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1、洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于PLC的空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng) 摘 要 空氣壓縮機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)“空壓機(jī)”）可以將取之不盡用之不竭的空氣轉(zhuǎn)換為動(dòng)力，來(lái)推動(dòng)機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)，減少使用了石油、電力等資源。本設(shè)計(jì)主要目的是實(shí)現(xiàn)可編程控制器和變頻器對(duì)空氣壓縮機(jī)組的主動(dòng)控制。本方案通過(guò)變頻器控制來(lái)達(dá)到對(duì)空氣壓縮機(jī)“一控多”的目的，可編程控制器可以達(dá)到變頻器的工頻與變頻自由控制轉(zhuǎn)換的現(xiàn)實(shí)需要，以及實(shí)現(xiàn)變頻器對(duì)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)換節(jié)制。系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器收集供氣管道出口的壓力值，經(jīng)由變頻器產(chǎn)生的4-20毫安標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，該信號(hào)又被送到可編程控制器的模擬輸入端口，而后通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器算法邏輯運(yùn)算產(chǎn)生控

2、制信號(hào)，該信號(hào)又被送至變頻器。在變頻器操控當(dāng)前機(jī)工作模式由變頻轉(zhuǎn)化成工頻，而供壓管道內(nèi)壓力值仍達(dá)不到安全工作要求時(shí)，則啟動(dòng)下一臺(tái)空氣壓縮機(jī)，以此類(lèi)推啟動(dòng)下一臺(tái)。在變頻器輸出的電壓頻率已經(jīng)變成了20HZ，此時(shí)供氣管道內(nèi)的氣壓量超過(guò)預(yù)先設(shè)定的氣壓值，系統(tǒng)封閉當(dāng)前運(yùn)行的機(jī)器，PLC轉(zhuǎn)變操控另下一臺(tái)。 關(guān)鍵詞：PLC，空壓機(jī)，壓力傳感器，變頻器 Designs based on the PLC air compressor’s supervisory system ABSTRACT The compressor (the air compressor) is a comp

3、ressed gas to increase gas pressure or gas transportation machine. Air compressor is widely used in nearly all industrial and agricultural, defense, science and technology, civil and other fields. Air compressor safety protection for the production of coal mining enterprises is very important. Progr

4、ammable Logic Controller (PLC) to the traditional relay control technology, computer control technology and communication technology integration, specifically designed for industrial control of. The design uses PLC and frequency converter to realize the automatic control of air compressor. The progr

5、am uses inverter of the air compressor "dragged more" control, PLC to achieve the inverter frequency and frequency conversion control, and inverter switching control of a compressor station. Collection system using pressure sensors Outlet pressure air bag, transmitter output by 4 to 20 mA standard s

6、ignal to the PLC analog input port, through the internal PID algorithm PLC logic operations, sends control signals to the inverter. When the inverter to control the current machine by the inverter frequency, while the gas pressure is still not satisfied by the PLC control inverter frequency soft-sta

7、rt the next station air compressor to run, and then click Open. So that the production system for good economic and safety performance. KEY WORDS: PLC，air compressor，Pressure transducer，Inverter 8 目　錄 前　言 1 第1章 空氣壓縮機(jī) 3 1.1 空氣壓縮機(jī)的用途及其優(yōu)點(diǎn) 3 1.2 空氣壓縮機(jī)的分類(lèi) 3 1.3 螺桿式空氣壓縮機(jī) 4 1.3.1 螺桿式空壓機(jī)的應(yīng)

8、用 4 1.3.2 螺桿式空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理 4 1.3.3 螺桿式空壓機(jī)的特點(diǎn) 5 1.4 活塞式空壓機(jī) 6 第2章 可編程控制器（PLC） 9 2.1 PLC概述 9 2.2 PLC的基本組成 9 2.3 PLC的基本工作原理 10 2.3.1 可編程序控制器的工作方式 10 2.3.2 可編程序控制器的工作過(guò)程 10 2.3.3 可編程控制器的I/O響應(yīng)時(shí)間 12 2.4 PLC的分類(lèi) 13 第3章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 14 3.1 S7-200構(gòu)件簡(jiǎn)介 14 3.1.1 中央處理器CPU的功能 14 3.1.2 S7-200模板的主要特性 1

9、4 3.2 元器件的選型 15 3.2.1 空氣壓縮機(jī)主要參數(shù) 15 3.2.2 變頻器參數(shù) 15 3.2.3 壓力傳送器的技術(shù)參數(shù) 16 3.2.4 接觸器簡(jiǎn)介 17 3.2.5 熱繼電器選取 17 3.2.6 報(bào)警裝置 18 第4章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)軟件電路的設(shè)計(jì) 19 4.1 設(shè)計(jì)PLC程序通用方法 19 4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 19 4.3 PLC I/O點(diǎn)的分配表和外部接線圖 21 第5章 PLC恒壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 5.1 控制系統(tǒng)恒壓輸出的方法 23 5.2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)電氣圖 24 5.3 PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)空壓

10、機(jī)的切換方式 24 5.4 PLC變頻調(diào)速控制原理 26 5.5 計(jì)算機(jī)與PLC通信 28 結(jié)　論 29 謝 辭 30 參考文獻(xiàn) 31 附　錄 1 32 附　錄2 33 附　錄3 34 主程序部分 34 自動(dòng)子程序部分 36 外文資料譯文 44 前　言 1960S美國(guó)起先成功研制了可編程控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)“PLC”）， 過(guò)了幾年P(guān)LC得到了火速生長(zhǎng)，并很快取代了傳統(tǒng)控制技術(shù)——繼電器控制技術(shù)，并在全球范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛。著科技和技術(shù)的進(jìn)步，PLC的功能也隨之加強(qiáng)和完善。由于計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展、模擬數(shù)字信號(hào)處理能力的提升、外部硬件設(shè)備的加強(qiáng)以及不斷提高的用戶需求，促使PLC

11、從單一的開(kāi)關(guān)量的處理發(fā)展出了模擬量的處理和運(yùn)動(dòng)等控制性能。 現(xiàn)如今的PLC不僅僅在邏輯控制中得到使用，同時(shí)也支撐著運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域的發(fā)展。當(dāng)今，PLC已經(jīng)融入社會(huì)生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。例如：在采礦、電力電子、醫(yī)藥化工、機(jī)械制造、鋼鐵和石油等各個(gè)行業(yè)中。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)融入了通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)、軟件技術(shù)等，因此廣泛應(yīng)用到了供水、供暖、電力、文化娛樂(lè)以及交通運(yùn)輸?shù)壬铑I(lǐng)域中。 改革開(kāi)放后，我國(guó)開(kāi)始加大了對(duì)PLC的引進(jìn)、研發(fā)、生產(chǎn)的探應(yīng)用的工作。開(kāi)始PLC只在引進(jìn)的設(shè)備中大量應(yīng)用，后來(lái)隨著科技與技術(shù)的提高在全國(guó)范圍內(nèi)的各種企業(yè)、各種生產(chǎn)設(shè)備以及產(chǎn)品中廣泛的使用，不斷提高PLC在我

