基于plc的空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)論文本科學(xué)位論文

摘要洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEIVPAGE8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)（簡稱“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。本方案通過變頻器控制來達(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，而后通過系統(tǒng)內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器算法邏輯運(yùn)算產(chǎn)生控制信號(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

DesignsbasedonthePLCaircompressor’ssupervisorysystemABSTRACTThecompressor(theaircompressor)isacompressedgastoincreasegaspressureorgastransportationmachine.Aircompressoriswidelyusedinnearlyallindustrialandagricultural,defense,scienceandtechnology,civilandotherfields.Aircompressorsafetyprotectionfortheproductionofcoalminingenterprisesisveryimportant.ProgrammableLogicController(PLC)tothetraditionalrelaycontroltechnology,computercontroltechnologyandcommunicationtechnologyintegration,specificallydesignedforindustrialcontrolof.ThedesignusesPLCandfrequencyconvertertorealizetheautomaticcontrolofaircompressor.Theprogramusesinverteroftheaircompressor"draggedmore"control,PLCtoachievetheinverterfrequencyandfrequencyconversioncontrol,andinverterswitchingcontrolofacompressorstation.CollectionsystemusingpressuresensorsOutletpressureairbag,transmitteroutputby4to20mAstandardsignaltothePLCanaloginputport,throughtheinternalPIDalgorithmPLClogicoperations,sendscontrolsignalstotheinverter.Whentheinvertertocontrolthecurrentmachinebytheinverterfrequency,whilethegaspressureisstillnotsatisfiedbythePLCcontrolinverterfrequencysoft-startthenextstationaircompressortorun,andthenclickOpen.Sothattheproductionsystemforgoodeconomicandsafetyperformance.KEYWORDS:PLC，aircompressor，Pressuretransducer，Inverter前言目錄前言 1第1章空氣壓縮機(jī) 31.1空氣壓縮機(jī)的用途及其優(yōu)點(diǎn) 31.2空氣壓縮機(jī)的分類 31.3螺桿式空氣壓縮機(jī) 41.3.1螺桿式空壓機(jī)的應(yīng)用 41.3.2螺桿式空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理 41.3.3螺桿式空壓機(jī)的特點(diǎn) 51.4活塞式空壓機(jī) 6第2章可編程控制器（PLC） 92.1PLC概述 92.2PLC的基本組成 92.3PLC的基本工作原理 102.3.1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(yīng)時(shí)間 122.4PLC的分類 13第3章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 143.1S7-200構(gòu)件簡介 143.1.1中央處理器CPU的功能 143.1.2S7-200模板的主要特性 143.2元器件的選型 153.2.1空氣壓縮機(jī)主要參數(shù) 153.2.2變頻器參數(shù) 153.2.3壓力傳送器的技術(shù)參數(shù) 163.2.4接觸器簡介 173.2.5熱繼電器選取 173.2.6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) 194.1設(shè)計(jì)PLC程序通用方法 194.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 194.3PLCI/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) 235.1控制系統(tǒng)恒壓輸出的方法 235.2變頻調(diào)速控制系統(tǒng)電氣圖 245.3PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)空壓機(jī)的切換方式 245.4PLC變頻調(diào)速控制原理 265.5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美國起先成功研制了可編程控制器（簡稱“PLC”），過了幾年P(guān)LC得到了火速生長，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從單一的開關(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?，F(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、文化娛樂以及交通運(yùn)輸?shù)壬铑I(lǐng)域中。改革開放后，我國開始加大了對(duì)PLC的引進(jìn)、研發(fā)、生產(chǎn)的探應(yīng)用的工作。開始PLC只在引進(jìn)的設(shè)備中大量應(yīng)用，后來隨著科技與技術(shù)的提高在全國范圍內(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在我國的普及與應(yīng)用?，F(xiàn)在咱國已有能力本身生產(chǎn)小型可編程控制器，我相信，跟著科技的生長，國力的提升，可編程控制器必然會(huì)在我國有廣闊的實(shí)用前途?？諝鈮嚎s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、安全性與經(jīng)濟(jì)性的要求。當(dāng)今火急須簡單的、易保養(yǎng)、易監(jiān)測(cè)而且便宜的控制器來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(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)房內(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)的安全與穩(wěn)定。第1章標(biāo)題第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?？諝鈮嚎s機(jī)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1.3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，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，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題，必然進(jìn)一步提高空壓機(jī)的機(jī)能，來順應(yīng)礦井的安全生產(chǎn)[3]。（1）吸氣過程：隨著空壓機(jī)開始旋轉(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)。