plc在礦井空壓機控制系統(tǒng)改造設(shè)計中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計）</p><p>　　論文題目：PLC在礦井空壓機控制系統(tǒng)改造設(shè)計中的應(yīng)用</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p>　　所在院系： 機電學(xué)院</p><p>　　所學(xué)專業(yè)： 機電技術(shù)教育</p><p><b>　　導(dǎo)師

2、姓名：</b></p><p><b>　　完成時間：</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　針對礦井舊空壓機控制系統(tǒng)中存在的體積龐大、接線復(fù)雜、機械觸點多、排除故障困難、可靠性差、自動化程度低、浪費電能等缺陷,設(shè)計了一種基于先進PLC和變頻器控制技術(shù)的礦井空壓機控制系統(tǒng),詳

3、細(xì)討論了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制方案、工作原理、硬件與軟件設(shè)計方法。該控制系統(tǒng)具有功能完善,運行穩(wěn)定,可靠性高,便于維護,節(jié)能效果明顯等特點,提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益,具有很好的應(yīng)用前景。同時該控制系統(tǒng)若配置相應(yīng)的通信模塊和上位計算機,可方便地組成集散式控制系統(tǒng),對現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控,實現(xiàn)遠程控制,提升企業(yè)生產(chǎn)的自動化程度。</p><p>　　關(guān)鍵詞：礦井，空壓機，PLC，變頻器，壓力檢測</p>

4、<p>　　PLC in mine pit air compressor control system transformation design application</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The volume which exists in view of the mine pit old air

5、compressor control system in is huge, the wiring complex, the mechanical electronic contact are many, the trouble clearing difficulty, the reliability are bad, the automaticity is low, flaws and so on waste waste, have d

6、esigned one kind based on advanced PLC and the frequency changer control technology mine pit air compressor control system, discussed system's structure, the control plan, the principle of work, the hardware and the

7、software</p><p>　　Keywords：Mine shaft, Air compressor, PLC, Frequency changer, Pressure examination</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p>&l

8、t;p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2 電機的調(diào)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　3 電機調(diào)速方式2</p><p>　　3.1 調(diào)速控制節(jié)能分析2</p><p>　　3.2 常用的調(diào)速方式3</p&

9、gt;<p>　　3.2.1 變級對數(shù)調(diào)速4</p><p>　　3.2.2 變頻調(diào)速4</p><p>　　3.2.3 可控硅串級調(diào)速5</p><p>　　3.3 多臺空壓機恒壓控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題6</p><p>　　3.4 本文的主要研究內(nèi)容6</p><p>　　4 變頻調(diào)速恒壓提供

10、壓縮空氣系統(tǒng)能耗機理分析7</p><p>　　4.1 離心式空壓機及其工況點確定的研究8</p><p>　　4.1.1 空壓機分類:8</p><p>　　4.1.2 空壓機工況點分析8</p><p>　　4.2 空壓機的調(diào)速度方式9</p><p>　　4.2.1 空壓機的高效調(diào)度方式9</p

11、><p>　　4.2.2 調(diào)速范圍的確定11</p><p>　　4.3 變頻調(diào)速的優(yōu)點分析11</p><p>　　5 變頻調(diào)速恒壓系統(tǒng)設(shè)計12</p><p>　　5.1 系統(tǒng)的方案設(shè)計及具體要求12</p><p>　　5.1.1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計12</p><p>　　5.1.

12、2 控制系統(tǒng)的具體設(shè)計要求為：13</p><p>　　5.1.3 空壓機控制總體設(shè)計方法13</p><p>　　5.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計14</p><p>　　5.2.1 硬件電路設(shè)計14</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)控制電路設(shè)計15</p><p>　　5.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計及變頻器主要功能的預(yù)

13、置16</p><p><b>　　6 結(jié)束語18</b></p><p><b>　　致謝19</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　煤

14、礦礦井空壓機是煤礦礦井生產(chǎn)的重要組成部分，它生產(chǎn)壓縮空氣，用以帶動鑿巖機、風(fēng)動裝巖機等設(shè)備及其他氣動工具。煤礦礦井空壓機能否正常工作與礦井其它機器能否正常運轉(zhuǎn)、生產(chǎn)效率的提高密切相關(guān)。隨著我國政府對各行各業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管力度的不斷加強，尤其對煤礦安全生產(chǎn)的要求越來越高，對礦井空壓機系統(tǒng)進行技術(shù)改造，提高其運行穩(wěn)定性、可靠性、節(jié)能降耗等勢在必行。</p><p>　　目前在煤礦礦井空壓機控制系統(tǒng)中，大多仍采用繼電接觸

15、器控制系統(tǒng)，但這種控制系統(tǒng)存在著體積大機械觸點多接線復(fù)雜、可靠性低、排除故障困難等很多的缺陷;且因工作空壓機一直高速運行，備用機停止，且空壓機的工作效率不高，不能輪休工作，易使工作空壓機產(chǎn)生故障，降低使用壽命，并且浪費嚴(yán)重。</p><p>　　針對上述一系列問題，本課題采用PLC和變頻器控制技術(shù)對其進行改造。保留其原有的手動控制系統(tǒng)，分別增加一臺PLC和變頻器及輔助控制單元，與壓力傳感器一起組成了各自的閉環(huán)控制

16、系統(tǒng)。并通過與上位機的數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)上傳到上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、管理與狀態(tài)監(jiān)控，每天24小時不間斷按預(yù)先設(shè)定的管網(wǎng)壓力恒定地向礦井提供恒定壓力的壓縮空氣，保證了礦區(qū)的不間斷生產(chǎn)。利用壓力檢測技術(shù)實現(xiàn)對礦井空壓機系統(tǒng)的自動控制，根據(jù)所需壓力的大小自動調(diào)節(jié)空壓機電機的轉(zhuǎn)速，提高了空壓機的效率，使主機和備用機輪換工作，提高了礦井空壓機系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性，節(jié)能效果顯著，且PLC控制系統(tǒng)具有對驅(qū)動空壓機的電機過熱保護，故障報警等功能特點為煤礦礦

17、井空壓機系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造提供了一條新途徑。</p><p>　　通過該項目的應(yīng)用，不僅能夠節(jié)約電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設(shè)備維護，降低維修成本;而且提高了整個礦區(qū)的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減輕工人勞動強度，有效的提高了生產(chǎn)率。由于礦井空壓機的自動化技術(shù)改造在我國有著廣泛的應(yīng)用前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿洼^高的推廣價值。</p><p>　　2 電機的調(diào)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p&g