12、國(guó)的普及與應(yīng)用。現(xiàn)在咱國(guó)已有能力本身生產(chǎn)小型可編程控制器，我相信，跟著科技的生長(zhǎng)，國(guó)力的提升，可編程控制器必然會(huì)在我國(guó)有廣闊的實(shí)用前途。 空氣壓縮設(shè)備是當(dāng)代采礦業(yè)安全生產(chǎn)的四大不變?cè)O(shè)備（選礦、空氣壓縮、破碎、治砂）之一，空壓機(jī)是礦井用于產(chǎn)生和運(yùn)送壓縮空氣的必備動(dòng)力設(shè)備，是礦井的原動(dòng)力之一。隨著煤礦業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)步，煤礦企業(yè)對(duì)采礦設(shè)備提出了越來(lái)越高的要求，安全生產(chǎn)也深深植入礦山生產(chǎn)建設(shè)思想中。繼電器組成的傳統(tǒng)保護(hù)設(shè)備大多是采用儀表分離等手段，這也就造成了其較低的可靠性、高昂的費(fèi)用以及穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)。同時(shí)繼電器組成的控制電路不移維護(hù)、不易操作、不易監(jiān)控，滿足不了現(xiàn)代礦山企業(yè)對(duì)采礦設(shè)備提出的穩(wěn)定性

13、、安全性與經(jīng)濟(jì)性的要求。當(dāng)今火急須簡(jiǎn)單的、易保養(yǎng)、易監(jiān)測(cè)而且便宜的控制器來(lái)取締由大量繼電器構(gòu)成的線路。計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、電子技術(shù)的迅猛成長(zhǎng)為可編程控制器（PLC）的成長(zhǎng)打下了底子。與繼電器組成的線路相比PLC穩(wěn)定性好，功能多，價(jià)格低廉，具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。因此眾多的采礦業(yè)都已選擇使用PLC來(lái)替代繼電器組成的控制線路。 在空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)中引入可編程控制器極大地降低了系統(tǒng)的操作難度，大大的提高了安全與穩(wěn)定性同時(shí)也節(jié)省了人力物力?；赑LC的空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)讓操作人員可以在較遠(yuǎn)距離的廠區(qū)機(jī)房?jī)?nèi)完成各種控制工作，極大地降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地節(jié)約了人力成本，同時(shí)也保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全與

14、穩(wěn)定。 第1章 空氣壓縮機(jī) 1.1 空氣壓縮機(jī)的用途及其優(yōu)點(diǎn) 空壓機(jī)在采礦業(yè)的生產(chǎn)中應(yīng)用非常大，其工作原理就是將取之不盡，用之不竭的空氣轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)動(dòng)力，并有輸送設(shè)備。空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮氣體可以讓井下的機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)。通常礦業(yè)生產(chǎn)部門(mén)都會(huì)將空壓機(jī)安裝在山上或者礦井上，空壓機(jī)與通氣管道相連[1]。被壓縮的空氣順著通氣管道流向礦井下的工作區(qū)域，使風(fēng)動(dòng)機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)，完成生產(chǎn)生活的目的。 取之不盡用之不竭的新鮮空氣可以通過(guò)空壓機(jī)轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)動(dòng)力，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備。使用空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)動(dòng)設(shè)備與電力驅(qū)動(dòng)相比具有一下優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)有火花的威脅；機(jī)械設(shè)備不怕超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；井下工人不會(huì)有觸電的危險(xiǎn)；在嚴(yán)寒、酷熱以

15、及高灰塵的環(huán)境中依然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)空壓機(jī)產(chǎn)生的新鮮空氣可以改變井下渾濁空氣的狀況。但同時(shí)空壓機(jī)也有其缺點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)效率較低、使用電量較大、生產(chǎn)資源極高等。因此，空壓機(jī)在今后必將朝著效率極高、穩(wěn)定性極好以及生產(chǎn)成本低的方向轉(zhuǎn)變[2]。 1.2 空氣壓縮機(jī)的分類(lèi) 空壓機(jī)分為螺桿式空壓機(jī)，其又分為兩種：噴油螺桿空壓機(jī)與干式螺桿空壓機(jī)；滑片式空壓機(jī)；羅茨式空壓機(jī)；活塞式空壓機(jī)；葉片式空壓機(jī)等，如圖1-1。 空氣壓縮機(jī) 螺桿式空壓機(jī) 滑片式空壓機(jī) 羅茨式空壓機(jī) 活塞式空壓機(jī) 葉片式空壓機(jī) 其它 噴油螺桿式空壓機(jī) 干式螺桿空壓機(jī) 圖1-1 空氣壓縮機(jī)的分類(lèi) 1

16、.3 螺桿式空氣壓縮機(jī) 1.3.1 螺桿式空壓機(jī)的應(yīng)用 螺桿式空壓機(jī)大量使用在石油、交通運(yùn)輸、制造等部門(mén)，在機(jī)體容量大和能在很差的惡劣環(huán)境中，漸漸代替了另外不同類(lèi)型的空壓機(jī)。 1.3.2 螺桿式空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理 螺桿式空壓機(jī)是利用機(jī)體內(nèi)的齒桿運(yùn)動(dòng)以改變其體內(nèi)的空間，來(lái)達(dá)到壓縮氣體的目的。為順應(yīng)礦井空壓機(jī)的大而穩(wěn)定的要求，螺桿式空壓機(jī)須要向大型化成長(zhǎng)，但存在相對(duì)漏泄量大、相對(duì)噴油量多、動(dòng)力損失大、對(duì)軸承的要求較高等問(wèn)題，必然進(jìn)一步提高空壓機(jī)的機(jī)能，來(lái)順應(yīng)礦井的安全生產(chǎn)[3]。 （1）吸氣過(guò)程：隨著空壓機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，機(jī)體內(nèi)的體積不斷擴(kuò)大，這也就會(huì)使空壓機(jī)的機(jī)殼內(nèi)這一部分形成真空狀態(tài)

17、。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使空壓機(jī)機(jī)殼內(nèi)的體積達(dá)到最大值時(shí)，進(jìn)氣口便被打開(kāi)，外部的新鮮空氣在大氣壓強(qiáng)的作用下被推進(jìn)了空壓機(jī)機(jī)殼內(nèi)?？諌簷C(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)氣管口隨機(jī)被關(guān)閉，這也就會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣管口被封閉，進(jìn)氣過(guò)程隨機(jī)結(jié)束。 （2）壓縮空氣：這時(shí)候，陽(yáng)桿沿著從左向右的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而陰桿則沿著與其相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。存在于機(jī)殼內(nèi)的氣體慢慢地被兩桿擠壓，因此機(jī)殼內(nèi)的氣壓也不斷的提升。兩桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)兩桿轉(zhuǎn)到一定程度時(shí)，同期管口便與該部分氣體接觸，壓縮過(guò)程隨著結(jié)束。 （3）排氣過(guò)程：當(dāng)空壓機(jī)機(jī)殼內(nèi)的氣壓達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，空壓機(jī)的排氣管口隨機(jī)被打開(kāi)，被壓縮的空氣在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)作用下通過(guò)排氣管口被排到儲(chǔ)氣罐內(nèi)。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)空壓

