地面壓風機控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　xx</b></p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計 （論文） 任 務(wù) 書</p><p>　　姓名 </p><p>　　專業(yè) </p><p>　　任 務(wù) 下 達 日 期

2、 2013 年 3 月 4 日</p><p>　　設(shè)計（論文）開始日期 2013 年 3 月 11 日</p><p>　　設(shè)計（論文）完成日期 2013 年 5 月 17 日</p><p>　　設(shè)計（論文）題目： 首山礦地面壓風機控

3、制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　A·編制設(shè)計 </p><p>　　B·設(shè)計專題（畢業(yè)論文） </p><p

4、>　　指 導(dǎo) 教 師 曹留柱 </p><p>　　系（部）主 任 韓 莉 </p><p>　　2013年 5 月24日</p><p><b>　　xx</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　礦

5、業(yè)生活中壓風機是不可缺少的設(shè)備，本文主要研究了壓風機的監(jiān)控保護和壓風機組的調(diào)度，通過計算機房遠程集中控制，對于壓風運行進行管理調(diào)度，優(yōu)化完善壓風機系統(tǒng)的監(jiān)控功能。</p><p>　　系統(tǒng)采用兩級計算機監(jiān)控，以工控機作為監(jiān)控系統(tǒng)中的上位機，而下位機則采用PLC作為現(xiàn)場級的控制設(shè)備，配以可靠精確的傳感器，實時監(jiān)控壓風機運行，實現(xiàn)溫度、壓力、斷水、高壓綜合保護，通過遠程通信把壓風機的運行參數(shù)傳送給上位機，上位機可以發(fā)

6、出控制指令，遠程控制壓風機。上位機實時的以數(shù)據(jù)和圖形的方式顯示壓風機的運行狀態(tài)，對于故障幾十產(chǎn)生報警并對壓風機實施保護。</p><p>　　整個系統(tǒng)采用S7-300系列可編程控制器的CPU315及擴展模塊作為核心，綜合相應(yīng)的接口電路、傳感器、通信裝置、上位機軟件設(shè)計完成。由可編程控制器實現(xiàn)形成報警和保護的判斷，各種信號的檢測和監(jiān)視。同時完成壓風機自動操作的控制。</p><p>　　論文

7、對壓風機的原理分析進而提出設(shè)計思想，完成了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和上下兩級的程序編制。對于下位機可編程控制器中壓風機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)進行闡述，對于上位機人機人機界面所實現(xiàn)的監(jiān)控顯示、數(shù)據(jù)存儲、和指令控制等設(shè)計也做了詳細介紹。</p><p>　　壓風機控制系統(tǒng)自動化程度高，穩(wěn)定可靠，大大減輕了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，保障了空壓機的安全運行。</p><p>　　關(guān)鍵詞：壓風機；可編程控制器

8、；監(jiān)控系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的背景和意義1</p><p>　　1.2首山礦概述2</p><p>　　1.3首山礦壓風機系統(tǒng)概況2</p>&

9、lt;p>　　1.3.1基本情況2</p><p>　　1.3.2總體設(shè)計3</p><p>　　第二章 空氣壓縮機5</p><p>　　2.1空氣壓縮機及分類5</p><p>　　2.2螺桿式空氣壓縮機5</p><p>　　2.2.1螺桿式空壓機基本結(jié)構(gòu)5</p><p&g

10、t;　　2.2.2螺桿式空壓機的工作原理6</p><p>　　2.2.3螺桿壓縮機的特點7</p><p>　　2.3活塞式空壓機8</p><p>　　2.4首山礦美國壽力TS-32S型雙螺桿壓風機9</p><p>　　第三章 壓風機控制系統(tǒng)設(shè)計方案10</p><p>　　3.1系統(tǒng)簡介10<

11、/p><p>　　3.2壓風機系統(tǒng)控制方案13</p><p>　　3.3.1空壓機切換工作過程14</p><p>　　3.3.2通信方式16</p><p>　　3.3.3 報警裝置16</p><p>　　第四章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計18</p><p>　　4.1主電路設(shè)計18<

12、;/p><p>　　4.2 PLC選型18</p><p>　　4.3變頻器選型：21</p><p>　　4.4傳感器的選取22</p><p>　　第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計24</p><p>　　5.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟24</p><p>　　5.2 系統(tǒng)控制原理24&l

13、t;/p><p>　　第六章 系統(tǒng)的使用及維護29</p><p>　　6.1 PLC系統(tǒng)控制方式29</p><p>　　6.2 設(shè)備維護33</p><p>　　6.2.1壓風機33</p><p>　　6.2.2 控制柜34</p><p>　　6.2.3外圍執(zhí)行機構(gòu)34</

14、p><p>　　6.2.4傳感器部分35</p><p><b>　　參考文獻36</b></p><p><b>　　附 錄37</b></p><p><b>　　致 謝39</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b

15、></p><p>　　1.1課題的背景和意義</p><p>　　礦井壓風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)必不可少的重要系統(tǒng)之一。礦井壓風系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、壓風管路、閥門、相關(guān)元件、空氣過濾器、風包、冷卻裝置、潤滑裝置、安全保護裝置及電氣控制裝置等組成。近些年來，由于煤礦的安全支護推廣錨噴工藝，煤巷掘進中為了杜絕因煤電鉆維護不到位而造成失爆發(fā)生瓦斯豁然煤塵爆炸事故，也推廣應(yīng)用風動鉆機。</

16、p><p>　　壓風系統(tǒng)主要是用來為風鎬、氣錘（空氣錘）、氣動鑿巖機等風動機械和風動工具提供動力。在煤礦使用壓風設(shè)備和機具比使用用電設(shè)備安全，尤其是在有瓦斯和煤塵爆炸危險、有害氣體易涌出的礦井，更顯出它的優(yōu)越性。另外，像氣動鑿巖機這類風動工具的沖擊力強，最適用于鉆削堅硬的巖石，所以礦山巖石掘進工作離不開壓風系統(tǒng)。</p><p>　　為了減輕操作工人勞動強度、提高工作效率、推廣應(yīng)用風動扳手；為

17、了保證當發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸事故、煤與瓦斯突出事故、有害氣體露出事故、礦震（沖擊地壓）事故后，井下現(xiàn)場人員的安全自救而推廣使用的“壓風自救”等工藝，從而對壓縮空氣的需求量進一步增多，壓風系統(tǒng)的重要性越來越大</p><p>　　隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山企業(yè)對礦山設(shè)備的要求越來越高,建設(shè)安全性礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設(shè)的核心。礦山設(shè)備不斷更新，不斷可靠性、易操作性、可監(jiān)視性、易維護性等已是最基本的要求了。用繼電器組成的

