PLC和變頻器在離心風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、河南科技學(xué)院2008屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：plc和變頻器在離心風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用學(xué)生姓名： 張國(guó)強(qiáng) 所在院系： 機(jī)電學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 機(jī)電技術(shù)教育導(dǎo)師姓名： 劉法治 完成時(shí)間：2008年05月28日摘 要在目前的離心風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)中離心風(fēng)機(jī)普遍存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成能源的大量浪費(fèi)。為適應(yīng)節(jié)能降耗要求，本文應(yīng)用可編程邏輯控制器與變頻器技術(shù)對(duì)原來離心通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，并對(duì)其控制原理、硬件選擇、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)闡述。從而對(duì)傳統(tǒng)的離心風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗改造，可以有效的解決以前通風(fēng)壓力波動(dòng)大、系統(tǒng)故障率高、能源浪費(fèi)嚴(yán)重等一系列問題。同時(shí)，系統(tǒng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式，便于對(duì)系統(tǒng)

2、進(jìn)行維護(hù)修理，并能通過應(yīng)用軟件對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和遠(yuǎn)距離控制。提高效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。關(guān)鍵字：plc，變頻器，自動(dòng)控制the application of frequency converter and plc in centrifugal fan control systemabstractin the current centrifugal fan ventilation system in the centrifugal fan widespread the phenomenon of the mara car, causing a lot of energy wasted. in or

3、der to meet energy saving requirements, the paper application programmable logic controller and inverter to the original centrifuge technology to transform the ventilation system and its control principle, choice of hardware, software designed to focus on. thus the traditional centrifugal fan contro

4、l system of energy saving, can be an effective solution before the ventilation pressure fluctuations, system failure rate is high and the serious waste of energy, such as a series of problems. at the same time, the system has both automatic and manual control methods, to facilitate the repair of the

5、 system for maintenance and application software through the ventilation system for monitoring and remote control. improve efficiency and achieve control.keywords: plc, frequency converter, automatically control1 緒論空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。作為基礎(chǔ)工業(yè)裝備之一，空壓機(jī)在冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的

6、工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用?？諌簷C(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐、空壓機(jī)等)耗電量的15%。由于結(jié)構(gòu)原理的原因，大部分空壓機(jī)的運(yùn)行控制均將空壓機(jī)輸出的空氣壓力即管路儲(chǔ)氣罐壓力作為控制對(duì)象?？刂乒苈返目諝鈮毫υ谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)，即最高不超過氣壓管路和用氣設(shè)備的安全容限(一般為0.7 mpa )，最低要滿足用氣設(shè)備的最低工作壓力要求(0.4mpa)。為滿足這一要求，空壓機(jī)中普遍采用兩種控制方法:（1）利用電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)和停止來調(diào)節(jié)管路壓力。這種方法，首先設(shè)定管路壓力的上、下限。當(dāng)管路壓力上升達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，電動(dòng)機(jī)斷電，空壓機(jī)停止運(yùn)行，管路壓力隨著現(xiàn)場(chǎng)用氣和管路泄露逐漸下降。當(dāng)壓力下降至設(shè)定下限時(shí)，電動(dòng)機(jī)

7、得電，空壓機(jī)重新啟動(dòng)運(yùn)行，管路壓力又開始上升。如此周而復(fù)始。采用這種方式，管路壓力不停地在壓力上下限之間變化，控制簡(jiǎn)單，成本低，但電機(jī)啟動(dòng)頻繁，對(duì)電網(wǎng)的干擾較大，只適用于小功率電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。（2）利用空壓機(jī)的壓力氣閥控制。當(dāng)管路壓力達(dá)到設(shè)定壓力上限時(shí)，空壓機(jī)與儲(chǔ)氣罐聯(lián)接閥門關(guān)閉，空壓機(jī)處于空載運(yùn)行。當(dāng)管路壓力下降至設(shè)定下限時(shí)，空壓機(jī)與儲(chǔ)氣罐聯(lián)接的氣閥打開，空壓機(jī)輸出壓縮空氣，管路壓力上升。如此往復(fù)，整個(gè)運(yùn)行過程電動(dòng)機(jī)保持運(yùn)行，避免了頻繁起停，適用于大功率的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。目前，空壓機(jī)的運(yùn)行采用第二種方法控制的居多。這種方法不考慮電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制，對(duì)電動(dòng)機(jī)只須設(shè)計(jì)其啟動(dòng)控制。對(duì)于空壓機(jī)中的大功率電動(dòng)

8、機(jī)的啟動(dòng)，一般采用兩種方法，即線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串頻敏電阻方法和鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的定子y-轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方法。線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的啟動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，而電機(jī)的啟動(dòng)電流沖擊仍然很大，同時(shí)轉(zhuǎn)子電刷機(jī)構(gòu)增加了電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。鼠籠異步電動(dòng)機(jī)定子y-啟動(dòng)，即電機(jī)啟動(dòng)時(shí)定子接成y形，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子接成形，這樣可以降低啟動(dòng)電流，但也降低了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，增加了相應(yīng)的啟動(dòng)裝置?？傊?，上述傳統(tǒng)控制方式存在的問題是明顯的：（1）管路空氣壓力波動(dòng)較大，管路壓力在設(shè)定上下限之間波動(dòng)，氣閥的故障率高；（2）空壓機(jī)頻繁加載、卸載造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，以及損耗電量大；（3）空壓機(jī)總處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，造成空壓機(jī)

