【螺桿壓縮機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用16000字（論文）】

頁螺桿壓縮機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用摘要目前，國內(nèi)的空壓機(jī)生產(chǎn)商，對壓風(fēng)機(jī)的程序參數(shù)基本上處于保密狀態(tài)，如果要建立整個壓風(fēng)系統(tǒng)的自動化控制，需要同等型號的空壓機(jī)組成的空壓機(jī)群，并且提供的技術(shù)支持比較昂貴。而為了實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)壓風(fēng)系統(tǒng)的自動化，結(jié)合空氣壓縮機(jī)工作原理，本文首先圍繞STM32F405RGT6控制器設(shè)計(jì)了性能穩(wěn)定的螺桿壓縮機(jī)控制電路以及外圍驅(qū)動電路，隨后，根據(jù)空壓機(jī)的應(yīng)用背景以及功能進(jìn)行分析，畫出合理的軟件流程圖并通過流程圖進(jìn)行C語言程序設(shè)計(jì)，整個程序嵌套了多級中斷，多個ADC采集端口，復(fù)雜的顯示程序設(shè)計(jì)等因此要對此進(jìn)行優(yōu)先級判斷，確?？刂葡到y(tǒng)可以按照操作者的要求進(jìn)行空壓過程的實(shí)時控制。然后，完成螺桿壓縮機(jī)的整體組合，并進(jìn)行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，對參數(shù)進(jìn)行修正，并對其穩(wěn)定性以及功能性進(jìn)行測試。最后，對論文以上研究內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，針對不同的環(huán)節(jié)遇到的問題以及困難進(jìn)行說明，指出課題中的不足之處，對螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)以及電路的抗干擾性能提出了展望。螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的開發(fā)很好的滿足了企業(yè)對自動化技術(shù)的需求，也避免了特殊行業(yè)上出現(xiàn)員工荒的現(xiàn)象。保證企業(yè)正常的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：PLC；空壓機(jī)；自動化

第1章緒論1.1課題研究意義在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)中，制造業(yè)是經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)。機(jī)械加工技術(shù)直接限制了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)取決于緊固技術(shù)，機(jī)械工業(yè)可以提供設(shè)備的技術(shù)性能，質(zhì)量和可靠性。因此，機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)模是衡量一個國家的科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志，隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，控制技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)字技術(shù)和微處理技術(shù)的影響人們對工業(yè)過程控制的終端驅(qū)動提出了新的要求，工業(yè)自動化主要是指自動化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)自動生產(chǎn)，并加快產(chǎn)品的生產(chǎn)速度。在螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)中引入PLC，簡化了空壓機(jī)的運(yùn)行，不僅能夠節(jié)省了人力，而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。基于PLC和變頻器的螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，使員工在計(jì)算機(jī)的集中控制下完成各項(xiàng)任務(wù)，有效降低了工人的勞動強(qiáng)度，同時節(jié)約了生產(chǎn)所需的人力資源，保證了生產(chǎn)過程中的安全?？諌簷C(jī)排氣壓力控制方式不同，導(dǎo)致能耗不同，因此如何選擇壓力控制方式?jīng)Q定了能耗水平。一般有三種控制方式：（1）加載和卸載開關(guān)閥以調(diào)節(jié)空氣壓力；（2）通過控制電機(jī)的啟動和停止來調(diào)節(jié)氣壓；（3）通過變頻控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)氣壓。國內(nèi)的空壓機(jī)生產(chǎn)商，對壓風(fēng)機(jī)的程序參數(shù)基本上處于保密狀態(tài)，如果要建立整個壓風(fēng)系統(tǒng)的自動化控制，需要同等型號的空壓機(jī)組成的空壓機(jī)群，并且提供的技術(shù)支持比較昂貴。螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的開發(fā)很好的滿足了煤礦對自動化技術(shù)的需求，也避免了特殊行業(yè)上出現(xiàn)員工荒的現(xiàn)象。保證企業(yè)正常的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在此設(shè)計(jì)中，螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，我提高了充分運(yùn)用基本知識，專業(yè)知識和技能的能力，并提高了將理論和實(shí)踐結(jié)合起來以解決實(shí)際工程問題的獨(dú)立工作能力，并學(xué)會了熟練使用AutoCAD和其他軟件，通過對空壓機(jī)的電氣控制系統(tǒng)布局和功能有更多的了解，最終改進(jìn)了教學(xué)和圖紙，將理論和實(shí)踐相結(jié)合，最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，相信通過這個畢業(yè)設(shè)計(jì)，我可以在以后的學(xué)習(xí)和工作中走得更遠(yuǎn)。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀研究近幾年來，隨著螺桿壓縮機(jī)行業(yè)市場的需求量逐漸擴(kuò)大，競爭也日趨激烈，廠家除了要關(guān)心其目前的生存狀況，同時也要著眼其未來的發(fā)展前景，螺桿壓縮機(jī)未來的發(fā)展空間是否增大，前景是否可觀，都是生產(chǎn)廠家必須考慮的問題。由于正常效率，質(zhì)量，節(jié)能環(huán)保，空壓機(jī)工作環(huán)境的綜合考慮，我國螺桿壓縮機(jī)行業(yè)正處于高速發(fā)展階段，由于技術(shù)和人才資源有限，螺桿壓縮機(jī)行業(yè)尚未成為一個行業(yè)。發(fā)展了統(tǒng)一，規(guī)范的市場，各種空壓機(jī)的質(zhì)量參差不齊，沒有可以經(jīng)受檢驗(yàn)的螺桿壓縮機(jī)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，盡管近兩年來一些有實(shí)力的空壓機(jī)制造商已逐步將其系統(tǒng)化，標(biāo)準(zhǔn)化和流程化。