18、機(jī)機(jī)殼內(nèi)的容積達(dá)到0時(shí)，此時(shí)的排氣管口隨機(jī)被關(guān)閉，排氣過(guò)程也就結(jié)束了。 1.3.3 螺桿式空壓機(jī)的特點(diǎn) 螺桿式空壓機(jī)已經(jīng)在社會(huì)生產(chǎn)中占領(lǐng)了很大的比重，因?yàn)樗母咝詢(xún)r(jià)比，現(xiàn)在其已經(jīng)對(duì)古老的空壓機(jī)種類(lèi)的生存造成了無(wú)法挽回的毀壞，但缺點(diǎn)總是和優(yōu)點(diǎn)相伴而生[4]。 （1）螺桿式空壓機(jī)優(yōu)點(diǎn)： ① 產(chǎn)品規(guī)格比較容易，在一定的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子的直徑、形狀可維持不變而僅需將螺桿轉(zhuǎn)子加長(zhǎng)、來(lái)適合不同風(fēng)量的需求。 ② 與往復(fù)式空壓機(jī)一樣具有定排量的共同特性，排氣壓力有相當(dāng)廣泛的變化范圍。 ③ 可以使用節(jié)流控制 （2）螺桿式空壓機(jī)的缺點(diǎn)： ① 長(zhǎng)時(shí)間不使用螺桿式空壓機(jī)時(shí)，為了保護(hù)機(jī)器延長(zhǎng)其使用壽命，

19、需要工作人員定期轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器。 ② 螺桿式空壓機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)體的溫度極其高，通?？梢缘竭_(dá)200度。因此需要對(duì)空壓機(jī)安裝降溫設(shè)備，加重了生產(chǎn)資本。 ③ 在空壓機(jī)損壞不能在使用時(shí)，拆卸機(jī)器非常麻煩，并且在更換主機(jī)價(jià)格幾乎可以在購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)新的機(jī)器。 ④ 噴油式的機(jī)器因其機(jī)殼內(nèi)空氣含有潤(rùn)滑油，因此在飲食方面不被采用。 1.4 活塞式空壓機(jī) 活塞式空壓機(jī)主要是由：傳動(dòng)、推動(dòng)和氣缸組件構(gòu)造的。傳動(dòng)組件的作用是產(chǎn)生動(dòng)力給空壓機(jī)，已實(shí)現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)。氣缸組件就是空壓機(jī)機(jī)殼內(nèi)的容積。推動(dòng)組件就是使活塞活動(dòng)的那部分裝備。打開(kāi)空壓機(jī)后，電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的動(dòng)力可以促使傳動(dòng)組件推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到使活塞做周期運(yùn)動(dòng)的

20、目的?；钊娇諌簷C(jī)的正常旋轉(zhuǎn)僅靠上述組件是遠(yuǎn)不夠的，還需要工作人員為其增加一些輔助裝備[5]。例如：為了使空壓機(jī)機(jī)體內(nèi)有大量的干凈空氣，過(guò)濾器就會(huì)被安裝在空壓機(jī)上；空壓機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)難免產(chǎn)生沒(méi)用的熱量，為此空壓機(jī)需要一個(gè)降溫裝置；被壓縮的氣體必須還有儲(chǔ)存的地方；被壓縮氣體使用量和用電的情況一樣都不穩(wěn)定，因此調(diào)節(jié)裝置必須有?；钊娇諌簷C(jī)原理簡(jiǎn)圖如圖1-2。 4 3 1 2 5 1 3 3 4 4 5 a．單作用式 b．雙作用式 1—汽缸 2—活塞 3—進(jìn)氣閥 4—排氣閥 5—活塞桿 圖1-2單級(jí)活塞式空壓機(jī)原理簡(jiǎn)圖 該類(lèi)型空壓機(jī)的工作輪回是由：吸氣

21、過(guò)程AB，壓縮過(guò)程BC,和排氣過(guò)程CD組成。 (1) 吸氣過(guò)程AB 活塞從A點(diǎn)向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)后所形成的機(jī)體體積，不斷由新鮮空氣填充，當(dāng)活塞行至點(diǎn)B時(shí)，常壓的空氣填補(bǔ)了活塞式空壓機(jī)的氣缸，完成充氣過(guò)程。 （2） 壓縮過(guò)程BC 當(dāng)活塞返回時(shí)，氣缸內(nèi)的空氣慢慢地被擠壓。當(dāng)空氣被壓縮到C點(diǎn)（氣缸內(nèi)的空氣壓力等于排氣管內(nèi)的空氣壓力）時(shí)，氣缸開(kāi)始向外排氣。壓縮過(guò)程也就結(jié)束了。 (3)排氣過(guò)程CD 當(dāng)活塞行至C點(diǎn)開(kāi)始排氣后，隨著活塞的移動(dòng)，壓縮空氣不斷向排氣管排送。當(dāng)活塞到達(dá)D點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)的空氣已經(jīng)沒(méi)有了，這也就完成一個(gè)循環(huán)。 當(dāng)活塞再?gòu)纳宵c(diǎn)向下點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到第二個(gè)循環(huán)，一遍又一遍

22、的重復(fù)著以上的過(guò)程。 上述兩種空壓機(jī)性能比較，如表1-1。 表1-1兩種空壓機(jī)性能比較 比較方面 螺桿式空壓機(jī) 活塞式空壓機(jī) 力的平衡性 氣體產(chǎn)生的徑向、軸向力自動(dòng)平衡，無(wú)副作用 曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生較大的慣性力，對(duì)活塞、活塞環(huán)及氣缸的破壞性較大 使用壽命 螺桿空壓機(jī)主機(jī)的使用壽命最少10-15年 缸數(shù)最少在兩缸以上，平衡性較差，使用壽命最長(zhǎng)在2-3年 噪聲、振動(dòng) 無(wú)內(nèi)應(yīng)力，力平衡性好，振動(dòng)小，安裝無(wú)需基礎(chǔ)，噪音低，一般為58-60db，可直接放在辦公場(chǎng)所 運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中受力不平衡，震動(dòng)較大，大功率時(shí)需要基礎(chǔ)固定，低頻噪聲80-100db，只能安裝在遠(yuǎn)距離的角落里 耐久性

