1、基于 PLC 的空氣壓縮機變頻調速控制系統摘要空氣壓縮機（簡稱“空壓機”）可以將取之不盡用之不竭的空氣轉換為動力， 來推動機械設備轉動，減少使用了石油、電力等資源。本設計主要目的是實現可 編程控制器和變頻器對空氣壓縮機組的主動控制。本方案通過變頻器控制來達到 對空氣壓縮機“一控多”的目的，可編程控制器可以達到變頻器的工頻與變頻自 由控制轉換的現實需要，以及實現變頻器對空壓機的轉換節制。系統通過壓力傳 感器收集供氣管道出口的壓力值，經由變頻器產生的4-20毫安標準控制信號，該信號又被送到可編程控制器的模擬輸入端口，而后通過系統內部PID調節器算法邏輯運算產生控制信號，該信號又被送至變頻器。在變頻

2、器操控當前機工作模式 由變頻轉化成工頻，而供壓管道內壓力值仍達不到安全工作要求時，則啟動下一 臺空氣壓縮機，以此類推啟動下一臺。在變頻器輸出的電壓頻率已經變成了20HZ此時供氣管道內的氣壓量超過預先設定的氣壓值，系統封閉當前運行的機器，PLC轉變操控另下一臺。關鍵詞：PLC空壓機，壓力傳感器，變頻器Designs based on the PLC air compressor supervisory systemABSTRACTThe compressor (the air compressor) is a compressed gas to in crease gas pressureor

3、gas tran sportatio n mach ine. Air compressor is widely used in n early all in dustrial andagricultural, defe nse, scie nee and tech no logy, civil and other fields. Air compressorsafety protectio n for the product ion of coal mi ning en terprises is very importa nt.Programmable Logic Con troller (P

4、LC) to the traditi onal relay con trol tech no logy,computer con trol tech no logy and com muni cati on tech no logy in tegrati on, specificallydesig ned for in dustrial con trol of. The desig n uses PLC and freque ncy con verter torealize the automatic control of air compressor. The program uses in

5、verter of the aircompressor dragged more control, PLC to achieve the inverter frequency and frequencyconversion control, and inverter switching control of a compressor station. Collecti onsystem using pressure sen sors Outlet pressure air bag, tran smitter output by 4 to 20 mAsta ndard sig nal to th

6、e PLC an alog in put port, through the internal PID algorithm PLC logicoperations, sends control signals to the inverter. When the inverter to control the currentmachine by the inverter frequency, while the gas pressure is still not satisfied by the PLCcontrol inverter frequency soft-start the next

7、station air compressor to run, and then clickOpen. So that the production system for good econo mic and safety performa nee.KEY WORDS: PLC,air compressor, Pressure transducer Inverter、八、亠丄刖 言.1第 1 章空氣壓縮機.31.1 空氣壓縮機的用途及其優點 .31.2 空氣壓縮機的分類 .31.3 螺桿式空氣壓縮機 .41.3.1 螺桿式空壓機的應用 .41.3.2 螺桿式空壓機的運轉原理 .41.3.3 螺桿

8、式空壓機的特點 .51.4 活塞式空壓機.6第 2 章 可編程控制器（PLC）92.1 PLC 概述2.3.1 可編程序控制器的工作方式 .102.3.2 可編程序控制器的工作過程 .102.3.3 可編程控制器的 I/O 響應時間.122.4 PLC 的分類.13第 3 章 PLC 變頻調速控制系統硬件電路的設計 .143.1 S7-200 構件簡介 .143.1.1 中央處理器 CPU 的功能 . 143.1.2 S7-200 模板的主要特性 .143.2 元器件的選型.153.2.1 空氣壓縮機主要參數 .153.2.2 變頻器參數.153.2.3 壓力傳送器的技術參數 .163.2.4

9、 接觸器簡介 .172.2 PLC 的基本組成.92.3 PLC 的基本工作原理.103.2.5 熱繼電器選取 .173.2.6 報警裝置.18第 4 章 PLC 變頻調速控制系統軟件電路的設計 .194.1 設計 PLC 程序通用方法 .194.2 PLC 控制系統設計的一般步驟 .194.3 PLC I/O 點的分配表和外部接線圖 .21第 5 章 PLC 恒壓變頻調速控制系統設計 .235.1 控制系統恒壓輸出的方法 .235.2 變頻調速控制系統電氣圖 .245.3 PLC 變頻調速控制系統空壓機的切換方式 .245.4 PLC 變頻調速控制原理 .265.5 計算機與 PLC 通信

10、.28結論.29謝辭.30參考文獻.31附錄 1 .32附錄 2.33附錄 3.34主程序部分 .34自動子程序部分 .36外文資料譯文 .441960S美國起先成功研制了可編程控制器（簡稱“PLC”，過了幾年PLC得到了火速生長，并很快取代了傳統控制技術一一繼電器控制技術， 并在全球范圍內應用廣泛。著科技和技術的進步，PLC的功能也隨之加強和完善。由于計算機的快速發展、模擬數字信號處理能力的提升、外部硬 件設備的加強以及不斷提高的用戶需求，促使PLC從單一的開關量的處理發展出了模擬量的處理和運動等控制性能。現如今的PLC不僅僅在邏輯控制中得到使用，同時也支撐著運動控制、過程控制等領域的發展。