生產(chǎn)螺桿壓縮機(jī)，但改變中國空壓機(jī)行業(yè)的混亂局面仍然困難，目前，高效的產(chǎn)品產(chǎn)品的使用，保存和回收利用，智能操作和無人管理已成為中國螺桿壓縮機(jī)發(fā)展的主要方向，螺桿壓縮機(jī)向高端轉(zhuǎn)型已逐漸顯示出強(qiáng)勁的發(fā)展動力，設(shè)備的自動化和智能水平將大大提高，因此制造企業(yè)將受到行業(yè)轉(zhuǎn)型和現(xiàn)代化的考驗(yàn)，螺桿壓縮機(jī)在質(zhì)量，外觀，分布，流通，使用中起著關(guān)鍵作用以及硬件成本。國內(nèi)外尤其是歐美國家對硬件空壓機(jī)的研究與開發(fā)越來越受到重視，隨著國內(nèi)空壓機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的空壓機(jī)技術(shù)已不能滿足行業(yè)快速發(fā)展的需要。中國強(qiáng)制性認(rèn)證制度的引入，大大提高了國內(nèi)空壓機(jī)生產(chǎn)的要求，也促進(jìn)了煤礦對自動智能高端空壓機(jī)的需求不斷增長，在環(huán)境變化的趨勢下，可以使用具有多種切換功能的螺桿壓縮機(jī)。能適應(yīng)多種環(huán)境變化，滿足市場需求，我國專業(yè)研發(fā)制造企業(yè)很少，這也是我國的不足但是，國產(chǎn)螺桿壓縮機(jī)在制造商的精心努力下，在測量，制造，技術(shù)性能等方面均取得了良好的成績。為了適應(yīng)煤礦行業(yè)快速發(fā)展的需要，積極參與國際競爭，中國的螺桿壓縮機(jī)必須順應(yīng)潮流突破“小而分散”的行業(yè)，邁向“高端”。1.3具體工作要求本文主要研究內(nèi)容為圍繞STM32F405RGT6控制器設(shè)計(jì)了性能穩(wěn)定的螺桿壓縮機(jī)控制電路以及外圍驅(qū)動電路，并對驅(qū)動能力進(jìn)行了實(shí)際測試完成了電路板的調(diào)試工作，并對空壓機(jī)的整體進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試以及實(shí)際功能測試。本課題完成如下工作內(nèi)容。（1）首先介紹了螺桿壓縮機(jī)研究背景和意義，并闡述了螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展歷程，概括介紹了國內(nèi)外螺桿壓縮機(jī)的研究現(xiàn)狀以及螺桿壓縮機(jī)電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，最后介紹了本文內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)。（2）完成了以STM32F405為控制芯片的外圍電路以及驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)，并完成了原理圖以及PCB的繪制最后制作了電路板，并通過相應(yīng)的測試程序完成了硬件的糾錯檢測工作，并且對工作中可能出現(xiàn)的噪聲以及干擾進(jìn)行處理，提高硬件性能。（3）根據(jù)空壓機(jī)的應(yīng)用背景以及功能進(jìn)行分析，畫出合理的軟件流程圖并通過流程圖進(jìn)行C語言程序設(shè)計(jì)，整個程序嵌套了多級中斷，多個ADC采集端口，復(fù)雜的顯示程序設(shè)計(jì)等因此要對此進(jìn)行優(yōu)先級判斷，確保電氣控制系統(tǒng)可以按照操作者的要求進(jìn)行空壓過程的實(shí)時控制。（4）完成螺桿壓縮機(jī)的整體組合，并進(jìn)行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，對參數(shù)進(jìn)行修正，并對其穩(wěn)定性以及功能性進(jìn)行測試。（5）最后，對論文以上研究內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，針對不同的環(huán)節(jié)遇到的問題以及困難進(jìn)行說明，指出課題中的不足之處，對螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)以及電路的抗干擾性能提出了展望。第2章螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)軟件在整體設(shè)計(jì)上采用模塊化編程思想，由初始化程序模塊、數(shù)據(jù)采樣與處理模塊、主程序模塊、中斷控制程序模塊、控制算法程序模塊、輸出控制程序模塊、輸入控制程序模塊、錯誤處理程序等模塊組成，各個模塊都具有不可替代的作用。多個模塊協(xié)同組合指引控制器完成數(shù)字式空壓機(jī)的19種模式輸出控制功能。2.1嵌入式軟件整體設(shè)計(jì)螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用KEIL5編譯環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，該控制系統(tǒng)具有如下功能：①完成單片機(jī)相關(guān)寄存器基本配置②完成空壓參數(shù)的輸入與存儲③利用PID算法進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出④通過RS232協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)空壓過程的實(shí)時顯示⑤可完成多種模式的空壓控制功能⑥帶有看門狗程序，可以保證程序的正常運(yùn)行⑦利用中值濾波算法完成外界數(shù)據(jù)的篩選本文設(shè)計(jì)的嵌入式軟件由主程序開始，在主程序中將進(jìn)行各個寄存器的初始化、人機(jī)交互參數(shù)的設(shè)定、空壓控制等操作同時為了程序的有效執(zhí)行添加了看門狗程序。主程序執(zhí)行完初始化程序后會進(jìn)如空壓參數(shù)讀取、設(shè)置程序。完成參數(shù)設(shè)置后等待開始空壓信號，該嵌入式軟件的具體流程圖如圖2-1所示。圖2-1程序流程圖2.1.1初始化程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)軟件的初始化程序中主要對控制器的一些外設(shè)寄存器進(jìn)行配置，使其進(jìn)入準(zhǔn)備工作模式，對其時鐘系統(tǒng)進(jìn)行配置（內(nèi)部時鐘、外設(shè)時鐘），使其按照要求的分頻值和填充值運(yùn)行。同時開啟相應(yīng)的中斷和以及看門狗寄存器的設(shè)置，以保證程序在等待時不會被以為程序出錯。具體初始化流程圖如圖2-2所示。圖2-2初始化程序流程圖2.1.2中斷程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)軟件中用到了多個中斷服務(wù)函數(shù)，不同的數(shù)據(jù)有不同的重要性，根據(jù)其重要程序分為了2個優(yōu)先級，每個優(yōu)先級中分為4個等級，這樣可以使得控制器優(yōu)先獲得重要的數(shù)據(jù)，同時每個中斷工作不同，需要編寫對應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)?？