plc控制系统在煤气加压机中的应用_毕业论文

1、PLC控制系统在煤气加压机中的应用摘要：煤气加压机用于煤气输送，是钢铁、煤炭、石化行业的重要设备，其电气控制方式多采用仪器仪表和继电-接触器系统断续控制，自动化程度和可靠性低，难以保证控制精度，且无法实现网络通讯和远程监控。本文设计了一套基于PLC的煤气加压机控制系统，实现了煤气加压自动控制；对装备现状与发展趋势进行了研究，提出了总体设计方案，选用FR-F740变频器实现风机调速，选用SBWR/Z温度传感器、EJA压力传感器实现现场数据采集，并将信号送至三菱FX2N-32M型PLC；设计了闭环控制PID算法，按照逻辑控制与过程控制结合的程序设计思路，基于GX Developer编程软件，开发了

2、变频器控制程序，实现了风机的转速控制，设计了系统过载保护、故障报警、停机自动连锁等功能子程序。结果表明，采用PLC控制的煤气加压机具有操作简单、运行精良、抗干扰能力强、编程简单、控制精度高的特点，提高了系统的可靠性，通过PLC组网，实现远程监控，较好的达到了设计目的。关键词：煤气加压机；PLC；闭环控制；PID；变频器Appliacation of PLC control system in gas pressure machineAbstract：Gas pressure machine is used in transport of gas,it is an important devic

3、e in the industry of iron,steel,coal and petrochemical .Its electrical system mostly use instruments and relay-contactor to control. it is difficult to guarantee that control precision, and unable to perform network communications and remote monitoring.This article has designed a PLC-based gas contr

4、ol system, achieved the automatic control of gas pressure. Situation and development trend of the equipment has been studied, proposed design plan, use FR-F740 frequency to control fan speed , Use SBWR/Z temperature sensors, pressure sensors EJA to field data collection, and send the signal to Mitsu

5、bishi FX2N-32M PLC; designed a closed-loop control PID algorithm, follow logic control and process control program design idea, developer programming software based GX, developed the inverter control program for fan speed control, and design a system overload protection, alarm downtime features such

6、 as automatic chain subroutine.The results showed that use PLC control of gas has a simple operation, run sophisticated, uding, programming simple, control and high precision, increased system reliability, through networking, PLC for remote monitoring, better design goal is reached.Key words: gas pr

7、essure motor; PLC; loop control; PID; VFD目 录1绪论11.1课题背景11.2煤气加压机装备现状与发展趋势21.3 控制系统的国内外发展现状31.4 煤气加压机系统控制的概念42 PLC控制系统概述62.1 PLC简介62.2 PLC的发展62.3 PLC控制系统的结构与工作原理73武钢煤气加压机控制系统总体方案设计93.1 控制系统组成93.2 原系统存在的问题103.3 系统控制要求及目的103.4系统改造方案104系统硬件设计与选型124.1鼓风机选型124.1.1鼓风机结构特点124.1.2鼓风机结构和主要参数134.2变频器选型144.3变送器

8、选型154.3.1压力变送器154.3.2温度变送器164.4低压电器元件选型175系统软件设计195.1设计思想及设计依据195.2煤气出口压力定值控制系统设计195.3 I/O分析215.4 PLC主机与I/O模块选型215.4.1 PLC主机选型215.4.2 I/O模块选型225.5外部接线图225.6 程序流程图235.6.1气压调节流程图235.6.2油压调节流程图245.7程序设计255.7.1调压子程序255.7.2润滑系统子程序设计255.7.3主程序设计276系统安装与调试30参考文献32致 谢33装订线华中科技大学学院 毕业设计（论文）报告纸1 绪论能源是人类赖以生存和发

9、展的基础。我国人口多，资源有限，且许多资源是不可再生的。当前的资源短缺和经济快速发展的矛盾日益突出，已成为制约经济可持续发展的瓶颈之一，特别是能源的过度消耗和浪费已经成为一个亟待解决的问题。“历览前贤国与家，成由勤俭败由奢”，勤俭节约是中华民族的优良传统，现代化发展的今天节约能源、合理使用能源显得尤为重要。近年来，国际能源的走势一直是世界各国关注的焦点。2008年以来，受国际石油价格波动的影响，液化石油及天然气的价格也随之出现同步震荡，而中国煤炭资源相对丰富，单位热值价格相对较低，受国际能源的影响也较小，但同时煤炭作为直接燃料的应用又受到国家严格控制。煤气加压机系统是集机电于一体的综合自动化程