11、當今，PLC已經融入社會生產中的各個環節。例如：在采礦、電力電子、醫藥化工、機械制造、鋼鐵和石油等各個行業中。 同時，由于計算機監控系統融入了通訊技術、故障診斷技術、軟件技術等， 因此廣泛應用到了供水、供暖、電力、文化娛樂以及交通運輸等生活領域 中。改革開放后，我國開始加大了對PLC的引進、研發、生產的探應用的工作。開始PLC只在引進的設備中大量應用，后來隨著科技與技術的提高 在全國范圍內的各種企業、各種生產設備以及產品中廣泛的使用，不斷提 高PLC在我國的普及與應用。現在咱國已有能力本身生產小型可編程控制 器，我相信，跟著科技的生長，國力的提升，可編程控制器必然會在我國 有廣闊的實用前途。空

12、氣壓縮設備是當代采礦業安全生產的四大不變設備（選礦、空氣壓 縮、破碎、治砂）之一，空壓機是礦井用于產生和運送壓縮空氣的必備動 力設備，是礦井的原動力之一。隨著煤礦業現代化的進步，煤礦企業對采 礦設備提出了越來越高的要求，安全生產也深深植入礦山生產建設思想中。繼電器組成的傳統保護設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、高昂的費用以及穩定性較差等缺點。同時繼電器組成的控 制電路不移維護、不易操作、不易監控，滿足不了現代礦山企業對采礦設 備提出的穩定性、安全性與經濟性的要求。當今火急須簡單的、易保養、 易監測而且便宜的控制器來取締由大量繼電器構成的線路。計算機技術、軟件技術、電子

13、技術的迅猛成長為可編程控制器（PLC）的成長打下了底子。與繼電器組成的線路相比PLC穩定性好，功能多，價格低廉，具有強大的優勢。因此眾多的采礦業都已選擇使用PLC來替代繼電器組成的控制線路。在空氣壓縮機系統中引入可編程控制器極大地降低了系統的操作難度，大大的提高了安全與穩定性同時也節省了人力物力。基于PLC的空氣壓縮機變頻調速系統讓操作人員可以在較遠距離的廠區機房內完成各種控 制工作，極大地降低了工作人員的勞動強度，極大地節約了人力成本，同 時也保證了生產系統的安全與穩定。第 1 章空氣壓縮機1.1 空氣壓縮機的用途及其優點空壓機在采礦業的生產中應用非常大，其工作原理就是將取之不盡，用之不竭的

14、空氣轉換為生產動力，并有輸送設備。空壓機產生的壓縮氣體可 以讓井下的機器轉動。通常礦業生產部門都會將空壓機安裝在山上或者礦 井上，空壓機與通氣管道相連。被壓縮的空氣順著通氣管道流向礦井下的工作區域，使風動機械設備轉動，完成生產生活的目的。取之不盡用之不竭的新鮮空氣可以通過空壓機轉換為生產動力，從而驅動機械設備。使用空壓機驅動風動設備與電力驅動相比具有一下優點： 系統有火花的威脅；機械設備不怕超負荷運轉；井下工人不會有觸電的危 險；在嚴寒、酷熱以及高灰塵的環境中依然可以正常運轉。同時空壓機產 生的新鮮空氣可以改變井下渾濁空氣的狀況。但同時空壓機也有其缺點： 運轉效率較低、使用電量較大、生產資源極

15、高等。因此，空壓機在今后必 將朝著效率極高、穩定性極好以及生產成本低的方向轉變 。1.2 空氣壓縮機的分類空壓機分為螺桿式空壓機，其又分為兩種：噴油螺桿空壓機與干式螺 桿空壓機；滑片式空壓機；羅茨式空壓機；活塞式空壓機；葉片式空壓機 等，如圖1-1。圖1-1空氣壓縮機的分類1.3 螺桿式空氣壓縮機1.3.1螺桿式空壓機的應用螺桿式空壓機大量使用在石油、交通運輸、制造等部門，在機體容量 大和能在很差的惡劣環境中，漸漸代替了另外不同類型的空壓機。1.3.2螺桿式空壓機的運轉原理螺桿式空壓機是利用機體內的齒桿運動以改變其體內的空間，來達到 壓縮氣體的目的。為順應礦井空壓機的大而穩定的要求，螺桿式空壓

16、機須 要向大型化成長，但存在相對漏泄量大、相對噴油量多、動力損失大、對 軸承的要求較高等問題，必然進一步提高空壓機的機能，來順應礦井的安 全生產3。（1） 吸氣過程：隨著空壓機開始旋轉，機體內的體積不斷擴大，這也 就會使空壓機的機殼內這一部分形成真空狀態。當轉子繼續旋轉，使空壓 機機殼內的體積達到最大值時，進氣口便被打開，外部的新鮮空氣在大氣 壓強的作用下被推進了空壓機機殼內。空壓機繼續運轉，進氣管口隨機被 關閉，這也就會導致進氣管口被封閉，進氣過程隨機結束。（2） 壓縮空氣：這時候，陽桿沿著從左向右的方向轉動，而陰桿則沿 著與其相反的方向轉動。 存在于機殼內的氣體慢慢地被兩桿擠壓， 因此機

17、殼內的氣壓也不斷的提升。兩桿繼續轉動，當兩桿轉到一定程度時，同期 管口便與該部分氣體接觸，壓縮過程隨著結束。（3） 排氣過程：當空壓機機殼內的氣壓達到預設值時，空壓機的排氣 管口隨機被打開，被壓縮的空氣在轉子的轉動作用下通過排氣管口被排到儲氣罐內。轉子繼續旋轉，當空壓機機殼內的容積達到0時，此時的排氣管口隨機被關閉，排氣過程也就結束了。1.3.3螺桿式空壓機的特點螺桿式空壓機已經在社會生產中占領了很大的比重，因為它的高性價 比，現在其已經對古老的空壓機種類的生存造成了無法挽回的毀壞，但缺 點總是和優點相伴而生。（1）螺桿式空壓機優點：1產品規格比較容易，在一定的范圍內，轉子的直徑、形狀可維持不