諌哼^程中利用控制器的中斷接收方式對空壓電流進(jìn)行實(shí)時采集，其中斷服務(wù)函數(shù)為1MS進(jìn)入一次，由定時器控制完成，同樣為了減輕控制器的壓力，采用了DMA的采集方式，將采集完成的數(shù)據(jù)存在一個預(yù)定義的數(shù)組中，循環(huán)進(jìn)行采集整個過程不需要控制器參與，當(dāng)控制器需要數(shù)據(jù)時可直接調(diào)用數(shù)組中的數(shù)據(jù)，既減輕了控制器的工作壓力又提高了數(shù)據(jù)的采集效率。2.1.3ADC采集程序控制器內(nèi)部集成了10位ADC采集通道，需配置其相應(yīng)寄存器。首先配置其相應(yīng)的I/O端口為模擬輸入，配置ADC外設(shè)基地址以及設(shè)置為DMA方式并開啟DMA時鐘。配置ADC通道轉(zhuǎn)換順序以及采用周期，將ADC設(shè)置為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式。最后使能ADC寄存器，使其處于工作狀態(tài)。本文ADC程序主要完成電流采集以及標(biāo)準(zhǔn)電流采集工作，由于采用了線性光耦進(jìn)行采集，將0-500安培的電流轉(zhuǎn)化成0-2V電壓，因此采集需要十分精確。為了提高電流采樣精度，將采樣樣本設(shè)置為50組數(shù)據(jù)并通過濾波算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將最終數(shù)據(jù)作為電流采樣結(jié)果。2.2PI控制程序設(shè)計(jì)PID（比例-積分-微分）控制策略目前在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛使用，優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、且易建立數(shù)學(xué)模型其基本原理如圖2-3所示。圖中R（t）為給定值，E（t）為給定值與輸出值的差值，U(t)為PID控制器輸出值，i(t)為被控對象輸出結(jié)果。PID分為模擬控制和數(shù)字控制，模擬控制可靠性高、調(diào)節(jié)速度快，但是其需要特定的模擬電路，靈活性較差，數(shù)字PID靈活性強(qiáng)，相應(yīng)速度依賴于控制器的運(yùn)算速度。隨著控制器運(yùn)算速度的不斷提升，數(shù)字PID成為工業(yè)控制的首選控制策略。圖2-3PID基本原理圖PID控制器是將偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行特定組合經(jīng)過運(yùn)算后輸出控制信號。其表達(dá)式：（2-1）式2-1中為比例系數(shù);積分常數(shù);時間常數(shù)。數(shù)字PID分為增量式和位置式兩類，可通過將模擬PID表達(dá)式2-1進(jìn)行時刻采樣，離散化得到位置式表達(dá)式2-2，位置式PID計(jì)算精度高，但是其累計(jì)計(jì)算量較大導(dǎo)致控制器資源浪費(fèi)且易出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。（2-2）式中K為采樣序號，e(k)表示第K次采樣的變差值；為積分系數(shù)，,為微分系數(shù)。增量式控制算法是位置式算法的優(yōu)化算法，該算法輸出的是控制量的增量。由式2-2可得出第K-1個采樣時刻狀態(tài)：（2-3）將式2-2與式2-4相減得到增量式算法公式：（2-4）由式2-4得到增量式PID的輸出結(jié)果只與前三次采樣偏差e(k)、e(k-1)、e(k-2)有關(guān)系，沒有了累加計(jì)算計(jì)算量要比位置式PID小的多因此增量式PID更適合做空壓機(jī)控制算法。比例環(huán)節(jié)：對偏差的瞬間作出反應(yīng)。系統(tǒng)一旦存在偏差控制器會立即動作，減小輸出偏差。比例系數(shù)決定系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但同時過大系統(tǒng)則會產(chǎn)生振動作用。積分環(huán)節(jié)：消除靜態(tài)誤差。偏差存在，積分部分的控制作用就會不斷加強(qiáng)，當(dāng)偏差為零時，積分會成為一個常數(shù)。積分環(huán)節(jié)影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度，必須與實(shí)際情況相結(jié)合來確定積分參數(shù)。微分環(huán)節(jié)：減小調(diào)節(jié)時間。對偏差值的變化趨勢進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以在偏差值變大之前對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常對于高階系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果更好。微分調(diào)節(jié)可提高調(diào)節(jié)速度，但是該環(huán)節(jié)計(jì)算復(fù)雜，會占用大量控制器資源，因此本設(shè)計(jì)選用增量式PI控制算法。圖2-4PID流程圖本文電流調(diào)節(jié)范圍較大，常規(guī)數(shù)字增量PI控制算法很難滿足要求。本文根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì)了分段式PI控制算法，具體程序流程如圖3-5所示。不同范圍內(nèi)的電流PI比例常數(shù)不同，電流值設(shè)定完成后程序自行選定如基值電流恒流控制PI參數(shù)、峰值電流PI控制參數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)提前對其進(jìn)行驗(yàn)證，充分保證了程序的高效以及精確特性。2.3抗干擾設(shè)計(jì)空壓機(jī)工作在一個極為復(fù)雜的環(huán)境中，抗干擾能力固然重要，因此設(shè)計(jì)時要充分考慮其硬件抗干擾以及軟件抗干擾能力。外部數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集通道進(jìn)入控制器，在硬件上設(shè)計(jì)了硬件濾波電路，但通道中仍然有噪聲的存在，因此在軟件設(shè)計(jì)時需添加軟件濾波算法來降低干擾。目前常用的濾波算法有限幅濾波算法、中值濾波算法、遞推平均濾波法、算數(shù)平均濾波算法等，工業(yè)控制中常常將這些算法結(jié)合使用來進(jìn)行特定系統(tǒng)的軟件濾波工作。在軟件編寫時，按鍵消抖也非常重要。按鍵是否正常觸發(fā)直接影響空壓機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行按鍵信息采集時，通過示波器看到有許多毛刺波，可能造成誤觸發(fā)。2.3.1常用的濾波算法滑動平均濾波。將采樣值看成一個隊(duì)列，每次新采集回來的數(shù)據(jù)放入隊(duì)列尾部，同時隊(duì)首的數(shù)據(jù)被滑出，利用隊(duì)列先進(jìn)先出的原則進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，可以有效的抑制周期性干擾，缺點(diǎn)為靈敏度低、浪費(fèi)RAM空間，不適用與開關(guān)電源電路。防脈沖干擾平均濾波。利用中位值濾波算法與算數(shù)平均濾波法二者進(jìn)行有效結(jié)合。方法為數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)采樣，去掉最大與最小數(shù)據(jù)計(jì)算平均值，優(yōu)點(diǎn)在于可以很好的濾除偶然的脈沖性干擾，同時具有很好的周期性干擾抑制、平滑度好。