18、控制電路可靠性差、不易維護、不易監(jiān)視，已不能適應(yīng)當前的要求?，F(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護、易操作、可監(jiān)視并且價格不高的控制器來代替繼電器組成的電路。隨著電子技術(shù)、軟件技術(shù)、控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器（PLC）發(fā)展迅猛，性能很高，價格較為合理，與繼電器組的控制電路比具有非常大的優(yōu)勢。</p><p>　　當今國內(nèi)外都注重PLC在礦山壓風機集中監(jiān)測中的應(yīng)用，采用可編程控制器對壓風機進行集中監(jiān)測與控制改造,通過對

19、現(xiàn)場出現(xiàn)的問題不斷進行持續(xù)調(diào)整,達到了基本完善的集中監(jiān)測與控制功能。但國內(nèi)起步較晚，在應(yīng)用方面與國外發(fā)達國家相比還有一定差距.目前大部分煤礦未對礦井壓風系統(tǒng)實施自動化技術(shù)改造, 許多空壓機組仍主要依靠就地分散式手工操作, 需專人 24 h值班, 根據(jù)井下用風量的需求手動啟、?？諌簷C, 并定期巡檢, 記錄運行狀況。 傳統(tǒng)的保護設(shè)備主要采用分離儀表，其可靠性差、集程度低、費用高，不能有效的滿足礦山設(shè)備投入的經(jīng)濟性和安全性的要求。</p

20、><p>　　空壓機控制系統(tǒng)中PLC的引入極大地簡化了空壓機系統(tǒng)的操作，節(jié)省了人力并且提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性?；赑LC和變頻器的空壓機控制系統(tǒng)使工作人員可以在計算機集控下完成各項工作，大大減輕了工人的勞動強度，極大地節(jié)省了生產(chǎn)中所需的人力資源，也保障了生產(chǎn)和系統(tǒng)的安全。</p><p><b>　　1.2首山礦概述</b></p><p>　

21、　首山一礦2002年8月經(jīng)國家發(fā)展和改革委員會批準立項，2004年8月16日開工建設(shè)，農(nóng)歷二〇〇九年六月十一試生產(chǎn)，2009年9月23日聯(lián)合試運轉(zhuǎn)，2009年底移交，2010年7月14日順利通過竣工驗收，2010年8月9日正式投產(chǎn)。首山一礦由中國煤炭科工集團武漢設(shè)計研究院設(shè)計，中平能化建工集團施工，河南興平工程管理有限公司監(jiān)理。</p><p>　　河南平寶煤業(yè)有限公司由平頂山天安煤業(yè)股份有限公司和上海寶鋼國際經(jīng)

22、濟貿(mào)易有公司共同出資組建，注冊資本80，000萬元，其中，平煤股份出資48，000萬元，占注冊資本的60%；寶鋼國際出資32，000萬元，占注冊資本的40%。首山一礦位于河南省許昌市襄城縣境內(nèi)，由平寶公司投資建設(shè)，首山一礦建成總工期58個月。南距煤城平頂山25公里，北距古都許昌50公里，緊臨許平南國道，漯寶、平禹鐵路，交通十分便利。井田位于丘陵～平原的過度部位，井田內(nèi)可采及局部可采煤層5層， 礦井井田面積47平方公里，東西走向14.5

23、公里，南北傾寬1.1～4.6公里，地質(zhì)儲量5.82億噸，精查范圍內(nèi)可采儲量3.08億噸。井田范圍內(nèi)主采煤層為戊9、10和己16、17(含己15)煤層，戊9、10煤層平均厚度2.5米，己16、17煤層平均厚度6.5米，礦井正常涌水量405.3立方米/小時，最大涌水量486.4立方米/小時。設(shè)計年生產(chǎn)能力240萬噸，服務(wù)年限92年。地質(zhì)報告初步預(yù)測己及戊煤層為有瓦斯突出危險煤層，己煤層底板埋深多在730m以下，鉆孔實測巖溫39.70～50.

24、57℃，全部處在二級高溫區(qū)，戊煤層底板埋深多在550m以</p><p>　　1.3首山礦壓風機系統(tǒng)概況</p><p><b>　　1.3.1基本情況</b></p><p>　　首山一礦目前地面有一個壓風機房，配置4臺螺桿式壓風機，壓風機自帶控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)單臺壓風機的參數(shù)監(jiān)測及自動啟停等，但四臺壓風機沒有形成集中控制，大部分的設(shè)備沒有進行

25、自動化控制，地面壓風機房的基本情況如下：</p><p>　　表1-1壓風機房基本情況</p><p><b>　　1.3.2總體設(shè)計</b></p><p>　　壓風機控制系統(tǒng)總體目標是實現(xiàn)壓風機的無人值守自動運行。為此需為壓風機系統(tǒng)設(shè)計可靠的傳感器、電動閥門、PLC控制和遠程監(jiān)控。</p><p>　　針對壓風機組特

26、點，本系統(tǒng)選用西門子S7-300 PLC作為控制核心，融合現(xiàn)場傳感器以及電控執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對壓風系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控。</p><p>　　增設(shè)一臺操作控制臺，內(nèi)設(shè)PLC與觸摸監(jiān)控屏、UPS電源；</p><p>　　PLC負責與壓風機控制器進行通訊，采用RS485通訊，</p><p>　　PLC設(shè)一485通訊模塊，負責與6KV開關(guān)上的綜保進行通訊</p>

27、<p>　　PLC采集低壓供電柜信息，并以硬件節(jié)點的方式，控制低壓柜中具備電動條件的開關(guān)和接觸器。</p><p>　　改造部分低壓柜中的開關(guān)，變?yōu)殡妱?lt;/p><p>　　改造壓風機輸出及管網(wǎng)閥門</p><p>　　對壓風機的冷卻水閥進行電動改造</p><p>　　其他必要的閥門改為電動</p><p&g

28、t;<b>　　增加部分傳感器</b></p><p>　　PLC負責監(jiān)測和控制上述所有電動閥門的狀態(tài)和動作</p><p>　　PLC設(shè)以太網(wǎng)通訊模塊，負責與綜合自動化網(wǎng)絡(luò)相連，并配置光端機</p><p><b>　　第二章 空氣壓縮機</b></p><p>　　2.1空氣壓縮機及分類<

29、/p><p>　　空氣壓縮機（空壓機）是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內(nèi)進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)設(shè)備，空壓機在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　空壓機分為螺桿式空壓機（螺桿式空壓機又分為單螺桿式空壓機及雙螺桿式空壓機）、離心式空壓機、活塞式空壓機、滑片式空壓機、渦旋式空壓機和旋葉式空壓機等（如圖2.