9、的機(jī)械故障增多和空壓機(jī)的機(jī)體溫度升高；（4）空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大，此噪聲一方面由空壓機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生，另一方面在空壓機(jī)氣閥動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生。針對(duì)以上存在的問題，采用plc1和變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，節(jié)能效果顯著，實(shí)用性好。2 plc和變頻調(diào)速技術(shù)的簡(jiǎn)介2.1 plc控制系統(tǒng)特點(diǎn)和功能可編程序控制器（programmable logic controller:簡(jiǎn)稱plc）是一種在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用下而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，他將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，成為實(shí)現(xiàn)單機(jī)、車間、工廠自動(dòng)化的核心設(shè)備，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便等諸

10、多優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，其控制功能由簡(jiǎn)單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復(fù)雜的連續(xù)控制和過程控制，成為自動(dòng)化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱（plc、機(jī)器人、cad/ cam）之一。其主要應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域有：順序控制、過程控制、位置控制、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。 plc用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中的大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。plc的梯形圖程序一般采用順序控制的設(shè)計(jì)方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比繼電接觸器系統(tǒng)電路圖的設(shè)計(jì)時(shí)間要少。plc的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開關(guān)來模擬，通

11、過plc上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)問題，一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試比繼電器系統(tǒng)容易得多。一個(gè)空壓機(jī)plc系統(tǒng)由plc系統(tǒng)硬件、plc應(yīng)用程序、信號(hào)采集控制外圍設(shè)備等組成，有時(shí)雖然采用了最先進(jìn)的可靠性最高的plc，但由于外圍設(shè)備不能匹配致使整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。例如在空壓機(jī)控制系統(tǒng)改造的過程中，如果信號(hào)電纜沒有屏蔽接地，傳入到plc中的信號(hào)干擾嚴(yán)重，傳來的信號(hào)沒有利用的價(jià)值。如果所有信號(hào)線屏蔽層并聯(lián)并在控制室一端接地，就會(huì)收到了立竿見影的效果，信號(hào)穩(wěn)定無干擾。其實(shí)，以上問題是我們?cè)趦x表施工中很容易忽視的問題，因?yàn)楝F(xiàn)在大部分二次儀

12、表的抗干擾能力較強(qiáng)，輕微干擾不易覺察，但是對(duì)于plc這樣的工控設(shè)備來說，就必須嚴(yán)格按照儀表和工控機(jī)布線標(biāo)準(zhǔn)去施工。所以規(guī)范的施工布線、可靠的外圍設(shè)備和周密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蜻壿嬍翘岣呖諌簷C(jī)控制系統(tǒng)可靠性的必要條件，提高空壓機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性必須從以上幾點(diǎn)抓起。pl c的主要功能：（1） 在線數(shù)據(jù)采集和輸出；（2）控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等；（3）數(shù)據(jù)處理功能。既能進(jìn)行基木數(shù)學(xué)、邏輯運(yùn)算，還可通過編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法；（4）輸入/輸出信號(hào)調(diào)制功能；（5）通信、聯(lián)網(wǎng)功能?？蛇M(jìn)行1：n的遠(yuǎn)程控制、多臺(tái)pl c間聯(lián)網(wǎng)通信、外部器件與pl c的信號(hào)處理，單機(jī)之間實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換等；（6）

13、支持人機(jī)界面功能；（7）編程、調(diào)試等。2.2 變頻器技術(shù)的特點(diǎn)變頻器技術(shù)2是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。它與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比，它是利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)電、容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制、可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制、實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高額度的起、停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。完善的保護(hù)功能：變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)檢測(cè)到各種故障，并顯示故障類別（如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機(jī)短路等），并立即封鎖

14、輸出電壓。這種“自我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。2.3 空壓機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)原理2.3.1 螺桿空壓機(jī)的工作原理螺桿式空壓機(jī)3的工作原理圖如圖1所示，空氣經(jīng)空氣過濾器和吸氣調(diào)節(jié)閥而吸入，該調(diào)節(jié)閥主要用于調(diào)節(jié)氣缸、轉(zhuǎn)子及滑片形成的壓縮腔，陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子相對(duì)于氣缸作偏心方式運(yùn)轉(zhuǎn)?；惭b在轉(zhuǎn)子的槽中，并通過離心力將滑片推至圖1 空氣壓縮機(jī)原理圖氣缸壁，高效的注油系統(tǒng)能夠確保壓縮機(jī)良好的冷卻及潤(rùn)滑油的最小耗量，在氣缸壁上形成的一層薄薄的油膜可以防止金屬部件之間直接接觸而造成磨損。經(jīng)壓縮后的空氣溫度較高，其中混有一定的油氣，經(jīng)油/氣分離器進(jìn)行分離之后，油氣經(jīng)過油冷卻器冷卻再經(jīng)過油

15、過濾器流回儲(chǔ)油罐，空氣經(jīng)過油/氣分離器后流進(jìn)氣冷卻器（空氣冷卻裝置）進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。2.3.2 基于管路壓力控制的電動(dòng)機(jī)變頻控制原理螺桿式空壓機(jī)基本運(yùn)行方式為加載、減載方式。減載時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn)，能源白白地浪費(fèi)，利用變頻器改變電機(jī)供電頻率，來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制空壓機(jī)單位時(shí)間的出風(fēng)量，從而達(dá)到控制管路的壓力，具有明顯的節(jié)能效果。與傳統(tǒng)的空壓機(jī)運(yùn)行控制管路壓力的方法不同，變頻控制方式是通過 圖2 變頻壓力控制原理圖 圖3 壓力變化示意圖控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速來控制空壓機(jī)的單位時(shí)間出風(fēng)量，從而達(dá)到控制管路壓力的目的。其系統(tǒng)控制框圖如圖2所示。其控制過程是：通過壓力設(shè)定和壓