缺點(diǎn)為反應(yīng)速度較慢。一階滯后濾波算法。其方法為取a=0~1,本次濾波結(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果值。優(yōu)點(diǎn)為對周期性干擾具有很好的抑制作用，適用于高頻率波動環(huán)境下的濾波。缺點(diǎn)為相位滯后，消除的頻率和靈敏度取決于a值的大小。2.3.2防脈沖干擾平均算法改進(jìn)經(jīng)過實(shí)際測試發(fā)現(xiàn)，外部電流采集時會偶爾會出現(xiàn)一次尖峰值，且每次采集到的數(shù)據(jù)的后幾位是不斷波動的，因此驗(yàn)證了加入軟件濾波算法的重要性。本文通過防脈沖干擾平均算法與限幅濾波算法二者結(jié)合來完成數(shù)據(jù)濾波工作。防脈沖干擾平均濾波算法起主要作用，限幅濾波算法起輔助濾波作用。其二者結(jié)合后的具體流程如圖2-5所示。圖2-5濾波算法流程圖首先采集回來的每個數(shù)據(jù)都要進(jìn)行限幅處理，判斷本次采集結(jié)果與上次的差值的絕對值是否大于預(yù)設(shè)的最大誤差值A(chǔ),如果誤差超過A，軟件上會自動將該值認(rèn)定為錯誤值，不會被存儲到數(shù)組內(nèi)。然后利用冒泡排序法將數(shù)組進(jìn)行排序，之后將排序后的最大數(shù)和最小數(shù)找到并刪除掉，然后計(jì)算N-2個數(shù)據(jù)的算數(shù)平均數(shù)，得到的結(jié)果輸出到PI控制器中。2.3.3按鍵消抖程序設(shè)計(jì)按鍵消抖程序設(shè)計(jì)了按鍵中斷服務(wù)函數(shù)，在服務(wù)函數(shù)中啟動定時器，標(biāo)志位在定時器下進(jìn)行＋1操作，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到100時（1MS定時器），程序自動認(rèn)定為有效信號，進(jìn)行按鍵操作程序，同時將標(biāo)志位置零。具體流程如圖2-6所示。圖2-6按鍵消抖程序流程圖2.4數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理程序可以節(jié)約控制器資源、提高程序運(yùn)行效率。程序運(yùn)行時浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算占運(yùn)行時間的絕大部分?？諌嚎刂七^程是動態(tài)控制過程，例如空壓電流存在一個由基值電流向峰值電流上升的過程，這個過程中控制對象時刻在改變，控制器現(xiàn)場計(jì)算將會產(chǎn)生控制滯后問題。因此合理的數(shù)據(jù)程序可以很大程度提高程序運(yùn)行效率。本設(shè)計(jì)將空壓機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析設(shè)計(jì)了合理的數(shù)據(jù)處理程序。在電流上升階段涉及到多步浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，如果數(shù)據(jù)處理程序不合理將大幅度提高程序運(yùn)算時間。電流上升階段是在固定的時間內(nèi)電流由基值大小上升到峰值電流大小，其中時間、基值電流、峰值電流已知，經(jīng)過分析本處理程序通過已知的數(shù)據(jù)條件計(jì)算出斜率，通過斜率和采樣間隔計(jì)算出每次電流增長值，采樣間隔設(shè)定為100ms,由上一次的電流值加上增長值可得到電流值，這樣一來電流計(jì)算由程序運(yùn)行中的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為加法運(yùn)算，大幅度提高程序運(yùn)行效率?？諌簷C(jī)中以整數(shù)形式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。單片機(jī)處理浮點(diǎn)數(shù)比較費(fèi)時間，而整數(shù)則會大幅度提升，因此空壓機(jī)中用到的數(shù)據(jù)都會先轉(zhuǎn)化成整數(shù)進(jìn)行保存，整個空壓過程中多進(jìn)行整數(shù)運(yùn)行，可以有效的提高執(zhí)行效率。2.5參數(shù)存儲與讀取本設(shè)計(jì)為了方便用戶的使用，在設(shè)計(jì)時添加了參數(shù)記憶功能，每次開關(guān)機(jī)后參數(shù)的設(shè)定并不會丟失，開機(jī)后該模式仍然保持之前的參數(shù)設(shè)定狀態(tài)。為了減少通信干擾節(jié)約設(shè)計(jì)成本，本設(shè)計(jì)利用控制器自身攜帶的片上存儲器完成該類功能。本設(shè)計(jì)需要存儲近200個數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)程序時應(yīng)充分考慮其存入方式以及讀取方式，減少不必要的時間浪費(fèi)。通過查閱相關(guān)資料，將所有需要存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，最后本設(shè)計(jì)將模式號作為索引，進(jìn)行參數(shù)的存儲以及讀取。每個模式中都有自身需要的參數(shù)，以需要參數(shù)最多的模式建立二維數(shù)組，數(shù)組行號為模式號，列為參數(shù)，如果模式中沒有該參數(shù)則用#符號替代。本章主要對系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中完成了空壓機(jī)主程序設(shè)計(jì)、PI控制算法設(shè)計(jì)、濾波算法設(shè)計(jì)、軟件抗干擾、數(shù)據(jù)處理程序等多個模塊的設(shè)計(jì)，首先對系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。然后通過分析數(shù)據(jù)，，之后通過對防脈沖干擾算法改進(jìn)，加入按鍵消抖程序完成空壓機(jī)抗干擾軟件設(shè)計(jì)，介紹了空壓機(jī)中數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計(jì)，最后介紹了空壓機(jī)參數(shù)的存儲與讀取程序設(shè)計(jì)，整體滿足空壓機(jī)控制要求。第3章螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1硬件系統(tǒng)整體分析螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)主要包括核心控制單元、顯示模塊、驅(qū)動模塊和采樣模塊。本文重點(diǎn)對控制系統(tǒng)以及硬件電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)研究與設(shè)計(jì)。控制模塊主要完成空壓機(jī)的輸入輸出控制，做好整機(jī)的協(xié)調(diào)工作，硬件電路要具有低壓大電流的抗干擾能力。整個控制系統(tǒng)的主要完成空壓的恒流控制，其恒流的基本原理是：對系統(tǒng)的輸出位置進(jìn)行AD采樣，將采集到的交流信號送到整流放大電路進(jìn)行整流放大，整流放大后的電流信號通過線性光耦將信號送入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后單片機(jī)利用PID算法調(diào)控PWM的占空比，改變IGBT的開關(guān)頻率從而達(dá)控制到恒流的目的。