23、 徑向、軸向力完全平衡，軸承壽命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)自軸承力為5玩h，維護(hù)周期長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低 摩擦部位多，機(jī)械損耗大，活塞、活塞環(huán)等易損壞壽命僅為3000-5000h，維護(hù)周期短，維護(hù)費(fèi)用高 空氣質(zhì)量 內(nèi)有自動(dòng)排水器，除水率達(dá)到80%以上，壓縮空氣品質(zhì)較高 無(wú)自動(dòng)排水器，基本無(wú)排水、除油能力，壓縮空氣品質(zhì)較低 維修性 主機(jī)機(jī)殼采用整體結(jié)構(gòu)后，星輪側(cè)有大窗，維護(hù)方便 易損件更換頻繁，拆卸、安裝工作量大 體積 體積小，箱式隔音包裝、結(jié)構(gòu)緊湊 體積較大，振動(dòng)大，需要基礎(chǔ)加以固定 保修期 主機(jī)保修三年，終身維護(hù) 最長(zhǎng)保修期為一年 智能化程度 整機(jī)全由電腦PLC控制，具有故障診斷及顯示功

24、能 不存在智能化 根據(jù)以上分析，本系統(tǒng)選用螺桿式空壓機(jī) 。 第2章 可編程控制器（PLC） 2.1 PLC概述 在二十世紀(jì)四十年代，美國(guó)獅子設(shè)備公司(DEC)D第一個(gè)成功研發(fā)了可編程控制器，該公司研發(fā)的主要目的就是為了改變傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)。由于該控制器具有邏輯性能，被叫做可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中的應(yīng)用，現(xiàn)在的PLC又增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信等功能，使PLC更多的具有了計(jì)算機(jī)的功能[6]。 PLC從產(chǎn)生到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了三代的更新，如表2-

25、1。 表2-1PLC的變更 代次 微處理器 功能特點(diǎn) 應(yīng)用范圍 第一代 1969~1972 1位微處理器 邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù) 替代傳統(tǒng)的繼電控制 第二代 1973~1975 8位微處理器及存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)的傳送和比較、模擬量的運(yùn)算 能同時(shí)完成邏輯控制、模擬量控制 帶三代 1976~1983 高性能8位微處理器 處理速度提高，向高功能及聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展 復(fù)雜控制系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)通信 第四代 1983~至今 16位、32位微處理器 邏輯、運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)處理聯(lián)網(wǎng)功能的多功能 分級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 2.2 PLC的基本組成 PLC主要由CPU、存儲(chǔ)器、基本I/O接

26、口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成。PLC結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。 接觸器 CPU 存儲(chǔ)器 電源部分 輸 入 單 元 輸 出單元 單 元 編程器或其他設(shè)備 按鈕 繼電器觸點(diǎn) 電磁閥 行程開(kāi)關(guān) 指示燈 圖2-1 PLC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.3 PLC的基本工作原理 2.3.1 可編程序控制器的工作方式 PLC的工作方式與我們通常所熟知的計(jì)算機(jī)工作方式不同，即計(jì)算機(jī)等待操作指令傳達(dá)。而PLC采用的是無(wú)限循環(huán)掃描所接收的操作指令，并立即從上

27、而下分析該指令，并做出相應(yīng)的反應(yīng)[7]。 2.3.2 可編程序控制器的工作過(guò)程 PLC采用循環(huán)掃描工作方式的工作過(guò)程一般分為6各階段：以故障診斷和處理為主的公共操作、與編程器等的通信處理、輸入掃描、執(zhí)行用戶程序、處理輸出和響應(yīng)外設(shè)。其工作過(guò)程如圖2-2。 電源 自診斷 檢查WDT時(shí)間 與編程器交換信息 是否有網(wǎng)絡(luò)？ 與網(wǎng)絡(luò)交換信息 狀態(tài)判定RUN? 輸入掃描 執(zhí)行用戶程序 輸出處理 響應(yīng)外設(shè) N Y 停止運(yùn)行 I/O故障 圖2-2 PLC工作過(guò)程圖 （1）公共操作 設(shè)計(jì)者在最初設(shè)計(jì)PLC時(shí)，以充分考慮到PLC的可靠性。故在PL

28、C內(nèi)部安裝有自我監(jiān)視等功能。一旦PLC出現(xiàn)故障，則PLC就會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)。若系統(tǒng)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的故障時(shí)，PLC會(huì)立即斷電。若發(fā)生不是嚴(yán)重的故障，PLC可以值發(fā)出聲光警報(bào)而不停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）與編程器交流信息 用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)將可以已寫(xiě)好的程序?qū)隤LC，PLC接受指令后，PLC變做出動(dòng)作，用戶在這一段時(shí)間內(nèi)可以修改程序，也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)視PLC運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，同時(shí)運(yùn)行的兩個(gè)PLC可以進(jìn)行信息交流，PLC也可以與磁帶機(jī)信息交流。 （3）通信處理 在通信情求處理階段，CPU處理從通信接口和智能模塊接收到的信息，例如：讀取智能模塊的信息并放在沖區(qū)中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信情求方

29、。 （4）CPU自診斷測(cè)試 自診斷測(cè)試指的是系統(tǒng)對(duì)其各模塊的掃描，并將掃描的結(jié)果反饋給CPU，并完成其他任務(wù)。 （5）執(zhí)行外設(shè)指令 每次執(zhí)行完用戶程序后，如果外部設(shè)備有中斷請(qǐng)求，PLC就會(huì)進(jìn)入服務(wù)外設(shè)指令操作。如果沒(méi)有外部設(shè)備命令，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一次循環(huán)掃描，直到接受終止命令。 2.3.3 可編程控制器的I/O響應(yīng)時(shí)間 輸入/輸出響應(yīng)時(shí)間簡(jiǎn)稱(chēng)“I/O響應(yīng)時(shí)間，操作者對(duì)PLC發(fā)出操作指令后，PLC立即操作外部硬件設(shè)備運(yùn)行這期間所用的時(shí)間我們稱(chēng)之為I/O響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間受外部設(shè)備溫度，PLC性能以及用戶指令長(zhǎng)短影響。一般來(lái)說(shuō)I/O響應(yīng)時(shí)間不會(huì)超過(guò)20ms，對(duì)于

30、不重要的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這些時(shí)間是可有可無(wú)的。而對(duì)于大型重要的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)響應(yīng)時(shí)間越短越好[8]。 2.4 PLC的分類(lèi) （1）整體式PLC 整體式PLC在結(jié)構(gòu)上是將CPU、輸入/輸出部件都集中配置在一個(gè)機(jī)箱具有結(jié)構(gòu)緊密、體積小、重量輕、價(jià)格低等特點(diǎn)。但存在主機(jī)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)固定、靈活性差、維修不便等缺點(diǎn)。 （2）掛機(jī)模塊式PLC 掛機(jī)模塊式PLC的各部分以獨(dú)立的模塊形式分開(kāi)設(shè)置。這種機(jī)構(gòu)的PLC配置靈活、方便、便于擴(kuò)展。機(jī)架模塊式PLC存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、插件多、造價(jià)較高等缺點(diǎn)。 （3）分散式PLC 分散式結(jié)構(gòu)PLC是將CPU、電源、存儲(chǔ)器集中放置在中央控制室，構(gòu)成主控站。CPU作為系