10、度较高的控制技术和成套工艺装备。.煤气加压机，有单级、多级、增速等多种形式。而对煤气加压机的自动控制可以使加压机在需要加压的时段进行自动加压，其整个工艺过程非常符合闭环控制的要求。所以，在控制过程中，采用可编程控制器对煤气加压机进行控制，它较好的要求，地解决了采用继电器-接触器控制，控制系统较复杂大量的接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率这一问题。因此，将plc应用于该控制， 具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、编程简单，控制精度高的特点。在控制的过程中，煤气加压机可以根据参数的修改实现对供气现场的准确控制。为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大

11、量资金和技术对传统老式组合机床进行技术改造，取得了良好的效果。用PLC模块、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，扩大加工能力，减少故障，提高效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。1.1课题背景 煤气既符合中国能源安全战略和环保政策，又符合相关燃耗企业的利益要求，得到了诸如玻璃、陶瓷、冶金、机械、化工等燃耗较大的广泛应用。在这种形势下，煤气的合理开发及充分应用就显得极其重要。然而普通煤气加压机系统存在着许多不足之处，作为系统控制参数煤气出口压力未采用自动控制方式，人工操作滞后大，不能准确、及时的跟随压力变化，造成压力波动，影响用户使用等等。随着机

12、械行业的技术进步和市场的不断发展，自动控制在市场中所占的比重越来越大。将plc应用于该控制， 具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、编程简单，控制精度高的特点。在控制的过程中，煤气加压机可以根据参数的修改实现对供气现场的准确控制。1.2煤气加压机装备现状与发展趋势煤气加压机系统是集机电于一体的综合自动化程度较高的控制技术和成套工艺装备。它由煤气加压风机、润滑油泵、电加热器构成。它的特征是高效、高质、经济实用，在电石烟气行业用途广泛。风机产品分为两大类，一类是重要装置中的高精尖产品，主要指平压缩机，另一类是量大面广的中、小型通风机。近年来，风机全行业取得了快速的发展。从2001年到2003年，工

13、业总产值平均增长36,45%；风机产量合计平均增长33,85%,其中：离心压缩机平均增长26,1%，罗茨鼓风机平均增长28、25，离心通风机平均增长13、75，轴流通风机平均增长68、35。但是，国内风机行业与国外大型企业相比还都存在着差距，如透平压缩机有些产品基本可以满足用户需要，但是生产企业没有业绩或业绩不多，难以取得用户的信任，往往在竞标中被淘汰。例如，西气东输用的天然气管线输气离心压缩机即是例证。中、小型通风机产品存在的共性差距则是外观质量太差，难以打入国际市场。风机行业国内外的发展趋势是：(1)大型风机容量继续增大。(2)发展高压小流量压缩机。(3)高效化。(4)高速小型化。(5)低

14、噪声化。(6)计算机集成制造系统在风机中得以广泛应用。“十一·五”需求预测：国内市场对干量大面广的中、小型通风机，用户需求量最大，生产厂家也最多。总体来讲，这类风机的需求量虽然在“十一·五”期间仍会有较大幅度地增长，但仍然是供大于求。透平压缩机主要是装备重大工程成套装置，这些装置在国民经济各部门起着重要作用。随着规模经济发展的需求，装置不断扩大，对透平压缩机的要求越来越高、容量越来越大。如高炉冶炼、大型化肥装置、大型炼油装置、大型乙烯装置、大型空分装置及西气东输用的天然气管线等都需要各类透平压缩机。产品出口总体来讲，风机行业产品的出口量很小，主要出口产品是中、小型通风机及风

15、机的配件。离心鼓风机和罗茨鼓风机及离心式压缩机的出口主要是一些工业欠发达国家。预计“十一·五”期间，风机的出口产品主要应集中在中、小型风机。潜在市场风机产品尚未涉及或将要涉及的领域还有许多，根据我们所了解到的情况分析，风机产品在煤矸石综合利用、新型干法熟料技改项目、冶金工业的节能及资源综合利用等20多个潜在的市场领域将有较大的发展前景。发展目标和发展重点(1)发展目标根据全国历年风机产量以及全国工业产值的统计资料，考虑每年的产量递增比例，预测到第十一个五年计划末的2010年，风机总产量在310325万台之间。在风机行业协会企业会员单位范围内，到2010年风机总产量预计在35万台左右。