整個硬件系統(tǒng)主要包括以STM32F405RGT6為控制核心的主控電路，電源電路、采樣電路、編碼器電路、隔離電路等。具體的硬件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1硬件電路結(jié)構(gòu)圖①主控電路：負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制工作、數(shù)據(jù)處理、輸出控制等工作。②檢測電路：負(fù)責(zé)將外部的信號進(jìn)行采集，保證處理器獲取外部的數(shù)據(jù)資源。③通信電路：保證多個板之間的數(shù)據(jù)共享，傳輸。④保護(hù)電路：保護(hù)空壓機(jī)不被大電流或大電壓所破壞。⑤驅(qū)動電路：將單片機(jī)輸出的信號進(jìn)行放大，提高驅(qū)動能力。3.2微處理器簡介及外圍電路設(shè)計(jì)處理器是一個控制系統(tǒng)的核心，本控制系統(tǒng)需要精密的輸出控制以及高速的數(shù)據(jù)處理能力，處理器的任務(wù)量非常的重，因此選用了基于M4內(nèi)核的STM32F405RGT6芯片，該單片機(jī)是意法半導(dǎo)體公司推出的F4系列單片機(jī)，其內(nèi)核集成了實(shí)時加速器使其可以快速的完成從等待到執(zhí)行的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。性能優(yōu)越主要有以下幾點(diǎn)：（1）降低硬件成本STM32F4單片機(jī)價格和一個8位機(jī)的價格相差不多，在加上其簡單的開發(fā)設(shè)備SW下載器就可以完成程序的下載，同時還可以完成在線的調(diào)試工作，在硬件上開發(fā)上可以降低開發(fā)成本。（2）外設(shè)資源多該處理器擁有多路單獨(dú)的AD、DA轉(zhuǎn)化通道同時為了減輕CPU的負(fù)擔(dān)，可以直接采樣DMA方式進(jìn)行AD、DA轉(zhuǎn)化，3路SPI通信接口，4路串口接收端口，多個高速I/O輸出端口都體現(xiàn)了其外設(shè)的豐富。（4）多級嵌套中斷具備中斷能力的輸出端口非常多，同時其多級嵌套中斷可達(dá)到16級，可以滿足復(fù)雜邏輯的控制編程對硬件的要求。（5）龐大的開發(fā)資源系統(tǒng)ST公司為開發(fā)者提供了固件庫，同時有許多ST論壇可以查閱資料，為開發(fā)者提供開發(fā)例程。（6）強(qiáng)大的計(jì)算能力F4芯片內(nèi)置了硬件浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算單元，有效的提升了其浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算的能力。同時ST公司還提供了DSP庫供F4單片機(jī)使用，擁有DSP庫的F4單片機(jī)可以在很大程度上提升對浮點(diǎn)數(shù)處理的能力。3.2.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)電路使用的是外部8MHZ的無源晶振，本次設(shè)計(jì)為了方便調(diào)試，使用了JATG下載電路，電路如圖3-2所示。為了提高下載電路的穩(wěn)定性在設(shè)計(jì)時設(shè)計(jì)10K的上拉電阻、按鍵復(fù)位電路、濾波電容等。圖3-2下載電路3.2.2電源電路設(shè)計(jì)電源電路是系統(tǒng)的重要組成之一，其作用主要是為系統(tǒng)的各個模塊提供工作所需要的能量，所提供的電源的質(zhì)量直接影響模塊的工作性能，電源穩(wěn)定是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提條件。本系統(tǒng)采用的是380V50HZ的交流電源進(jìn)行供電，整個系統(tǒng)所需要的電源比較多，在設(shè)計(jì)時將電源電路單獨(dú)設(shè)計(jì)在了一塊電路板上，并將高壓和低壓分開設(shè)計(jì)，這樣一來有效的避免了高壓對低壓的影響。3.2.3電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)電壓轉(zhuǎn)換電路作用是將輸入電源轉(zhuǎn)化成不同電壓。每個模塊所需電壓都不同，因此要設(shè)計(jì)多個電壓轉(zhuǎn)換電路，本設(shè)計(jì)利用逐步降低的方式進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換工作，利用降壓變壓器完成。之后的電壓轉(zhuǎn)換由DC-DC模塊完成，DC-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊具有隔離功能，且輸出穩(wěn)定、輸入電壓范圍大，適合做空壓機(jī)電源電路，具體電路如圖3-3所示，圖3-4所示。圖3-324V轉(zhuǎn)換電路圖圖3-43.3V轉(zhuǎn)換電路圖3.3狀態(tài)檢測電路狀態(tài)檢測電路其作用就是將外部的信息進(jìn)行采集然后通過對應(yīng)的采集通道送入單片機(jī)內(nèi)部。本系統(tǒng)工作在低壓大電流的環(huán)境下，對于微小信號的采集影響非常的大，而本設(shè)計(jì)對于信號的采集必須消除這些不必要因素的干擾。因此對于狀態(tài)檢測電路的穩(wěn)定性、靈敏度要求非常高。3.3.1電流采樣電路設(shè)計(jì)電流傳感器采用的是霍爾類型的傳感器，該類型的傳感器利用霍爾效應(yīng)原理對電流進(jìn)行測量，該元件是由一種半導(dǎo)體材料所制成的。其霍爾效應(yīng)如圖3-3所示。當(dāng)這個閉環(huán)中的電線有電流Ic通過時，導(dǎo)線周圍的磁場會和磁環(huán)的磁場構(gòu)成比例關(guān)系，由于磁環(huán)和霍爾元件具有線性關(guān)系，這樣一來霍爾器件就會產(chǎn)生霍爾電勢，通過測量所產(chǎn)生的電勢的大小就可以來反應(yīng)通過的電流的大小。其霍爾電壓為：（3-1）式中和分別為霍爾系數(shù)和器件靈敏度，二者由材料和尺寸決定，由式3-1可得到電壓和成比例關(guān)系，因此在恒定的磁場下電壓和電流成比例關(guān)系，可以達(dá)到測量電流大小的目的。該類型的電流傳感器的響應(yīng)速度小于等于1US，精度小于等于百分之一，同時其體積小，便于安裝，且工作溫度范圍比較大（-10℃-50℃）符合本設(shè)計(jì)的要求。本設(shè)計(jì)采用的是CS200B-4V型號的電流傳感器該型號的傳感器所測電流范圍是0-600安培，其輸出為0-10V的電壓，單片機(jī)的有效電壓為0-3.3V而線性光耦最好的線性區(qū)為0-2V因此對于0-10V的電壓轉(zhuǎn)化成了0-2V的電壓供單片機(jī)進(jìn)行電壓采集。為了提高其采用精度在對其電源進(jìn)行了電容濾波有效的降低了其電源紋波對于信號采集的影響。電壓信號的采樣與處理電路如圖3-5所示。圖3-5電流采樣濾波電路電壓信號經(jīng)過二極管與運(yùn)放構(gòu)成的精密整流電路后電路中的正半部分被濾除負(fù)半部分經(jīng)過整流后變成正向電壓，利用二極管的單向?qū)щ娦詠硗瓿烧鞴ぷ鞯嵌O管壓降對小信號的影響極大（本設(shè)計(jì)為0-10V對應(yīng)0-500A的電流，壓降0.6V對應(yīng)電流的偏差為30A嚴(yán)重影響電流采集的精度），將運(yùn)放與二極管組成負(fù)反饋環(huán)路，可以實(shí)現(xiàn)對毫伏級別的交流信號進(jìn)行整流。根據(jù)虛短和虛斷理論以及疊加定理得：當(dāng)輸入電壓為正時，二極管D1導(dǎo)通，D2截止，輸出電壓為Vo=0；當(dāng)輸入電壓為負(fù)時，二極管D1截止，D2導(dǎo)通，輸出電壓為-(R2/R1)UI。