30、1所示）</p><p>　　圖2.1空氣壓縮機分類</p><p>　　2.2螺桿式空氣壓縮機</p><p>　　2.2.1螺桿式空壓機基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　空壓機的組成： 空壓機主要由壓縮主機、高壓電機、油氣分離器、冷卻器和電控系統(tǒng)等零部件組成。</p><p>　　吸氣系統(tǒng)由空氣濾清器及進氣控制閥組成（

31、蝶閥、氣缸調(diào)節(jié)機構(gòu)）。</p><p>　　排氣系統(tǒng)由主機、油氣分離器、蝶閥、 止逆閥、安全閥、放空閥、后冷卻器、疏水閥和連接管路組成。</p><p>　　蝶閥：最小壓力閥，油分壓力大于0.35MPa時打開排氣。</p><p>　　放空閥：卸載或停機時打開。</p><p>　　疏水閥：有自動功能，異常時可手動打開。 </p>

32、<p>　　油氣分離器由罐體、初級和二級濾芯組成，進行油氣分離，潤滑油由兩根回油管回到主機進氣口，吸入工作腔。</p><p>　　油路系統(tǒng)油路系統(tǒng)由主機、油氣分離器、熱力閥（溫控閥）、油過濾器、油冷卻器及管路組成。</p><p>　　2.2.2螺桿式空壓機的工作原理</p><p>　　主機體內(nèi)一對互相嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子，在電機驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，隨著齒間

33、容積的不斷縮小，經(jīng)空氣濾清器過濾的空氣不斷被壓縮而產(chǎn)生高壓力，同時經(jīng)過過濾的潤滑油不斷被噴入主機工作腔進行冷卻、潤滑和密封，當此間容積與主機排氣口相通時，油氣混合氣便從排氣口排出，再經(jīng)油氣分離器除油并經(jīng)冷卻器冷卻后排入排氣管道。</p><p>　　圖2.2螺桿空氣壓縮機的工作原理</p><p><b>　　1.吸氣過程：</b></p><p&

34、gt;　　螺桿式的進氣側(cè)吸氣口，必須設(shè)計得使壓縮室可以充分吸氣，而螺桿式壓縮機并無進氣與排氣閥組，進氣只靠一調(diào)節(jié)閥的開啟、關(guān)閉調(diào)節(jié)，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，主副轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進氣端壁開口時，其空間最大，此時轉(zhuǎn)子的齒溝空間與進氣口之自由空氣相通，因在排氣時齒溝之空氣被全數(shù)排出，排氣結(jié)束時，齒溝乃處于真空狀態(tài)，當轉(zhuǎn)到進氣口時，外界空氣即被吸入，沿軸向流入主副轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。當空氣充滿整個齒溝時，轉(zhuǎn)子之進氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離了機殼之進氣口，在齒溝間的空氣即

35、被封閉。</p><p>　　2.封閉及輸送過程：</p><p>　　主副兩轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時，其主副轉(zhuǎn)子齒峰會與機殼閉封，此時空氣在齒溝內(nèi)閉封不再外流，即[封閉過程]。兩轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，其齒峰與齒溝在吸氣端吻合，吻合面逐漸向排氣端移動。</p><p>　　3.壓縮及噴油過程：</p><p>　　在輸送過程中，嚙合面逐漸向排氣端移動，亦即嚙

36、合面與排氣口間的齒溝間漸漸減小，齒溝內(nèi)之氣體逐漸被壓縮，壓力提高，此即[壓縮過程]。而壓縮同時潤滑油亦因壓力差的作用而噴入壓縮室內(nèi)與室氣混合。</p><p><b>　　4.排氣過程：</b></p><p>　　當轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機殼排氣相通時，（此時壓縮氣體之壓力最高）被壓縮之氣體開始排出，直至齒峰與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時兩轉(zhuǎn)子嚙合面與機殼排氣口這齒

37、溝空間為零，即完成（排氣過程），在此同時轉(zhuǎn)子嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長，其吸氣過程又在進行</p><p>　　2.2.3螺桿壓縮機的特點</p><p>　　就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機與活塞壓縮機相同，都屬容積式壓縮機。就主要部件的運動形式而言，又與離心壓縮機相似。所以，螺桿壓縮機同時具有上述兩類壓縮機的特點。</p><p>　　1.螺

38、桿壓縮機的優(yōu)點</p><p>　　1)可靠性高：螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，因而它運轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達4～8萬小時。</p><p>　　2)操作維護方便：操作人員不必經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，可實現(xiàn)無人值守運轉(zhuǎn)。</p><p>　　3)動力平衡性好：螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力，機器可平穩(wěn)地高速工作，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)。</p><p>

39、;　　4)適應(yīng)性強：螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣范圍內(nèi)能保證較高的效率。</p><p>　　5)多相混輸：螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體，含粉塵氣體，易聚合氣體等。</p><p>　　2.螺桿壓縮機的缺點</p><p>　　1)造價高：螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具

40、，在價格昂貴的專用設(shè)備上進行加工。另外，對螺桿壓縮機氣缸的加工精度也有較高的要求。</p><p>　　2)不適合高壓場合：由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機只能適用于中，低壓范圍，排氣壓力一般不能超過3.0MPa。</p><p>　　3)不能制成微型：螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min，螺桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能。</p>

41、<p><b>　　2.3活塞式空壓機</b></p><p>　　活塞式空壓機主要由三部分組成：運動機（曲軸、軸承、連桿、十字頭、皮帶輪或聯(lián)軸器等）、工作機構(gòu)（氣缸、活塞、氣閥等）與機身。此外還有3個輔助系統(tǒng)，即潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)?；钊娇諌簷C是一種最常見的容積式壓縮機。它由曲柄連桿機構(gòu)將驅(qū)動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運動。活塞與氣缸共同組成壓縮機工作腔，依靠活塞在

42、氣缸內(nèi)的往復(fù)運動，并借助進、排氣閥的自動開閉，使氣體周期性的進入工作腔，進行壓縮和排出?；钊跉飧變?nèi)一次往復(fù)的全過程分為吸氣、壓縮和排氣三個過程，合稱一個工作過程，如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 單級活塞式空壓機原理簡圖</p><p>　　一個工作循環(huán)周期如下：</p><p>　　1.吸氣過程。當活塞2向右邊移動時，汽缸左邊的容積增大，壓力下降,

43、當壓力降到稍低于進氣管中空氣壓力時，管內(nèi)空氣便頂開進氣閥3進入氣缸，并隨著活塞的向右移動繼續(xù)進入氣缸，直到活塞移至右邊的末端為止。</p><p>　　2.壓縮過程。當活塞向左移動時，氣缸左邊容積開始縮小，空氣被壓縮，壓力隨之上升。由于進氣閥的止氣作用，缸內(nèi)空氣不能倒流回進氣管中。同時，因排氣管內(nèi)的空氣壓力又高于氣缸內(nèi)空氣壓力，空氣無法從排氣閥4流出缸外，排氣管中的空氣也因排氣閥的止逆作用而不能流回缸內(nèi)，所以這時