18、變而僅需將螺桿轉子加長、來適合不同風量的需求。2與往復式空壓機一樣具有定排量的共同特性，排氣壓力有相當 廣泛的變化范圍。3可以使用節流控制（2）螺桿式空壓機的缺點：1長時間不使用螺桿式空壓機時，為了保護機器延長其使用壽命，需要工作人員定期轉動機器。2螺桿式空壓機在旋轉時，機體的溫度極其高， 通常可以到達200度。因此需要對空壓機安裝降溫設備，加重了生產資本。3在空壓機損壞不能在使用時，拆卸機器非常麻煩，并且在更換 主機價格幾乎可以在購買一臺新的機器。4噴油式的機器因其機殼內空氣含有潤滑油，因此在飲食方面不 被米用。1.4 活塞式空壓機活塞式空壓機主要是由：傳動、推動和氣缸組件構造的。傳動組件的

19、 作用是產生動力給空壓機，已實現其旋轉。氣缸組件就是空壓機機殼內的 容積。推動組件就是使活塞活動的那部分裝備。打開空壓機后，電機開始 旋轉，產生的動力可以促使傳動組件推動活塞運動，以達到使活塞做周期 運動的目的。活塞式空壓機的正常旋轉僅靠上述組件是遠不夠的，還需要 工作人員為其增加一些輔助裝備5。例如：為了使空壓機機體內有大量的干凈空氣，過濾器就會被安裝在空壓機上；空壓機在旋轉時難免產生沒用 的熱量，為此空壓機需要一個降溫裝置；被壓縮的氣體必須還有儲存的地 方；被壓縮氣體使用量和用電的情況一樣都不穩定，因此調節裝置必須有活塞式空壓機原理簡圖如圖1-2。a.單作用式b雙作用式1汽缸2活塞3進氣閥

20、4排氣閥5活塞桿圖1-2單級活塞式空壓機原理簡圖該類型空壓機的工作輪回是由：吸氣過程程CD組成AB,壓縮過程BC,和排氣過.1久144吸氣過程AB活塞從A點向B點運動后所形成的機體體積，不斷由新鮮空氣填充， 當活塞行至點B時，常壓的空氣填補了活塞式空壓機的氣缸，完成充氣過 程。（2）壓縮過程BC當活塞返回時，氣缸內的空氣慢慢地被擠壓。當空氣被壓縮到C點（氣缸內的空氣壓力等于排氣管內的空氣壓力）時，氣缸開始向外排氣。壓縮 過程也就結束了。（3）排氣過程CD當活塞行至C點開始排氣后，隨著活塞的移動，壓縮空氣不斷向排氣 管排送。當活塞到達D點時，缸內的空氣已經沒有了，這也就完成一個循 環。當活塞再從

21、上點向下點運動，進入到第二個循環，一遍又一遍的重復 著以上的過程。上述兩種空壓機性能比較，如表1-1。表1-1兩種空壓機性能比較比較方面螺桿式空壓機活塞式空壓機力的平衡性氣體產生的徑向、軸向力自動平衡，無副作用曲軸旋轉時產生較大的慣性力，對活塞、活塞環及氣缸的破壞性較大使用壽命螺桿空壓機主機的使用壽命最少10-15年缸數最少在兩缸以上，平衡性較差，使用壽命最長在2-3年噪聲、振動無內應力，力平衡性好，振動 小,安裝無需基礎，噪音低， 一般為58-60db，可直接放在 辦公場所運轉過程中受力不平衡，震動較大，大功率時需要基礎固定，低頻噪聲80-100db，只能安裝在遠距離的角落里耐久性徑向、軸向

22、力完全平衡，軸承 壽命長，轉自軸承力為5玩h，維護周期長，維護費用低摩擦部位多，機械損耗大，活塞、活塞環等易損壞壽命僅為3000-5000h，維護周期短，維護費用咼空氣質里內有自動排水器，除水率達到80%以上，壓縮空氣品質較高無自動排水器， 基本無排水、除油能力，壓縮空氣品質較低維修性主機機殼采用整體結構后，星輪側有大窗，維護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、結構緊湊體積較大，振動大，需要基礎加以固定保修期主機保修三年，終身維護最長保修期為一年智能化程度整機全由電腦PLC控制，具有故障診斷及顯示功能不存在智能化根據以上分析，本系統選用螺桿式空壓機第 2 章可編程控

23、制器（PLC ）2.1 PLC 概述在二十世紀四十年代，美國獅子設備公司（DEC）D第一個成功研發了可編程控制器，該公司研發的主要目的就是為了改變傳統技術的缺點。由 于該控制器具有邏輯性能，被叫做可編程邏輯控制器（Programmable LogicController，PLC）。隨著微電子技術的發展，大規模集成電路和微處理器在PLC中的應用，現在的PLC又增加了算術運算、數據處理、網絡通信等功 能，使PLC更多的具有了計算機的功能。PLC從產生到現在已經發生了三代的更新，如表2-10表2-1PLC的變更代次微處理器功能特點應用范圍第一代1位微處理器邏輯運算、定時、計數替代傳統的繼電控制196