31、統(tǒng)的“指揮官”操控著系統(tǒng)主件于副件之間的聯(lián)系，并使其動(dòng)作相互配合。 13 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第3章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 3.1 S7-200構(gòu)件簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)采用的PLC是西門(mén)子S7-200，包括各種各樣的模板塊：CPU模板、功能轉(zhuǎn)換模板FM、信號(hào)模板、電源模板PS、通信模板CP等[9]。S7-200已發(fā)展數(shù)年，現(xiàn)如今完全可以解決用戶提出的各種各樣的要求，來(lái)達(dá)到生產(chǎn)生活的目的。 3.1.1 中央處理器CPU的功能 （1）使用者利用編程器寫(xiě)入相應(yīng)的程序與數(shù)據(jù)并被CPU接受與存儲(chǔ)。 （2）CPU在接收到程序后，開(kāi)始判斷所接受程序中是否有錯(cuò)誤。

32、 （3）利用CPU掃描功能，來(lái)自工作的輸入信號(hào)被接受到相應(yīng)的寄存器與存儲(chǔ)器中。 （4）CPU開(kāi)始運(yùn)行后，CPU從相應(yīng)的存儲(chǔ)器從上至下讀入程序，并執(zhí)行，完成程序的邏輯與算術(shù)運(yùn)算。 3.1.2 S7-200模板的主要特性 常用S7-200模板的主要特性如表3-1所示。 表3-1 常用S7-200常用產(chǎn)品主要特性 參數(shù) CPU312 CPU312C CPU313C CPU314 CPU317 用戶內(nèi)存/KB 16 16 32 32 512 自由編址 YES YES YES YES YES 位存儲(chǔ)器 1024 1024 2048 2048 3

33、2768 計(jì)數(shù)器 128 128 256 256 512 定時(shí)器 128 128 256 256 512 指令處理時(shí)間（ms） 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 3.2 元器件的選型 3.2.1 空氣壓縮機(jī)主要參數(shù) 本系統(tǒng)選擇LGY-17型螺桿式空壓機(jī)，陽(yáng)轉(zhuǎn)子直徑262.5mm；陰轉(zhuǎn)子直徑210mm；轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度375mm；轉(zhuǎn)速1800r/min。吸氣壓力0.1MPa；排氣壓力0.8MPa[10]。 3.2.2 變頻器參數(shù) （1） 主要特性 矢量控制方式，可構(gòu)成閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制；高估在能力，內(nèi)置制動(dòng)單元。 （2）

34、控制功能 ① 獨(dú)立I/O端子板，方便維護(hù)。 ② 內(nèi)置PID控制器，參數(shù)自整定。 ③ 可實(shí)現(xiàn)主/從控制及力矩控制方式。 ④ 在電源消失或故障時(shí)具有“自動(dòng)再起”功能。 （3）變頻器外部接線圖如圖3-1。 圖3-1變頻器外部接線圖 3.2.3 壓力傳送器的技術(shù)參數(shù) KZ-YLF系列常規(guī)型擴(kuò)散硅壓力變送器選用進(jìn)口高精度、高穩(wěn)定硅壓力敏感充油芯體，通過(guò)高可靠性的放大電路，將被測(cè)介質(zhì)的表壓轉(zhuǎn)換成1~5V的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)[11]。 （1）特點(diǎn) ① 精度超高、穩(wěn)定性超好、非常安全可靠 ② 體積小外形美觀，性?xún)r(jià)比高 ③ 量程范圍寬（-1000KPa~1000KPa~60MPa）

35、 ④ 不銹鋼隔離膜片，防腐蝕性好 ⑤ 反向積極保護(hù)及限流保護(hù) ⑥ 防雷擊、防射頻保護(hù)、防爆 （2）設(shè)備技術(shù)參數(shù) ① 測(cè)量范圍：-100~200KPA~60MPA ② 溫度漂移：0.02%FS/℃ ③ 測(cè)量精度：<0.2%FS ④ 壓力類(lèi)型：絕壓，表壓 ⑤ 介質(zhì)溫度：-30~125℃ ⑥ 供電：12~30vdc（三相電壓） 3.2.4 接觸器簡(jiǎn)介 （1）接觸器的選取 隨著社會(huì)的變化接觸器越來(lái)越多的被使用在各類(lèi)型的工廠設(shè)備中。因?yàn)榻涣骰芈放c直流回路的斷開(kāi)與接通只能由接觸器實(shí)現(xiàn)和完成，因此在低電壓保護(hù)方面大放光彩?，F(xiàn)如今控制容量對(duì)接觸器來(lái)說(shuō)越來(lái)越重要，所以大型容量的接觸器

36、正在被廣泛的運(yùn)用到遠(yuǎn)距離控制和頻繁操作的工作中，自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與完成已經(jīng)離不開(kāi)接觸器了。由于電機(jī)的額定電流的1.5倍是60A，因此本系統(tǒng)選擇使用了CJX8-30的交流接觸器。 （2）結(jié)構(gòu)特性 ① CJX8-30交流接觸器為“正裝式結(jié)構(gòu)”，即觸頭系統(tǒng)在前面、此系統(tǒng)在后面(靠近安裝面). ② 動(dòng)觸頭為橋式結(jié)構(gòu)。接觸器的主觸頭可以與主線路分離，在接觸器發(fā)生故障時(shí)可以不必停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。 ③ 交流接觸器采用完全封閉式的自然滅弧，已達(dá)到生產(chǎn)生活而安全與穩(wěn)定。 ④ 接觸器可以迅速的安裝在40mm的軌道上，不同類(lèi)型的輔助觸頭，可以在其上使用。 3.2.5 熱繼電器選取 由于電動(dòng)機(jī)的額定電

37、流的整定值的1.3~1.5倍等于JR20的額定電流，因此本系統(tǒng)選取JR20型熱繼電器。該繼電器安全額定工作頻率為50HZ，在其內(nèi)部中分布著不同膨脹系數(shù)的金屬片。在接觸器安裝在電路中時(shí)，電流流過(guò)其內(nèi)的電阻時(shí)會(huì)發(fā)熱，而金屬片會(huì)在這些熱量中變形，在變化到一定程度時(shí)，就能夠使連桿移動(dòng)，從而使主電路斷路。接觸器由此被斷開(kāi)，主電路因此電流流過(guò)，從而達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的安全生產(chǎn)生活中。因?yàn)闊崂^電器生產(chǎn)成本較低、結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單、非常安全與可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以熱繼電器被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中[12]。 3.2.6 報(bào)警裝置 各式各樣的傳感器都被安裝在本系統(tǒng)操作系統(tǒng)中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)著系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。壓力傳感器與CPU2