16、根据风机行业历年分类风机高质量统计资料，预测离心压缩机的产量2010年为2oo210台，轴流压缩机100台左右，国产的压缩机市场占有率可达6070。预测风机行业到2010年工业总产值将达到120亿元，销售收入可达到115亿元。(2)发展重点鼓风机的重点发展方向是发展烧结鼓风机和污水处理用曝气鼓风机；透平压缩机主要是发展高炉冶炼、大型空分装置以及西气东输用的天然气管线压缩机。如离心式压缩机和轴流式压缩机。这类产品目前国内生产的市场占有率只有50左右，还不能完全满足国民经济各部门的需要，特别是轴流离心复合式压缩机，国内还不能生产。这些产品将是风机行业“十一·五”期间产品发展的重点。风机节

17、能在国民经济各部门中的地位和作用是举足轻重的。通风机的发展重点目标是发展超临界火电机组风机、核电站用风机、清洁煤发电风机、6ooMw级大型空冷机组、火电厂脱硫风机等，在技术上就是以节能为宗旨，这里既包括产品设计方面的节能，又包括风机运行中调节方式的节能。一是通过应用叶轮、蜗壳等元件的科研成果，以及进一步提高制造精度，力求使各种通风机的效率平均提高510。二是利用引进技术开发高效节能风机。“十一·五”期间，还应根据市场的需求，适当引进火电厂脱硫风机、风力发电机组技术，填补国内的空白。三是大力开展通风机运行调节节能工作的研究。“十一·五”期间，风机运行调节节能工作的研究将是风机

18、行业的一个工作重点。1.3 控制系统的国内外发展现状控制系统从20世纪40年代就开始使用，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等，下面介绍各种常见的控制系统。1）集散控制系统（Distributed control system），集散控制系统是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散

19、控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。2）PLC控制系统（PLC control system），PLC控制系统是以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它由中央处理单元(CPU)、存储器、电源三部分组成。是一种专门为在工业环境下应用而设

20、计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。3）单片机控制系统（Microcontroller），单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅

21、片上构成的一个小而完善的计算机系统。在国内，工业自动化程度还不高，很多工厂任在使用智能化仪表控制，这种控制人工操作滞后大；连锁保护功能不完善，且线路复杂、故障率高；不利于维护各项工艺参数无历史趋势记录，对机组的运行方式是否经济无法分析；发生故障后不便于查找原因。1.4 煤气加压机系统控制的概念根据控制对象和控制要求，拟采用PLC对原控制系统进行改造，实现逻辑控制、过程控制、运动控制三电一体，达到工艺参数集中显示、报警与联锁保护、自动控制压力的目的，系统还可具备报警、历史趋势、自动报表等数据库功能，从而进一步提高生产效率、保障生产安全和降低工艺能耗。煤气加压机控制系统是通过控制电机转速达到自动调

22、节煤气出口压力满足用户需求及过载保护电机启停连锁的自动化系统。其整个工艺符合闭环控制的要求，被广泛的用于不同条件下的煤气输送，加压，亦可适用输送空气，二氧化硫气体。煤气加压机系统由硬件、电气、软件三部分组成。其中硬件部分又包括煤气鼓风机、变频器、传感器、PLC、变送器等；电气部分包括电机电路、工作电路和工作电源等；其包括有控制系统的流程图、顺序功能图、梯形图以及语句表等。煤气加压控制系统具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、编程简单、控制精度高的特点。在控制的过程中，煤气加压值可根据工艺参数方便的修改 而满足不同用户的需求。2 PLC控制系统概述2.1 PLC简介PLC即可编程控制器（Prog

23、rammable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 2.2 PLC的发展世界上公认的

24、第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶

25、段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速

26、、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。2.3 PLC控制系统的结构与工作原理一、PLC的外部结构PLC是一种专用于工业自动化控制的计算机，主要由CPU、存储器、I/O接口电路、外设接口、编程装置和电源等组成，其内部结构示意图如图所示。图2.1 PLC的外部结构 （1）CPU 又称中央处理器或中央处理单元，它是可编程控制器的控制中枢（控制核心）。CPU一般由控制电路、运算电路和寄存器组成。 （2）存储器 主要用