18、t;<p>　　在國內(nèi)外礦區(qū)、工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，空壓機設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛。其電能消耗和諸如閥門等相關(guān)設(shè)備的節(jié)流損失以及維護、維修費用占到生產(chǎn)成本的7%-25%，是一筆不小的生產(chǎn)費用開支。因此如何做到在既滿足生產(chǎn)要求的同時，又能達到降低能耗的目的，則成為國內(nèi)外研究的主要議題,而八十年代初發(fā)展起來的變頻調(diào)速技術(shù)，正是順應(yīng)了工業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展的要求，開創(chuàng)了一個全新的節(jié)能調(diào)速時代。從80年代初通用變頻器問世以來，經(jīng)過近20

19、年，通用變頻器更新?lián)Q代了五次:第一代是80年代初模擬式通用變頻器，第二代是80年代中期數(shù)字式通用變頻器;第三代是90年代初智能型通用變頻器;第四代是90年代中期的多功能型通用變頻器，最近研制上市第五代集中通用變頻器。目前國外變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較快，性能也非常好，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如日本富士、瑞典ABB、德國西門子等變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較慢，產(chǎn)品性能較差，很難滿足連續(xù)化工生產(chǎn)的需求，而且無法實現(xiàn)閉環(huán)

20、自動控制。因此國內(nèi)使用單位主要以進口為主，很少使用國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品。對風(fēng)機類機器的控制以前多采用繼電器-接觸器控制，故障率高，可靠性低，而近年來隨著控制</p><p><b>　　3 電機調(diào)速方式</b></p><p>　　3.1 調(diào)速控制節(jié)能分析</p><p>　　空壓機的設(shè)計負(fù)荷是按最不利條件下最大時流量及相應(yīng)壓力設(shè)定的。但實際運行中空

21、壓機每天只有很短的時間用氣最大，其壓縮空氣量隨外界用氣情況在變化。因此空壓機不能總保持在一個工況點，需要根據(jù)實際情況進行控制。通常采用的方法有閥門控制和調(diào)速控制。閥門控制是通過增加管道的阻抗而達到控制流量的目的，因而浪費了能量;而電動機調(diào)速控制可以通過改變電動機的轉(zhuǎn)速來變更空壓機的工況點，使其空縮空氣量適應(yīng)管網(wǎng)用氣量的變化，維持壓力恒定，從而達到節(jié)能效果。</p><p>　　由流體力學(xué)可知，空壓機給管網(wǎng)供氣時，

22、空壓機的輸出功率P與管網(wǎng)的氣壓H及氣流量Q的乘積成正比;空壓機的轉(zhuǎn)速n與空氣流量Q成正比:管網(wǎng)的氣壓H與壓縮空氣量Q的平方成正比。由上述關(guān)系有，空壓機的輸出功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，即:</p><p><b>　?。?） </b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　（3

23、）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中k, k1 k2, k3為比例常數(shù)。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)壓縮空氣量減小時，通過變頻調(diào)速裝置將空壓機轉(zhuǎn)速調(diào)小，則空壓機的輸出功率將隨轉(zhuǎn)速的變化而減小。變頻調(diào)速節(jié)能原理圖如圖1所示。圖中曲線1, 2, 3為管網(wǎng)阻力特性曲線，曲線4為電機轉(zhuǎn)速為n

24、1時的運行特性曲線，曲線5為空壓機轉(zhuǎn)速為n2，時的運行特性曲線。</p><p>　　圖1 變頻調(diào)速節(jié)能原理圖</p><p>　　空壓機原來的工作點為曲線3和曲線4的交點A，此時壓縮空氣量為Q1，管網(wǎng)壓力為H1,，電機轉(zhuǎn)速為n1,。當(dāng)系統(tǒng)的壓縮空氣量減小到Q2時，系統(tǒng)管網(wǎng)特性為曲線1，曲線1和曲線4的交點B為運行工作點。此時管網(wǎng)壓力為H2，水泵的輸出功率正比于H2×Q2。由于H

25、2>H1高出的壓力能量被浪費了，同時過高的壓力對管網(wǎng)和設(shè)備還可能造成危害。如采用變頻調(diào)速裝置，將此時空壓機的轉(zhuǎn)速調(diào)至n2，曲線5和曲線2的交點C為空壓機的運行工作點。調(diào)速后管網(wǎng)的壓力仍保持為H1，壓縮空氣量為Q2，空壓機的輸出功率正比于H1×Q2級。從圖中可見陰影部分正比于浪費的功率輸出。例如，當(dāng)Q2為Q1的80%時，通過調(diào)速將n2調(diào)為n1的80%則空壓機的輸出功率P2為P1的51.2%。如不采用調(diào)速控制，48.8%的能

26、量將被浪費?？梢娮冾l調(diào)速的經(jīng)濟效益十分可觀[2]。</p><p>　　3.2 常用的調(diào)速方式</p><p>　　空壓機多配用交流異步電機拖動，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速降低時，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟效益十分顯著。由異步電動機的轉(zhuǎn)速公式:</p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　式中，n0一異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，r

27、/min; </p><p>　　n一異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速r/min;</p><p>　　P一電動機的磁極對數(shù);</p><p>　　f一電源頻率，電動機定子電壓頻率;</p><p>　　S—轉(zhuǎn)速差，S=×100%</p><p>　　改變電動機極對數(shù)P、改變轉(zhuǎn)速差S及改變電源頻率f都可以改變轉(zhuǎn)速。<

28、;/p><p>　　3.2.1.變級對數(shù)調(diào)速</p><p>　　在電源頻率一定的情況下，電動機的同步轉(zhuǎn)速與極對數(shù)成反比，改變電動機極對數(shù)，就可以改變轉(zhuǎn)速。通過改變定子繞阻的接線方法來改變極對數(shù)，如圖2。</p><p>　　以電動機一相繞組為例，電流方向都是由A指向X，只要改變定子繞組的連接方法，就可以成倍地改變磁極對數(shù)P。如果使P =1, 2. 3等，就可以得到n0

29、=3000, 1500, 1000( r / min)等不同的同步轉(zhuǎn)速，從而得到不同的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。這種調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機，是有極調(diào)速，而且級差比較大，只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器[3]。</p><p><b>　　圖2 變極原理圖</b></p><p>　　3.2.2 變頻調(diào)速</p><p>

30、　　變頻調(diào)速是將電網(wǎng)交流電經(jīng)過變頻器變?yōu)殡妷汉皖l率均可調(diào)的交流電，然后供給電動機，使其可在變速的情況下運行。改變電動機定子頻率就可以平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速n0，相應(yīng)地也就改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，而轉(zhuǎn)差率S可保持不變或很小。但對電動機來說，定子頻率改變后，其運行影響，如果電壓不變，頻率增加時，磁通減少，電動機轉(zhuǎn)矩下降，嚴(yán)重時會使電機堵轉(zhuǎn)；頻率減少，磁通增加，會使磁路飽和，勵磁電流上升，導(dǎo)致鐵芯損失急劇增加而發(fā)熱，是不允許的。因此，在實用上，要求調(diào)頻的

