噪声化，采用噪声防护以改善操作环境。 在制冷空调领域，目前透平压缩机在大冷量范围内仍保持优势。离心式压缩机的运动零件少而简单，且制造精度低，所以其制造费用相对低且可靠性高。由于受到螺杆式压缩机和吸收式制冷机的影响，离心式制冷压缩机的发展相对较为缓慢。在目前的技术条件下，离心式制冷压缩机主要用于大型建筑内的空气调节，需求量较少。近几年由于大型基建项目纷纷上马，离心式制冷压缩机又成为关注的热点。 2. 往复式压缩机 在石化领域，往复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；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，采用计算机自动控制，实现优化节能运行和联机运行。 在动力领域，活塞式压缩机目前占有主要市场。但随着人们对使用环境及能耗、环保等方面要求的提高，螺杆和涡旋空气压缩机开始占有一定的市场。 在制冷空调领域，往复式制冷压缩机作为一种传统的制冷压缩机，适用于制冷量较广范围内的制冷系统。虽然目前它的应用还比较广泛，但市场份额正逐渐减小。 目前冰箱（包括小型冷冻与冷藏装置）制冷系统的主机仍以往复式压缩机为主。经过多年设计改进和技术进步，往复式冰箱压缩机效率大大提高。同时在与环境保护密切相关的制冷剂替代技术上也取得了可喜的进步。进一步提高往复式冰箱压缩机的效率、降低系统噪声是它的主要发展方向。 （ 1 ） 线性（直线）压缩机 线性压缩机是往复式压缩机的一种型式，由于电动机的直线运动可以直接带动活塞的往复运动，从而避免了曲柄连杆机构的复杂性和由此带来的机械功耗。线性压缩机关键技术是压缩机油路系统的设计、电动机线性位移极限点的有效控制，以及相应的防撞技术。 （ 2 ） 斜盘式压缩机 斜盘式压缩机也是往复式压缩机的一种变型结构，主要用于车用空调系统。经过几十年的发展，斜盘式压缩机已经成为一种非常成熟的机型，在车用空调压缩机市场占有 70% 以上的份额。但它的效率低于回转式压缩机，且体积较大。由于斜盘式汽车空调压缩机的工艺成熟，加上技术的进一步改进，在可预见的将来，仍将保有一定的市场份额，但在一定的排量范围内被逐渐替代是必然之路。 3. 回转式压缩机 (1) 滚动转子压缩机 目前滚动转子压缩机广泛应用于家用空调器，在冰箱上也有一定应用。这种压缩机不需要吸气阀，使它适用于变速运行，从而可以通过变频控制提高系统性能。为了确保大功率（电动机输出功率 2.2kW （ 3P ）滚动转子压缩机的性能，国内于上世纪末开始研发双转子滚动转子压缩机，现已投放市场。 在 2.2kW(3P) 以下的空调器中，暂时没有可以替代滚动转子压缩机的较好机型。所以提高压缩过程的效率、降低噪声、电动机变速控制，以及采用 R410A 等新制冷工质后的相关技术问题等，是滚动转子压缩机的研究方向。 (2) 滑片式压缩机 滑片式压缩机属于回转式压缩机的一种，主要用来提供压缩空气，排气量一般在 0.3 3 m 3 /min ，市场占有率较低。旋叶式压缩机是滑片式压缩机的一种改型结构，由于它的起动性能较好，压缩过程力矩变化亦不大，目前主要用于微型轿车和一些排量较小的工具车的空调系统。高速下的动力特性是这种压缩机的主要技术研究方向。 (3) 涡旋压缩机 涡旋式压缩机在过去十年中得到了快速发展，构成了压缩机技术发展的新亮点。目前涡旋压缩机已在柜式空调领域占有绝对优势。在车用空调领域，涡旋压缩机的制冷系数已达 2.0 ，显示出较强的竞争力。涡旋压缩机的发展在于扩大其制冷量范围，进一步提高效率，使用替代工质和降低制造成本等方面。 (4) 螺杆压缩机 螺杆式压缩机具有尺寸小，重量轻，易维护等特点，是制冷压缩机中发展较快的一种机型。一方面，螺杆型线、结构设计有了长足的进步。另一方面，螺杆转子专用铣床特别是磨床的引进，提高了这对关键零件的加工精度与加工效率，使得螺杆压缩机的性能得到了有效提高。目前，螺杆压缩机主要应用于压缩空气和中型制冷热泵空调系统。由于螺杆式压缩机工作可靠性的不断提高，使之在中等制冷量范围内已逐渐替代往复式压缩机，并占据了离心式压缩机的部分市场。 三、基于PLC和变频调速的空压机控制系统设计的主要内容和要求本系统以一个恒压供气系统作为被控对象，研究基于PLC供气控制电路设计和MCGS组态软件的监控系统设计，使系统获得较好的性能指标。主要设计内容为：了解空压机供气系统的运行工艺情况，设计恒压供气控制系统的硬件电路；研究恒压变频供气的控制方法，开发基于MCGS组态软件的监控界面，完成系统监控调试，实现对系统的高性能控制。四、研究方法、步骤和措施采用电动机调速装置与可编程序控制器 (PLC) 构成控制系统。通过压力传感器和变送装置，将气包中出口处的压力转换成 4 20 mA 标准信号，送到变频器的模拟输入端口并与设定的压力信号进行比较，通过变频器的内部 PID 调节功能，控制变频器的输出频率，从而控制空压机的运行速度。PLC 通过检测变频器的运行状态，自动调整空压机的运行台数，实现变频和工频的自动切换，从而完成供气压力恒定的闭环控制。空气压缩变频调速系统原理如图 1 所示。控制系统由变频器、可编程序控制器 (PLC)、上位机、压力传感器、温度传感器、显示报警装置等组成。可编程序控制器 (PLC) 为主控的基本单元。在本系统中采用的是西门子 S7-200 可编程序控制器CPU224，本机 I/ O 点数为 14 入/ 10 出 (PLC 硬件接线图如图 2 所示)。此外，空气压缩机需要保护的项目较多，主要有一级、二级气缸排气温度过高保护，润滑油温度过高保护，风包温度过高保护，一级、二级压力过高保护及润滑油压力过高保护等。因此，选用模拟模块 EM231 和数字量模块 EM222 作为扩展模块。在此系统中变频器与压力传感器，变送器组成压力闭环控制，变频器可根据变送器反馈的风包出口处的压力信号自动调整输出频率，控制空压机电机的转速。系统的软件设计PLC 编程采用 STEP 7 软件，此软件由西门子公司专门为 S7-200 系列可编程序控制器的设计开发。它的功能强大，主要为用户开发控