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，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)氣過程隨機(jī)結(jié)束。（2）壓縮空氣：這時(shí)候，陽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，壓縮過程隨著結(jié)束。（3）排氣過程：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，被壓縮的空氣在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)作用下通過排氣管口被排到儲(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r(jià)比，現(xiàn)在其已經(jīng)對(duì)古老的空壓機(jī)種類的生存造成了無法挽回的毀壞，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、來適合不同風(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)器延長其使用壽命，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)格幾乎可以在購買一臺(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。打開空壓機(jī)后，電機(jī)開始旋轉(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。活塞式空壓機(jī)原理簡圖如圖1-2。43143125133445a．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)原理簡圖該類型空壓機(jī)的工作輪回是由：吸氣過程AB，壓縮過程BC,和排氣過程CD組成。(1)吸氣過程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，完成充氣過程。壓縮過程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)，氣缸開始向外排氣。壓縮過程也就結(jié)束了。(3)排氣過程CD當(dāng)活塞行至C點(diǎn)開始排氣后，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)沒有了，這也就完成一個(gè)循環(huán)。當(dāng)活塞再從上點(diǎn)向下點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到第二個(gè)循環(huán)，一遍又一遍的重復(fù)著以上的過程。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，使用壽命最長在2-3年噪聲、振動(dòng)無內(nèi)應(yīng)力，力平衡性好，振動(dòng)小，安裝無需基礎(chǔ)，噪音低，一般為58-60db，可直接放在辦公場所運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受力不平衡，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徑向、軸向力完全平衡，軸承壽命長，轉(zhuǎn)自軸承力為5玩h，維護(hù)周期長，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)較高無自動(dòng)排水器，基本無排水、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)。REF_Ref168484390\r\h錯(cuò)誤！未找到引用源。REF_Ref168484424\h錯(cuò)誤！未找到引用源。PAGE6PAGE13第2章可編程控制器（PLC）2.1PLC概述在二十世紀(jì)四十年代，美國獅子設(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（ProgrammableLogicController，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2-1。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1969~19721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1973~19758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)2.2PLC的基本組成PLC主要由CPU、存儲(chǔ)器、基本I/O接口電路、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。接觸器接觸器CPUCPU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)電磁閥電磁閥行程開關(guān)行程開關(guān)指示燈指示燈圖2-1PLC結(jié)構(gòu)簡圖2.3PLC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采用的是無限循環(huán)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(yīng)的反應(yīng)[7]。2.3.2可編程序控制器的工作過程PLC采用循環(huán)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(zhí)行用戶程序、處理輸出和響應(yīng)外設(shè)。其工作過程如圖2-2。電源電源自診斷檢查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)NY停止運(yùn)行I/O故障圖2-2PLC工作過程圖（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PLC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計(jì)算機(jī)將可以已寫好的程序?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。（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)間簡稱“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短影響。一般來說I/O響應(yīng)時(shí)間不會(huì)超過20ms，對(duì)于不重要的系統(tǒng)來說，這些時(shí)間是可有可無的。而對(duì)于大型重要的系統(tǒng)來說響應(yīng)時(shí)間越短越好[8]。2.4PLC的分類（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。第3章REF_Ref168484495\h錯(cuò)誤！未找到引用源。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE18第3章PLC變頻調(diào)速控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1S7-200構(gòu)件簡介本系統(tǒng)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(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，開始判斷所接受程序中是否有錯(cuò)誤。（3）利用CPU掃描功能，來自工作的輸入信號(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。3.1.2S7-200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)CPU312CPU312CCPU313CCPU314CPU317用戶內(nèi)存/KB16163232512自由編址YESYESYESYESYES位存儲(chǔ)器102410242048204832768計(jì)數(shù)器128128256256512定時(shí)器128128256256512指令處理時(shí)間（ms）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)，陽轉(zhuǎn)子直徑262.5mm；陰轉(zhuǎn)子直徑210mm；轉(zhuǎn)子長度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)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）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，性價(jià)比高③量程范圍寬（-1000KPa~1000KPa~60MPa）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~60MPA②溫度漂移：0.02%FS/℃③測(cè)量精度：<0.2%FS④壓力類型：絕壓，表壓⑤介質(zhì)溫度：-30~125℃⑥供電：12~30vdc（三相電壓）3.2.4接觸器簡介（1）接觸器的選取隨著社會(huì)的變化接觸器越來越多的被使用在各類型的工廠設(shè)備中。