24、91972第二代8位微處理器及存儲數據的傳送和比較、模擬能同時完成邏輯控制、模19731975器量的運算擬量控制帶三代高性能8位微處理器處理速度提咼，向咼功能復雜控制系統及聯網通19761983及聯網通信發展信第四代16位、32位微處理器邏輯、運動、數據處理聯分級網絡控制系統1983至今網功能的多功能2.2 PLC 的基本組成PLC主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設接口、編程裝置、電源等組成。PLC結構框圖如圖2-1所示圖2-1 PLC結構簡圖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算機工作方式不同，即計算機 等待操作指令

25、傳達。而PLC采用的是無限循環掃描所接收的操作指令，并立即從上而下分析該指令，并做出相應的反應。2.3.2可編程序控制器的工作過程PLC采用循環掃描工作方式的工作過程一般分為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、執行用戶程序、處理輸出和響應外設。其工作過程如圖2-2。按鈕行程開關繼電器觸點CPU輸輸入出存儲器單單元元電源部分編程器或其他設備接觸器兇電磁閥指示燈執行用戶程序輸出處理停止運行電源檢查WDT時間自診斷響應外設圖2-2 PLC工作過程圖（1）公共操作設計者在最初設計PLC時，以充分考慮到PLC的可靠性。故在PLC內 部安裝有自我監視等功能。一旦PLC

26、出現故障，則PLC就會發出聲光警報。若系統出現非常嚴重的故障時，PLC會立即斷電。若發生不是嚴重的故障，PLC可以值發出聲光警報而不停止運轉。（2）與編程器交流信息用戶通過計算機將可以已寫好的程序導入PLC, PLC接受指令后，PLC變做出動作，用戶在這一段時間內可以修改程序，也可以通過計算機監視PLC運轉狀況，同時運行的兩個PLC可以進行信息交流，PLC也可以與磁帶 機信息交流。（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中，在適當的時候將信息傳送給通 信情求方。（4）CPU自診斷測試自診斷測試指的是系統對其各模塊的掃描，并

27、將掃描的結果反饋給CPU并完成其他任務。（5） 執行外設指令每次執行完用戶程序后，如果外部設備有中斷請求，PLC就會進入服務外設指令操作。如果沒有外部設備命令，則系統會自動進入下一次循環 掃描，直到接受終止命令。2.3.3可編程控制器的I/O響應時間輸入/輸出響應時間簡稱“I/O響應時間，操作者對PLC發出操作指令 后，PLC立即操作外部硬件設備運行這期間所用的時間我們稱之為I/O響應時間。響應時間受外部設備溫度，PLC性能以及用戶指令長短影響。一般來說I/O響應時間不會超過20ms，對于不重要的系統來說，這些時間是 可有可無的。而對于大型重要的系統來說響應時間越短越好。2.4 PLC 的分類

28、（1） 整體式PLC整體式PLC在結構上是將CPU輸入/輸出部件都集中配置在一個機箱 具有結構緊密、體積小、重量輕、價格低等特點。但存在主機輸入/輸出點數固定、靈活性差、維修不便等缺點。（2） 掛機模塊式PLC掛機模塊式PLC的各部分以獨立的模塊形式分開設置。這種機構的PLC配置靈活、方便、便于擴展。機架模塊式PLC存在結構復雜、插件多、造價較高等缺點。（3） 分散式PLC分散式結構PLC是將CPU電源、 存儲器集中放置在中央控制室， 構 成主控站。CPU作為系統的“指揮官”操控著系統主件于副件之間的聯系， 并使其動作相互配合。第 3 章 PLC 變頻調速控制系統硬件電路的設計3.1 S7-2

29、00 構件簡介本系統采用的PLC是西門子S7-200，包括各種各樣的模板塊：CPU模板、功能轉換模板FM、信號模板、電源模板PS、通信模板CP等9。S7-200已發展數年，現如今完全可以解決用戶提出的各種各樣的要求，來 達到生產生活的目的。3.1.1中央處理器CPU的功能（1） 使用者利用編程器寫入相應的程序與數據并被CPU接受與存儲（2）CPU在接收到程序后，開始判斷所接受程序中是否有錯誤。（3） 利用CPU掃描功能，來自工作的輸入信號被接受到相應的寄存器 與存儲器中。（4）CPU開始運行后，CPU從相應的存儲器從上至下讀入程序，并執 行，完成程序的邏輯與算術運算。3.1.2 S7-200模

30、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常用產品主要特性參數CPU312CPU312CCPU313CCPU314CPU317用戶內存16163232512/KB自由編址YESYESYESYESYES位存儲器102410242048204832768計數器128128256256512定時器128128256256512指令處理0.10.1時間（ms）（3）變頻器外部接線圖如圖3-13.2 元器件的選型3.2.1空氣壓縮機主要參數本系統選擇LGY-17型螺桿式空壓機，陽轉子直徑262.5mm;陰轉子直徑210mm;轉子長度375mm；轉

31、速1800r/min。吸氣壓力O.IMPa;排氣 壓力0.8MPa10。3.2.2變頻器參數（1）主要特性矢量控制方式，可構成閉環矢量控制，閉環轉矩控制；高估在能力，內置制動單元。（2）控制功能1獨立I/O端子板，方便維護。2內置PID控制器，參數自整定。3可實現主/從控制及力矩控制方式。4在電源消失或故障時具有“自動再起”功能。外接制動單元外接制動電陰i rx1,_ i V12wsB入入5KEyT /VGo-iovnrj4-20mA77圖3-1變頻器外部接線圖3.2.3壓力傳送器的技術參數KZ-YLF系列常規型擴散硅壓力變送器選用進口高精度、高穩定硅壓 力敏感充油芯體，通過高可靠性的放大電路