31、同時，改變定子電壓，保持磁通基本不變，既不使鐵芯發(fā)熱，又保持轉(zhuǎn)矩不變。 </p><p>　　實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓的變頻器有兩種:交一直一交變頻器，交一交變頻器[4]，見圖3所示。</p><p>　?。?） 交一直一交變頻器</p><p>　　它是由三個環(huán)節(jié)組成:可控硅整流電路，其作用是將定電壓、定頻率的交流電變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流電;可控硅逆變電路，其作用是將整流電

32、路輸出的直流電變換為頻率可調(diào)的交流電;濾波環(huán)節(jié)，它在整流電路和逆變電路之間，一般是利用無電源電容或電抗器對整流后的電壓或電流進行濾波。</p><p><b>　　圖3 變頻器的種類</b></p><p>　　在交一直一交變頻器中，根據(jù)濾波方式不同，又有電壓型變頻器和電流型變頻器。</p><p>　　近年來，由于電力電子器件和微機控制技術(shù)的

33、發(fā)展，脈沖寬度調(diào)制型(簡稱PWM )變頻器技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。PWM變頻器也有電壓型和電流型兩種，目前以電壓為主，由不可控整流電路、濾波電容及逆變電路組成。他不僅可改變逆變器輸出電壓，而且具有抑制諧波功能，是一種比較理想的方式。</p><p>　?。?) 交一交變頻器</p><p>　　它是由兩組反并聯(lián)的整流電路組成，直接將電網(wǎng)的交流電通過變頻電路同時調(diào)節(jié)電壓和頻率，變成電壓和頻率可

34、調(diào)的交流電輸出。 交一交變頻器由于直接交換，減少換流電路減少損耗，效率高，波形好，但調(diào)速范圍小，控制線路復(fù)雜，功率因數(shù)低，目前較少采用。</p><p>　　變頻技術(shù)對空壓機電動機進行調(diào)速，以獲得良好的運行特性和明顯的節(jié)能效果，是目前常用的技術(shù)。</p><p>　　3.2.3 可控硅串級調(diào)速</p><p>　　它是把異步電動機轉(zhuǎn)子電勢經(jīng)過整流一逆變后回饋給電網(wǎng)差

35、功率。當(dāng)改變逆變角時，逆變電勢、轉(zhuǎn)差功率、轉(zhuǎn)差率都將隨之改變，從而達到調(diào)速的目的。</p><p>　　如圖4示出晶閘管串級調(diào)速原理圖。由圖可見，異步電動機轉(zhuǎn)子電勢E2s經(jīng)晶閘管整流后變?yōu)橹绷麟妷篣2S，再由晶閘管逆變器將Uf逆變?yōu)榻涣鳎β式?jīng)變壓器ZB或不用ZB而直接反饋給交流電網(wǎng)。這時逆變器端電壓Uf可視為加到異步電動機轉(zhuǎn)子電路的電勢Ef，控制逆變角β就可改變Uf，也就是改變了引入轉(zhuǎn)子電路的電勢Ef，從而實現(xiàn)

36、了異步電動機的串級調(diào)速。</p><p>　　圖4也表明了功率轉(zhuǎn)換過程。如忽略損耗，異步電動機的輸入功率就是電磁功率PM，輸出機械功率為（1-s）PM，轉(zhuǎn)差功率為sPM，反饋給電網(wǎng)的功率為P＇=sPM.控制反饋功率P’即可調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　圖4 串級調(diào)速原理圖</p><p>　　串級調(diào)速的最大優(yōu)點是由于它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)

37、速性能也好，但出于線路過于復(fù)雜，還需一臺與電動機相匹配的變壓器，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，帶來了成本高，占地面積大等缺點而影響它的推廣價值。</p><p>　　3.3 多臺空壓機恒壓控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題</p><p>　　交流異步電動機直接起動所產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會給供電系統(tǒng)和拖動系統(tǒng)帶來不利影響，故對于容量較大的異步電動機一般都要采用軟起動方案。采用變頻器帶動電機從零速開始起動

38、，逐漸升壓升速，直至達到其額定轉(zhuǎn)速或所需的轉(zhuǎn)速，此時變頻器同時承擔(dān)了軟啟動的任務(wù)。變頻軟起動的優(yōu)點是由于采用電壓/頻率按比例控制方法，所以不會產(chǎn)生過電流，并可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動力矩。</p><p>　　多臺空壓機恒壓供氣系統(tǒng)為了提高變頻器的使用效率，減少設(shè)備的投入費用，常采用一臺變頻器拖動多臺電機變頻運行的方案。當(dāng)變頻器帶動電機達到額定轉(zhuǎn)速后，就要將電動機切換到工頻電網(wǎng)直接供電運行，變頻器可以再去起動其他的

39、電動機。這樣就不可避免地要進行電網(wǎng)和變頻器之間的相互切換操作. </p><p>　　礦井用空壓機，在不同時段的用氣量具有明顯的差異，負(fù)荷變化較大，為保障正常供氣，必須解決壓力不斷減弱和不穩(wěn)定問題。目前通常采用恒速空壓機組切換加壓供氣的方式。在這種式作方式中，因供氣空壓機拖動電機一直處于高速運行而造成較大的能量損耗。因而在設(shè)計思想上以查詢方式為主，中斷方式為輔，采用模糊控制法對系統(tǒng)PID參數(shù)進行整定，這樣大

40、大提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，使用戶減少了調(diào)試的工作量，同時系統(tǒng)的體積很小，抗干擾能力大大增強[5]。</p><p>　　3.4 本文的主要研究內(nèi)容</p><p>　　經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)研和分析，并結(jié)合礦區(qū)的生產(chǎn)實際，本次研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)是基于PLC的單臺變頻器拖動多臺電機變頻運行的恒壓供氣自適應(yīng)平衡控制系統(tǒng)的研制，該系統(tǒng)利用變頻器實現(xiàn)空壓機電機的軟起動和調(diào)速，代替了原有的自藕降壓起動裝置，同時

41、把電機控制納入自動控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的操作控制實現(xiàn)微機自動化管理，設(shè)備管理達到最優(yōu)效果，運行調(diào)節(jié)達到最佳節(jié)能，運行參數(shù)有記錄。具體而言，論文包括以下內(nèi)容:</p><p>　?。?） 對空壓機電機的調(diào)控技術(shù)進行分析和比較，并對多臺空壓機恒壓控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進行了論述;在此基礎(chǔ)上，提出了本文的主要研究內(nèi)容和研究方法。</p><p>　?。?） 從空壓機理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論空