因?yàn)榻涣骰芈放c直流回路的斷開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)接觸器來說越來越重要，所以大型容量的接觸器正在被廣泛的運(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①CJX8-30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，主電路因此電流流過，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CPU226內(nèi)部的時(shí)間繼電器配合工作。用戶程序經(jīng)過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]。第3章標(biāo)題PAGE8PAGE22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，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。4.2PLC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、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(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。分析被控對(duì)象的工藝流程分析被控對(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NNY滿足？圖4-1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟4.3PLCI/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)名稱符號(hào)地址信號(hào)名稱符號(hào)地址啟動(dòng)SB1I0.04?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM7I1.3停止SB2I0.14?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM8I1.4工作方式選擇（手/自）SA1I0.25?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM9I1.5模式選擇（高/低）SA2I0.35?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM10I1.6故障復(fù)位SA3I0.41?保護(hù)動(dòng)作信號(hào)FR1I1.71?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM1I0.52?保護(hù)動(dòng)作信號(hào)FR2I2.01?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM2I0.63?保護(hù)動(dòng)作信號(hào)FR3I2.12?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM3I0.74?保護(hù)動(dòng)作信號(hào)FR4I2.22?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM4I1.05?保護(hù)動(dòng)作信號(hào)FR5I2.33?工頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM5I1.1變頻器運(yùn)行檢測(cè)信號(hào)KM11I2.43?變頻接觸器動(dòng)作信號(hào)KM6I1.2變頻器故障信號(hào)BPQI2.5表4-2輸出點(diǎn)分配信號(hào)名稱符號(hào)地址信號(hào)名稱符號(hào)地址1?工頻交流接觸器以及指示燈KM1,D1Q0.01?故障指示燈D11Q1.21?變頻交流接觸器以及指示燈KM2,D2Q0.12?故障指示燈D12Q1.32?工頻交流接觸器以及指示燈KM3,D3Q0.23?故障指示燈D13Q1.42?變頻交流接觸器以及指示燈KM4,D4Q0.34?故障指示燈D14Q1.53?工頻交流接觸器以及指示燈KM5,D5Q0.45?故障指示燈D15Q1.63?變頻交流接觸器以及指示燈KM6,D6Q0.5變頻器指示燈D16Q1.74?工頻交流接觸器以及指示燈KM7,D7Q0.6報(bào)警指示燈D17Q2.04?變頻交流接觸器以及指示燈KM8,D8Q0.7進(jìn)水控制閥DKM11Q2.15?工頻交流接觸器以及指示燈KM9,D9Q1.0變頻器控制略略5?變頻交流接觸器以及指示燈KM10,D10Q1.1變頻器控制略略圖4-2I/O口外部接線圖REF_Ref168484640\r\h錯(cuò)誤！未找到引用源。REF_Ref168484646\h錯(cuò)誤！未找到引用源。PAGE29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)電氣原理圖見附錄1。系統(tǒng)外部接線圖見附錄2。系統(tǒng)梯形圖見附錄3。5.3PLC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]。開始開始變頻器啟動(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)YYNNYYN圖5-3PLC恒壓控制系統(tǒng)流程圖5.4PLC變頻調(diào)速控制原理系統(tǒng)運(yùn)行情況有兩種：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)。工作人員打開開始開關(guān)，系統(tǒng)開始運(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后通氣管道內(nèi)的氣壓仍無法滿足生產(chǎn)的需要，則中間繼電器接收來自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。11?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始按鈕來開啟某個(gè)空壓機(jī)或按下停止按鈕來關(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關(guān)，系統(tǒng)開始運(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，延遲5S后通氣管道內(nèi)的氣壓仍無法滿足生產(chǎn)的需要，則中間繼電器接收來自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（MPI）和PROFIBUS協(xié)議基于7層開放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI），通過一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)來實(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)議沒有公開，其它通信協(xié)議是公開的[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)。結(jié)論結(jié)論經(jīng)過一個(gè)多月的準(zhǔn)備和編寫，終于在今天吧本篇畢業(yè)論文寫完了。在這期間越來越熟悉和掌握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)組的自動(dòng)控制。本方案通過變頻器控制來達(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）在編寫本論文時(shí)，雖然參考了眾多的專業(yè)書籍，但這些知識(shí)都是“死知識(shí)”，對(duì)于我在現(xiàn)實(shí)中還無法靈活使用。（2）本方案沒有在專業(yè)的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬操作。（3）本方案還無法對(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)。參考文獻(xiàn)PAGE32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老師和同學(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(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。