32、，將被測介質的表壓轉換成15V的標準電信號11o(1)特點1精度超高、穩定性超好、非常安全可靠2體積小外形美觀，性價比高3量程范圍寬(-1000KPa1000KPa60MPa)4不銹鋼隔離膜片，防腐蝕性好5反向積極保護及限流保護6防雷擊、防射頻保護、防爆TCI/TTM繼電器輸出繼電器輸出1TB14-XL坯_4.0 01 12 23 34 45 5 0 0FxvxxxcFxvxxxc) )TC2繼電器輪出繼電器輪出2d TA2GNDGND(2)設備技術參數1測量范圍：-100200KPA60MPA2溫度漂移：0.02%FS/C3測量精度：0.2%FS4壓力類型：絕壓，表壓5介質溫度：-30125

33、C6供電：1230vdc(三相電壓)3.2.4接觸器簡介(1)接觸器的選取隨著社會的變化接觸器越來越多的被使用在各類型的工廠設備中。 因 為交流回路與直流回路的斷開與接通只能由接觸器實現和完成，因此在低 電壓保護方面大放光彩。現如今控制容量對接觸器來說越來越重要，所以 大型容量的接觸器正在被廣泛的運用到遠距離控制和頻繁操作的工作中， 自動控制系統的實現與完成已經離不開接觸器了。由于電機的額定電流的1.5倍是60A，因此本系統選擇使用了CJX8-30的交流接觸器。(2)結構特性1CJX8-30交流接觸器為“正裝式結構”，即觸頭系統在前面、此系統在后面(靠近安裝面).2動觸頭為橋式結構。接觸器的主

34、觸頭可以與主線路分離，在接 觸器發生故障時可以不必停止機器運轉。3交流接觸器采用完全封閉式的自然滅弧，已達到生產生活而安 全與穩定。4接觸器可以迅速的安裝在40mm的軌道上，不同類型的輔助觸頭，可以在其上使用。3.2.5熱繼電器選取由于電動機的額定電流的整定值的1.3T.5倍等于JR20的額定電流，因此本系統選取JR20型熱繼電器。該繼電器安全額定工作頻率為50HZ，在其內部中分布著不同膨脹系數的金屬片。在接觸器安裝在電路中時，電流流過其內的電阻時會發熱，而金屬片會在這些熱量中變形，在變化到一 定程度時，就能夠使連桿移動，從而使主電路斷路。接觸器由此被斷開， 主電路因此電流流過，從而達到保護電

35、動機的安全生產生活中。因為熱繼 電器生產成本較低、結構非常簡單、非常安全與可靠等優點，所以熱繼電 器被廣泛應用到現實生活中12。326報警裝置各式各樣的傳感器都被安裝在本系統操作系統中，隨時監測著系統的 穩定與安全。壓力傳感器與CPU226內部的時間繼電器配合工作。用戶程序經過PLC處理后，便可以對系統硬件部件進行保護，并立即執行預先設計 的保護程序，進行保護系統工作。系統執行保護動作可如下情況：在PLC運行用戶程序時， 若PLC對電動機發出運轉信號時，但電動機拒動（氣體管道內的壓力值小于要求壓力值），便可以判斷系統發生了外部硬件故障，值班人員接到報警信號后，立即動作進行檢查與維修。保護著設備

36、安全13o第 4 章 PLC 變頻調速控制系統軟件電路的設計4.1 設計 PLC 程序通用方法（1） 再設計系統前，應先掌握相關知識，熟悉系統的目的，并繪制相 關的功能圖。（2）設計程序梯形圖。（3）模擬操作結束后，工作人員應根據結果修數據，在結果符合預設 值時，停止這部分操作。4.2 PLC 控制系統設計的一般步驟流程框圖如下面的圖4-1所示。（1）分析被調控對象熟悉了解被研究對象的運行特征以及工作過程，充分利用風、光、霧 等之間的合理關系，最終確定PLC對被研究對象的工作要求。（2）確定輸入、輸出設備工作人員根據結果預設值，確定所必須的設備（如：按鈕、位置開關、 轉換開關、傳送器等）和輸出

37、設備。根據確定PLC的I/O點數。（3）選擇PLC包括PLC的機型、容量、I/O模塊、電源的選擇（4）分配I/O點合理配置I/O點，得到相應的I/O表與外部接線圖圖4-1 PLC控制系統設計的一般步驟4.3 PLC I/O 點的分配表和外部接線圖PLC的I/O點的分布表如表4-1和表4-2表4-1輸入點分配信號名稱符號地址信號名稱符號地址啟動SB110.04?工頻接觸器動作信號KM7I1.3停止SB2I0.14?變頻接觸器動作信號KM8I1.4工作方式選擇（手/自）SA1I0.25?工頻接觸器動作信號KM9I1.5模式選擇（高/低）SA2I0.35?變頻接觸器動作信號KM10I1.6故障復位S

38、A3I0.41?保護動作信號FR1I1.71?工頻接觸器動作信號KM1I0.52?保護動作信號FR2I2.01?變頻接觸器動作信號KM2I0.63?保護動作信號FR3I2.12?工頻接觸器動作信號KM3I0.74?保護動作信號FR4I2.22?變頻接觸器動作信號KM4I1.05?保護動作信號FR5I2.33?工頻接觸器動作信號KM5I1.1變頻器運行檢測信號KM11I2.43?變頻接觸器動作信號KM6I1.2變頻器故障信號BPQI2.5表4-2輸出點分配信號名稱符號地址信號名稱符號地址1 ?工頻交流接觸器以及指示燈KM1Q1Q0.01 ?故障指示燈D11Q1.21 ?變頻交流接觸器以及指示燈K