42、壓機工作點(工況點)的確定方法和空壓機工況調(diào)節(jié)的幾種常用方法。在變頻調(diào)速恒壓控制系統(tǒng)中，空壓機工況的調(diào)節(jié)是通過改變空壓機性能曲線得以實現(xiàn)的。本文重點對變頻調(diào)速恒壓供氣系統(tǒng)中空壓機能耗機理進行深入研究，得出一些有益的結(jié)論。</p><p>　?。?） 介紹了基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動控制供氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺變頻器拖動多臺空壓機電機變頻運行。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)

43、整電機轉(zhuǎn)速，改變空壓機性能曲線來實現(xiàn)空壓機壓縮空氣量的調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。重點對變頻調(diào)速恒壓控制系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過程，控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和PLC程序設(shè)計進行研究。</p><p>　?。?） 通過對PID控制器的基本原理的介紹，簡要的分析德國SIMENS公司的S7 200系列CPU中的PID算法的實現(xiàn)。運用STEP7 MicroWin編程軟件設(shè)計一個用于系統(tǒng)壓力控制的PID控制器，并通過現(xiàn)場工業(yè)試驗，調(diào)整和檢

44、驗PID算法的重要參數(shù)。</p><p>　　4 變頻調(diào)速恒壓提供壓縮空氣系統(tǒng)能耗機理分析</p><p>　　空壓機已經(jīng)成為礦井正常生產(chǎn)所必備的設(shè)備之一，我國礦區(qū)生產(chǎn)已普遍采用了高效空壓機，但實際運行效率并不高，其主要原因之一是空壓機的調(diào)速性能差，二是運行點遠離空壓機的最高效率點。這是因為在設(shè)計過程中，很難精確地計算出管網(wǎng)的阻力，并考慮長期運行過程中可能出現(xiàn)的問題，通常是把系統(tǒng)所需最大空

45、氣壓力作為選擇空壓機和電機的設(shè)計值。但空壓機的型號和系列是有限的，往往選用不到合適的空壓機型號時，只好往大機號上靠。這樣，空壓機的效率自然就不會高了。為了解決礦井空壓機供壓不穩(wěn)及節(jié)能等問題，我們設(shè)計了基于PLC的采用變頻調(diào)速節(jié)能恒壓控制系統(tǒng)。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計若采用變頻調(diào)速技術(shù)來改變流量，可節(jié)約20~50%，其節(jié)能效果相當(dāng)可觀[3]。采用變頻調(diào)速恒壓供氣系統(tǒng)和傳統(tǒng)恒速供氣系統(tǒng)相比，具有氣壓穩(wěn)定、維護方便

46、、占地面積小、節(jié)約能源和減少對空壓機組設(shè)備的沖擊等優(yōu)點[4]。在討論變頻調(diào)速恒壓供氣的節(jié)能機理之前，有必要討論分析空壓機機及空壓機機工況調(diào)節(jié)等相關(guān)理論。</p><p>　　4.1 離心式空壓機及其工況點確定的研究</p><p>　　4.1.1 空壓機分類:</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空壓機及雙螺桿空壓機，離心式空壓機，活

47、塞式空壓機，滑片式空壓機，渦旋式空壓機，旋葉式空壓機。</p><p>　　離心式空壓機具有帶葉片的工作輪，當(dāng)工作輪轉(zhuǎn)動時，葉片就帶動氣體運動或者使氣體得到動能，然后使部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能從而提高氣體的壓力。這種壓縮機由于它工作時不斷地將空氣吸入，又不斷地沿半徑方向被甩出去，所以稱這種型式的壓縮機為離心式壓縮機。</p><p>　　4.1.2空壓機工況點分析</p><

48、;p>　　按照液體機械的相似定律，空壓機的流量Q、壓力H、軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有如下關(guān)系：</p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　離心式空壓機在變速調(diào)節(jié)的過程中，如果不考慮系統(tǒng)管道阻力R的影響，且風(fēng)壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化，則空壓機的效率可在一定范圍內(nèi)保持最高效率不變（只有在負(fù)荷率低于80%是才略有下降）。圖5示出了離心式空壓機不同調(diào)

49、節(jié)方式耗電特性比較，圖6示出了采用風(fēng)門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，空壓機的效率—流量曲線。</p><p>　　由圖6可知：在空壓機的風(fēng)量由100%下降到50%時，變速調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)方式相比，空壓機的效率平均高30%以上。因而，從節(jié)能的觀點來看，變速調(diào)節(jié)方式為最佳調(diào)節(jié)方式。同時，采用變速調(diào)節(jié)以后，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長設(shè)備使用壽命，降低噪聲，大改善起動性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益[6]。<

50、;/p><p>　　4.2 空壓機的調(diào)速方式</p><p>　　空壓機的流量和壓力調(diào)節(jié)方式可分為非變速調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)兩大類，非變速調(diào)節(jié)方式有節(jié)流調(diào)節(jié)，分流調(diào)節(jié)，前導(dǎo)葉調(diào)節(jié)等，非變速調(diào)節(jié)不是本文討論的主要內(nèi)容，這里不加詳細(xì)敘述。各種調(diào)速方式的差別，主要表現(xiàn)在對轉(zhuǎn)差率的處理上。空壓機的常用變速調(diào)節(jié)方式如下：</p><p>　　1 轉(zhuǎn)差功率消耗型（屬低效調(diào)速方式）<

51、/p><p>　?。?）液力耦合器調(diào)速；</p><p>　?。?）液力調(diào)速離合器（ω離合器）調(diào)速；</p><p>　　（3）電磁轉(zhuǎn)差離合器（滑差電動機）調(diào)速；</p><p>　　（4）鼠籠式異步電動機定子調(diào)壓調(diào)速；</p><p>　?。?）繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。</p><p>　　2

52、 轉(zhuǎn)差功率回饋型（屬高效調(diào)速方式）</p><p>　　繞線式異步電動機的串極調(diào)速。</p><p>　　3 轉(zhuǎn)差功率不變型（屬高效調(diào)速方式）</p><p>　　（1）變極調(diào)速（多速電機）；</p><p><b>　?。?）變頻調(diào)速；</b></p><p>　?。?）直流電動機調(diào)速。<

53、/p><p>　　4.2.1 空壓機的高效調(diào)度方式</p><p>　　由電機學(xué)原理可知，交流電動機的同步轉(zhuǎn)速n0與電源頻率f1、磁極對數(shù)P之間的關(guān)系式為</p><p>　?。╮/min） （7）</p><p>　　異步電動機轉(zhuǎn)差率s的定義式為</p><p><b&

54、gt;　　（8）</b></p><p>　　則可得異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式為</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　可見，要調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速，可以通過下述三個途徑實現(xiàn)：</p><p>　?。?）改變定子繞組的磁極對數(shù)P（變極調(diào)速）；</p><p>　　