38、26內(nèi)部的時(shí)間繼電器配合工作。用戶程序經(jīng)過(guò)PLC處理后，便可以對(duì)系統(tǒng)硬件部件進(jìn)行保護(hù)，并立即執(zhí)行預(yù)先設(shè)計(jì)的保護(hù)程序，進(jìn)行保護(hù)系統(tǒng)工作。系統(tǒng)執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作可如下情況：在PLC運(yùn)行用戶程序時(shí)，若PLC對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)出運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，但電動(dòng)機(jī)拒動(dòng)(氣體管道內(nèi)的壓力值小于要求壓力值)，便可以判斷系統(tǒng)發(fā)生了外部硬件故障，值班人員接到報(bào)警信號(hào)后，立即動(dòng)作進(jìn)行檢查與維修。保護(hù)著設(shè)備安全[13]。 18 第4章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)軟件電路的設(shè)計(jì) 4.1 設(shè)計(jì)PLC程序通用方法 （1）再設(shè)計(jì)系統(tǒng)前，應(yīng)先掌握相關(guān)知識(shí)，熟悉系統(tǒng)的目的，并繪制相關(guān)的功能圖。 （2）設(shè)計(jì)程序梯形圖。 （3）模擬操作結(jié)束后

39、，工作人員應(yīng)根據(jù)結(jié)果修數(shù)據(jù)，在結(jié)果符合預(yù)設(shè)值時(shí)，停止這部分操作。 4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 流程框圖如下面的圖4-1所示。 （1）分析被調(diào)控對(duì)象 熟悉了解被研究對(duì)象的運(yùn)行特征以及工作過(guò)程，充分利用風(fēng)、光、霧等之間的合理關(guān)系，最終確定PLC對(duì)被研究對(duì)象的工作要求。 （2）確定輸入、輸出設(shè)備 工作人員根據(jù)結(jié)果預(yù)設(shè)值，確定所必須的設(shè)備（如：按鈕、位置開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、傳送器等）和輸出設(shè)備。根據(jù)確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。 （3）選擇PLC 包括PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇 （4）分配I/O點(diǎn) 合理配置I/O點(diǎn)，得到相應(yīng)的I/O表與外部接線圖。

40、 分析被控對(duì)象的工藝流程 分析系統(tǒng)控制要求 確定外部輸入/輸出設(shè)備 選擇PLC 分配I/O點(diǎn) 繪制功能表圖 設(shè)計(jì)控制臺(tái) 設(shè)計(jì)梯形圖 現(xiàn)場(chǎng)施工布線 輸入程序并檢查 模擬調(diào)試 交付使用 手工調(diào)試 修改 N N Y 滿足？ 圖4-1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 4.3 PLC I/O點(diǎn)的分配表和外部接線圖 PLC的I/O點(diǎn)的分布表如表4-1和表4-2。 表4-1輸入點(diǎn)分配 信號(hào)名稱(chēng) 符號(hào) 地址 信號(hào)名稱(chēng) 符號(hào) 地址 啟動(dòng) SB1 I0.0 4?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM7 I1.3 停止 SB2

41、 I0.1 4?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM8 I1.4 工作方式選擇（手/自） SA1 I0.2 5?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM9 I1.5 模式選擇（高/低） SA2 I0.3 5?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM10 I1.6 故障復(fù)位 SA3 I0.4 1?保護(hù)動(dòng)作信號(hào) FR1 I1.7 1?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM1 I0.5 2?保護(hù)動(dòng)作信號(hào) FR2 I2.0 1?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM2 I0.6 3?保護(hù)動(dòng)作信號(hào) FR3 I2.1 2?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM3 I0.7 4?保護(hù)動(dòng)作信號(hào) FR4 I2.2 2

42、?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM4 I1.0 5?保護(hù)動(dòng)作信號(hào) FR5 I2.3 3?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM5 I1.1 變頻器運(yùn)行檢測(cè)信號(hào) KM11 I2.4 3?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào) KM6 I1.2 變頻器故障信號(hào) BPQ I2.5 表4-2輸出點(diǎn)分配 信號(hào)名稱(chēng) 符號(hào) 地址 信號(hào)名稱(chēng) 符號(hào) 地址 1?工頻交流接觸器以及指示燈 KM1,D1 Q0.0 1?故障指示燈 D11 Q1.2 1?變頻交流接觸器以及指示燈 KM2,D2 Q0.1 2?故障指示燈 D12 Q1.3 2?工頻交流接觸器以及指示燈 KM3,D3

43、Q0.2 3?故障指示燈 D13 Q1.4 2?變頻交流接觸器以及指示燈 KM4,D4 Q0.3 4?故障指示燈 D14 Q1.5 3?工頻交流接觸器以及指示燈 KM5,D5 Q0.4 5?故障指示燈 D15 Q1.6 3?變頻交流接觸器以及指示燈 KM6,D6 Q0.5 變頻器指示燈 D16 Q1.7 4?工頻交流接觸器以及指示燈 KM7,D7 Q0.6 報(bào)警指示燈 D17 Q2.0 4?變頻交流接觸器以及指示燈 KM8,D8 Q0.7 進(jìn)水控制閥 DKM11 Q2.1 5?工頻交流接觸器以及指示燈 KM9,D9 Q1.

44、0 變頻器控制 略 略 5?變頻交流接觸器以及指示燈 KM10,D10 Q1.1 變頻器控制 略 略 圖4-2 I/O口外部接線圖 22 第5章 PLC恒壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 控制系統(tǒng)恒壓輸出的方法 輸出管道內(nèi)的壓力通常被我們用來(lái)作為研究對(duì)象。壓力傳感器隨時(shí)測(cè)量著輸出氣管內(nèi)的氣壓，將氣壓值轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，傳送給PID控制系統(tǒng)，而后該系統(tǒng)將接收到的信號(hào)參考事先設(shè)定的壓力值，若壓力小于實(shí)際生產(chǎn)的需求，下一臺(tái)空壓機(jī)將被變頻啟動(dòng)；若壓力值大于預(yù)設(shè)值，則PLC將封閉此刻運(yùn)轉(zhuǎn)的空壓機(jī)。減小壓縮空氣的生產(chǎn)，使通氣管內(nèi)的氣壓于需要值一樣[14]。流

45、程控制圖如圖5-1所示。 圖5-1控制系統(tǒng)恒壓控制流程圖 5.2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)電氣圖 系統(tǒng)電氣原理圖見(jiàn)附錄1。 系統(tǒng)外部接線圖見(jiàn)附錄2。 系統(tǒng)梯形圖見(jiàn)附錄3。 5.3 PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)空壓機(jī)的切換方式 系統(tǒng)以輸氣管道的氣壓值為研究對(duì)象，壓力傳感器隨時(shí)監(jiān)控著輸出氣管內(nèi)的氣壓，將氣壓值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，傳送給PID控制系統(tǒng)，而后該系統(tǒng)將接收到的電信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的壓力值比較，若壓力小于實(shí)際生產(chǎn)的需要，下一臺(tái)空壓機(jī)將被變頻啟動(dòng)；若壓力值大于設(shè)定值，則PLC將關(guān)閉此刻運(yùn)轉(zhuǎn)的空壓機(jī)。減小壓縮空氣的生產(chǎn)，使通氣管內(nèi)的氣壓于需要值一樣。完成空壓機(jī)的切換[15]。