運(yùn)放后一級的輸入與該信號做一個加法器的輸入，為了進(jìn)一步將信號濾波處理在輸出端后面設(shè)計(jì)了跟隨運(yùn)放以及π型網(wǎng)絡(luò)濾波電路設(shè)計(jì)。整個電路工作的環(huán)境比較復(fù)雜，為了防止干擾信號通過采集通道進(jìn)入單片機(jī)影響單片機(jī)的正常工作，整個信號需要與單片機(jī)進(jìn)行隔離，因此選用了HCNR200型號的線性光耦作為傳輸元件需要將0-10V通過線性關(guān)系降到0-2V，該型號的線性光耦為電流驅(qū)動型，其工作電流范圍是1—40mA，最佳工作電流為25mA。其傳輸原理是利用LED燈光的電流大小信號來進(jìn)行傳輸信號的，線性光耦與普通光耦的區(qū)別在于其增加了光反饋電路，這樣一來兩個非線性的光接收電路的接收特性都是一樣的，可以通過反饋電路的非線性來抵消直通通道的非線性，從而達(dá)到線性傳輸?shù)囊?。HCNR200外圍電路設(shè)計(jì)如圖3-6所示。設(shè)計(jì)采用了常規(guī)的線性光耦外圍電路設(shè)計(jì)思路即與運(yùn)算放大器結(jié)合使用的設(shè)計(jì)方法。運(yùn)算放大器在該電路中可以起到穩(wěn)定輸入級的電流優(yōu)化電路性能的作用，該經(jīng)典電路可以很好的實(shí)現(xiàn)信號的線性隔離轉(zhuǎn)化。在其輸出端考慮到光耦會產(chǎn)生高頻噪聲，設(shè)計(jì)了低通濾波器進(jìn)行除燥處理。圖3-6線性光耦外圍電路3.3.2遙控電路設(shè)計(jì)空壓機(jī)工作時，冷水閥和空壓機(jī)存在分離的可能，空壓時的峰值電流需要實(shí)時調(diào)整，為了方便起見，該空壓機(jī)設(shè)計(jì)了遙控控制電路。該電路在設(shè)計(jì)時充分考慮了單片機(jī)的資源、抗干擾能力等方面。為了節(jié)約單片機(jī)的資源，在電路設(shè)計(jì)時通過三個光耦的開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)了一個AD采集通道采集三種數(shù)據(jù)，并通過軟件上的時序?qū)⑦@三個數(shù)據(jù)進(jìn)行有序的采集。具體的硬件電路如圖3-7所示。圖3-7遙控硬件電路3.3.3編碼器采集電路設(shè)計(jì)該電路的主要作用是完成空壓機(jī)模式的切換以及參數(shù)的輸入等功能，大多數(shù)空壓機(jī)采用數(shù)碼管或者觸摸屏，數(shù)碼管顯示并不美觀，由于空壓周圍環(huán)境很差會降低觸摸屏的靈敏度，本設(shè)計(jì)采用了EC11編碼器對屏幕進(jìn)行控制，左右兩個編碼器交替工作可以很好的完成空壓機(jī)功能的切換等功能，這種控制方式界面美觀且操作簡單，也不用擔(dān)心誤觸碰問題。EC11編碼器利用光電轉(zhuǎn)換的原理實(shí)現(xiàn)不同相位的波形輸出，分為A、B、Z三相。所謂的三相只得是A和B的相位相差90°，Z為0脈沖。其中A相、B相用于判斷方向，Z相用于零點(diǎn)位置的確定或者一個周期的標(biāo)識，每個編碼器旋轉(zhuǎn)一圈輸出的波形數(shù)量是根據(jù)其硬件結(jié)構(gòu)決定的。EC11模塊編碼器共有5個引腳其中3個屬于編碼器部分2個屬于按鍵部分。大部分設(shè)計(jì)為C引腳接地，A為時鐘線，B為數(shù)據(jù)線。此時EC11的具體時序圖如表3-1所示。表3-1EC11的具體時序圖EC11正反轉(zhuǎn)引腳動作正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)A上升沿下降沿上升沿下降沿BLHHL編碼器電路設(shè)計(jì)時采用了經(jīng)典的RC濾波電路其電容采用的是0.1uf,電阻為10K大小，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到該RC濾波電路可以很好的完成濾波工作。3.3.4通信電路設(shè)計(jì)整個系統(tǒng)具有三塊獨(dú)立的電路板，該模塊的主要作用是為了保證控制板能夠及時和其他模塊進(jìn)行信息共享同時三塊電路板間采用的是有線通信。本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的通信過程，也不需要傳輸大量的用戶數(shù)據(jù)，對于速度無要求，但是要求其高可靠性，因此選用了RS232通信方式。該通信電路的主要作用就是完成顯示面板與控制板的數(shù)據(jù)通信、遙控數(shù)據(jù)傳輸，使用RS232的通信方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①RS232抗干擾能力比較強(qiáng)其邏輯電平分別為正負(fù)3V到正負(fù)15V的范圍內(nèi)，比起TTL的0.8V電平，在抗干擾能力上強(qiáng)很多，本系統(tǒng)的干擾因素太多因此選用RS232。②供耗比較低3.3V的工作電壓，最大工作電流不過1MA，且靜態(tài)功耗低。③RS232通信電路穩(wěn)定性強(qiáng)RS232電路發(fā)展很成熟而且其外圍電路比較少，只需要104容量的電容即可，可以降低硬件的成本。同時其連接方式簡單，只需要三根線就可以完成雙向通信工作。具體電路如圖3-8所示。圖3-8232通信電路顯示部分采用的是迪文DGUS串口屏幕，為了節(jié)省接口資源提高抗干擾能力，之間的通信方式采用的232的通信方式，DGUS屏幕主要是通過命令進(jìn)行控制的，因此對于電路外圍電路無要求，只需要留有通信接口即可。3.4控制電路設(shè)計(jì)空壓機(jī)的控制電路對于一個空壓機(jī)的穩(wěn)定性能影響很大，由于空壓機(jī)工作在復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境中，其干擾源很多。所以在控制電路設(shè)計(jì)時要盡可能的提高該電路的抗干擾能力，以及驅(qū)動能力。風(fēng)壓是空壓的一個重要環(huán)節(jié)，其高頻的震蕩會直接耦合到空壓回路上，產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射，影響空壓，同時考慮到整個過程需要單片機(jī)的參與，高頻高壓會對單片機(jī)產(chǎn)生較大的影響，因此整個控制電路對于高頻的屏蔽要求很大，控制信號由單片機(jī)給出，信號經(jīng)過光耦隔離后到繼電器的控制端，中間設(shè)計(jì)了一個單向二極管，防止其高頻高壓信號對控制板有干擾。具體控制電路如圖3-9所示。圖3-9風(fēng)壓控制電路3.5抗干擾電路設(shè)計(jì)空壓設(shè)備具有多個干擾源，多個傳播途徑。這樣一來就需要空壓設(shè)備自身具有高抗干擾性能，因此在設(shè)計(jì)電路時要綜合考慮多種干擾源的存在。螺桿壓縮機(jī)中的高頻干擾抑制非常重要，高頻干擾會導(dǎo)致單片機(jī)工作不穩(wěn)定，其抗干擾電路設(shè)計(jì)的主要目的是使空壓機(jī)可以在多種復(fù)雜的電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)電磁兼容；在其設(shè)計(jì)時主要看其在電磁環(huán)境下的穩(wěn)定性以及對電磁環(huán)境的污染程度?？諌簷C(jī)內(nèi)部干擾源主要是由整流二極管、高頻風(fēng)壓器等器件產(chǎn)生，因此對于該類元件的外圍要做到很好的隔離保護(hù)。本空壓機(jī)在設(shè)計(jì)時主要采用了一下幾個方式進(jìn)行抗干擾保護(hù)。