44、氣缸形成一個密閉的容積。當活塞繼續(xù)向左移動，氣缸容積縮小，空氣體積也隨之縮小，壓力不斷提高。</p><p>　　3.排氣過程。隨著活塞不斷左移壓縮缸內(nèi)空氣，使壓力繼續(xù)升高。當壓力稍高于排氣管中的壓力時，缸內(nèi)空氣便頂開排氣閥排入排氣管中，并繼續(xù)排出到活塞移至左邊的末端為止。然后，活塞又向右移動，重復(fù)上述吸氣、壓縮和排氣工作過程。</p><p>　　活塞式的傳動機構(gòu)是曲軸連桿往復(fù)運動結(jié)構(gòu)，

45、其主要特點有：流量較小，氣流速度低，損失小，效率高; 壓力范圍廣，適用于從低壓到超高壓；適應(yīng)性強，排氣壓力變動較大時，排氣量不變；機組零件多用普通金屬材料，制造精度要求不太高；外形尺寸及重量較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損失件多。</p><p>　　活塞式空壓機與螺桿式空壓機的比較：</p><p>　　1.零部件的數(shù)量多，零部件的損壞的機率大，產(chǎn)品的可靠性低。這樣必然增加用戶的維修費用。</

46、p><p>　　2. 曲軸連桿往復(fù)運動結(jié)構(gòu)，由于其往復(fù)運動的特性，限制了其轉(zhuǎn)速的提高，致使機器笨重，同時，該運動結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的慣性力能以平衡，剩余的慣性力，會使機器產(chǎn)生振動、噪聲以及零部件的不正常的損壞。所以活塞式振動大，機械性噪音大、可靠性低。</p><p>　　鑒于以上原因，本系統(tǒng)選用螺桿式空壓機。</p><p>　　2.4首山礦美國壽力TS-32S型雙螺桿壓風機

47、</p><p>　　我礦工業(yè)廣場壓風機房共設(shè)有4臺美國壽力螺桿式壓風機空氣壓縮機，</p><p>　　空壓機型號：TS32S-600L水冷型</p><p>　　雙螺桿水冷低壓型空壓機</p><p><b>　　空壓機參數(shù)：</b></p><p>　　公稱容積流量：84.8m3/min&l

48、t;/p><p><b>　　功率：450kw</b></p><p><b>　　電壓：10000V</b></p><p>　　潤滑油：Sullube32</p><p>　　第三章 壓風機控制系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)簡介</b&g

49、t;</p><p>　　首山一礦目前地面有一個壓風機房，配置4臺美國壽力螺桿式壓風機，壓風機自帶控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)單臺壓風機的參數(shù)監(jiān)測及自動啟停等，四臺壓風機已經(jīng)形成半智能化控制，但其他外圍的設(shè)備沒有進行自動化監(jiān)控，其整體設(shè)計方案如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1整體設(shè)計方案圖</p><p>　　考慮到運行、維護特點，在地點上該系統(tǒng)采用三級控制結(jié)構(gòu)，用

50、戶可以在調(diào)度中心、PLC控制柜以及就地箱完成對系統(tǒng)的監(jiān)控。綜合考慮系統(tǒng)對于實時性、可靠性以及傳輸距離等的要求，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)工業(yè)以太網(wǎng)相的形式。</p><p>　　用戶在就地控制箱完成對于單臺水泵運行方式的設(shè)定，可以將其設(shè)定為就地、半自動、全自動三種方式中的任意一個。當設(shè)定為全自動時，壓風機及其附屬設(shè)備將根據(jù)運行時間、風壓、水位等條件自動啟停。所以三級控制結(jié)構(gòu)主要是針對就地和半自動兩種方式。就地方式下，用戶在操作面板

51、上對壓風機等就地操作；半自動方式分為觸摸屏集控和調(diào)度中心集控兩種（在觸摸屏進行設(shè)定），分別對應(yīng)觸摸屏一鍵啟停和集控中心一鍵啟停。</p><p>　　壓風機系統(tǒng)需采集壽力壓風機數(shù)據(jù)有：電機電流、電機電壓、電機溫度、電機振動、潤滑油壓力、潤滑油溫度、冷卻水壓力、冷卻水溫度、風包溫度、風包壓力、管網(wǎng)壓力等，其中有關(guān)壓風機本身的參數(shù)可通過與壓風機控制器通訊方式采集，其他需為上述需采集的數(shù)據(jù)配置合適的傳感器，傳感器輸出信

52、號一律采用標準電量輸出。需要增加的傳感器包括水池液位計、循環(huán)水壓力、循環(huán)水溫度、風管壓力等。</p><p>　　針對壓風機組特點，本系統(tǒng)選用西門子S7-300 PLC作為控制核心，融合現(xiàn)場傳感器以及電控執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對壓風系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控。</p><p>　　系統(tǒng)由PLC（可編程邏輯控制器）及其遠程擴展模塊、觸摸屏、檢測部分（模擬量和開關(guān)量）、執(zhí)行部分等組成。</p>&l

53、t;p>　　基于PLC的控制系統(tǒng)原理圖如圖3.2所示</p><p>　　圖3.2控制系統(tǒng)簡圖</p><p>　　PLC由電源、CPU、模擬量輸入、輸出模塊、開關(guān)量輸入、輸出模塊等組成。其用來實現(xiàn)電氣部分的控制。包括五部分：起動、運行、停止、切換、報警及故障自診斷。</p><p>　　起動：四臺電機M1，M2，M3，M4如圖3.1所示，可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇

54、變頻/工頻啟動。</p><p>　　運行：正常情況，電機M1處于變頻調(diào)速狀態(tài)，電動機M2、M3，M4處于停機狀態(tài)。現(xiàn)場壓力變送器檢測管網(wǎng)出口壓力，并與給定值比較，經(jīng)PID指令運算，得到頻率信號，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，達到所需壓力的目的。</p><p>　　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。</p><p>　　切

55、換：實現(xiàn)M1，M2，M3，M4工頻、變頻相互切換。</p><p>　　1. PLC及其遠程擴展模塊</p><p>　　系統(tǒng)的核心部分，完成對于監(jiān)測量的處理、運算和存儲，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果控制水泵啟停等。</p><p>　　采用西門子S7-300系列PLC作為控制系統(tǒng)。在風機房設(shè)置一臺PLC控制柜，負責所有風機的監(jiān)測、控制、啟停、保護、輪值以及集中控制，PLC控制系

56、統(tǒng)的主要功能是：</p><p>　　能對各風機狀態(tài)進行監(jiān)測，包括溫度、電流、電壓等，并處理報警、故障的信息</p><p>　　能設(shè)定工作風壓，并能根據(jù)風壓情況，自動啟停風機。</p><p>　　能自動啟停與風機運行相關(guān)的閥門及冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　能制定風機輪值機制，實現(xiàn)自動定期輪值。</p><p>