16、力反饋的比較，得到被控量和期望值的偏差，經(jīng)pid4調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器輸出的控制異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的交流電頻率值，由變頻器輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電，在異步電動(dòng)機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。經(jīng)空壓機(jī)輸出對(duì)應(yīng)的壓縮空氣的風(fēng)量至儲(chǔ)氣罐，使儲(chǔ)氣罐的壓力變化，直到管路壓力與設(shè)定壓力相同。其管路壓力控制過程如圖3所示。3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 空壓機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理原空壓機(jī)的運(yùn)行方式為自藕變壓器減壓起動(dòng)后全壓運(yùn)行。其操作程序?yàn)椋喊聪聠?dòng)按鈕，控制系統(tǒng)接通啟動(dòng)器線圈并打開斷油閥，空壓機(jī)在空載模式下啟動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣閥處于關(guān)閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力，降壓8s后空壓機(jī)開始加載運(yùn)行，系統(tǒng)壓力開始上升。當(dāng)系

17、統(tǒng)壓力上升到壓力開關(guān)限值時(shí)，在起跳壓力下，控制器使進(jìn)氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣，空壓機(jī)空載運(yùn)行，直到系統(tǒng)壓力降到壓力開關(guān)下限值后，在回跳壓力下，控制器使進(jìn)氣閥打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，空壓機(jī)打開滿載運(yùn)行。原系統(tǒng)工況存在以下問題：(1) 主電機(jī)雖然采用自藕變壓器減壓起動(dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全；(2) 主電機(jī)時(shí)?？蛰d運(yùn)行，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電能浪費(fèi)嚴(yán)重；(3) 主電機(jī)工頻運(yùn)行致使空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)噪音很大；(4) 主電機(jī)工頻起動(dòng)使設(shè)備受沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，所以設(shè)備維護(hù)工作量大。根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對(duì)空壓機(jī)的變頻改造作出如下的設(shè)計(jì)方案：為保

18、證一旦變頻器故障時(shí)不影響生產(chǎn)的繼續(xù)進(jìn)行，采用了在保留原有工頻系統(tǒng)的情況下，另增加變頻控制系統(tǒng)的方案。在變頻控制方式下，調(diào)節(jié)方式采用閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速兩套控制方案。在自動(dòng)控制方式下，控制系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到空壓機(jī)出口的壓力信號(hào)值，經(jīng)過a/d模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)轉(zhuǎn)換后，通過可編程控制器(plc)和變頻器調(diào)整單臺(tái)壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證電機(jī)以最小的功率輸出。在精確控制壓力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)以延長(zhǎng)空壓機(jī)的使用壽命。在手動(dòng)控制方式下，通過給電機(jī)設(shè)定高速和低速兩種轉(zhuǎn)速的辦法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速：當(dāng)空壓機(jī)需要工作時(shí)，讓電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)空壓機(jī)不工作時(shí)，讓電機(jī)在低速擋位運(yùn)轉(zhuǎn)。一旦變頻器及plc

19、發(fā)生故障時(shí)，可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)手動(dòng)切換到原工頻啟動(dòng)柜經(jīng)自藕變壓器降壓?jiǎn)?dòng)后運(yùn)行，以保證空壓機(jī)的正常工作。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備很多，變頻器工作時(shí)會(huì)將高次諧波回饋至電網(wǎng)，為減小高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，給變頻器加裝了電抗器，有效地降低了變頻器對(duì)電網(wǎng)的污染。同時(shí)，為保障電機(jī)繞組溫升滿足要求，變頻器低速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速不能過低，設(shè)置的低頻轉(zhuǎn)速為30hz。總之控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下設(shè)計(jì)要求：（1）控制系統(tǒng)具有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試功能； （2）plc運(yùn)行速度要滿足實(shí)時(shí)控制要求；（3）系統(tǒng)要求用戶能夠直觀了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)及空壓機(jī)輸出壓力的變化；（4）要求用戶能夠遠(yuǎn)程控制空壓機(jī)的啟動(dòng)、停止和過熱保護(hù)；（5）用戶

20、可自行設(shè)置空壓機(jī)的輸出壓力高低，以控制變頻器的起停；（6）變頻器及其他設(shè)備的故障信息能夠及時(shí)反映在遠(yuǎn)程plc上。3.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理3.2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成由控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求可知該系統(tǒng)由可編程序控制器、變頻器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器等構(gòu)成。其中plc作為控制單元，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和系統(tǒng)工作狀態(tài)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止，控制變頻器的起動(dòng)和停止，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力調(diào)節(jié)輸出頻率，改變空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力，并將變頻器工作狀態(tài)輸出到plc?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖4所示。圖4 空壓機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2.2 系統(tǒng)的控制原理基于plc的變頻控制系統(tǒng)原理圖如圖5所示，該控制系統(tǒng)原理圖由以下部

21、分組成：變頻器、可編程控制器、變頻器、壓力變送器、溫度傳感器等。plc由電源、cpu、模擬量輸出模塊等組成。其中采用plc來實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制。本系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速和制動(dòng)的特性，采用日本安川616pc5變頻器，系統(tǒng)中由fp系列plc完成數(shù)據(jù)的采集和對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)。基于fp系列plc的編程軟件，采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和維護(hù)。系統(tǒng)可直接設(shè)置變頻器的參數(shù)和利用對(duì)plc軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)和停止和空壓機(jī)保護(hù)控制。系統(tǒng)主要包括五部分：起動(dòng)、運(yùn)行、停止、切換、報(bào)警及故障自診