55、（2）改變供電電源的頻率f1(變頻調(diào)速)；</p><p>　?。?）改變異步電動機轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。</p><p>　　改變定子繞組磁極對數(shù)的調(diào)速方式稱為變極調(diào)速；改變電源頻率的調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速，都是高效調(diào)速方法。而改變異步電動機轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法則稱為能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速（串級調(diào)速除外），它是一種低效的調(diào)速方法，因為調(diào)速過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率都變成熱量消耗掉了，繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和定子調(diào)

56、壓調(diào)速就屬于這種調(diào)速方式。</p><p>　　本文主要討論變頻調(diào)速方式，其它調(diào)速方式不做詳細(xì)敘述。在變頻調(diào)速恒壓控制系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機的轉(zhuǎn)速n0改變空壓機的轉(zhuǎn)速，可以使空壓機性能曲線改變，達到調(diào)節(jié)水泵工況的目的。</p><p>　　當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時，通過VVVF降低交流電的頻率，電動機的轉(zhuǎn)速從n1，降低到n2。另外根據(jù)離心式空壓機工作原理和相似理論，改變轉(zhuǎn)速

57、n，可使空壓機壓縮空氣流量Q,壓力H和軸功率P以相應(yīng)規(guī)律改變。</p><p><b>　?。?0）</b></p><p><b>　　（11）</b></p><p>　　從上述比例律公式中消去n2/n1就得到式(12)</p><p>　　即 （12）&l

58、t;/p><p>　　式（12）是頂點在坐標(biāo)原點的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。</p><p>　　在變頻調(diào)速恒壓供氣系統(tǒng)中，單臺空壓機工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機的轉(zhuǎn)速n，從而改變空壓機性能曲線得以實現(xiàn)的。其工況調(diào)節(jié)過程可由圖7來表示。</p><p>　　如圖7所示:空壓機運行工況點D是空

59、壓機的特性曲線NN與管路曲線R1的交點。用閥門控制時由于要減小流量而關(guān)小閥門，使閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從R移到R1' ，壓力則從Ho升到H1,流量從Q2減小到Q1。運行工況點從D點移到A點。</p><p>　　圖7 變頻調(diào)速恒壓供氣空壓機工況調(diào)節(jié)圖</p><p>　　用調(diào)速控制時，阻力曲線R，原樣小變，空壓機的特性取決于轉(zhuǎn)速，如果把速度從NN降到N1，特性曲線也從NN移到

60、N1。結(jié)果運行工況點從D點移到C點，壓力從H0下降到H3,流量從Q2減小到Q1。</p><p>　　根據(jù)公式求出運行在A點、C點空壓機的軸功率之差為:</p><p><b>　?。?3）</b></p><p>　　也就是說用閥門控制流量時有△P功率是被浪費掉的。而且隨著閥門不斷關(guān)小這個損耗還要增加。用轉(zhuǎn)速控制時流量Q、壓力H、功率P和轉(zhuǎn)速

61、N之間的關(guān)系可由公式（6）表示。即可概括為:流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比;壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比;軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比。由以上分析可知，利用變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供氣，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與恒速供氣方式中用閘閥增加阻力的節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能[7]。</p><p>　　4.2.2 調(diào)速范圍的確定</p><p>　　空壓機轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必

62、須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免空壓機在低效率段運行?？諌簷C的調(diào)速范圍由空壓機本身的特性和用戶所需壓力規(guī)定，當(dāng)選定某型號的空壓機時即可確定此空壓機的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶所需求的最大空氣壓力確定具體最低調(diào)速范圍。</p><p>　　4.3 變頻調(diào)速的優(yōu)點分析</p><p>　　空壓機的工作點就是同一坐標(biāo)系中空壓機的性能曲線和管路性能曲線的交點，由于空壓機工

63、作點是空壓機運行的理想工作點，實際運行時空壓機的工作點并非總是固定不變的。本章討論了空壓機工作點(工況點)的確定方法。在變頻調(diào)速恒壓供氣系統(tǒng)中，空壓機工況的調(diào)節(jié)是通過改變空壓機性能曲線得以實現(xiàn)的。通過對變頻調(diào)速恒壓提供控制系統(tǒng)中空壓機能耗機理進行深入研究，得出了以下結(jié)論:</p><p>　?。?）在空壓機變頻調(diào)速恒壓控制系統(tǒng)中，單臺空壓機工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機的轉(zhuǎn)速n，從而改變空壓機

64、性能曲線得以實現(xiàn)的。</p><p>　　（2）分析空壓機工況點閥門調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)能耗比較圖，可以看出利用變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供氣，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與恒速方式中用閘閥增加阻力的節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能。</p><p>　?。?）空壓機轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)需要限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免空壓機在低效率段運行。<

65、/p><p>　　5 變頻調(diào)速恒壓系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　5.1 系統(tǒng)的方案設(shè)計及具體要求</p><p>　　5.1.1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計</p><p>　　由前面的分析，為保障礦區(qū)正常生產(chǎn)，必須解決壓力不斷減弱和不穩(wěn)定問題。目前通常采用恒速空壓機組切換加壓供氣的方式，這種運行方式，因空壓機拖動電機一直處于高速運行而造成較大的能量損耗

66、。為了解決礦井空壓機能夠提供壓力穩(wěn)定的壓縮空氣及節(jié)能等問題，我們設(shè)計了基于PLC的空壓機恒壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模糊控制算法，將PLC與交流變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)礦井空壓機控制系統(tǒng)的節(jié)能改造。</p><p>　　圖8 空壓機恒壓供氣系統(tǒng)</p><p>　　吸風(fēng)口；2、空氣濾清器；3、閥門；4、空氣壓縮機、5止回閥；6、壓力傳感器</p><p>　　采用4臺

67、變頻調(diào)速裝置構(gòu)成一個完整的微機控制恒壓供氣系統(tǒng)，如圖8所示。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)壓縮空氣量，保證管網(wǎng)壓力恒定（誤差±0.01 MPa），實現(xiàn)對空壓機恒壓變量控制方式，從而達到節(jié)能的目的，滿足礦井用氣的需要。</p><p>　　5.1.2 控制系統(tǒng)的具體設(shè)計要求為：</p><p>　?。?） 4臺空壓機能自動變頻軟起動，并根據(jù)壓縮空氣用量大小自動調(diào)節(jié)開啟空壓機的臺數(shù)。</p>

68、;<p>　?。?） 電控自動狀態(tài)時，4臺空壓機自動輪換變頻運行，工作空壓機故障時備用空壓機自動投人，可轉(zhuǎn)換自動或人工手動開、停機。</p><p>　?。?） 設(shè)備具有缺相、欠壓、過壓、短路、過載等多種電氣保護功能，具有相序保護防止空壓機反轉(zhuǎn)，并具有故障報報警停機的功能。</p><p>　?。?） 有設(shè)備工作、停機、報警指示。</p><p>　　