57、　　能夠?qū)崿F(xiàn)用戶提供的所有壓風機的保護功能（包括一級、二級、風包、冷卻水、潤滑油、電機溫度，一級、二級、冷卻水、潤滑油壓力，斷水等）。</p><p>　　能夠?qū)崿F(xiàn)對冷卻、水處理系統(tǒng)進行監(jiān)控，能實現(xiàn)冷卻風扇的其他及補充清水、補充自來水等功能</p><p>　　能實現(xiàn)遠程監(jiān)測和遠程控制</p><p><b>　　2.觸摸屏</b></p

58、><p>　　PLC的延伸外圍設(shè)備，實時生動的顯示水泵當前狀態(tài)，并為用戶提供水泵控制的平臺。</p><p><b>　　3.檢測部分</b></p><p>　　壓風機系統(tǒng)需采集數(shù)據(jù)有：電機電流、電機電壓、電機溫度、電機振動、潤滑油壓力、潤滑油溫度、冷卻水壓力、冷卻水溫度、風包溫度、風包壓力、管網(wǎng)壓力等，其中有關(guān)壓風機本身的參數(shù)可通過與壓風機控制

59、器通訊方式采集，其他需為上述需采集的數(shù)據(jù)配置合適的傳感器，傳感器輸出信號一律采用標準電量輸出（如±10V，0～20mA，4～20mA），必要的時候可通過變送器轉(zhuǎn)換后輸出。需要增加的傳感器包括水池液位計、循環(huán)水壓力、循環(huán)水溫度、風管壓力等</p><p><b>　　模擬量檢測部分</b></p><p>　　傳感器包括風包溫度傳感器、循環(huán)水溫度變送器、循環(huán)水

60、壓力變送器、風包壓力變送器、水池液位計、溫度巡檢儀等。主要完成對監(jiān)控需要的模擬量的采集和處理，并送入PLC。</p><p>　　1)壓力傳感器：日常注意施工時不要壓斷壓力傳感器的信號線；發(fā)現(xiàn)管路漏水或者巷道滲水，及時對壓力傳感器進行防水處理。</p><p>　　2)超聲波液位儀：日常注意施工時不要壓斷液位儀的信號線；防止射流管將水噴射至液位儀上。</p><p>

61、;　　3)溫度傳感器：日常注意施工時不要壓斷溫度傳感器的信號線。</p><p>　　4)溫度巡檢儀：定期檢查巡檢溫度是否正常，根據(jù)CP340指示燈運行情況檢查并判斷出錯原因。</p><p><b>　　數(shù)字量檢測部分</b></p><p>　　將電動閘閥、電動球閥、高低壓供電柜、壓風機等的工作狀態(tài)與啟閉位置等開關(guān)量信號接入PLC，監(jiān)測系統(tǒng)

62、當前運行狀態(tài)。</p><p><b>　　4. 執(zhí)行部分</b></p><p>　　由PLC柜的外圍電控機構(gòu)組成,可完成對壓風機、電動閘閥、電動球閥、高低壓供電柜等控制。</p><p>　　3.2壓風機系統(tǒng)控制方案</p><p>　　風機房設(shè)置簡易操控臺，實現(xiàn)對風機的操作。操作臺上安裝有觸摸屏，正常情況下均通過觸

63、摸屏進行集中操作，應(yīng)急情況下，可通過按鈕或旋鈕對每個設(shè)備進行手動操作。觸摸屏同時作為就地監(jiān)控中心，可實時顯示各風機的狀態(tài)以及風壓變化曲線，并以授權(quán)方式對壓風系統(tǒng)進行有關(guān)設(shè)置和控制。</p><p>　　壓風系統(tǒng)的控制方式分為手動控制、PLC控制和遠程控制，其中手動控制方式下，所有風機、閥門等的開啟都是通過按鈕或旋鈕完成，操作員在專設(shè)的操作臺上進行控制。風壓的控制完全由操作人員根據(jù)情況進行參與，不再實現(xiàn)風壓閉環(huán)控制

64、。PLC控制方式為由PLC完成所有壓風系統(tǒng)相關(guān)電機、閥門、開關(guān)柜等的啟停控制，實現(xiàn)風壓閉環(huán)控制，無須人為參與，只需設(shè)定風壓值，并啟動總的啟動開關(guān)即可，系統(tǒng)將根據(jù)風壓的上下限設(shè)置，自動啟停風機以保證風壓在設(shè)定值允許的范圍內(nèi)。遠程控制模式是在PLC控制的基礎(chǔ)上，遠程設(shè)定風壓，并遠程控制總的啟動開關(guān)。</p><p>　　啟動前，將變頻器的機組開關(guān)置于欲工作的機組，工作方式選擇置于變頻位置，將 PLC 的控制開關(guān)置于運

65、行狀態(tài)，按下啟動按鈕，機組運行。1#空壓機變頻啟動，轉(zhuǎn)速從零開始上升，若達到預(yù)設(shè)的頻率上限值50Hz時，延時一段時間后風包出口處的壓力仍不能達到預(yù)設(shè)的壓力值 0.83MPa，則由PLC 通過控制中間繼電器的通斷將 1#空壓機切換到工頻運行，同時將2#空氣壓縮機切換到變頻狀態(tài)，變頻啟動2#空壓機。若2#空壓機達到頻率上限時，延時一段時間后仍不能滿足要求，再自動將2#空壓機切換到工頻運行，變頻啟動3#空壓機。當用風量減小，若4臺空壓機同時運

66、行時，4#空壓機變頻運行而此時變頻器的頻率降到頻率的下限值20Hz時，則自動停止1#空壓機，若還不能滿足要求，則自動停止2#空壓機的運行。當空壓機在運行的過程中出現(xiàn)機體溫度過高，潤滑油溫度過高，風包溫度過高，分包壓力過高及潤滑油壓力過高，斷水等故障時，系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警信號，提示有關(guān)的工作人員及時地排除故障。工作流程如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 控制系統(tǒng)流程圖</p><p&

67、gt;　　3.3.1空壓機切換工作過程</p><p>　　開始時，若1#空壓機變頻啟動，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率達到50Hz而此時空氣壓力還在下限值，延時一段時間（避免由于干擾而引起的誤動作）后，1#空壓機切換為工頻運行，同時變頻器頻率由50Hz下降至0Hz，2#號空壓機變頻起動，如氣壓仍不滿足，則會啟動3#空壓機，切換過程同上；同樣，若3臺空壓機（假設(shè)1#、2#、3#）都在運行，3#空壓機變頻運行

68、降到0HZ，此時氣壓仍處于上限值，則延時一段時間后使1#空壓機停止，變頻器頻率從0HZ迅速上升，若此時供氣壓力仍處于上限值，則延時一段時間后使2#空壓機機停止。這樣的切換過程，有效的減少空壓機的頻繁啟停，同時在實際管網(wǎng)對供氣壓力波動做出反應(yīng)之前，由于變頻器迅速調(diào)節(jié)，使氣壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了井下風動工具供氣不足的情況發(fā)生。切換過程流程圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 空壓機切換流程圖<