27、于存放系统程序、用户程序和工作数据。 系统程序：是制造PLC的厂家编写的控制和完成PLC各种功能的程序，是PLC本身自带的程序，用户不可修改。 用户程序：是PLC使用人员根据要求编写的控制程序。 工作数据：PLC在运行过程中会产生大量的运算数据，将其放在存储器内。 （3）输入输出接口电路 是PLC与被控对象间传递输入和输出信号的接口部件。 1）输入接口电路 有各种按钮、行程开关和传感器等。 2）输出接口电路 将CPU产生的小信号放大后输出，驱动负载工作。 PLC的输出接口电路分为3种：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。 （4）外设接口电路 用于连接计算机、手持编程器。 （5）电源 PLC内部

28、有一个专用的稳压电源，可将输入端的电源转换为PLC内部所需要的工作电压，并未输出端提供24V的直流电源。PLC的等效电路由输入部分、输出部分、内部控制电路组成。如图所示。 图2.2 PLC等效电路三、PLC的工作原理即为PLC的工作过程 PLC的工作过程是一个不断循环扫描的过程，它分为3个阶段，为别为输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。图2.3 PLC工作原理3武钢煤气加压机控制系统总体方案设计武钢是新中国成立后由国家投资建设的第一个特大型钢铁联合企业，1955年10月破土动工，1958年9月13 日正式投产。今日武钢，已成为中国重要的板材生产基地，拥有从矿山采掘、炼焦、烧结、冶炼、轧钢

29、等一整套工艺设备。2009年，武钢新5号焦炉投产，煤气供应量增大，新建煤气管道全长7.3公里。由于管道长，压力损耗大，在中途设置了煤气加压机，以满足末端用户的压力需求。加压机选用了武汉鼓风机有限公司生产的D200-32型离心鼓风机，根据工艺要求,加压机配一个润滑油站，每个油站配两台油泵，并有加热器进行加热。3.1 控制系统组成鼓风机驱动电机电源由三菱公司生产的FR-F740系列变频器提供，通过4-20mA信号来控制变频器输出频率，改变电机及鼓风机转速，进一步改变系统煤气供应量，保证整个管网稳定。作为监视、控制生产工艺的仪表自动化装置，主要选用了90年代的智能化仪表。压力变送器采用了日本横河EJ

30、A系列产品。操作室采用了WGT控制柜，盘装仪表采用了襄樊东风仪表厂的数字显示仪与操作器。控制柜主要由以下部分组成，如表3.1所示。表3.1控制柜构成及功能序号名称功能1状态指示灯综合故障指示，综合停机指示2控制柜电源开关用于控制控制机柜仪表电源3温度控制变送器用于风机轴承温度、电机轴承温度、电机绕组温度和液压进、排油温度的监测控制及温度信号再发送，并在风机或电机轴承温度过热时自动输出故障报警或停机信号。4压力控制变送仪用于液偶油压控制报警及压力信号再发送，并在压力异常时自动输出故障报警或停机信号。5手动操作器用于风门调节剂液偶转速调节及反馈指示6变频过程控制用于变频器远程操作和工作状态显示。通

31、过仪表手动输出，指示灯显示变频器工作和故障状态。3.2 原系统存在的问题1、 作为系统的重要参数煤气出口压力未采取自动控制方式，人工操作滞后大，不能准确、及时地跟随压力变化，造成压力波动，影响用户使用。2、 连锁保护功能不完善，且线路复杂、故障率高，不利于维护。加压机润滑系统的主、辅油泵未实现联锁切换，若油压突降会直接导致停车。3、 各项工艺参数无历史趋势记录，对机组的运行方式是否经济无法分析，发生故障后不便于查找原因。3.3 系统控制要求及目的1、 显示功能：分画面实时显示各机组的过程参数与运行状态，主要包括进出口煤气压力、油压、油温、电机定子温度、轴温、轴振动、转速、变频器输出频率、进气阀

32、阀位等过程参数，以及风机、油泵、电加热器运行状态。 2、 控制功能：启车，设置启车逻辑画面，当油温、油压、电源等工艺条件满足要求后，人工点击启车按钮后，PLC系统进入自动启车程序，并根据送气压力自动调整风机转速，风机开始正常运行；停车，当工艺条件超限或人工点击停车按钮时，PLC系统发出开关信号至电气设备，实现紧急停车，同时关闭进气阀，当送气压力较高时，PLC系统输出控制电机转速为0，关闭进气阀，油系统与变频器不停止工作，以备启动。油压，当风机主油泵压力达到一定数值时，辅助油泵自动停止，当风机主油泵压力低于一定数值时，辅助油泵自动启动，也可以手动操作。进气阀的操作在上位机实现。3、 报警功能：对