22、斷。(1) 起動(dòng)：以兩臺(tái)電機(jī)m1 、m2為例，可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇變頻/工頻啟動(dòng)運(yùn)行；正常情況，電機(jī)m1處于變頻調(diào)速狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)m2處于停機(jī)狀態(tài)。 (2) 停止：按下停止按鈕，plc控制所有的接觸器斷開，變頻器停止工作。(3) 切換：實(shí)現(xiàn)m1，m2工頻、變頻相互切換。(4) 報(bào)警及故障自診斷：空壓機(jī)內(nèi)部一般有四個(gè)需要監(jiān)測(cè)的量：冷卻水壓力監(jiān)測(cè)、潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)、機(jī)體溫度監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)氣罐壓力監(jiān)測(cè)。圖5 plc變頻控制系統(tǒng)示意圖該系統(tǒng)中plc通過傳感器，監(jiān)測(cè)空壓機(jī)一級(jí)、二級(jí)氣缸排氣溫度，潤(rùn)滑油溫度，風(fēng)包的溫度，一級(jí)、二級(jí)的壓力及潤(rùn)滑油的壓力，冷卻水的水量，電機(jī)的過載及變頻器的故障等有關(guān)的各類對(duì)象信息，采用一臺(tái)

23、變頻器對(duì)一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)控制，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速大小，并且向plc反饋?zhàn)陨淼墓ぷ鳡顟B(tài)信號(hào)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能夠向plc發(fā)出報(bào)警信號(hào)。由于變頻調(diào)速是通過改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率以改變同步轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，故在調(diào)速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差功率，因此具有高效率、寬范圍、高精度的調(diào)速性能。3.3 plc硬件設(shè)計(jì)3.3.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需采集的參數(shù)(1) 壓力信號(hào)分別為1級(jí)缸、2級(jí)缸的排氣壓力、潤(rùn)滑油壓力3點(diǎn)； (2) 溫度信號(hào)為1級(jí)缸的排氣溫度、2級(jí)缸的排氣溫度共2點(diǎn)； (3) 繼電器信號(hào)為空壓機(jī)和油泵的熱繼電器開關(guān)共2點(diǎn)； (4) 開關(guān)量信號(hào)為啟動(dòng)、停止按鈕和手動(dòng)、自動(dòng)切換按鈕共4點(diǎn)

24、；(5) 變頻器的輸入信號(hào)共4點(diǎn)；(6) 冷卻水的流量信號(hào)共1點(diǎn)；采集總數(shù)為3+2+2+4+4+1=163.3.2 plc類型和模塊的選擇根據(jù)plc系統(tǒng)所需要的i/o點(diǎn)總數(shù)在256點(diǎn)以下，屬于小型機(jī)范圍，控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，只需要邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單功能，所以plc器件選擇日本松下電工公司生產(chǎn)的fp-c40c型號(hào)。它具有較大容量的i/o點(diǎn)：輸入為24點(diǎn)、輸出為16點(diǎn)，擁有ram的內(nèi)部存儲(chǔ)器和擴(kuò)展單元，而且具有標(biāo)準(zhǔn)的rs232c串行口通信，可以方便的實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的連接實(shí)施編程、監(jiān)控的操作。同時(shí)它還具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，性能價(jià)格比高，適合于自動(dòng)控制領(lǐng)域中應(yīng)用。輸入模塊選擇：nis fp1-4a/d；輸出

25、模塊選擇：nis fp1-2d/a。3.3.3 plc的i/o分配表表1 plc的的i/o分配表序號(hào)地址信號(hào)名稱作用序號(hào)地址信號(hào)名稱作用1x1輸入按鈕啟動(dòng)16y1輸出指示燈油泵運(yùn)行2x2輸入按鈕手動(dòng)17y2輸出接觸器km2閉合3x3輸入按鈕自動(dòng)18y3輸出接觸器km3閉合4x4輸入壓力傳感器一級(jí)壓力19y4輸出接觸器km4閉合5x5輸入壓力傳感器二級(jí)壓力20y5輸出接觸器km1閉合6x6輸入壓力傳感器潤(rùn)滑油壓21y6輸出電鈴告警7x7輸入溫度傳感器一級(jí)溫度22y7輸出指示燈一級(jí)超壓8x8輸入溫度傳感器二級(jí)溫度23y8輸出指示燈二級(jí)超壓9x9輸入熱繼電器過載保護(hù)24y9輸出指示燈斷水告警10x1

26、0輸入熱繼電器過載保護(hù)25y10輸出指示燈缺油、斷油11x11輸入流量計(jì)水流量26y11輸出指示燈一級(jí)超溫12x12輸入繼電器高頻信號(hào)27y12輸出指示燈二級(jí)超溫13x13輸入繼電器低頻信號(hào)28y13輸出繼電器變頻正轉(zhuǎn)14x14輸入按鈕復(fù)位29y14輸出繼電器外部故障15 yo輸入指示燈電機(jī)降壓30y15輸出繼電器外部復(fù)位plc的硬件接線圖如圖6所示3.3.4 壓力變送器的選擇采用bpkzk智能型壓力變送器。這種壓力變送器集測(cè)量、顯示、控制一體化，安裝使用方便，零位、量程可用電位器調(diào)整，模擬輸出多種標(biāo)準(zhǔn)形式供用戶選擇，多點(diǎn)繼電器輸出接口，易于控制。3.4 空壓機(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.4.1 變頻

27、控制系統(tǒng)原理如圖7所示，變頻控制系統(tǒng)中采用日本安川616pc5變頻器組成控制電路，km1、km5、km6在plc的控制下實(shí)現(xiàn)工頻/變頻轉(zhuǎn)換。在變頻器中，fs、fv，fi和fc端子是壓力反饋輸入端子。其中，fs提供頻率給定電源(+15v)。在fi、圖6 plc的硬件接線圖圖7 變頻控制電路圖fv端子，輸入電壓信號(hào)給定變頻器輸出頻率，這個(gè)電壓信號(hào)由分壓電阻(4.7k)fv端子輸入壓力設(shè)定值，fi端子輸入由遠(yuǎn)傳壓力表反饋的儲(chǔ)氣罐壓力信號(hào)，構(gòu)成負(fù)反饋。在變頻器中，還具有pid和自學(xué)習(xí)功能，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的壓力變化特性，自動(dòng)調(diào)整pid控制參數(shù)，得到最佳控制。 s1、s3、s4和sc端子是變頻器運(yùn)行控制端都