69、;/p><p>　　在自動狀態(tài)下系統(tǒng)啟動時，首先1#空壓機在變頻器控制下起動，延時 5s（延時是為了讓壓力穩(wěn)定下來） PLC 對變頻器的輸出頻率進行檢測。當檢測到變頻器下限頻率信號則關(guān)閉 1#空壓機；反之當檢測到變頻器上限頻率信號則 PLC 執(zhí)行增加空壓機動作，1#空壓機改為工頻運行并延時 1s（延時一是為了讓開關(guān)充分熄弧，另一方面是為了讓變頻器減速為 0，變頻啟動2#空壓機。為了保護空壓機及變頻器，1#空壓機變頻與

70、工頻之間進行了電氣互鎖。當2#空壓機投入變頻運行后，延時 5s PLC 繼續(xù)對變頻器輸出頻率進行檢測，當檢測到變頻器下限頻率信號則關(guān)閉1#空壓機，剩下2#空壓機在變頻狀態(tài)下運行，延時 5s 如果 PLC 再次檢測到變頻器下限頻率信號則把2#空壓機也關(guān)閉；反之當檢測到變頻器上限頻率信號則 PLC 再執(zhí)行增泵動作， 2#空壓機改為工頻運行并延時 1s，變頻啟動3#空壓機。依此類推，當3#空壓機投入變頻運行后，延時 5s，PLC 繼續(xù)對變頻器

71、輸出頻率進行檢測以決定執(zhí)行增加或減少空壓機動作來滿足恒壓供氣目的。另外為了方便故障檢查維修。在設(shè)計中增加了故障指示和故障報警輸出，變頻器本身具有短路保護、過載保</p><p><b>　　3.3.2通信方式</b></p><p>　　1.上位機與PLC的通信</p><p>　　在工控領(lǐng)域中PLC通常作為下位機使用，工業(yè)計算機作為上位機，通

72、過網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)視空壓機的運行狀況，查看壓力、溫度、運行時間、電機電壓、電機電流、輸出功率等實時數(shù)據(jù)，記錄并存儲歷史數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)的查詢和打印功能。當現(xiàn)場設(shè)備有動作或者出現(xiàn)故障時能夠彈出提示消息并記錄存儲下來;在遠程控制允許的情況下，值班人員還可以遠程控制空壓機。遠程監(jiān)控方便了調(diào)度，提高了管理自動化水平，是煤礦信息化發(fā)展的需要。</p><p>　　其他元件包括手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、緊急停止按鈕、聲光報警器等。</p

73、><p>　　在PLC和上位機之間的通訊中，PLC通過以太網(wǎng)模塊CP343-1接入工業(yè)以太網(wǎng)，上位機通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。選擇接口類型為工業(yè)Ethernet，通信速率為100Mbps，設(shè)置PLC和上位機的IP地址。</p><p>　　在煤礦空壓機組的監(jiān)控系統(tǒng)中，用來控制空壓機的PLC系統(tǒng)作為下位機，與調(diào)度室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)即上位機組成一個小型的工業(yè)以太網(wǎng)，進行PLC系統(tǒng)工作狀態(tài)的反饋和對PL

74、C系統(tǒng)發(fā)送控制信號。</p><p>　　2.PLC與變頻器的通信</p><p>　　本系統(tǒng)中PLC對變頻器的控制是通過串行通訊的方式實現(xiàn)的，PLC通過RS-485通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、和過壓、過流、過負荷等全部報警信息等參數(shù)。</p><p>　　3.3.3 報警裝置</p><p&

75、gt;　　系統(tǒng)裝有壓力傳感器和電流傳感器，結(jié)合PLC內(nèi)部時間繼電器，由PLC根據(jù)程序進行邏輯判斷，可對電機過載、電機過流、電機起動過載、電機運行過載、空壓機斷水、斷油、油水超溫等故障報警，并執(zhí)行相關(guān)保護動作。由于上述兩種傳感器正常工作時，均輸出4～20mA電流信號給PLC模擬輸入模塊。經(jīng)PLC內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換為200～1000數(shù)字信號，而當傳感器損壞或斷線時，將不能給PLC輸出信號，PLC所檢測到的輸入信號數(shù)字值將低于200。據(jù)此可判斷傳

76、感器斷線等故障?？紤]到傳感器精度、調(diào)整值及外界干擾等因素，PLC程序中將電流或電壓信號持續(xù)1秒鐘低于3mA(即PLC內(nèi)部數(shù)值150)視為傳感器故障。PLC程序中，當給出電機運行信號，而電機不在運行(電流信號小于2OA)。即判斷為外部</p><p>　　第四章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p><b>　　4.1主電路設(shè)計</b></p><p&g

77、t;　　在硬件設(shè)計中，采用一臺變頻器控制四臺空壓機的電機運行，四臺電機的運行都有變頻/工頻兩種狀態(tài)，每臺電機都需要通過兩個接觸器與工頻電源和變頻輸出電源相連。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機、變頻器的過流過載保護接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機的額定電流來確定。還需要在工頻電源下面接入同樣的自動空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機的過流過載保護接通。在PLC的220V輸入電源前也需要接入自動空氣開關(guān)，保證PLC的正常運行。所有接觸器的選擇

78、都要依據(jù)電動機的容量適當選擇。（主電路如4.1,見下頁）</p><p>　　由于每臺電機的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機當前的工作電流，必須在每臺電機三相輸入電源前面都接入一個電流互感器，電流互感器和熱繼電器、電流表連接。電流表安裝在控制柜上，可以方便地觀察電機的三相工作電流，便于操作人員監(jiān)測電機的工作狀態(tài)。同時熱繼電器可以實現(xiàn)對電動機的過熱保護。</p><p>　　變頻器主電路

79、電源輸入端子(U1，V1，W1)經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子(U2，V2，W2)經(jīng)接觸器接至三相電動機上。對于有變頻/工頻兩種狀態(tài)的電動機，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機旋向的一致性，否則在變頻/工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。在變頻器起動、運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵來操作，不得以主電路的通斷來進行。</p><p><

80、;b>　　4.2 PLC選型</b></p><p>　　根據(jù)被控對象的I/O點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，采用SIEMENS公司的S7-300系列PLC。</p><p>　　S7編程軟件組態(tài)主架導(dǎo)軌硬件時，電源，CPU和IM分別放在導(dǎo)軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導(dǎo)軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、C

81、PU和IM以外的其他模塊。如：DI（數(shù)字量輸入）、DO（數(shù)字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等。</p><p>　　圖4.1 控制系統(tǒng)主電路圖</p><p>　　圖4.2 S7-300基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.S7-300的CPU</p><p>　　CPU模塊是控制系統(tǒng)的核心，