39、M2Q2Q0.12?故障指示燈D12Q1.32?工頻交流接觸器以及指示燈KM3Q3Q0.23?故障指示燈D13Q1.42?變頻交流接觸器以及指示燈KM4Q4Q0.34?故障指示燈D14Q1.53?工頻交流接觸器以及指示燈KM5Q5Q0.45?故障指示燈D15Q1.63?變頻交流接觸器以及指示燈KM6Q6Q0.5變頻器指示燈D16Q1.74?工頻交流接觸器以及指示燈KM7Q7Q0.6報警指示燈D17Q2.04?變頻交流接觸器以及指示燈KM8Q8Q0.7進水控制閥DKM11 Q2.15?工頻交流接觸器以及指示燈KM9Q9Q1.0變頻器控制略略5?變頻交流接觸器以及指示燈KM10Q10Q1.1變頻器

40、控制略略圖5-1控制系統恒壓控制流程圖停止乎動/自動-i.e，.口卜為r 故薛塑仲 變頻器近存 燮顛器故障1紅頼謂變頻2R工頻 X變頻3SX 3詵帥1存I：.7J!1 =變翎1*保護幼作 g 黑護胡T;好1護門加保護動作 前保護動華N H/O口外部接線圖口外部接線圖: :X叫叫WJQEM2351 0.0qdjfl10.1Q0.)I 0.2QQJt ajQ0.3i 0,4QW03ia.6cQ051&7 ?M11.0 1QQ.6p1 1】JiIUcQ1A11 1322Ql-II 1.4i 151 Lfi6Q Lil1 1.73McQ 1Jt 24111NQ i.412Q i.5113Q 1

41、61 2.4+I 2；5Q L?L *11313D Dff Jt2 2r rD1616EM221圖4-2 I/O口外部接線圖第 5 章 PLC 恒壓變頻調速控制系統設計5.1 控制系統恒壓輸出的方法輸出管道內的壓力通常被我們用來作為研究對象。壓力傳感器隨時測量著輸出氣管內的氣壓，將氣壓值轉變為模擬信號，傳送給PID控制系統，而后該系統將接收到的信號參考事先設定的壓力值，若壓力小于實際生產 的需求，下一臺空壓機將被變頻啟動；若壓力值大于預設值，則PLC將封閉此刻運轉的空壓機。減小壓縮空氣的生產，使通氣管內的氣壓于需要值 一樣14。流程控制圖如圖5-1所示。圖5-1控制系統恒壓控制流程圖5.2 變

42、頻調速控制系統電氣圖系統電氣原理圖見附錄1。系統外部接線圖見附錄2。系統梯形圖見附錄3。5.3 PLC 變頻調速控制系統空壓機的切換方式系統以輸氣管道的氣壓值為研究對象，壓力傳感器隨時監控著輸出氣管內的氣壓，將氣壓值轉變為電信號，傳送給PID控制系統，而后該系統將接收到的電信號與預先設定的壓力值比較，若壓力小于實際生產的需要，下一臺空壓機將被變頻啟動；若壓力值大于設定值，則PLC將關閉此刻運轉的空壓機。減小壓縮空氣的生產，使通氣管內的氣壓于需要值一樣。完 成空壓機的切換15。圖5-3 PLC恒壓控制系統流程圖5.4 PLC 變頻調速控制原理系統運行情況有兩種：（1）通氣管道內的氣壓高于生產的需

43、求：系統接工作前，變頻器的組件正處于欲工作的狀態，此時變頻器組件正處于變頻運轉狀態。工作人員打開開始開關，系統開始運轉。首先運行 的是1 ?空壓機，機體內的電動機迅速啟動，系統頻率達到預設上限值50HZ，延遲5S后通氣管道內的氣壓仍無法滿足生產的需要，則中間繼電 器接收來自PLC的控制信號，使1 ?空壓機保持工頻運轉狀態；此時，繼 電器將2 ?空壓機置于變頻工作狀態，2 ?空壓機開始變頻運轉，運行幾秒后，2 ?空壓機已達到頻率上限（50HZ）通氣管道內的氣壓仍達不到生產的要求，則中間繼電器又將接收來自PLC的控制信號，將2 ?空壓機置于工頻運行狀態；3 ?空壓機開始運轉，此時空壓機處于變頻工作

44、狀態，系統 再次運轉5S后，通氣管內的氣壓仍不能滿足生產的需求，則依照上述原 理啟動4 ?、5 ?空壓機。（2）通氣管道內的氣壓高于生產的需求：當通氣管道內的氣壓高于生產的需要，此時5臺空壓機同時工頻運行著，則PLC將發出控制信號：工頻運行著的5?空壓機將變成變頻工作方式，其自身頻率由50HZ降低到20HZ，若5 ?空壓機以20HZ運行5S后, 此時通氣管道內的氣壓仍高于生產的需要，則PLC將關閉1 ?空壓機，運轉5S后通氣管的氣壓仍高于生產需要，則依次關閉2 ?、3 ?、4 ?空壓機,直至氣壓滿足生產的需要。系統運行時一旦出現了冷卻系統故障導致系統溫度過高，則報警系統將會被觸發，工作人員會及