①信號入口設(shè)計(jì)相應(yīng)的RC濾波電路，對信號處理前先進(jìn)行去耦濾波處理。②對于不同的供電電源采用不同的參考地，同時將高功率電路與驅(qū)動電路分開設(shè)計(jì)有效的避免了電源的干擾問題。③進(jìn)行線性傳輸?shù)臅r候采用線性光耦元件進(jìn)行傳輸隔離。④整流橋以及IGBT的散熱片進(jìn)行接地處理，防止其產(chǎn)生電容耦合。3.5.1隔離電路設(shè)計(jì)空壓機(jī)設(shè)備的隔離電路設(shè)計(jì)主要是通過光耦隔離元件以及電感元件實(shí)現(xiàn)的。光耦全稱為光電耦合器，其主要作用就是光信號進(jìn)行傳遞信息，可以很好隔離輸入和輸出。光耦的主要原理就是利用輸入的電流信號驅(qū)動二極管點(diǎn)亮，一端的二極管點(diǎn)亮后發(fā)出特定波長的光，被光探測器接收后會在接收端產(chǎn)生電流，產(chǎn)生的電流經(jīng)過放大電路進(jìn)行放大后進(jìn)行輸出，這樣可以很好的通過光信號進(jìn)行信息傳遞同時光信號為單向傳導(dǎo)還可以有效的避免共模干擾的問題。本設(shè)計(jì)采用了HCR200線性光耦、TLP521高速光耦、TLP520普通光耦等，為了滿足不同需求的驅(qū)動要求，在光耦的輸出端采用了不同的上拉電阻和上拉電源設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)選用的TLP521高速光耦，就目前市場來看其性能并不是最優(yōu)的但是該類型的光隔性能優(yōu)越且控制電路比較成熟、隔離效果較好，因此選用該型號的高速光耦。3.5.2溫度保護(hù)電路設(shè)計(jì)空壓機(jī)的工作溫度直接影響空壓機(jī)的壽命，為了防止空壓機(jī)長時間過溫工作，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了溫度保護(hù)電路，該電路采用的是常開型溫度繼電器（當(dāng)溫度在80度以下時為開的狀態(tài)），當(dāng)溫度過高時，繼電器就會執(zhí)行閉合動作，如圖3-12所示。圖3-10溫度采集電路當(dāng)繼電器吸合后三極管（Q3）的基極由高電平變?yōu)榈碗娖?，三極管導(dǎo)通，光耦控制端點(diǎn)亮，信號通過光耦的另一端進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)，對應(yīng)引腳的中斷被觸發(fā)，單片機(jī)執(zhí)行該引腳的中斷服務(wù)程序，即終止空壓程序，同時故障燈被點(diǎn)亮。整個信號為外部信號，為了防止其對內(nèi)部板上的電源有影響，對其采集時采用了電感濾波電路進(jìn)行濾波處理。

第4章螺桿壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)4.1功能分析及程序流程圖設(shè)計(jì)根據(jù)空壓機(jī)控制系統(tǒng)功能要求，細(xì)化空壓機(jī)功能模塊，具體分析每個模塊要完成的任務(wù)，便于設(shè)計(jì)程序流程圖及編制控制代碼。模塊功能具體分析如下1)空壓機(jī)自動、手動啟動停止模塊的功能分析空壓機(jī)的啟動、停機(jī)分為手動及自動兩種方式。手動方式下，空壓機(jī)完全由啟/停按鈕控制，自動停止條件無效。自動方式下，根據(jù)備用選擇邏輯排列順序和相應(yīng)的聯(lián)動定值進(jìn)行自動啟?？刂啤o論在自動或者手動方式下，只要自手動選擇按鈕打到"OFF”位，空壓機(jī)在5秒內(nèi)自動停止。處于第一備用空壓機(jī)在卸載15分后不停止。2)備用位置自動選擇、人工選擇及備用切除模塊的功能分析控制系統(tǒng)運(yùn)行后，如有空壓機(jī)的自動手動選擇按鈕在自動位，則物理位置靠前的在自動位的空壓機(jī)作為第一備用空壓機(jī)，工作指示燈亮，接受第一聯(lián)動坎值實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷及卸載控制;物理位置臨近的下一空壓機(jī)如在自動則作為第二備用空壓機(jī)，接受第二聯(lián)動定值，實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷及卸載控制;物理位置臨近第二備用空壓機(jī)的下一空壓機(jī)如在自動則作為第三備用空壓機(jī)，接受第三聯(lián)動定值，實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷及卸載控制，依次類推。其中每一臺空壓機(jī)都可以作為第一備用空壓機(jī)，由備用順序選擇按鈕實(shí)現(xiàn)。按下每臺空壓機(jī)的備用順序選擇按鈕，當(dāng)前空壓機(jī)將作為第一備用，其物理位置臨近且處于自動位的空壓機(jī)作為第二備用，依次類推，先前第一備用將變成最后備用一補(bǔ),E:::一備用空壓機(jī)應(yīng)長期處于運(yùn)行狀態(tài)，在卸載巧分鐘后不自動停止。其余備用空壓機(jī)則不同，卸載巧分鐘后自動停止。每一臺也可以從備用狀態(tài)切除，此時只要把自/手動開關(guān)選擇打到手動位或OFF位，則該空壓機(jī)切除備用，下一臺處于自動位的空壓機(jī)頂替該備用位。3)空壓機(jī)自動位的程序切除模塊功能分析空壓機(jī)自動選擇開關(guān)，當(dāng)達(dá)到自動位后，空壓機(jī)投人自動，如果在自動位置出現(xiàn)啟動不起來或跳閘現(xiàn)象，自動位不自動切除會出現(xiàn)以下兩種情況:①如空壓機(jī)出口溫度高跳閘動作，空壓機(jī)停止，過一段時間跳閘信號消失，該空壓機(jī)在系統(tǒng)啟動條件允許的情況下自動啟動，就出現(xiàn)跳閘原因未查清，空壓機(jī)自動投人運(yùn)行;②空壓機(jī)在自動位，系統(tǒng)啟動條件合格，該空壓機(jī)由于電氣動力盤原因未啟動，出現(xiàn)啟動器故障，如自動位不切除，則該空壓機(jī)繼續(xù)占用原備用位，下一臺空壓機(jī)不能頂替故障空壓機(jī)，下一臺備用空壓機(jī)只有等待系統(tǒng)壓力低于對應(yīng)備用位置聯(lián)動定值時才能啟動，這樣會影響系統(tǒng)壓力。4）聯(lián)動坎值處理模塊功能分析空壓機(jī)控制系統(tǒng)使用的聯(lián)動壓力定值取得是空壓機(jī)出口三個儲氣罐壓力，信號由三個壓力變送器送人空壓機(jī)控制系統(tǒng)。三個模擬量信號在控制系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)過三選中值處理后做為坎值，作為備用空壓機(jī)的聯(lián)動、帶負(fù)荷及卸載處理的控制信號。5）空壓機(jī)備用時帶負(fù)荷、卸載及排空閥控制模塊功能分析無論空壓機(jī)處于一自動還是手動方式，帶負(fù)荷及卸載都是自動完成。在手動方式下，如果空壓機(jī)運(yùn)行則接受第一聯(lián)動定值a-bpsi(a>b)控制，即系統(tǒng)壓力達(dá)到a時卸載，系統(tǒng)壓力低于b時，空壓機(jī)帶載。6)空壓機(jī)自動疏水控制模塊分析為保證空壓機(jī)系統(tǒng)的正常工作，防止壓縮空氣系統(tǒng)帶油帶水，影響機(jī)組輔助設(shè)備正常運(yùn)行，在每臺空壓機(jī)出口都有一個自動疏水閥。在空壓機(jī)啟動15秒后，每10分釗進(jìn)行一次巧秒的自動疏水。7）跳閘信號首出記憶模塊分析為保證空壓機(jī)故障跳閘后檢修及運(yùn)行人員對故障的及時判斷，在系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)時增加每臺空壓機(jī)的跳閘信號首出記憶功能。