69、5.1.3 空壓機控制總體設(shè)計方法</p><p>　　采用一臺變頻器控制4臺空壓機的“一控四”切換方案。以西門子S7-200（CPU224）的PLC和MICROMASTER 430系列風(fēng)機和泵類專用型變頻器為控制核心，采用變頻率控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過對用戶管網(wǎng)壓力進行實時采樣，并與設(shè)定壓力值比較，根據(jù)壓力偏差來控制變頻空壓機的轉(zhuǎn)速及定量空壓機的起、停，實現(xiàn)恒壓變量的提供壓縮空氣，從而更好地達到節(jié)能的效果。當(dāng)用

70、戶管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時，控制器通過壓力傳感器檢測，輸出控制信號起動其中一臺空壓機作變頻運行，通過控制變頻空壓機使管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力值相符。如用氣量較大，變頻器輸出頻率為50 Hz，變頻空壓機轉(zhuǎn)速達到最高，管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定壓力，控制器將變頻空壓機切換成工頻運行，待變頻器輸出頻率下降至最低值時再接通另一臺空壓機，由一臺工頻和一臺變頻空壓機同時提供壓縮空氣。經(jīng)過變頻空壓機的調(diào)節(jié)，如果管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定值，控制器以同樣的方式將運行頻率為50

71、 Hz的變頻空壓機切換成工頻運行，而后繼續(xù)起動另外一臺空壓機作變頻運行，直至管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力值相符。</p><p>　　當(dāng)?shù)V井用氣量較少，變頻空壓機轉(zhuǎn)速降到一定程度時，控制器自動停止最先運行的空壓機，并根據(jù)管網(wǎng)壓力調(diào)整變頻空壓機轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定。這樣每臺空壓機的起動均經(jīng)變頻器控制，全部機組實現(xiàn)循環(huán)軟起動，即每臺空壓機的起動頻率都從設(shè)定的最低頻率開始逐漸上升，并遵循“先開的先停，先停的先開”的原則。

72、當(dāng)外來管網(wǎng)壓力達到設(shè)定壓力值時，則控制器完全停止各空壓機工作，由外界管網(wǎng)和儲氣罐向礦井供氣。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　5.2.1 硬件電路設(shè)計</p><p>　　圖9 系統(tǒng)硬件電路圖</p><p>　?。?） 本系統(tǒng)的硬件電路如圖9所示，它由4臺離心式空壓機，一臺智能型電控柜（包括西門子變頻器、PLC

73、、交流接觸器、繼電器等），一套壓力傳感器、斷相相序保護裝置以及供電主回路等構(gòu)成。該系統(tǒng)的核心是S7-200（CPU224）和MICROMASTER 430。MICROMASTER 430是泵和風(fēng)機類專用變頻器，擴展功能強．CPU224集成了14點輸入10點輸出，共有24點數(shù)字量I/0，其模擬量擴展模塊具有較大的適應(yīng)性和靈活性，且安裝方便，滿足設(shè)計需要。</p><p><b>　?。?） 系統(tǒng)主電路&l

74、t;/b></p><p><b>　　圖10 系統(tǒng)主電路</b></p><p>　　如圖10所示，該系統(tǒng)有4臺電動機，分別拖動4臺空壓機。合上空氣開關(guān)后，當(dāng)交流接觸器KM1、KM3, KM5、KM7主觸點閉合時，電動機為工頻運行；當(dāng)KM2、KM4、KM6、KM8主觸點閉合時，電動機為變頻運行。4個熱繼電器KR1～KR4分別對4臺電動機進行保護，避免電動機在過

75、載時可能產(chǎn)生的過熱損壞。</p><p>　　5.2.2系統(tǒng)控制電路設(shè)計</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)控制電路</b></p><p>　　圖11 系統(tǒng)控制電路</p><p>　　如圖11所示，Q0.0～Q0.7為PLC輸出軟繼電器觸點，其中Q0.0, Q0.2, Q0.4, Q0.6控制變頻運行電路；Q0.

76、1、Q0.3、Q0.5、Q0.7控制工頻運行電路。SA為轉(zhuǎn)換開關(guān)，實現(xiàn)手動、自動控制切換。當(dāng)SA切在手動位時，通過SB1～SB4按鈕分別起動4臺水泵工頻運行,SB5～SB8按鈕分別停止4臺空壓機工頻運行．當(dāng)SA在自動位時，由PLC控制水泵進行變頻或工頻狀態(tài)的起動、切換、停止運行。 </p><p>　　（2）PLC及變頻器控制模塊電路</p><p>　　PLC及變頻器控制模塊是

77、本系統(tǒng)的核心，它包括時間控制電路、故障報警保護電路、斷相相序保護電路。如圖12（見下頁）所示，KT是時間繼電器。</p><p>　　5.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計及變頻器主要功能的預(yù)置</p><p>　　本系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵是PLC程序的合理性、可行性和變頻器功能的預(yù)置問題。</p><p>　　圖12 PLC及變頻器控制模塊電路</p><p&g

78、t;　　5.2.3.1 PLC程序設(shè)計   </p><p>　?。?） 輸入、輸出地址及功能表（I/O表），如表1所示。</p><p>　　表1 PLC的輸入輸出地地址及功能（I/O表）</p><p>　?。?） 程序設(shè)計思路</p><p>　　由于空壓機系統(tǒng)是一個慣性較大無法突變的系統(tǒng)，不需要過高的響應(yīng)速度，因而

79、在設(shè)計思路上以查詢方式為主，中斷方式為輔，采用模糊控制法對系統(tǒng)PID參數(shù)進行整定，這樣大大提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，使用戶減少了調(diào)試的工作，同時系統(tǒng)的體積很小，抗干擾能力大大增強。</p><p>　　本系統(tǒng)PLC控制程序由主程序和4個子程序組成，如圖13所示。</p><p>　　圖13 PLC控制主程序流程圖</p><p>　　5.2.3.2 變頻器主要功能的預(yù)置

80、</p><p>　　雖然空壓機對系統(tǒng)調(diào)速的精度要求不高，但要使系統(tǒng)運行性能穩(wěn)定，工作可靠，就必須正確設(shè)置變頻器的各種性能。變頻器功能的設(shè)定通過變頻器操作面板上的相關(guān)按鍵確認(rèn)。</p><p>　　1 頻率功能的預(yù)置</p><p>　?。?）最高頻率 空壓機屬于平方律負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過其額定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)矩將按平方規(guī)律增加，導(dǎo)致電動機嚴(yán)重過載。因此，變頻器的工作頻率是