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(xué)院！

參考文獻(xiàn)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吳玉林,陳慶光,劉樹紅.通風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī).北京:清華大學(xué)出版社,2011.12胡虔生,胡敏強(qiáng).電機(jī)學(xué).北京:中國電力出版社,2009.7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謝云敏,郭貴中,黨保華.上海:上海交通大學(xué)出版社,2012劉文芳,方強(qiáng).西門子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.基于PLC監(jiān)控的空壓機(jī)變頻恒壓控制[M]，2005[12]翁維勤.過程控制系統(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]ClarkDW.Thememorysystemofahighperformancepersonalcomputer.XeroxPaloAltoResearchCenter,[15]MC88100RSICMicroprocessorUser’sManual(Secondedition).EnglewoodCliffs:PrenticeHall,1990[16]CarreiraJ,MadeiraHandSilvaJG.Xception:Atechniquefortheexperimentalevaluationofdependabilityinmoderncomputers.IEEETransactionsonSoftwareEngin.附錄PAGE16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AsystematicapproachtodesigningPLCsoftwarecanovercomedeficienciesinthetraditionalwayofprogrammingmanufacturingcontrolsystems,andcanhavewideramificationsinseveralindustrialapplications.Automationcontrolsystemsaremodeledbyformallanguagesor,equivalently,bystatemachines.Formalrepresentationsprovideahigh-leveldescriptionofthebehaviorofthesystemtobecontrolled.Statemachinescanbeanalyticallyevaluatedastowhetherornottheymeetthedesiredgoals.Secondly,astatemachinedescriptionprovidesastructuredrepresentationtoconveythelogicalrequirementsandconstraintssuchasdetailedsafetyrules.Thirdly,well-definedcontrolsystemsdesignoutcomesareconducivetoautomaticcodegeneration-Anabilitytoproducecontrolsoftwareexecutableoncommercialdistinctlogiccontrollerscanreduceprogramminglead-timeandlaborcost.Inparticular,thethesisisrelevantwithrespecttothefollowingaspects.Inmodernmanufacturing,systemsarecharacterizedbyproductandprocessinnovation,becomecustomer-drivenandthushavetorespondquicklytochangingsystemrequirements.Amajorchallengeisthereforetoprovideenablingtechnologiesthatcaneconomicallyreconfigureautomationcontrolsystemsinresponsetochangingneedsandnewopportunities.Designandoperationalknowledgecanbereusedinreal-time,therefore,givingasignificantcompetitiveedgeinindustrialpractice.Studieshaveshownthatprogrammingmethodologiesinautomationsystemshavenotbeenabletomatchrapidincreaseinuseofcomputingresources.Forinstance,theprogrammingofPLC’sstillreliesonaconventionalprogrammingstylewithladderlogicdiagrams.Asaresult,thedelaysandresourcesinprogrammingareamajorstumblingstonefortheprogressofmanufacturingindustry.Testinganddebuggingmayconsumeover50%ofthemanpowerallocatedforthePLCprogramdesign.Standards[IEC60848,1999;IEC-61131-3,1993;IEC61499,1998;ISO15745-1,1999]havebeenformedtofixanddisseminatestate-of-the-artdesignmethods,buttheynormallycannotparticipateinadvancingtheknowledgeofefficientprogramandsystemdesign.Asystematicapproachwillincreasethelevelofdesignautomationthroughreusingexistingsoftwarecomponents,andwillprovidemethodstomakelarge-scalesystemdesignmanageable.Likewise,itwillimprovesoftwarequalityandreliabilityandwillberelevanttosystemshighsecuritystandards,especiallythosehavinghazardousimpactontheenvironmentsuchasairportcontrol,andpublicrailroads.Thesoftwareindustryisregardedasaperformancedestructorandcomplexitygenerator.Steadilyshrinkinghardwarepricesspoilstheneedforsoftwareperformanceintermsofcodeoptimizationandefficiency.Theresultisthatmassiveandlessefficientsoftwarecodeononehandoutpacesthegainsinhardwareperformanceontheotherhand.Secondly,softwareproliferatesintocomplexityofunmanageabledimensions;softwareredesignandmaintenance-essentialinmodernautomationsystems-becomesnearlyimpossible.Particularly,PLCprogramshaveevolvedfromacouplelinesofcode25yearsagotothousandsoflinesofcodewithasimilarnumberof1/Opoints.Increasedsafety,forinstancenewpoliciesonfireprotection,andtheflexibilityofmodernautomationsystemsaddcomplexitytotheprogramdesignprocess.Consequently,thelife-cyclecostofsoftwareisapermanentlygrowingfractionofthetotalcost.80-90%ofthesecostsaregoingintosoftwaremaintenance,debugging,adaptationandexpansiontomeetchangingneeds.Today,theprimaryfocusofmostdesignresearchisbasedonmechanicalorelectricalproducts.Oneoftheby-productsofthisproposedresearchistoenhanceourfundamentalunderstandingofdesigntheoryandmethodologybyextendingittothefieldofengineeringsystemsdesign.Asystemdesigntheoryforlarge-scaleandcomplexsystemisnotyetfullydeveloped.Particularly,thequestionofhowtosimplifyacomplicatedorcomplexdesigntaskhasnotbeentackledinascientificway.Furthermore,buildingabridgebetweendesigntheoryandthelatestepistemologicaloutcomesofformalrepresentationsincomputersciencesandoperationsresearch,suchasdiscreteeventsystemmodeling,canadvancefuturedevelopmentinengineeringdesign.Fromalogicalperspective,PLCsoftwaredesignissimilartothehardwaredesignofintegratedcircuits.ModernVLSIdesignsareextremelycomplexwithseveralmillionpartsandaproductdevelopmenttimeof3years[Whitney,1996].Thedesignprocessisnormallyseparatedintoacomponentdesignandasystemdesignstage.Atcomponentdesignstage,singlefunctionsaredesignedandverified.ProgrammableLogicControllers(PLC),acomputingdeviceinventedbyRichardE.Morleyin1968,havebeenwidelyusedinindustryincludingmanufacturingsystems,transportationsystems,chemicalprocessfacilities,andmanyothers.Atthattime,thePLCreplacedthehardwiredlogicwithsoft-wiredlogicorso-calledrelayladderlogic(RLL),aprogramminglanguagevisuallyresemblingthehardwiredlogic,andreducedtherebytheconfigurationtimefrom6monthsdownto6days[MoodyandMorley,1999].AlthoughPCbasedcontrolhasstartedtocomeintoplace,PLCbasedcontrolwillremainthetechniquetowhichthemajorityofindustrialapplicationswilladhereduetoitshigherperformance,lowerprice,andsuperiorreliabilityinharshenvironments.Moreover,accordingtoastudyonthePLCmarketofFrostandSullivan[1995],anincreaseoftheannualsalesvolumeto15millionPLCsperyearwiththehardwarevalueofmorethan8billionUSdollarshasbeenpredicted,thoughthepricesofcomputinghardwareissteadilydropping.TheinventorofthePLC,RichardEMorley,fairlyconsidersthePLCmarketasa5-billionindustryatthepresenttime.ThoughPLCsarewidelyusedinindustrialpractice,theprogrammingofPLCbasedcontrolsystemsisstillverymuchrelyingontrial-and-error.Alikesoftwareengineering,PLCsoftwaredesignisfacingthesoftwaredilemmaorcrisisinasimilarway.Morleyhimselfemphasizedthisaspectmostforcefullybyindicating`Ifhouseswerebuiltlikesoftwareprojects,asinglewoodpeckercoulddestroycivilization.”Particularly,practicalproblemsinPLCprogrammingaretoeliminatesoftwarebugsandtoreducethemaintenancecostsofoldladderlogicprograms.ThoughthehardwarecostsofPLCsaredroppingcontinuously,reducingthescantimeoftheladderlogicisstillanissueinindustrysothatlow-costPLCscanbeused.Ingeneral,theproductivityingeneratingPLCisfarbehindcomparedtootherdomains,forinstance,VLSIdesign,whereefficientcomputeraideddesigntoolsareinpractice.ExistentsoftwareengineeringmethodologiesarenotnecessarilyapplicabletothePLCbasedsoftwaredesignbecausePLC-programmingrequiresasimultaneousconsiderationofhardwareandsoftware.Thesoftwaredesignbecomes,thereby,moreandmorethemajorcostdriver.Inmanyindustrialdesignprojects,morethanofthemanpowerallocatedforthecontrolsystemdesignandinstallationisscheduledfortestinganddebuggingPLCprograms.Inaddition,currentPLCbasedcontrolsystemsarenotproperlydesignedtosupportthegrowingdemandforflexibilityandreconfigurabilityofmanufacturingsystems.Afurtherproblem,impellingtheneedforasystematicdesignmethodology,istheincreasingsoftwarecomplexityinlarge-scaleprojects.TheobjectiveofthisthesisistodevelopasystematicsoftwaredesignmethodologyforPLCoperatedautomationsystems.Thedesignmethodologyinvolveshigh-leveldescriptionbasedonstatetransitionmodelsthattreatautomationcontrolsystemsasdiscreteeventsystems,astepwisedesignprocess,andsetofdesignrulesprovidingguidanceandmeasurementstoachieveasuccessfuldesign.Thetangibleoutcomeofthisresearchistofindawaytoreducetheuncertaintyinmanagingthecontrolsoftwaredevelopmentprocess,thatis,reduc