45、時的進行維修,5-4所示。PLC控制空壓機切換流程如圖圖5-4空氣壓縮機切換流程圖開始1?空壓機變頻運行1 ?空壓機停止運行延時5s下限變頻器輸出頻率1?空壓機變頻運行添加空壓機頻率本系統有手動、自動運行方式：（1） 手動運行方式在本操作方式中，工作人員可以按下開始按鈕來開啟某個空壓機或按 下停止按鈕來關閉某個空壓機。在設備出現故障或需要維修保養時才會使 用本操作方式。（2） 自動運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，此時變頻器組件正處于變頻運轉狀態。工作人員按下電源開關，系統開始運動。首先運 行的是1 ?空壓機，機體內的電動機迅速啟動，系統頻率達到預設上限值50HZ，延遲5

46、S后通氣管道內的氣壓仍無法滿足生產的需要，則中間繼電 器接收來自PLC的控制信號，使1 ?空壓機處于工頻運轉狀態；此時，繼 電器將2 ?空壓機置于變頻工作狀態，2 ?空壓機開始變頻運轉，運行一段時間后，2 ?空壓機已達到頻率上限（50HZ）通氣管道內的氣壓仍達不到生產的要求，則中間繼電器又將接收來自PLC的控制信號，將2 ?空壓機置于工頻運行狀態；3?空壓機開始運轉，此時空壓機處于變頻工作狀態，系統再次運轉5S后，通氣管內的氣壓仍不能滿足生產的需求，則依照上 述原理啟動4 ?、5 ?空壓機。5.5 計算機與 PLC 通信S7-200支持多種通信協議。點對點接口（PPI）、多點接口（MPI）和P

47、ROFIBUS協議基于7層開放系統互聯模型（OSI）,通過一個令牌環網來 實現。只要波特率相同，3個協議可以在同一個RS-485網絡中同時進行，不會相互干擾。PPI、MPI和S7協議沒有公開，其它通信協議是公開的16c某些S7200有兩個通信口，它們在不同工作環境、要求下都能安全運經過一個多月的準備和編寫，終于在今天吧本篇畢業論文寫完了。在 這期間越來越熟悉和掌握PLC相關的知識、變頻器技術和空壓機在社會生產生活中的應用。工作人員為了實現PLC對空壓機的控制，現在只需要經過計算機便可以實現。設計主要目的是實現可編程控制器和變頻器對空氣 壓縮機組的自動控制。本方案通過變頻器控制來達到對空氣壓縮機

48、“一控 多”的目的，可編程控制器可以達到變頻器的工頻與變頻自由控制轉換的 現實需要，以及實現變頻器對空氣壓縮機的轉換控制。隨著科技與技術的 提高在全國范圍內的各種企業、各種生產設備以及產品中廣泛的使用，不 斷提高PLC在我國的普及與應用。 與繼電器組成的線路相比PLC穩定性好，功能多，價格低廉，具有強大的優勢。因此眾多的采礦業都已選擇使用PLC來替代繼電器組成的控制線路。但是本設計方案仍有許多不足之處：（1）在編寫本論文時，雖然參考了眾多的專業書籍，但這些知識都是“死知識”，對于我在現實中還無法靈活使用。（2） 本方案沒有在專業的計算機上進行模擬操作。（3） 本方案還無法對PLC深層方面的知識

49、進行闡述，在今后的生活中還需時間進行學習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老師和同學們的熱情幫助，如果沒有他們的幫 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老師陳朝輝老師，在我論文完成的 過程中，陳老師總是幫助我解決一些我解決不了的難題，指導我如何去開 展下一步的工作。在寫論文的過程中，我遇到的問題特別多，陳老師總是 不厭其煩的給我指導，給與我極大地幫助。陳老師不僅在工作中是一個特 別嚴謹的人，同時在生活中也是一個非常熱心的人。因此再次表示由衷的 感謝。然后我要感謝在這段時間給與我幫助的同學們，是他們耐心的教我如 何去寫一

50、篇論文，如何編程，如何去查閱資料。正是由于他們的幫助，才 讓我在寫論文的過程中少走了不少彎路。最后我還要感謝培育我四年的洛陽理工學院！參考文獻1邢子文螺桿壓縮機的理論、設計、及應用北京：機械工業出版社,2000.82高安邦,褚雪蓮，韓偉民.PLC技術與應用理實一體化教程.北京：機械工業出版社，2013.33吳玉林,陳慶光,劉樹紅.通風機和壓縮機.北京:清華大學出版社,2011.124胡虔生，胡敏強.電機學.北京：中國電力出版社，2009.75王衛兵.傳感器技術及其應用實例.北京:機械工業出版社,2013.46李方園.圖解傳感器與儀表應用.北京:機械工業出版社,2013.27謝云敏,郭貴中，黨保

51、華.上海:上海交通大學出版社,20128劉文芳,方強.西門子PLC系統綜合應用技術.北京：機械工業出版 社,2012.89周潔.基于PLC的煤礦空壓機控制系統設計：碩士學位論文.河南.河南理工大學.10王浩.基于PLC和變頻調速的空壓機控制系統設計：碩士學位論文.河南.鄭州大學.11余先濤.基于PLC監控的空壓機變頻恒壓控制M，200512翁維勤.過程控制系統M.第二版.北京：化學工業出版社，200213吉永成.用PLC對數臺空氣壓縮機的控制M.機械工業出版社，200214 Clark D W. The memory system of a high performanee personal

52、computer.Xerox Palo Alto Research Cen ter, Tech Rep: CSL-81-1, 198115 MC88100 RSIC Microprocessor UsersManual (Second edition). Englewood Cliffs: Pren tice Hall, 199016 Carreira J, Madeira H and Silva J G. Xception: A technique for the experimental evaluati on of depe ndability in moder n computers.