81、不允許超過額定頻率的，其最高頻率只能與額定頻率相等，即fmax＝f0＝50Hz,</p><p>　?。?）上限頻率 一般說來，上限頻率以等于額定頻率為宜。但有時也可以預(yù)置得略低一些，原因有二：一是變頻器內(nèi)部有轉(zhuǎn)差補償功能，同在50Hz的情況下，空壓機在變頻運行時的實際轉(zhuǎn)速要高于工頻運行時的轉(zhuǎn)速，從而增大了空壓機和電動機的負(fù)載．二是變頻調(diào)速系統(tǒng)在50 Hz下運行時，還不如直接在工頻下運行，可以減少變頻器本身的損失

82、。因此，將上限頻率預(yù)置為49Hz或49.5 Hz是適宜的。</p><p>　?。?） 下限頻率 在空壓機系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過低，會出現(xiàn)空壓機的出口壓力小于實際壓力，形成空壓機“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。所以，下限頻率不能太低。</p><p>　?。?） 起動頻率 空壓機在起動時，如果從0Hz開始起動，空壓機沒有壓力輸出，為減少調(diào)節(jié)時間，應(yīng)預(yù)置起動頻率值為15～20Hz，即設(shè)置變頻器PID輸出值的下限為最

83、大值的30%～40%。   </p><p><b>　　2 升速、降速時間</b></p><p>　　由于空壓機電動機不需頻繁的起、停，對于起、停時間無嚴(yán)格要求。整定變頻器的升、降速時間時主要考慮升、降速時間過短，變頻器可能因過流或過壓而跳閘；升、降速時間過長，則會使變頻器調(diào)速系統(tǒng)反應(yīng)遲緩，造成管路中欠壓或超壓時間過長，滿足不了恒壓控制要求。因

84、此，升、降速時間的確定，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來決定。</p><p><b>　　6 結(jié)束語</b></p><p>　　本文介紹了基于PLC的變頻調(diào)速的空壓機恒壓自動控制系統(tǒng)，由一臺變頻器拖動多臺空壓機電機變頻運行。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，改變水泵性能曲線來實現(xiàn)空壓機的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。工作可主要

85、概括如下:</p><p>　　（1） 變頻調(diào)速恒壓系統(tǒng)構(gòu)成由可編程控制器、變頻器、空壓機電機組、壓力傳感器、工控機以及接觸器控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動4臺電動機的起動、運行與調(diào)速，分別采用循環(huán)使用的方式運行。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號，變頻器輸出電機頻率信號，這兩個信號反饋給PLC的PID模塊，PLC根據(jù)這兩個信號經(jīng)PID運算，發(fā)出指令，對空壓機電機進行工頻和變頻之間的切換。PLC上接工控計算機，上位

86、機裝有監(jiān)控軟件，對恒壓系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。</p><p>　?。?） 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計含有主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計以及PLC的選型與配置。在硬件系統(tǒng)主電路設(shè)計中，采用一臺變頻器連接4臺電動機，都具有變頻/工頻兩種工作狀態(tài)，電機通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)，電機只通過一個接觸器與變頻輸出電源連接。</p><p>　　（3） 在控制電路的設(shè)計中，為了保護PLC設(shè)備，PLC輸

87、出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機的動作，實現(xiàn)系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離?？刂齐娐分写嬖陔娐分g互鎖的問題，由于控制系統(tǒng)是實現(xiàn)分組的組內(nèi)自動循環(huán)，所以電路的互鎖包括組內(nèi)互鎖和組間互鎖。</p><p>　?。?） 該系統(tǒng)采用的是西門子可編程序控制器S7-200系列，系統(tǒng)所需的輸入4個點，輸出8個點，CPU 224共有14個輸入點，10個輸出點，能夠滿足系統(tǒng)的控制要求。</p&

88、gt;<p>　?。?） 由于該系統(tǒng)是一個慣性較大無法突變的系統(tǒng)，不需要過高的響應(yīng)速度，因而在設(shè)計思路上以查詢方式為主，中斷方式為輔，采用模糊控制法對系統(tǒng)PID參數(shù)進行整定，這樣大大提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，使用戶減少了調(diào)試的工作，同時系統(tǒng)的體積很小，抗干擾能力大大增強。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文的全部工作是在劉老師的

89、親切關(guān)懷和悉心的指導(dǎo)下完成的。</p><p>　　導(dǎo)師崇高的人格、敏捷的思維、淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、深厚的專業(yè)功底以及追求真理、勇于創(chuàng)新的精神給我留下了深刻的印象，使學(xué)生受益終身，也將永遠激勵和鞭策著我刻苦學(xué)習(xí)，努力工作。導(dǎo)師不僅在學(xué)業(yè)上為我嘔心瀝血，還在工作中為我指明了方向，在生活中給予我無私的關(guān)懷和傳授我許多做人的原則。我在工作和學(xué)習(xí)中的點滴進步，都離不開導(dǎo)師的幫助。至此論文結(jié)稿之際，謹(jǐn)向我敬愛的導(dǎo)師致以

90、深深的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　在論文進行的整個過程中，作者參考了許多優(yōu)秀的教材、專著、科研論文和學(xué)位論文，受到了很多啟發(fā)，在此向收錄于論文參考文獻中的各位作者表示最誠摯的謝意。</p><p>　　特別感謝給予我無私幫助和支持的父母和家人，是他們的奉獻、關(guān)愛以及支持和鼓勵使我的論文得以順利完成。</p><p>　　最后，向曾給我提供幫助而未提及的所

91、有親人、朋友、老師、同學(xué)和同志表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］杜金城,電氣變頻調(diào)速設(shè)計技術(shù)［M］.北京: 中國電力出版社,2001</p><p>　?。?］邱文淵,童國道.國內(nèi)外變頻器技術(shù)的現(xiàn)狀及我國發(fā)展策略初探［J］.電子與自動化，1995,(5): 3～5</p><

92、p>　?。?］徐甫榮.高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用實踐［D］.北京：北京電力出版社，2007</p><p>　?。?］王樹.變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　［5］趙相賓,劉國林.變頻調(diào)速和軟起動技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.自動化博覽.2000,（6）:1～6</p><p>　?。?］周漠仁.流體力學(xué)、泵與風(fēng)機［M］.北

93、京:中國建筑工業(yè)出版社，1994 310～324</p><p>　?。?］李國厚,PLC原理與應(yīng)用設(shè)計［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 </p><p>　　［8］王廷才,王偉.變頻器原理及應(yīng)用［M］.北京： 機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　?。?］蔡建軍，孔鵬，陳維榮.基于PLC和變頻調(diào)速的供暖鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.儀器儀表用戶，2004，

94、11(2)：26～27</p><p>　　［10］宋伯生.PLC編程實用指南［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　?。?1］蔡桓忠，孫法銀.礦用空壓機變頻改造效果分析［J］，礦山機械，第35卷，2007（8）：165～166</p><p>　　［12］孫建，李中華，諸夫剛，楊云龍.變頻器在空氣壓縮機上的應(yīng)用實例［J］，礦山機械，第35卷，20