82、負責系統(tǒng)的中央控制責任，存儲并執(zhí)行程序，實現(xiàn)通信功能，為U形總線提高5V電源。</p><p>　　CPU有4種操作模式：STOP（停機），STARTUP（啟動），RUN（運行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通過MPI接口與其他設(shè)備通信。</p><p>　　有各種不同性能分級(直到高性能)的CPU可供控制器使用。 通過高效處理速率，CPU能提供很短的機器時鐘時間。取決于眼前的

83、任務(wù)，可提供帶集成I/O 以及集成技術(shù)功能和集成通信接口的CPU。</p><p>　　S7-300的CPU模塊大致可以分為以下幾類：</p><p>　　表4-1 S7-300的CPU模塊分類</p><p>　　2.S7-300的模擬量輸入模塊</p><p>　　在生產(chǎn)過程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用PLC來測量或控制。有的是非電量

84、，例如溫度、壓力、流量物體的成分和頻率等。有的是強電量，例如發(fā)電機組的電流、電壓、有功功率和無功功率等。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換成標準的量程的直流電流和直流電壓信號，例如DC1~5V和DC4~20mA。</p><p>　　模擬量輸入模塊用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號，其主要組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器。模擬量輸入模塊的輸入信號一般都是模擬量變送器輸出的標準量程的直流電壓，直流電流信號

85、。</p><p>　　模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用16位二進</p><p>　　制補碼來表示最高位為符號位。模擬量輸入模塊的模擬值與百分數(shù)表示的模擬量之間的對應(yīng)關(guān)系為：雙極性模擬量量程的上下限(100%和-100%)分別對應(yīng)模擬值27648和-27648。單極性模擬量量程的上下限(100%和0%)分別對應(yīng)于模擬值27648和0。</p>&l

86、t;p><b>　　3.程序設(shè)計</b></p><p>　　STEP 7編程軟件用于西門子是供西門子s7-300編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標準工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。 </p><p>　　STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠

87、標打開或選中某一對象，按F1可以得到該對象的在線幫助。 </p><p>　　在STEP 7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。 </p><p>　　STEP 7的硬件接口：</

88、p><p>　　PC/MPI適配器用于連接安裝了STEP 7的計算機的RS-232C接口和PLC的MPI接口。計算機一側(cè)的通信速率為19.2kbit/s或38.4kbit/s，PLC一側(cè)的通信速率為19.2kbit/s~1.5Mbit/s。除了PC適配器，還需要一根標準的RS-232C通信電纜。</p><p>　　4.該系統(tǒng)PLC選型 </p><p>　　考慮到以后

89、的擴展要求，選用CPU315型號PLC其技術(shù)參數(shù)為：</p><p>　　1）微處理器：每條二進制指令執(zhí)行時間約100ns，每條浮點數(shù)運行指令約3微秒。 </p><p>　　2)128 KB RAM (相當于約 43 K 語句) ：用于程序執(zhí)行的擴展 RAM 可以顯著提高用戶程序空間。微存儲卡(最大8MB)，可作為程序使用的裝載存儲器，同時也可以在CPU中存儲項目數(shù)據(jù)(全部的符號和注釋)

90、，可用于數(shù)據(jù)歸檔和配方管理。 </p><p>　　3)擴展靈活：多達 32 個模塊，（4機架結(jié)構(gòu)） </p><p>　　4)多點接口 MPI：集成的 MPI 接口可以最多同時建立 16 個與 S7-300/400 或與 PG、PC、OP 的連接。在這些連接中，總要分別為 PG 和 OP 各保留一個連接。通過“全局數(shù)據(jù)通訊”，MPI可以用來建立最多16個CPU組成的簡單網(wǎng)絡(luò)。 </

91、p><p>　　5)PROFIBUS DP接口：帶有 PROFIBUS DP 主/從接口的 CPU 315-2 DP 可以用來建立高速、易用的分布式自動化系統(tǒng)。 用戶的角度來看，分布式I/O的處理與集中式I/O沒有區(qū)別（相同的配置，編址及編程）。支持 PROFIBUS DP V1 標準。這將增加 DP V1 標準從站在診斷和參數(shù)賦值能力的范圍。 </p><p><b>　　4.3變

92、頻器選型：</b></p><p>　　本設(shè)計變頻器選擇西門子MM440變頻器。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合。創(chuàng)新的BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能有無可比擬的靈活性。 </p><p><b>　　1.主要特征 </b></p><p>　　200V-24

93、0V ±10%，單相/三相，交流，0.12kW-45kW； 380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-250kW；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； 高過載能力，內(nèi)置制動單元； </p><p>　　三組參數(shù)切換功能?？刂乒δ埽?線性v/f控制，平方v/f控制，可編程多點設(shè)定v/f控制，磁通電流控制免測速矢量控制，閉環(huán)矢量控制，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，節(jié)能控制模式； 標準參數(shù)結(jié)

94、構(gòu)，標準調(diào)試軟件； 數(shù)字量輸入6個，模擬量輸入2個，模擬量輸出2個，繼電器輸出3個；獨立I/O端子板，方便維護；采用BiCo技術(shù)，實現(xiàn)I/O端口自由連接；內(nèi)置PID控制器，參數(shù)自整定；集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP/Device-Net通訊模塊； 具有15個固定頻率，4個跳轉(zhuǎn)頻率，可編程；可實現(xiàn)主/從控制及力矩控制方式；在電源消失或故障時具有"自動再起動"功能；靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，帶有起始段和結(jié)

95、束段的平滑特性；快速電流限制（FCL），防止運行中不應(yīng)有的跳閘； 有直流制動和復(fù)合制動方式提高制動性能。 </p><p><b>　　2.保護功能 </b></p><p>　　過載能力為200％額定負載電流，持續(xù)時間3秒和150％額定負載電流，持續(xù)時間60秒；過電壓、欠電壓保護；變頻器、電機過熱保護；接地故障保護，短路保護；閉鎖電機保護，防止失速保護；采用PIN編

96、號實現(xiàn)參數(shù)連鎖。</p><p><b>　　4.4傳感器的選取</b></p><p>　　傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。作為一個參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器占有非常重要的地位。下面對本系統(tǒng)中所涉及的傳感器作簡要比較并最終選型。</p><p>　　(1)壓力傳感器的選型<

97、;/p><p>　　現(xiàn)場所需要測量的壓力參數(shù)有主機進水壓力、儲氣罐氣體壓力。壓力信號要求范圍為0～1MPa，精度為0.5%以上。本系統(tǒng)采用北京科熱測控技術(shù)有限責任公司研制的GPT壓力變送器。GPT壓力變送器壓力測量特性如下：傳感器為316不銹鋼膜片結(jié)構(gòu)，適用被測介質(zhì)可以是腐蝕性氣體、液體、蒸汽，測量范圍在20KPa～20MPa，測量精度分為0.1%，0.25%，0.5%，三倍過壓范圍。</p><