53、 IEEE Transactions on SoftwareEngin .恒壓控制系統電氣原理圖KM910KM1FR2F 氐FRMl附錄 1電澹熔斷器T T. .M M 3 3H HI I k kf ff f繪t tf fT T撫曼槿i is s I If fT T# #詁打t te et tr r工輪童橄h h I If f運懺T T- -橄 詁丹i is sf fr r圧水泵運帝情況催水喪込I I勺匕3 3盟電泉詛叮恬加；=%泵運行fllift誥水泵運桿情撫-e-QS0QS1QS2f/JT7QS3QS4/ / /Q55/ /附系統外部接線圖系統外部按線圖226錄 2叭W itF動1MIF!

54、.-mtfetM V忖 .覚詡I卷込燈i in n保滬動柞 :工 2 臚M M韓陳滬勸作Bwn詰時-如肆1 11 1：TV罰EM221MC4EM235 0 0】r-i ?* 1n e?* *陣,fl 2*8H賈T口 卒衛nUn出血u工r-S-KM1a44 1工1十:亠a 1H3M4* ? ?- -J J 4 4M和JTLfymA.L L- -. . J JPSJ_a：L.?h.梯形圖SBR0.GQ1.0QQ5QQ5Q1.Q1.0 000.00.1 1qQSQQBqi.oQ0.1QQOQQOQQ2QQ2上電初始如函用初嫂&程序附錄 3主程序部分SM0.1HL7QQQQ1 1T I- 1)

55、Netmik412脫岳頻手斗曲11.2qaoNetwork2手動子程序部分VD104VD104Nuhniili 3He.uk F ikNetwork3Nfibmrt 2HBQ類手就嗣n n. .o o-H I| 2葉.工曲手斗腔創I喜氣壓工作樓武壓力給定值MOV_RENENOINOUTMOV_RENENOUNOUT0.9|3|3碗!係泗113113QOOQOOQ01Q01QQ2QQ2Q03Q03QQ5QQ5Q06Q06QQ7QQ7Q10Q10QUQUQ0.4Q0.4T TI I ) ) ) )H HH HH Hd d_()_()Netwoik6 6I I114114QOOQOOQQ1QQ1Q0

56、.2Q0.2Q0.3Q0.3G0.4G0.400.600.6QQ7QQ7Q1.0Q1.0Q1.1Q1.1Q0.5Q0.5T TI I) ) ) ) ) ) ) )d d)_()_()Netwoik7NeMokT出11.511.5GOOGOOGQ1GQ1Q0.2Q0.2QQ3QQ3Q0.4Q0.4Q0.5Q0.5Q0.7Q0.7Q1.0Q1.0Q1.1Q1.1Q0.6Q0.6I II Id dd dH HH HH H) ) ) )()()Netwoik8 811.611.6QOOQOOQQ1QQ1QQ2QQ2QQ3QQ3QQ4QQ4QQ5QQ5QQ6QQ6Q1.0Q1.0Q1.1Q1.1QQ7Q

57、Q7T TI I) )d d) ) )d d) ) ) )_()_()1 11 17 7 G GQ QO O Q QQ Q1 1 Q QQ Q2 2 Q QQ Q1 1 Q Q0 0. .4 4Q Q0 0. .5 5Q Q( (. .6 6 Q QC C7 7 Q Q1 11 10 01 10 0T IM : d d_ d I )N Ne et tw wo or rk k 1 10 01 12 20 0 C CQ QO O Q QQ Q1 1 Q QQ Q2 2Q Q飪Q Q0 0. .4 4Q Q0 0. .5 5Q Q( (, ,6 6Q Q0 0. .7 7 Q Q1 1. .D D

58、Q Q1 11 1T I/dddI )自動子程序部分是吾具有可以設為變頻工作的空壓機判斷M0ONetwoik 2I當前甕頻空壓機輅為工頻工作時，按入新變頻機工作信號coc co ococ co oc co o、- 制-珅-卻- 徊-1C2CJCBCBNttlwuik 4將2幀設為甕麵M0.0MO.OT37T ” |- 1VD108WVJ1LMM0.1()VD21E卜葉49.95INTON50 PT100 msT37M0.0C2bU0C2coC2C6C2ceM2.0Network 5I將Jim設為變癲(Network GI將41肌設為妾頻M3.0MO.OC6lU0CG12.4M4.012.1M1

59、.0()M0.00將5機設為克頻M00C8l0C8-lC2C8-lC4125M5.0QO.OQ02INTON1 m 15VD10426050PT100 msVD1O8VD216T38Network 8I壓力爲 賁頻機運行頻奉低于設走頻至，另吆發出切煖信號M0 7Q0.4Q06Q1 0T38M0.7)I選擇切除1#機工作信號.1M0.7C1I-u0C1l4C3C1C1C1I = I- 1 = I- 1= C5C7C9M1.1Network 10選擇切除2碩工作信號M2.1M0.7C30C3l4C1C3!4C5C3!4C7C3!4C9M2.1Network 11選擇切除3碩工作信號M3.1M0.7

60、C50C5l4C1C5!4C3C5!4C7C5!4C9M3.1Network 12選擇切除4碩工作信號M4.1M0.7C7C7l4C1C7!4C3C7!4C5C7!4C9M4.1C9II si 1C9I IC91 1C91 IC91 III|I0I IC1IIC3I IC5I LC7選擇切除5tm工作信號M5.1M0.7M5.1)Network 1411瞅變頻工作控制M1.0M1.1丁Q0.0I0.6I M12.1IQ0.1()Network 15I0.6I MI2.2Q0.33壩變頻工作控制I0.6Q0.5Network 17I 4制1,變頻工作控奇M1.0M4.1hQ0.6II0.6I2.4Q0.7(Ne