33、超过限定值的参数进行声光报警，并记录。4、 历史趋势：对所有参数进行历史记录，设定时间为1个月。5、 报表功能：根据工艺要求设计报表，并定时打印。3.4系统改造方案为满足加压机系统控制要求，克服现有控制系统的不足，采用PLC系统对原检测控制系统进行改造。1、 取消原来控制监测系统的常规仪表只保留结算用计量表。选用三菱的PLC，完成整个系统的数据采集功能。2、 根据用户对煤气压力的要求，采用PI调节器实现煤气出口压力闭环控制，使其在用户要求的压力范围内相对稳定。3、 根据煤气加压电机温度要求，采用PI调节器实现煤气加压机过载保护，保证加压机的正常工作。4、 在上位机上应用组态软件组态画面，在操作

34、监控画面上制作对系统的监控显示。4系统硬件设计与选型整个控制系统由上位机与下位机组成，上位机和下位机之间通过以太网进行通讯。本文主要设计下位机部分控制系统。该部分控制系统由煤气鼓风机、变频器、变送器、传感器、控制柜等部分构成。系统结构如下图所示。图4.1 控制系统硬件图4.1鼓风机选型 煤气鼓风机主要用于煤气的输送,加压等等用途.有单级、多级、增速等多种形式，煤气鼓风机的选择主要根据用户所需煤气压力的要求及功率、性价比来决定。经综合考虑，本系统选择D200-32离心鼓风机。4.1.1鼓风机结构特点 本风机为单吸双支撑结构，鼓风机与液力偶合器、液力偶合器与电动机通过联轴器直联传动，从电动机端看，

35、风机转子为顺时针方向旋转。风机进出口方向均向下。机壳和进气室由铸铁制成，水平剖分为上下两半。轴承箱与壳体铸成一体，增强刚度，便于拆卸检修。在机壳的下方设计有排污孔，可以定期排污清洗。转子由主轴、四级叶轮、轴套等组成。主轴用优质钢制造，叶轮为焊接结构，叶片型式为后向型，与前、后盘焊接在一起，叶轮采用高强度合金钢。平衡盘可以平衡转子的轴向推力。转子装配后作静、动平衡试验，保证风机运转平稳可靠。支撑和止推轴承均采用稀油站强制供油润滑的滑动轴承。在每级叶轮的进口圈外缘处和级间均设置有迷宫式密封，在机壳和进气室轴穿过的地方均设置有迷宫式密封和油杯密封，在高压端设置有两道迷宫式密封，在两道密封的中间有一空

36、腔，通过回气管道，将经过第一道密封后所泄漏的少量气体引入处于负压状态的进气管道，确保气体的零泄露。在轴承箱上装有油封，以防漏油和灰尘进入。本风机采用弹性联轴器，润滑系统由稀油站和高位油箱等组成.稀油站设有两台油泵，一用一备，确保意外情况时供油。当稀油站上的油泵电机突然停电时或其它紧急情况时，高位油箱可以向轴承供油一定的时间，使风机安全停机。该风机具有使用效率高、运行平衡、安全可靠、易损件少、安装、操作、维护简便等特点。4.1.2鼓风机结构和主要参数1、主要参数如下：1) 结构：单吸双支撑2) 进、出口方向：向下。3) 连接方式：膜片联轴器连接。4) 密封形式：迷宫密封：密封可靠。5) 轴承型式

37、：滑动轴承，强制润滑。6) 排污方式：机壳下部设有排污口，并带有法兰。7) 转子部件：叶轮为焊接结构。8) 润滑系统：由集中油站主、辅油泵强制供油润滑，高位油箱作为机组由于突然停电（电动泵不能工作）停车时，靠自然位差供油用。9) 随机仪表：机组配套一次仪表，也可配套二次仪表和仪表控制柜，可直接显示，并输送420mmA的标准信号。仪表控制柜对机组进行连锁保护，并接受中控制信号。2、主要部件材质如下：1) 主轴： 45 2) 叶轮:：HG603) 机壳、轴承箱：HT250(树脂沙工艺)4) 轴瓦：ZG35+巴氏合金5) 密封：ZL1043、配套产品：1）配套电机：型号：YKS5002-2功率：N=

38、710kW 电压：P=10KV转速：r=2980r/min2）稀油站型号：XYZ-63油量：Q=63L/min油压：P=0.4Mpa3）液力偶合器型号：YOTCS450/3000传递功率： 320920输入转速： 3000r/min4.2变频器选型变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。它主要由两部分电路构成，一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是控制电路（开关电源板、控制电路板）。变频器有很多种类，根据系统需要，选择风机水泵类变频器系列FR-A500，如下是该变频器的功能参数。·采用先进磁通矢量控制方式,调速

39、比可达1：120 (0.5-60Hz)。·可拆卸式风扇和接线端子,维护方便。·柔性PWM,实现更低噪音运行。·内置RS485通信口,可插扩展卡符合全世界主要通信标准。·PID等多种功能适合各种应用场合。下图为FR-A500的外部接线图。图4.2 FR-A500外部接线图4.3变送器选型变送器是能够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的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。输出为规定的标准信号。4.3.1压力变送器一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到

40、的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号(如420mADC等)，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。而压力变送器的选择主要是根据其测压范围，根据本系统要求选EJA系列智能压力变送器。如下是该系列压力变送器的功能参数。电气连接：  LCD、电缆 类型：  横河Yokogawa多功能智能压力变送器特点：  智能压力变送器 、 Hart通信 供电电源： 可供选择输出：  4-20mADC 精确度：  0.075 FS 工作温度范围：  -40 -120°C

41、 量程：可供选择典型应用： 智能压力变送器/智能压力传感器EJA系列智能压力变送器全系列（EJA110/EJA120/EJA130/EJA310/EJA430/EJA440/EJA118/EJA438）简单介绍： 世界首创单晶硅谐振传感器。高精度： 0.075%, 连续工作五年不需调校, 温度影响可忽略不计, 静压影响可忽略不计。单向过压影晌：连续10万次单向过压实验后影晌量< 0.03%，双向通讯功能（BRAIN/HART协议，FF现场总线），完善的自诊断功能。基本品接液膜片材质：哈氏合金C-276小型、轻量（标准型3.9kg）主要用于用于测量液体、气体和蒸汽的液位

42、、密度和压力，然后将其转变成4-20mADC的电流信号输出。也可以通过BRAIN手操器或CENTUM CS/XL或HART 275手操器相互通讯，通过它们进行设定和监控。4.3.2温度变送器温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的420mA电流信号输出。而温度变送器的选择主要根据其测温范围。根据本系统过载保护温度要求选SBWR/Z温度变送器。如下是该款温度变送器具体资料。工作原理： 热电偶或热电阻传感器将被测温度转换成电信号，再将该信号送入变送器的输入网络，该

43、网络包含调零和热电偶补偿等相关电路。经调零后的信号输入 到运算放大器进行信号放大，放大的信号一路经v/i转换器计算处理后以420ma直流电流输出；另一路经a/d转换器处理后到表头显示。变送器的线性化电路有两种，均采用反馈方式。对热电阻传感器，用正反馈方式校正，对热电偶传感器，用多段折线逼近法进行校正。一体化数字显示温度变送器有两种显示方式。lcd显示的温度变送器用两线制方式输出，led显示的温度变送器三线制方式输出。技术参数 1、输入信号：热电偶：k、e、j、b、s、t、n。热电阻：pt100、cu50、cu100三线制、四线制。智能型温度变送器的输入信号可通过手持器和pc机任意设置；2、输出

44、信号：在量程范围内输出420ma直流信号，与热电偶或热电阻的输入信号成线性或与温度成线性。智能型温度变送器输出420ma直流信号同时叠加符合hart标准协议通信；隔离式温度变送器：输入与输出相隔离，隔离电压500v，增加了抗共模干扰能力，更适合与计算机连网使用；3、基本误差：0.5%fs、0.2%fs、智能型0.2%fs； 4、接线方式：二线制、三线制、四线制；5、显示方式：四位lcd显示现场温度，智能型四位lcd可通过pc机或手持器设定使之显示现场温度、传感器值、输出电流和百分比例中的任一种参数；6、工作电压：普通型号12v-35v，智能型12v-45v，额定工作电压为24v；7、允许负载电