對于每臺空壓機(jī)先出現(xiàn)的跳閘信號在空壓機(jī)報警盤上進(jìn)行平光顯示，后出現(xiàn)的跳閘信號進(jìn)行1秒的閃光顯示。在報警盤上，從上向下共布置5排報警燈及1排按鈕。排報警燈分別是每臺空壓機(jī)的跳閘信號及報警信號。按鈕分別是“事故復(fù)位”按鈕，“報警確認(rèn)”按鈕，“報警確認(rèn)允許”鑰匙按鈕，“燈試驗(yàn)”按鈕等。圖3.1程序流程框圖4.2編程原則和規(guī)范（1）編程原則1）在梯形圖中最左側(cè)豎母線代表控制電源的最高位，最右側(cè)的豎母線代表控制電源的低電位，信號從左向右傳遞，回路導(dǎo)通使輸出繼電器線圈勵磁動作，右側(cè)豎母線可忽略不畫;2)每個梯形圖由多個梯級組成，每個梯級必須而且只能具有一個輸出元素，即OUT，或TIM，或CNT，或其它特殊功能指令，從左側(cè)電源母線引出的每條邏輯線在到達(dá)右側(cè)豎母線之前必定匯集于某個輸出原色，從而構(gòu)成該輸出元素所在的梯級，這些邏輯線稱為此梯級的支路，每個梯級可以有多個支路;3）每個梯級的每個支路都不能以輸出元素開始，如果需要某個輸出總是接通，則可以用SR區(qū)中的常ON位作為輸入元素;4）在一個程序中，同一個位號或通道號不能重復(fù)用作輸出，只能輸出一次，但是被用作輸出的位號可以多次用作輸沁既可以用作常開觸點(diǎn)，又可以用作常閉觸點(diǎn)。5）在一個程序中，同一個位號可以無數(shù)次用作輸入元素;6）一段完整的梯形圖程序必須以END結(jié)束;7）計(jì)時器/計(jì)數(shù)器不能直接產(chǎn)生一個外部輸出信號，必須用OUT編程到一個輸出;8）在梯級的豎線上不能安排任何輸入元件。（2）規(guī)范技巧1）I/O位、工作位和定時器/計(jì)數(shù)器的編號可以多次使用，作為輸入不受限制，多次使用可以簡化程序和節(jié)省存儲單元，然而有時人為地減少一個輸入位的使用次數(shù)，常常導(dǎo)致程序的復(fù)雜化;2）在不使程序復(fù)雜難懂的情況下，應(yīng)盡可能少占用內(nèi)存;3）由于定時器計(jì)數(shù)器的編號必須在000511范圍內(nèi)分配，且不允許重復(fù)，所以一種簡便的分配方法是:定時器編號從000開始分配，而計(jì)數(shù)器編號從另一端開始編號，可以防止一個計(jì)時器和一個計(jì)數(shù)器使用同一個編號的錯誤;4）在對復(fù)雜的梯形圖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編碼時，可以使用END指令，將其劃分為一些簡單的功能模塊，對這些模塊逐個進(jìn)行編碼和調(diào)試，容易取得較高的效率;5）由于PLC的掃描方式是從左至右，從上至下地對梯形圖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描，上一梯級的執(zhí)行結(jié)果會影響到下一級的輸入狀態(tài)，故在編程時應(yīng)加以考慮，以免將控制關(guān)系搞錯;6）傳感器和執(zhí)行器實(shí)際物理信號、顯示單元與控制變量轉(zhuǎn)變成內(nèi)存單元變量，便于管理和調(diào)試。4.3控制代碼梯形圖編寫在系統(tǒng)模塊詳細(xì)功能分析和準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在開始編寫控制邏輯代碼，首先用Microsoft提供的繪圖和圖表制作軟件OfficeVisio，設(shè)計(jì)出每個模塊的梯形圖，然后用CX-Programmer編程器編制代碼。部分Microsoft:OfficeVsio設(shè)計(jì)的模塊梯形圖如圖。部分設(shè)計(jì)模塊梯形圖

第5章系統(tǒng)檢驗(yàn)系統(tǒng)試運(yùn)行條件準(zhǔn)備過程如下:1)根據(jù)控制系統(tǒng)原理，完成整個系統(tǒng)的接線;2)檢查:檢查接線是否正確，各個閥門是否完好;3)接通電源，檢查(power)LED是否有指示(顯示綠色)，檢查輸入、輸出單元用電源電壓、端子接線;把狀態(tài)選擇開關(guān)設(shè)定在“編程”狀態(tài);4)在編程狀態(tài)下，用強(qiáng)制ON/OFF機(jī)能檢查輸出配線，用輸入單元指示或I/0監(jiān)視、I/0多點(diǎn)監(jiān)視等機(jī)能檢查輸入配線和信號是否正常;5)將編程器的工作方式選擇開關(guān)設(shè)在“監(jiān)視”或“運(yùn)行”位置，檢查“運(yùn)行”(RUN)指示燈是否有指示。5.1前面板和報警盤信號顯示實(shí)驗(yàn)不接通高壓的情況下，單獨(dú)啟停空壓機(jī)，觀察盤車是否正常，高壓開關(guān)柜線圈是否吸合，放空閥和卸荷閥是否正常工作，觀察指示燈是否正確顯示，油泵是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)故障能否準(zhǔn)確及時地報警和停機(jī)等。重點(diǎn)觀察控制柜面板及報警盤信號顯示是否正常:1)控制柜前面板應(yīng)布置下列信號:每臺空壓機(jī)的啟動、停止帶燈按鈕(“燈”作為運(yùn)行(紅色)、停止(綠色)指示)、備用指示燈(藍(lán)色)、故障指示燈(紅色)、帶負(fù)荷指示燈(黃色)、備用位置指示燈(藍(lán)色)、自動/手動選擇按鈕。壓縮空氣系統(tǒng)真實(shí)壓力的液晶指示，以PSI作為單位?？諌簷C(jī)備用順序選擇按鈕。電源監(jiān)視燈(紅色)?？偣收蠄缶甘緹?紅色)2)控制機(jī)柜內(nèi)部報警指示盤指示的信號有:5臺空壓機(jī)的跳閘信號，實(shí)現(xiàn)首出記憶功能，先出現(xiàn)平光顯示，后出現(xiàn)1秒的閃光顯示.燈光顏色為紅色。5臺空壓機(jī)的一般報警信號顯示，燈光顏色為黃色。PLC控制柜前面板信號燈現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5.1圖5.1PLC控制柜前而板信號燈實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖PLC控制柜內(nèi)報警指示信號燈現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5.5。圖：5.2PLC控制柜內(nèi)報警指示信號幻實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖5.2系統(tǒng)功能實(shí)驗(yàn)逐項(xiàng)完成系統(tǒng)功能實(shí)驗(yàn):1)空壓機(jī)手/自動切換實(shí)驗(yàn)①每臺空壓機(jī)都可以在自動或者手動方式下運(yùn)行，將空壓機(jī)的自動/手動選擇按鈕旋到手動位，空壓機(jī)則在手動方式下，實(shí)驗(yàn)空壓機(jī)是否只受啟動/停止按鈕控制，不在接受自動停止條件控制;②將空壓機(jī)的自動/手動選擇按鈕旋到自動位，實(shí)驗(yàn)空壓機(jī)是否能完成備用位置的自動排序;③從手動位或自動位，切換開關(guān)到OFF位，實(shí)驗(yàn)空壓機(jī)能否在5S內(nèi)自動停止。2)空壓機(jī)備用位置自動選擇、手動選擇及備用切除實(shí)驗(yàn)①實(shí)驗(yàn)處在物理位置靠前的在自動位的空壓機(jī)是否能自動作為第一備用空壓機(jī)，工作指示燈亮，物理位置臨近并在自動位的下一空壓機(jī)是否能自動作為第二備用空壓機(jī)，以次類推，看能否自動排成備用隊(duì)列;②實(shí)驗(yàn)備用隊(duì)列隨時調(diào)整，實(shí)驗(yàn)用每臺空壓機(jī)的備用順