28、發(fā)生故障時(shí)k2閉合。s3端子接收此信號(hào)，變頻器停止運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)起保護(hù)作用。變頻器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，由ma、mc閉合給出信息。此信息輸人給plc，plc控制系統(tǒng)停止工作。當(dāng)故障排除后，plc控制k3閉合，變頻器s4端子接收信號(hào)后使變頻器復(fù)位。m1、m2輸出變頻器運(yùn)行信號(hào)。r、s、t輸入電機(jī)運(yùn)行的工頻電源給變頻器，u、v、w由變頻器輸出變頻后的電源給電機(jī)。k1、k2 、k3信號(hào)由plc系統(tǒng)的輸出模塊提供。變頻器的m1、m2、ma、mc輸出信號(hào)，輸入plc的輸人模塊。同時(shí)在安裝變頻裝置時(shí)，應(yīng)保留原有的工頻控制設(shè)備及排氣量控制設(shè)備。在變頻柜上設(shè)置工頻/變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)，一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，可方便地轉(zhuǎn)換到工

29、頻運(yùn)行狀態(tài)。為了減少噪聲對(duì)信號(hào)的影響，信號(hào)線使用屏蔽線與主回路分開布線，以提高抗干擾性。同時(shí)將空壓機(jī)故障保護(hù)觸點(diǎn)串入變頻裝置控制回路.從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)的斷水、斷油、超溫、超壓保護(hù)。3.4.2 變頻器與plc的連接（1）運(yùn)行信號(hào)的輸入變頻器的輸入信號(hào)包括：運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、微動(dòng)等數(shù)字量輸入信號(hào)。變頻器通常利用繼電器接點(diǎn)或晶體管集電極開路形式與上位機(jī)連接, 并得到運(yùn)行信號(hào)。如圖8所示。圖8 運(yùn)行信號(hào)的連接方式在使用繼電器接點(diǎn)的場(chǎng)合, 為了防止出現(xiàn)因接觸不良而帶來的誤動(dòng)作，需要使用高可靠性的控制繼電器。而當(dāng)使用晶體管集電極開路形式進(jìn)行連接時(shí)，也同樣需要考慮晶體管本身的耐壓容量和額定電流等因素，

30、使所構(gòu)成的接口電路具有一定的裕量, 以達(dá)到提高系統(tǒng)可靠性的目的，否則會(huì)造成變頻器的誤動(dòng)作。如圖9所示。在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號(hào)電路時(shí)還應(yīng)注意到，當(dāng)輸入信號(hào)電路連接不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生誤作。例如當(dāng)輸入信號(hào)電路采用如圖10所示的連接方式時(shí)，由于存在和運(yùn)行電壓信號(hào)并聯(lián)的繼電器等感性負(fù)載, 繼電器合分時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流所帶來的噪聲干擾有可能引起變頻器的誤動(dòng)作，應(yīng)該盡量避免這種接法。圖9 輸入信號(hào)電路的正確接法圖10 輸入信號(hào)電路的錯(cuò)誤接法此外，當(dāng)變頻器一側(cè)和繼電器一側(cè)存在電位差時(shí)，電源電路本身可能遭到破壞，所以也應(yīng)加以注意，并采取相應(yīng)的措施。（2）接點(diǎn)輸出信號(hào)在變頻器的工作過程中, 經(jīng)常需要通過繼電器接點(diǎn)或晶體管

31、集電極開路的形式將變頻器的內(nèi)部狀態(tài)(運(yùn)行狀態(tài))通知外部。如圖11所示。而在連接這些送給外部的信號(hào)時(shí), 也必須考慮繼電器和晶體管的允許電壓、允許電流等因素。此外,在連線時(shí)還應(yīng)該考慮噪聲的影響。同時(shí)變頻器跳閘后的保護(hù)觸點(diǎn)應(yīng)接至plc的一個(gè)輸入口和com之間, 這樣一旦變頻器發(fā)生故障，plc將立即做出反映, 使系統(tǒng)停止工作, 還應(yīng)在plc上設(shè)置一個(gè)按鈕開關(guān), 在處理完故障后用它使系統(tǒng)復(fù)位。例如當(dāng)主電路（ac200 v）的開閉是繼電器執(zhí)行, 而控制信號(hào) (dc1224 v) 的開閉是晶體管執(zhí)行時(shí), 應(yīng)注意分開布線, 以保證主電路一側(cè)的噪聲不傳至控制電路此外, 在對(duì)帶有線圈的繼電器等感性負(fù)載進(jìn)行開閉時(shí),

32、 必須以和感性負(fù)載并聯(lián)的方式接上浪涌吸收器或續(xù)流二極管。如圖12所示。而在對(duì)容性負(fù)載進(jìn)行開圖11 接點(diǎn)輸出信號(hào)的連接電路閉時(shí), 則應(yīng)以串聯(lián)的方式接入限流電阻, 以保證進(jìn)行開閉時(shí)的浪涌值不超過繼電器和晶體管的允許電流值。圖12 感性負(fù)載的連接3.4.3 變頻改造注意事項(xiàng)(1) 空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，這種負(fù)載特點(diǎn)是很容易引起變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過流保護(hù)的情況，建議采用具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的無速度變頻器，保證既能實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的連續(xù)性，有可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。(2) 空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間在低頻下運(yùn)行，工作下限不低于30hz。(3) 建議功率選用比空壓機(jī)功率大一等級(jí)的變頻器，以免空壓機(jī)啟動(dòng)出現(xiàn)頻繁調(diào)閘的情況