45、阻：500（24vdc供电）；极限负载电阻r（max）=50vmin-12,例如在额定工作电压24v时，负载电阻可在0-600范围内选择使用；8、工作环境：a:环境温度-25-+80（常规型）-25-+70（数显型）-25-+75（智能型）b:相对湿度：5%-95%c:机械振动f50hz, 振幅0.15mm d腐蚀气体或类似的环境；9、 环境影响系数：0.05%/。 4.4低压电器元件选型表4.1 交流接触器配置表名称型号电流（A）吸引线圈电压（V）消耗功率（VA）个数（个）加压机电机M1交流接触器CJXI-12（3TB41）12110221主油泵电机M2交流接触器CJXI-12（3TB41）

46、12110221辅助油泵电机M3交流接触器CJXI-12（3TB41）12110221电加热器电机M4交流接触器CJXI-12（3TB41）12110221表4.2 熔断器配置表名称型号熔体最大电流（A）个数（台）加压机电机M熔断器RL1-60251接触线圈组熔断器RT18-3241信号灯熔断器BHC41PLC电源熔断器BHC21表4.3 其他元件配置表名称型号电压个数按钮LA193803报警器XXS-113801气压显示仪E8Y-A2C2201油压显示仪E8Y-A2C2201油温显示仪X-1002201电机定子温度显示仪X-1002201中间继电器3VA5000-1J6.3-104时间继电器

47、3VA5000-1J6.3-1015系统软件设计5.1设计思想及设计依据本课题主要完成由PLC实现对加压机的控制和检测，根据工艺要求，兼顾原有系统的功能，系统应实现以下功能：1、 显示功能：分画面实时显示各机组的过程参数与运行状态，主要包括进出口煤气压力、油压、油温、电机定子温度、轴温、轴振动、转速、变频器输出频率、进气阀阀位等过程参数，以及风机、油泵、电加热器运行状态。2、 控制功能：启车，设置启车逻辑画面，当油温、油压、电源等工艺条件满足要求后，人工点击启车按钮后，PLC系统进入自动启车程序，并根据送气压力自动调整风机转速，风机开始正常运行；停车，当工艺条件超限或人工点击停车按钮时，PLC

48、系统发出开关信号至电气设备，实现紧急停车，同时关闭进气阀，当送气压力较高时，PLC系统输出控制电机转速为0，关闭进气阀，油系统与变频器不停止工作，以备启动。油压，当风机主油泵压力达到一定数值时，辅助油泵自动停止，当风机主油泵压力低于一定数值时，辅助油泵自动启动，也可以手动操作。进气阀的操作在上位机实现。3、 报警功能：对超过限定值的参数进行声光报警，并记录。 4、 历史趋势：对所有参数进行历史记录，设定时间为1个月。 5、 报表功能：根据工艺要求设计报表，并定时打印。5.2煤气出口压力定值控制系统设计原系统中，加压站共有三套加压机，加压机由三相异步电机驱动，采用变频器对电机进行变频调速控制从而

49、达到调节煤气出口压力的目的。原控制系统是开环控制。如图所示： 图5.1原系统控制框图当煤气压力高于设定值时，人为降低变频器频率，加压机转速降低，出口压力降低。当煤气压力低于设定值时人为提高变频器频率，加压机转速提高，出口压力增加。这种控制方式存在很大的调节滞后，特别是用户运行工况不稳定时，煤气出口波动很大。加压站煤气管路工艺流程如图所示：图5.2 管路流程图从煤气站供出的煤气沿煤气总管送至加压机站后，分3个支管分别送入加压机，经加压机加压后经煤气总管送至用户。在加压机煤气入口总管、出口总管均设置了压力、温度检测，压力变送器输出的压力信号送入PLC系统，经运算后，通过调节变频器的输出频率来改变电

50、机转速，使煤气出口压力达到设定压力，构成压力闭环控制系统，控制结构图如下：图5.3 控制结构图PID是比例、微分、积分的缩写，PID控制器是应用最广泛的闭环控制器，PID控制具有以下的优点：1、 不需要被控对象的数学模型。2、 结构简单，容易实现。3、 有较强的灵活性和适应性。4、 使用方便。在煤气加压控制系统中，压力传感器将压力转换成标准量程的电流或电压后送给模拟量输入模块，经A/D转换后得到与压力成比例的数字量，CPU将它与压力设定值比较，并按控制规律对误差进行计算，将运算结果送给模拟量输出模块，经D/A转换后变为电流或电压信号，用来控制变频器的频率，进而控制加压机电机的转速，实现对煤气加