98、p>　　信號輸出特性：電流型輸出：DC/4～20mA，最大負載電阻測算(含傳輸線內(nèi)阻)：Rmax= ( V -12 ) /0.02（其中V為供電電壓）。</p><p>　　供電特性：推薦工作供電電壓：DC/24V，空載工作電壓：DC/12V，最高過載電壓：DC/40V，最大輸出限流：30mA，內(nèi)設(shè)電壓極性反接保護。</p><p>　　工作環(huán)境特性：環(huán)境溫度補償范圍：0～50℃，環(huán)

99、境溫度工作范圍：-20～80℃。工作環(huán)境濕度范圍：0～80％</p><p>　　外型結(jié)構(gòu)與典型接線：探頭外型尺寸：φ59mm×120mm，重量：650g; GPT過程連接外螺紋規(guī)格M20×1.5(或定制)；DPT過程連接內(nèi)螺紋規(guī)格M12×1.25。</p><p>　　(2)溫度傳感器的選型</p><p>　　現(xiàn)場的溫度信號范圍為

100、0～105℃，所以溫度傳感器采用PT100標準電阻溫度傳感器。PT10是鉑電阻溫度傳感器，可測量-60℃到+400℃之間溫度。 </p><p>　　第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　5.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟</p><p>　　設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的一般步驟如下所示。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟：</

101、p><p>　　(1) 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作（動作時序、動作條件、必須的保護和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等）。</p><p>　　(2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。</p><p>　　(3) 選擇PLC。</p><p>　　(4) 分配PLC的I

102、/O點，設(shè)計I/O連接圖。這一步可結(jié)合第2步進行。</p><p>　　(5) 進行PLC程序設(shè)計，同時可進行控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。</p><p>　　在設(shè)計繼電器控制系統(tǒng)時，必須在控制線路（接線程序）設(shè)計完成后，才能進行控制大的設(shè)計和現(xiàn)場施工。可見，采用PLC控制，可以使整個工程的周期縮短。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)控制原理</p>&l

103、t;p>　　1．半自動控制方式（如圖5.1）</p><p><b>　　1）I/O分配</b></p><p>　　表5-1半自動控制I/O分配</p><p><b>　　2）程序</b></p><p>　　調(diào)用子程序，開啟水泵</p><p>　　當水位達到1.

104、52m，開啟壓風機。當水位達到1.83m，關(guān)閉水泵。</p><p>　　當壓力達到0.452MPa，壓力閥打開。當溫度達到85℃，開啟風扇。</p><p>　　5.1半自動方式控制流程圖</p><p>　　2．全自動控制方式（如圖5.2）</p><p>　　5.2全自動方式控制流程圖</p><p>　　第六章

105、 系統(tǒng)的使用及維護</p><p>　　6.1 PLC系統(tǒng)控制方式</p><p><b>　　1、就地操作。</b></p><p><b>　　運行前的準備：</b></p><p>　　當不需遠方控制時即可采用就地操作，需將壓風機控制面板，低壓控制柜，球閥</p><p&g

106、t;　　打入就地位置，并檢查高、低壓，球閥是否帶電，PLC是否正常把要開啟的設(shè)備送上電，待一切準備好后，即可按照一般步驟進行操作：</p><p><b>　　啟動：</b></p><p>　　首先啟動水泵，穩(wěn)定后在控制面板上啟動風機，按照一定的時間進行排污，及補</p><p>　　充冷卻塔水，當水溫溫度過高時即可開啟冷卻風扇，按照壓風機操

107、作規(guī)程執(zhí)行。</p><p><b>　　停止：</b></p><p>　　當需要停止壓風機時只需在壓風機控制面板上按下停止即可，停止后即可關(guān)閉水</p><p>　　泵，及冷卻風扇，最后把低壓控制柜的電斷開。</p><p><b>　　2、半自動操作。</b></p><p

108、><b>　　運行前的準備：</b></p><p>　　當需要遠方控制時，即可在觸摸屏上進行操作：</p><p>　　需將壓風機控制面板設(shè)置為遙控方式，低壓控制柜，球閥打入遠方位置，并檢查高、低壓，球閥是否帶電，PLC是否運行正常，把要開啟的控制設(shè)備送上電。</p><p><b>　　啟動：</b></p

109、><p>　　在觸摸屏進入低壓柜控制界面圖6.1，當打入遙控方式的低壓柜時即顯示，按下按</p><p>　　鈕，當斷路器，接觸器變?yōu)榧t色時，即表示控制回路通，當水泵穩(wěn)定后，可進入壓風機控制界面圖6.2，以1#號壓風機為例，控制面板上按下按鈕，當啟動后會出現(xiàn)“運行”狀態(tài)，隨即可觀察壓風機運行的各個參數(shù)，如壓力，溫度，等信息。如需要開風扇時，圖6.1只需在控制面板上按下按鈕，當斷路器，接觸器變?yōu)?/p>

110、紅色時，即表示控制回路通，如需要停風扇時，圖6..1只需在控制面板上按下按鈕，當接觸器變?yōu)榫G色時，即表示控制回路斷開，若需要排污時需進入主界面圖6.3，按下，隨即會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當排污閥變?yōu)榧t色時即表示開到位，若需停止時，只需按下隨即出現(xiàn)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當排污閥變?yōu)榫G色時即表示關(guān)到位。</p><p>　　圖6.1低壓控制電源</p><p><b>　　停止：</b>&l

111、t;/p><p>　　若要停止壓風機時只需在圖6.2按下按鈕，待電機停止轉(zhuǎn)動時表示壓風</p><p>　　機停止。隨后即可按下水泵按鈕圖6.1，當接觸器變?yōu)榫G色時，即表示控制回路斷開，當水泵正常停止時，停止成功。</p><p><b>　　實時監(jiān)測：</b></p><p>　　當設(shè)備運行時可以在觸摸屏上實時監(jiān)測各個重要

112、數(shù)據(jù)，如圖6.4高壓電量信息，壓風機溫度，壓力，狀態(tài)，水位，等信息。</p><p>　　圖6.2壓風機控制界面</p><p><b>　　圖6.3主界面圖</b></p><p><b>　　圖6.4高壓信息</b></p><p><b>　　3自動操作。</b><

113、/p><p><b>　　運行前的準備：</b></p><p>　　當需要遠方控制時，即可在觸摸屏上進行操作：</p><p>　　需將壓風機控制面板設(shè)置為遙控方式，低壓控制柜，球閥打入遠方位置，并檢查高、低壓，球閥是否帶電，PLC是否運行正常，把要開啟的控制設(shè)備送上電。</p><p><b>　　啟動：<