33、。(4) 為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波引起的電磁干擾，建議選用輸出交流電抗器，還可以減少電機(jī)運(yùn)行的噪音。(5) 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)具備變頻和工頻兩套控制回路，確保變頻出現(xiàn)異常調(diào)保護(hù)程序時(shí)，不影響生產(chǎn)。4 空壓機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)控制過程plc的控制開關(guān)置于運(yùn)行狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，第一臺(tái)空壓機(jī)的電機(jī)m1變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)牧汩_始上升，若變頻器輸出頻率達(dá)到某一值，風(fēng)包出口處的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值時(shí)，輸出頻率不再變化，空壓機(jī)的電機(jī)恒速運(yùn)行；若變頻器輸出頻率達(dá)到預(yù)設(shè)的頻率上限值時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后風(fēng)包出口處的壓力仍不能達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值，自動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)空壓機(jī)的電機(jī)m2，第一臺(tái)空壓機(jī)的電機(jī)m1變

34、頻減速運(yùn)行，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值，輸出頻率不再變化，空壓機(jī)的電機(jī)恒速運(yùn)行，反之亦然。當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行的過程中出現(xiàn)一級(jí)、二級(jí)氣缸排氣溫度過高，潤(rùn)滑油溫度過高，風(fēng)包的溫度過高，一級(jí)、二級(jí)壓力過高及潤(rùn)滑油壓力過高，斷水等故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示有關(guān)的工作人員及時(shí)地排除故障。4.2 自動(dòng)/手動(dòng)控制設(shè)計(jì)（1）手動(dòng)方式：把空壓機(jī)控制屏面板上的切換開關(guān)切至“手動(dòng)”位置時(shí)，空壓機(jī)處于手動(dòng)控制狀態(tài)，通過plc輸出信號(hào)控制交流接觸器，從而使空壓機(jī)的電機(jī)工頻運(yùn)行，達(dá)到手動(dòng)啟動(dòng)。（2）自動(dòng)方式：把高壓空壓機(jī)控制屏面板上的切換開關(guān)切至“自動(dòng)”位置時(shí)，空壓機(jī)處于自動(dòng)控制狀態(tài)，通過開關(guān)量和模擬量采集工作罐的壓力；當(dāng)

35、壓力達(dá)到啟動(dòng)條件時(shí)，plc通過開出信號(hào)，控制變頻器啟動(dòng)，空壓機(jī)的電機(jī)變頻運(yùn)行，同時(shí)控制面板上的啟動(dòng)燈亮；當(dāng)達(dá)到系統(tǒng)停止壓力時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)停止。4.3 系統(tǒng)的保護(hù)及故障報(bào)警的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，plc所能檢測(cè)到的故障有電動(dòng)機(jī)過載、冷卻系統(tǒng)斷水、空壓機(jī)無潤(rùn)滑油、壓縮氣體溫度過高。當(dāng)上述故障出現(xiàn)時(shí)空壓機(jī)停止并起動(dòng)處于備用狀態(tài)的空壓機(jī)，為了能區(qū)分空壓機(jī)那部分發(fā)生故障，應(yīng)在對(duì)應(yīng)的故障工序設(shè)置一個(gè)閃爍電路，把引起故障的觸點(diǎn)與閃爍電路的輸出觸點(diǎn)相串聯(lián)驅(qū)動(dòng)電鈴或信號(hào)燈。為了更好地保護(hù)系統(tǒng)，最好每臺(tái)電動(dòng)機(jī)回路都安裝電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器，進(jìn)行過流、斷相、漏電等保護(hù)，同時(shí)將其動(dòng)作觸點(diǎn)輸入至plc。這樣，plc就檢測(cè)到此故障，

36、起動(dòng)備用空壓機(jī)，并自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。4.4 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.4.1 profibus 簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)于一體, 是自動(dòng)化領(lǐng)域的一種新的發(fā)展趨勢(shì), 自八十年代中期以來, 在此領(lǐng)域內(nèi)世界上出現(xiàn)了多種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線, 如profibus、ff、device net、inter bus、mod bus、can、asi等。它是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng), 在控制系統(tǒng)設(shè)備單元間實(shí)現(xiàn)雙向串行、多節(jié)點(diǎn)、數(shù)字通訊系統(tǒng),也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通訊的底層控制網(wǎng)絡(luò)。開放式、分散性、低成本是現(xiàn)場(chǎng)總線最顯著的基本特征, 因而近年來得到了迅猛的發(fā)展。profibus是process field b

37、us的縮寫, 由于它是一種國(guó)際性的開放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn), 所以世界上許多自控系統(tǒng)及智能儀表產(chǎn)品廠商都為他們生產(chǎn)的設(shè)備提供了方便的profibus接口?；谏鲜鲈?，在空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中采用了profibus-dp的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。通過與plc主站的實(shí)時(shí)通訊, 取得了良好的控制效果。目前的profibus現(xiàn)場(chǎng)總線根據(jù)使用的場(chǎng)合不同具體分為三種, 即profibus-dp、profibus-fms和profibus-pa。特點(diǎn)如下:(1) profibus-dp經(jīng)過優(yōu)化的高速、低成本通訊連接, 傳輸速率為12mbps, 通常應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí), 用于控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通訊, 它采用rs-485傳輸