46、開(kāi)始 變頻器啟動(dòng) 頻率是否達(dá)到上限 頻率是否達(dá)到下限 檢測(cè)參數(shù)是否正常 是否又停機(jī)信號(hào) 停機(jī) 轉(zhuǎn)化為工頻運(yùn)行并把變頻器切換到下一臺(tái)空壓機(jī) 當(dāng)前空壓機(jī)停機(jī)并把變頻器復(fù)位 報(bào)警延時(shí) Y Y N N Y Y N 圖5-3 PLC恒壓控制系統(tǒng)流程圖 5.4 PLC變頻調(diào)速控制原理 系統(tǒng)運(yùn)行情況有兩種： （1） 通氣管道內(nèi)的氣壓高于生產(chǎn)的需求： 系統(tǒng)接工作前，變頻器的組件正處于欲工作的狀態(tài)，此時(shí)變頻器組件正處于變頻運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。工作人員打開(kāi)開(kāi)始開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。首先運(yùn)行的是1 ? 空壓機(jī)，機(jī)體內(nèi)的電動(dòng)機(jī)迅速啟動(dòng)，系統(tǒng)頻率達(dá)到預(yù)設(shè)上限值50HZ，延遲5S

47、后通氣管道內(nèi)的氣壓仍無(wú)法滿足生產(chǎn)的需要，則中間繼電器接收來(lái)自PLC的控制信號(hào)，使1 ?空壓機(jī)保持工頻運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；此時(shí)，繼電器將2 ?空壓機(jī)置于變頻工作狀態(tài)，2 ?空壓機(jī)開(kāi)始變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行幾秒后，2 ?空壓機(jī)已達(dá)到頻率上限（50HZ）通氣管道內(nèi)的氣壓仍達(dá)不到生產(chǎn)的要求，則中間繼電器又將接收來(lái)自PLC的控制信號(hào)，將2 ?空壓機(jī)置于工頻運(yùn)行狀態(tài)；3 ?空壓機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)空壓機(jī)處于變頻工作狀態(tài)，系統(tǒng)再次運(yùn)轉(zhuǎn)5S后，通氣管內(nèi)的氣壓仍不能滿足生產(chǎn)的需求，則依照上述原理啟動(dòng)4 ?、5 ?空壓機(jī)。 （2）通氣管道內(nèi)的氣壓高于生產(chǎn)的需求： 當(dāng)通氣管道內(nèi)的氣壓高于生產(chǎn)的需要，此時(shí)5臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)工頻運(yùn)行

48、著，則PLC將發(fā)出控制信號(hào)：工頻運(yùn)行著的5?空壓機(jī)將變成變頻工作方式，其自身頻率由50HZ降低到20HZ，若5 ?空壓機(jī)以20HZ運(yùn)行5S后，此時(shí)通氣管道內(nèi)的氣壓仍高于生產(chǎn)的需要，則PLC將關(guān)閉1 ?空壓機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)5S后通氣管的氣壓仍高于生產(chǎn)需要，則依次關(guān)閉2 ?、3 ?、4 ?空壓機(jī)，直至氣壓滿足生產(chǎn)的需要。 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)一旦出現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致系統(tǒng)溫度過(guò)高，則報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)被觸發(fā)，工作人員會(huì)及時(shí)的進(jìn)行維修，PLC控制空壓機(jī)切換流程如圖5-4所示。 1?空壓機(jī)變頻運(yùn)行 變頻器輸出頻率 1?空壓機(jī)停止運(yùn)行 添加空壓機(jī) 變頻器輸出頻率 減少工作空壓機(jī) 變頻

49、器輸出頻率 上限延時(shí)5s 上限延時(shí)5s 下限延時(shí)5s 上限延時(shí)5s 下限 延時(shí)5s 正常 開(kāi)始 1?空壓機(jī)變頻運(yùn)行 圖5-4空氣壓縮機(jī)切換流程圖 本系統(tǒng)有手動(dòng)、自動(dòng)運(yùn)行方式： （1）手動(dòng)運(yùn)行方式 在本操作方式中，工作人員可以按下開(kāi)始按鈕來(lái)開(kāi)啟某個(gè)空壓機(jī)或按下停止按鈕來(lái)關(guān)閉某個(gè)空壓機(jī)。在設(shè)備出現(xiàn)故障或需要維修保養(yǎng)時(shí)才會(huì)使用本操作方式。 （2）自動(dòng)運(yùn)行方式 在本操作方式中，變頻器的組件正處于欲工作的狀態(tài)，此時(shí)變頻器組件正處于變頻運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。工作人員按下電源開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。首先運(yùn)行的是1 ? 空壓機(jī)，機(jī)體內(nèi)的電動(dòng)機(jī)迅速啟動(dòng)，系統(tǒng)頻率達(dá)到預(yù)設(shè)上限值50HZ，

50、延遲5S后通氣管道內(nèi)的氣壓仍無(wú)法滿足生產(chǎn)的需要，則中間繼電器接收來(lái)自PLC的控制信號(hào)，使1 ?空壓機(jī)處于工頻運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；此時(shí)，繼電器將2 ?空壓機(jī)置于變頻工作狀態(tài)，2 ?空壓機(jī)開(kāi)始變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行一段時(shí)間后，2 ?空壓機(jī)已達(dá)到頻率上限（50HZ）通氣管道內(nèi)的氣壓仍達(dá)不到生產(chǎn)的要求，則中間繼電器又將接收來(lái)自PLC的控制信號(hào)，將2 ?空壓機(jī)置于工頻運(yùn)行狀態(tài)；3 ?空壓機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)空壓機(jī)處于變頻工作狀態(tài)，系統(tǒng)再次運(yùn)轉(zhuǎn)5S后，通氣管內(nèi)的氣壓仍不能滿足生產(chǎn)的需求，則依照上述原理啟動(dòng)4 ?、5 ?空壓機(jī)。 5.5 計(jì)算機(jī)與PLC通信 S7-200支持多種通信協(xié)議。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口（PPI）、多點(diǎn)接口（M

51、PI）和PROFIBUS協(xié)議基于7層開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI），通過(guò)一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。只要波特率相同，3個(gè)協(xié)議可以在同一個(gè)RS-485網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)進(jìn)行，不會(huì)相互干擾。PPI、MPI和S7協(xié)議沒(méi)有公開(kāi)，其它通信協(xié)議是公開(kāi)的[16]。 某些S7200有兩個(gè)通信口，它們?cè)诓煌ぷ鳝h(huán)境、要求下都能安全運(yùn)轉(zhuǎn)。 29 結(jié)　論 經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的準(zhǔn)備和編寫(xiě)，終于在今天吧本篇畢業(yè)論文寫(xiě)完了。在這期間越來(lái)越熟悉和掌握PLC相關(guān)的知識(shí)、變頻器技術(shù)和空壓機(jī)在社會(huì)生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。工作人員為了實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)空壓機(jī)的控制，現(xiàn)在只需要經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)主要目的是實(shí)現(xiàn)可編程控制器和變頻器對(duì)空氣壓縮機(jī)