51、压系统的控制。5.3 I/O分析根据加压机系统的控制过程，输入输出信号的设置及编号如表所示。表5.1 I/O分配表输入点名称元件输出点名称X0手动/自动KM1Y0电机接变频器X1总停KM2Y1主油泵启动X2启动KM3Y2辅助油泵启动X3高速开关KM4Y3电加热器启动X4中速开关HL1Y4电机工作指示X5低速开关HL2Y5主油泵工作指示X6气压模拟调节上限HL3Y6辅助油泵工作指示X7气压模拟调节正常HL4Y7电加热器工作指示X8气压模拟调节下限KM5Y8高速档X9油压模拟调节上限KM6Y9中速档X10油压模拟调节正常KM7Y10低速档X11油压模拟调节下限KM8Y11自动调速档5.4 PLC主

52、机与I/O模块选型5.4.1 PLC主机选型根据煤气加压机系统的工作特点，采用以可编程控制器(PLC )作下位机、计算机(PC)作上位机的分布式控制系统。不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现上、 下位机之间的通信。系统具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、扩充性强、自动化程度高等特点，完全能够满足煤气加压系统的控制要求。表5.2 FX2N系列PLC的输入/输出继电器元件号型号FX2N-16MFX2N-32MFX2N-48MFX2N-64MFX2N-80MFX2N-128M扩展时输入X0X78点X0X1716点X0X2724点X0X3732点X0X4740点X0X7764点X0X267

53、184点输出Y0Y78点Y0Y1716点Y0Y2724点Y0Y3732点Y0Y4740点Y0Y7764点Y0Y2677184点根据原PLC所用的I/O点的数量（输入：需12点、输出点：需12点）要求选择三菱FX2N-32MR-001的PLC（输入：16点、输出点：16点）其输入、输出点均有备用接点可用，如果某个接点损坏后，只需将损坏接点上的接线改接在另外一个备用接点上，并将梯形图中的原接点的地址号改为更改后接点的地址号即可。这样可大大缩短维修时间及维修成本。图5.4 三菱FX2N-32MR-0015.4.2 I/O模块选型在本系统的控制过程中，压力、温度等因素均为模拟量，不能直接作输入信号，因

54、此，要引入模拟量输入模块，根据本系统需要，有6个模拟量输入，选择FX2N-2AD 模块。 该模块技术参数为2通道 A/D 模块，有两个12位模拟量输入通道，输入量程为DC 0-10V、0-5V和DC4-20mA，转换速度为2.5ms/通道。图5.5三菱FX2N-2AD5.5外部接线图根据输入、输出信号编号及三菱FX2N-32MR-001PLC的原理设计其接线如图所示，其中电磁铁线圈用直流24V电压，交流接触器线圈用交流220V、50HZ的交流。图5.6 PLC外部接线图5.6 程序流程图 5.6.1气压调节流程图图5.7 气压调节流程图5.6.2油压调节流程图图5.8 油压

55、调节流程图5.7程序设计5.7.1调压子程序根据工艺要求，为实现煤气加压机自动调压的闭环控制系统，设计了模拟调压子程序，如下图所示。图5.9调压子程序图该部分控制程序实现了对加压机的闭环控制，其设计思路为：当气体压力信号输入后，经过PID模块分析，如果压力值正常，则加压机电机切换至低速档：如果压力值低于设定值，则调压子程序启动。该程序中应用到了PLC的条件跳转指令和比较指令。程序步骤如下：1、 PID模块将反馈值送至比较指令寄存器，与设定值进行比较。2、 当压力值大于设定值，M0为ON，变频器接入低速运转。3、 当压力值小于设定值，M1为ON，变频器接入自动调速；同时时间延时继电器开始工作。4、 10S后，压力值与设定值进行比较，压力值大于设定值，变频器接入低速运行，否则，跳转至P12。5.7.2润滑系统子程序设计根据本系统工艺要求，设计了润滑系统的自动控制，如下图。图5.10 润滑系统子程序图该部分控制程序实现了煤气加气加压机润滑系统的自动控制过程，其设计思路为：油压低于设定值时，油泵自动启动，主油泵、辅助油泵同时工作，同时电加热器对润滑油加热，当油压达到规定值时，辅助油泵停止工作，主油泵继续工作。该程序中应用到了PLC的条件跳转指令和比较指令。程序步骤如下：1、 X9为ON时，Y2、Y3、Y4、Y9、Y10、Y11接通，主油泵、辅助油泵、