38、技術(shù), 使用profibus-dp模塊可取代24v或420ma測(cè)量值的傳輸, 并具有非常短的響應(yīng)時(shí)間和抗干擾性能。(2) profibus-fms是一種車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò), 能完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通訊任務(wù), 提供較大數(shù)據(jù)量的通訊服務(wù), 它也采用rs-485傳輸技術(shù), 用于樓宇自動(dòng)化、紡織工業(yè)、電氣傳動(dòng)等方面, 它是一種令牌結(jié)構(gòu), 實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。(3) profibus-pa專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì), 它采用iec1158-2傳輸技術(shù), 用于對(duì)安全性要求高的場(chǎng)合和由總線供電的場(chǎng)合。由于profibus-dp在三個(gè)兼容版本中是用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的高速實(shí)時(shí)性通訊協(xié)議, 在通訊距離100m時(shí), 采用屏蔽雙絞線

39、速率高達(dá)12mbps, 加之其可靠性高, 實(shí)用性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn), 因此廣泛的應(yīng)用控制系統(tǒng)中。如圖13所示利用現(xiàn)場(chǎng)總線profibus5，它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字和模擬輸入/輸出、智能信號(hào)裝置和過程調(diào)節(jié)裝置與可編程控制器plc和pc之間的數(shù)據(jù)傳輸，把i/o通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近。4.4.2 人機(jī)畫面的設(shè)計(jì)選用visual basic編寫入機(jī)接口，用戶界面友好，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1) 接收下位機(jī)來的數(shù)據(jù)并處理；(2) 顯示各空壓機(jī)組的運(yùn)行狀況及歷史運(yùn)行記錄和備存，并進(jìn)行趨勢(shì)分析；(3) 故障報(bào)警顯示，并進(jìn)行故障分析；(4) 對(duì)空壓機(jī)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改；(5) 發(fā)送各種控制命令，進(jìn)行手自動(dòng)切換。

40、圖13 監(jiān)控系統(tǒng)4.5 plc控制軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要是以保護(hù)、監(jiān)控為主，根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求和空壓機(jī)的保護(hù)原理，其控制的軟件設(shè)計(jì)流程如圖14所示。4.6 plc控制系統(tǒng)程序圖編程軟件采用fpwin gr，它是基于windows平臺(tái)的松下電工fp系列plc的編程軟件，它可以完成程序輸入、程序的編輯、程序注釋、程序檢查、plc運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)的監(jiān)控及測(cè)試、參數(shù)設(shè)置、程序和監(jiān)控結(jié)果的打印及文件管理等功能。為使整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，軟件系統(tǒng)可靠性配套也是必不可少的，因此我們對(duì)控制軟件進(jìn)行了特別處理。(1) 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理。要提高現(xiàn)場(chǎng)輸入給空壓機(jī) plc控制系統(tǒng)的信號(hào)的可靠性，首先要選擇

41、可靠性高的變送器與各種開關(guān)，規(guī)范布線、具有良好的接地措施，防止各種原因引起傳送信號(hào)線短路、開路或接觸不良。其次在程序設(shè)計(jì)時(shí)增加數(shù)字濾波程序，增加輸入信號(hào)的可信性，數(shù)字濾波可采用的程序設(shè)計(jì)方法是在現(xiàn)場(chǎng)輸入觸點(diǎn)后加一定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間根據(jù)觸點(diǎn)抖動(dòng)情況與系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度確定，一般在幾十毫秒，這樣可保證觸點(diǎn)確實(shí)穩(wěn)定閉合后，才有其它響應(yīng)。模擬量濾波采用的程序設(shè)計(jì)方法是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)連續(xù)采樣3次，采樣間隔由ad轉(zhuǎn)換速度與該模擬信號(hào)變化速率決定，3次采樣的數(shù)據(jù)分別存放在三個(gè)數(shù)據(jù)字db1、dwo、db1、dw2、db1、dw4中，當(dāng)最后采樣結(jié)束后，再求取三個(gè)數(shù)的平均值為本次采樣的結(jié)果存放在數(shù)據(jù)字db1、dw4

42、中。(2) 對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行可靠性處理。對(duì)于空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐卸荷控制，為了防止卸荷閥在卸荷值附近頻繁的動(dòng)作, 可以采用余量控制法程序段來解決這一問題。余量控制法的原理是這樣的, 在卸荷值附近設(shè)置卸荷上限值和卸荷下限值，作為電圖14 plc 控制系統(tǒng)流程圖磁閥開啟和關(guān)閉動(dòng)作的條件，儲(chǔ)氣罐壓力高于上限值電磁閥打開，壓力低于下限值電磁閥關(guān)閉，這樣同設(shè)置一個(gè)動(dòng)作值相比，可以十分有效的防止電磁閥因壓力在動(dòng)作值附近波動(dòng)而引起電磁閥頻繁的吸合，并且其精度隨意調(diào)整。只要上限值與下限值相等，其效果就相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)作值。改造后空壓機(jī)控制系統(tǒng)總的梯形圖見附錄。5 系統(tǒng)的調(diào)試(1) 根據(jù)電機(jī)參數(shù)及負(fù)載特性預(yù)設(shè)變頻器參數(shù)；(2

43、) plc程序及人機(jī)界面通訊調(diào)試；(3) pid調(diào)節(jié)器的整定；(4) 最小頻率的確定；(5) 智能電源切換控制器的調(diào)試； 使用plc控制智能電源切換器時(shí)，plc控制變頻器以自動(dòng)調(diào)頻、調(diào)壓的方式啟動(dòng)電機(jī)，當(dāng)電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)運(yùn)行后，plc向切換器發(fā)出允許合閘命令，切換器根據(jù)變頻電源和工頻電源的電壓差、頻率差、相位差數(shù)據(jù)與整定條件比較，滿足預(yù)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)預(yù)測(cè)最佳切換時(shí)機(jī)，并以預(yù)先設(shè)置的導(dǎo)前時(shí)間t提前向plc控制的電源切換裝置發(fā)出合閘狀態(tài)輸出信號(hào)，完成合閘動(dòng)作。由于智能電源切換器是開環(huán)控制，切換器發(fā)出合閘信號(hào)后，便完成了整個(gè)控制。如果plc沒有切換成功，只有重新啟動(dòng)切換器，再一次進(jìn)行切換。 切換器啟動(dòng)時(shí)