95、07（8）：166～167</p><p>　?。?3］富魏，陳彥，張金學(xué)，韓曉春.鼠籠式三相交流異步電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)的研制［J］.淮海工學(xué)院學(xué)報，2001，10(2)：19～22</p><p>　?。?4］汪向華.家具車間氣力輸送裝置變頻調(diào)節(jié)自動控制系統(tǒng)的研究［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院，2005 </p><p>　　［15］姚福強，高正中，孫惠

96、民，高正商.煤礦壓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計［J］.煤礦機械，2003(12)：1～3 </p><p>　　［16］蘇有蘭，曾文波，寧常紅，李彬.基于PLC焦化出焦除塵控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］.廣西工學(xué)院學(xué)報，2005(9)</p><p>　?。?7］李全利.可編程控制器及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　?。?8］汪向

97、華，周捍東.工業(yè)除塵風(fēng)機工況自動控制系統(tǒng)的研制［J］.林業(yè)產(chǎn)業(yè)，2006，33(6)：57～59</p><p>　?。?9］萬太福，唐賢永，可編程控制器及其應(yīng)用[M]，重慶：重慶大學(xué)出版社，1994</p><p>　?。?0］史正勇.基于變頻調(diào)速及PLC的風(fēng)機控制系統(tǒng)的研究［D］.北京：北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院，2005 </p><p>　　［21］汪曉平.P

98、LC可編程控制器系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航［M］.北京:人民郵電出版社，2004</p><p>　　［22］屈有安.變頻器PID恒壓供水系統(tǒng)［J］.江蘇電器，2002，18(3)：33～35</p><p>　?。?3］周萬珍,高鴻斌.PLC分析與設(shè)計應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004 09/20 11:46 102機體齒飛面孔雙臥多軸組合機床及CAD設(shè)計</p>

99、<p>　　09/08 20:02 3kN微型裝載機設(shè)計</p><p>　　09/20 15:09 45T旋挖鉆機變幅機構(gòu)液壓缸設(shè)計</p><p>　　08/30 15:32 5噸卷揚機設(shè)計</p><p>　　10/30 17:12 C620軸撥桿的工藝規(guī)程及鉆2-Φ16孔的鉆床夾具設(shè)計</p&

100、gt;<p>　　09/21 13:39 CA6140車床撥叉零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計831003</p><p>　　08/30 15:37 CPU風(fēng)扇后蓋的注塑模具設(shè)計</p><p>　　09/20 16:19 GDC956160工業(yè)對輥成型機設(shè)計</p><p>　　08/30 15:45

101、 LS型螺旋輸送機的設(shè)計</p><p>　　10/07 23:43 LS型螺旋輸送機設(shè)計</p><p>　　09/20 16:23 P-90B型耙斗式裝載機設(shè)計</p><p>　　09/08 20:17 PE10自行車無級變速器設(shè)計</p><p>　　10/07 09:23 話機機座下殼模

102、具的設(shè)計與制造</p><p>　　09/08 20:20 T108噸自卸車拐軸的斷裂原因分析及優(yōu)化設(shè)計</p><p>　　09/21 13:39 X-Y型數(shù)控銑床工作臺的設(shè)計</p><p>　　09/08 20:25 YD5141SYZ后壓縮式垃圾車的上裝箱體設(shè)計</p><p>　　10/07 0

103、9:20 ZH1115W柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床總體及左主軸箱設(shè)計</p><p>　　09/21 15:34 ZXT-06型多臂機凸輪軸加工工藝及工裝設(shè)計</p><p>　　10/30 16:04 三孔連桿零件的工藝規(guī)程及鉆Φ35H6孔的夾具設(shè)計</p><p>　　08/30 17:57 三層貨運電梯曳引機及傳

104、動系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　10/29 14:08 上蓋的工工藝規(guī)程及鉆6-Ф4.5孔的夾具設(shè)計</p><p>　　10/04 13:45 五噸單頭液壓放料機的設(shè)計</p><p>　　10/04 13:44 五噸單頭液壓放料機設(shè)計</p><p>　　09/09 23:40 儀表外殼塑料

105、模設(shè)計</p><p>　　09/08 20:57 傳動蓋沖壓工藝制定及沖孔模具設(shè)計</p><p>　　09/08 21:00 傳動系統(tǒng)測繪與分析設(shè)計</p><p>　　10/07 23:46 保護罩模具結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　09/20 15:30 保鮮膜機設(shè)計</p>

106、<p>　　10/04 14:35 減速箱體數(shù)控加工工藝設(shè)計</p><p>　　10/04 13:20 鑿巖釬具釬尾的熱處理工藝探索設(shè)計</p><p>　　09/08 21:33 分離爪工藝規(guī)程和工藝裝備設(shè)計</p><p>　　10/30 15:26 制定左擺動杠桿的工工藝規(guī)程及鉆Ф12孔的夾具設(shè)計&

107、lt;/p><p>　　10/29 14:03 前蓋板零件的工藝規(guī)程及鉆8-M16深29孔的工裝夾具設(shè)計</p><p>　　10/07 08:44 加油機油槍手柄護套模具設(shè)計</p><p>　　09/20 15:17 加熱缸體注塑模設(shè)計</p><p>　　10/07 09:17 動模底板零件的

108、工藝規(guī)程及鉆Φ52孔的工裝夾具設(shè)計</p><p>　　10/08 20:23 包縫機機體鉆孔組合機床總體及夾具設(shè)計</p><p>　　09/21 15:19 升板機前后輔機的設(shè)計</p><p>　　09/09 22:17 升降式止回閥的設(shè)計</p><p>　　09/22 18:52 升降

109、桿軸承座的夾具工藝規(guī)程及夾具設(shè)計</p><p>　　09/09 16:41 升降杠桿軸承座零件的工藝規(guī)程及夾具設(shè)計</p><p>　　08/30 15:59 半自動鎖蓋機的設(shè)計（包裝機機械設(shè)計）</p><p>　　08/30 15:57 半軸零件的機械加工工藝及夾具設(shè)計</p><p>　　10/29

110、 13:31 半軸零件鉆6-Φ14孔的工裝夾具設(shè)計圖紙</p><p>　　09/26 13:53 單吊桿式鍍板系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　08/30 16:20 單級齒輪減速器模型優(yōu)化設(shè)計</p><p>　　08/30 16:24 單繩纏繞式提升機的設(shè)計</p><p>　　09/09

111、23:08 臥式加工中心自動換刀機械手設(shè)計</p><p>　　09/08 22:10 厚板扎機軸承系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　09/18 20:56 叉桿零件的加工工藝規(guī)程及加工孔Φ20的專用夾具設(shè)計</p><p>　　08/30 19:32 雙臥軸混凝土攪拌機機械部分設(shè)計</p><p>