52、組的自動(dòng)控制。本方案通過(guò)變頻器控制來(lái)達(dá)到對(duì)空氣壓縮機(jī)“一控多”的目的，可編程控制器可以達(dá)到變頻器的工頻與變頻自由控制轉(zhuǎn)換的現(xiàn)實(shí)需要，以及實(shí)現(xiàn)變頻器對(duì)空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)換控制。隨著科技與技術(shù)的提高在全國(guó)范圍內(nèi)的各種企業(yè)、各種生產(chǎn)設(shè)備以及產(chǎn)品中廣泛的使用，不斷提高PLC在我國(guó)的普及與應(yīng)用。與繼電器組成的線路相比PLC穩(wěn)定性好，功能多，價(jià)格低廉，具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。因此眾多的采礦業(yè)都已選擇使用PLC來(lái)替代繼電器組成的控制線路。 但是本設(shè)計(jì)方案仍有許多不足之處： （1）在編寫(xiě)本論文時(shí)，雖然參考了眾多的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，但這些知識(shí)都是“死知識(shí)”，對(duì)于我在現(xiàn)實(shí)中還無(wú)法靈活使用。 （2）本方案沒(méi)有在專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行

53、模擬操作。 （3）本方案還無(wú)法對(duì)PLC深層方面的知識(shí)進(jìn)行闡述，在今后的生活中還需時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)。 謝 辭 在近半年的努力之下，我終于完成了這篇論文，雖然自己付出了很多，但是這篇論文的完成離不開(kāi)老師和同學(xué)們的熱情幫助，如果沒(méi)有他們的幫助，我的論文將難以完成。 所以首先我要由衷的感謝我的指導(dǎo)老師陳朝輝老師，在我論文完成的過(guò)程中，陳老師總是幫助我解決一些我解決不了的難題，指導(dǎo)我如何去開(kāi)展下一步的工作。在寫(xiě)論文的過(guò)程中，我遇到的問(wèn)題特別多，陳老師總是不厭其煩的給我指導(dǎo)，給與我極大地幫助。陳老師不僅在工作中是一個(gè)特別嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜?，同時(shí)在生活中也是一個(gè)非常熱心的人。因此再次表示由衷的感謝

54、。 然后我要感謝在這段時(shí)間給與我?guī)椭耐瑢W(xué)們，是他們耐心的教我如何去寫(xiě)一篇論文，如何編程，如何去查閱資料。正是由于他們的幫助，才讓我在寫(xiě)論文的過(guò)程中少走了不少?gòu)澛贰? 最后我還要感謝培育我四年的洛陽(yáng)理工學(xué)院！? 參考文獻(xiàn) [1] 邢子文. 螺桿壓縮機(jī)的理論、設(shè)計(jì)、及應(yīng)用. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.8 [2] 高安邦,褚雪蓮,韓偉民.PLC技術(shù)與應(yīng)用理實(shí)一體化教程. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2013.3 [3] 吳玉林,陳慶光,劉樹(shù)紅. 通風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī). 北京:清華大學(xué)出版社,2011.12

55、 [4] 胡虔生,胡敏強(qiáng). 電機(jī)學(xué). 北京: 中國(guó)電力出版社,2009.7 [5] 王衛(wèi)兵.傳感器技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.4 [6] 李方園.圖解傳感器與儀表應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.2 [7] 謝云敏,郭貴中,黨保華.上海:上海交通大學(xué)出版社,2012 [8] 劉文芳,方強(qiáng).西門(mén)子PLC系統(tǒng)綜合應(yīng)用技術(shù).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2012.8 [9]周潔.基于PLC的煤礦空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：[碩士學(xué)位論文].河南.河南理工大學(xué). [10]王浩.基于PLC和變頻調(diào)速的空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：[碩士學(xué)位論文].河南.鄭州大學(xué). [11] 余先濤. 基

56、于PLC監(jiān)控的空壓機(jī)變頻恒壓控制[M]，2005 [12] 翁維勤. 過(guò)程控制系統(tǒng)[M].第二版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [13] 吉永成. 用PLC對(duì)數(shù)臺(tái)空氣壓縮機(jī)的控制[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2002 [14]Clark D W. The memory system of a high performance personal computer. Xerox Palo Alto Research Center, Tech Rep: CSL-81-1, 1981 [15]MC88100 RSIC Microprocessor User’s Manual (Second e

57、dition). Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1990 [16]Carreira J, Madeira H and Silva J G. Xception: A technique for the experimental evaluation of dependability in modern computers. IEEE Transactions on Software Engin. 50 附　錄 1 恒壓控制系統(tǒng)電氣原理圖 附　錄2 系統(tǒng)外部接線圖 附　錄3 梯形圖

58、 主程序部分 手動(dòng)子程序部分 自動(dòng)子程序部分 外文資料譯文 A systematic approach to designing PLC software can overcome deficiencies in the traditional way of programming manufacturing control systems, and can have wide ramifications in several industr

59、ial applications. Automation control systems are modeled by formal languages or, equivalently, by state machines. Formal representations provide a high-level description of the behavior of the system to be controlled. State machines can be analytically evaluated as to whether or not they meet the de

60、sired goals. Secondly, a state machine description provides a structured representation to convey the logical requirements and constraints such as detailed safety rules. Thirdly, well-defined control systems design outcomes are conducive to automatic code generation- An ability to produce control so

61、ftware executable on commercial distinct logic controllers can reduce programming lead-time and labor cost. In particular, the thesis is relevant with respect to the following aspects. In modern manufacturing, systems are characterized by product and process innovation, become customer-driven and t

62、hus have to respond quickly to changing system requirements. A major challenge is therefore to provide enabling technologies that can economically reconfigure automation control systems in response to changing needs and new opportunities. Design and operational knowledge can be reused in real-time,

63、therefore, giving a significant competitive edge in industrial practice. Studies have shown that programming methodologies in automation systems have not been able to match rapid increase in use of computing resources. For instance, the programming of PLC’s still relies on a conventional programmin

64、g style with ladder logic diagrams. As a result, the delays and resources in programming are a major stumbling stone for the progress of manufacturing industry. Testing and debugging may consume over 50% of the manpower allocated for the PLC program design. Standards [IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1

65、993; IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999] have been formed to fix and disseminate state-of-the-art design methods, but they normally cannot participate in advancing the knowledge of efficient program and system design. A systematic approach will increase the level of design automation through reusin

66、g existing software components, and will provide methods to make large-scale system design manageable. Likewise, it will improve software quality and reliability and will be relevant to systems high security standards, especially those having hazardous impact on the environment such as airport control, and public railroads. The software industry is regarded as a performance destructor and complexity generator. Steadily shrinking hardware prices spoils the need for software performance in terms