44、，首先對(duì)工頻電源和變頻電源各自的相序進(jìn)行檢測(cè)，保證 plc控制的切換裝置接線正確。如果切換器檢測(cè)出兩路電源的相序不正確，則提示重新接線。待連線正確后，切換器自動(dòng)進(jìn)入下一畫面。如果相序檢測(cè)正確后，則相應(yīng)的指示燈亮，并進(jìn)入整定值的設(shè)定。 整定值的設(shè)定。設(shè)定plc控制的切換裝置切換時(shí)必須滿足的壓差、頻差、相位差、以及導(dǎo)前時(shí)間的要求，只有當(dāng)變頻電源和工頻電源的電壓、頻率、相差滿足設(shè)定值后，才能夠進(jìn)行安全可靠的切換。 切換器完成整定后，切換器顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。有兩種顯示方式:數(shù)據(jù)顯示方式和矢量圖顯示方式。默認(rèn)進(jìn)入矢量圖顯示方式，可以按任意鍵改變顯示方式。傳感器顯示工頻電源與變頻電源的電壓 (以傳感器電壓標(biāo)稱

45、值的百分比來表示)、頻率以及兩路電源的頻率差、相位差。當(dāng)兩路電源的電壓差、頻率差滿足設(shè)定要求后，相應(yīng)的指示燈亮； 當(dāng)切換器收到plc發(fā)出的允許切換信號(hào)時(shí)，切換器開始控制電源切換過程，并且允許切換指示燈亮，當(dāng)工頻電源和變頻電源的相差滿足設(shè)定要求后，即發(fā)出切換狀態(tài)信號(hào)。變頻器工作穩(wěn)定后，其穩(wěn)定頻率為50.1hz，而工頻電源的頻率為50hz，故每隔10秒鐘，兩路電源的相差必有一次為0(或360度)，此時(shí)便是切換的最佳時(shí)機(jī)，由于plc控制的切換器從接收到合閘信號(hào)到完成電源切換有一定的動(dòng)作時(shí)間，因此切換器要提前一段時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào)，這段時(shí)間就是導(dǎo)前時(shí)間，可通過鍵盤方便地進(jìn)行設(shè)置。6 系統(tǒng)改造調(diào)試中應(yīng)注意

46、的問題(1) 電機(jī)頻率切換 電機(jī)從變頻狀態(tài)切換到工頻時(shí)，由于可能存在相位、電壓頻率差，如果未經(jīng)檢測(cè)進(jìn)行切換將出現(xiàn)短路現(xiàn)象，造成事故。因此在需要電機(jī)從變頻轉(zhuǎn)到工頻時(shí)一定要加裝智能電源切換控制器。(2) 最低頻率的設(shè)定 由于空壓機(jī)具備了變轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性。因此在設(shè)定最低頻率時(shí)要充分考慮其最小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以免因電流長(zhǎng)時(shí)間超過額定電流損壞電機(jī)，同時(shí)也降低了空壓機(jī)的排氣效率。(3) 電機(jī)的溫升 采用變頻調(diào)速后，電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)冷卻效果下降，可能導(dǎo)致?lián)姍C(jī)的絕緣等級(jí)下降，因此要確定是否需增加強(qiáng)制冷卻風(fēng)機(jī)。(4) 空壓機(jī)的潤(rùn)滑 空壓機(jī)轉(zhuǎn)速越低，潤(rùn)滑油的壓力就越低，影響潤(rùn)滑效果。應(yīng)根據(jù)最小運(yùn)行頻

47、率時(shí)的油壓情況，調(diào)整減壓閥，提升油壓。(5) 系統(tǒng)的壓力設(shè)定 在滿足生產(chǎn)工藝的要求下，壓力設(shè)定越低越好。因?yàn)榭諌簷C(jī)的排氣壓力越高，所需的電機(jī)軸功率越大，電機(jī)耗電也就越多。7 plc運(yùn)行分析 （1）空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩需求大，這種啟動(dòng)特點(diǎn)很容易引起變頻器零速啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過流，運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)失速過壓自保護(hù)跳閘的情況，這樣就有必要在變頻器啟動(dòng)時(shí)投入無速度傳感矢量13控制方式，保證零速啟動(dòng)時(shí)具有100%轉(zhuǎn)矩輸出，延長(zhǎng)給定值的加、減速時(shí)間來滿足工作要求。（2）空壓機(jī)是將輸出壓力作為控制對(duì)象的，由壓力傳感器對(duì)管網(wǎng)壓力進(jìn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，變頻器內(nèi)部的pid功能會(huì)將此信號(hào)與給定值進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，進(jìn)而改變空壓機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定。傳感信號(hào)采用帶屏蔽兩線制電流信號(hào)傳輸，保證信號(hào)傳輸過程中無損失和干擾，并將檢測(cè)到的信號(hào)傳送給變頻器。（3）空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間低頻運(yùn)行，空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速過低會(huì)使空壓機(jī)的工作穩(wěn)定性變差，同時(shí)油壓過低使缸體的潤(rùn)滑性能變差，會(huì)加快磨損。所以工作的下限頻率應(yīng)不低于30hz。（4）通過變頻器面板，可準(zhǔn)確了解空壓機(jī)系統(tǒng)的主要運(yùn)行參數(shù)，如輸出電流、輸出電壓