基于PLC空气压缩机的监控系统设计 摘要：本设计主要是要研究恒压供气控制系统的硬件电路、恒压变频供气的控制方法、开发基于MCGS组态软件的监控界面。整个系统是用PLC进行控制，MCGS组态软件进行监控。PLC主要控制空压机的启动和停止，MCGS用于读取压力，以便我们随时了解系统信息，进行调整。整个系统自动化水平比较高，大大减少了人力物力，而且对于压力的变化能很快的做出反应，调节压力。该系统结构简单、成本、性能稳定，而且功能齐全，非常适合应用和推广。关键词：MCGS组态软件；PLC；空气压缩机Designs based on the PLC air compressors supervisory systemAbstract: This design is mainly needs to study the constant pressure air feed control systems hardware circuit, the constant pressure frequency conversion air feed control method, the development based on the MCGS configuration softwares monitoring contact surface. The overall system is carries on the control with PLC, the MCGS configuration software carries on the monitoring. The PLC primary control air compressors start and the stop, MCGS uses in reading the pressure, so that we momentarily can understand the system message, makes the adjustment. The overall system automation level is quite high, reduced the manpower and resources greatly, moreover can very quick make the response regarding the pressure change, the adjustment pressure. This system structure is simple, cost, stable property, moreover the function is complete, very suitable to apply and the promotion. Key word: MCGS configuration software; PLC; Air compressor第1章 绪论1.1空气压缩机的发展与现状随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步与发展，许多领域中都引入了计算机自动检测与控制技术。在煤矿中甚至许多有风动机械的企业，因工作性质的需要，都离不开空气压缩机。目前空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机,往复式压缩机,离心式压缩机,容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；离心式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。往复式压缩机(也称活塞式压缩机)的工作原理是直接压缩气体,当气体达到一定压力后排出。目前主要用的是活塞式压缩机。活塞式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展；不断开发变工况条件下运行的新型气阀，提高气阀寿命。随着活塞式空气压缩机因为易损件多、体积大、噪声大、震动大、不稳定及存在危险性等缺点，于一九三六年在瑞典开发出第一台双螺杆式空气压缩机，因工作相对稳定、整机体积小、自动化程度高、维护量少且小、噪声也大幅度降低、震动也少到不用基础等一系列优点，于一九八六年开始引入中国并得到广大广大客户的认可。但是随着螺杆压缩机的广泛应用，随着而来的问题也都暴露出来，主要表现为：压力上不去，适合于八公斤以下，排气量也上不去，最大的机头到现在为止也只有35立方，轴承寿命短，而且需要有专用设备来调整间隙，不稳定性（体现机头会被抱死），力无法平衡，螺杆不能被平衡，噪声及震动不太令人满意，所以，大排气量的离心式空气压缩机，小排气量的滑片式压缩机，1960年在法国成功开发出单螺杆式的压缩机，极大的触动了世界人的神经，特别是当时军舰与潜艇对空压机体积小、震动低、噪声低、可现场维护、无油润滑、随时备用启动的需求，很快在美国、英国、日本也相继开发出来，这几个强国都在努力保护，只应用在军事领域，民用产品一直都被排在外围。美国人如是评价：“这是二十一世纪的战略性产品。” 中国也同样强烈渴望这种高档压缩机，于一九七六年在北京第一通用机械厂成立开发小组，但一直至一九八九年，产品仍与国外的产品有着相当大的差距，所以就停止开发，而转为在国外寻找华人，查谦被发现并成功的安排在广东肇庆端州压缩机研究所，于一九九三年成功开发第一代产品，经过七年的实验，于2000年注册成立“正力精工”并实行批量生产，并于当年“正力精工”接受国家的创新基金开发国防用无油单螺杆空气压缩机的任务，并于2004年通过验收而转入试用阶段。并于当年成为国家火炬计划的执行单位。同年还承担独家编制“螺杆式空压机”国家标准。并被国家首推为“煤矿井下用空压机”。而且荣获中、美、英、法、日的发明专利。现在在产品设计上，应用热力学、动力学理论，通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能；强化压缩机的机电一体化，采用计算自动控制，实现优化节能运行和联机运行。各种新型工质的压缩机仍然是研究的热门，其市场会在一定滞后时间后得到发展。目前最热门的应当是CO2压缩机了，特别是跨临界循环。各种类型，包括活塞、滑片以及螺杆等的CO2压缩机均在研发与应用中。1.2本课题研究的目的与意义回顾工业生产过程和发展历程，在20世纪40年代前后，大多数工业生产过程均处于手工操作状态。当时人们主要凭经验由工人控制生产，生产过程中的关键参数靠人工观察，生产过程靠人工去执行，生产效率很低。而如今科学技术有了飞速的发展，在短短的几十年中，生产过程有了深远的变革，自动化水平也在不断进步，实现了全车间，全厂，甚至全企业无人或很少人参与操作管理，实现了过程控制的最优化与现代化的集中调度管理相结合的方式。随着技术的发展，我国许多企业存在着严重的设备老化的问题，有大量设备面临着淘汰。而同时，在国内企业中又普遍存在着资金不足，很难进行大规模的设备更新换代。因此，如何利用现有设备，并对其进行合理的技术改造，使其发挥最大的作用，产生最大的效益，是我们所面临的一个急待解决的重要问题。现代化的煤矿，要求空气压缩机的装置有较高的自动话水平，采用微机控制是空压机发展的必然趋势，它可以减轻操作人员的劳动强度，对空压机的可靠安全运行起到保证和促进作用。按照煤矿安全规程的有关要求，空压机必须具有四保护，即超压、超温、断油、断水保护装置，煤矿迫切需要一整套较完善、灵敏可靠的检测保护装置。我们以某煤矿的5台空气压缩机为研究对象，研究基于MCGS组态软件的空气压缩机监控系统设计，主要设计内容是设计恒压供气控制系统的硬件电路、研究恒压变频供气的控制方法、开发基于MCGS组态软件的监控界面、完成系统监控调试。其中主要监控的空压机运行参数有温度、压力，流量以及供电参数等。1.3本课题的任务1、设计恒压供气控制系统的硬件电路2、研究恒压变频供气的控制方法3、开发基于MCGS组态软件的监控界面4、完成系统监控调试第2章 供气方案的设计2.1恒压空气方法的设计我们可以把罐压力作为控制对象，压力变送器YB将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。具体控制流程图如图1所示。图2.1 恒压供气控制系统流程图由于本次设计是采用5台空气压缩机为研究对象，当所需要的压力不是很大，其中一天空压机能满足的时候就采用上述方法。当一台空压机不能满足需要就由PLC调节，在启动第2台空压机，在不能满足在启动第3台，以此类推。相反的，当开启多台空压机是压力太大，按上述方法调节其中一台时，调到最小还不能达到所需要的压力，就关闭其中一台空压机，在用上述方法调节其中以台，还不能满足在关闭其中一台，直到达到需要的压力。2.2电气原理图图2.2电气原理图2.3元器件的选型(1) 变频器因为选用LS-10型固定式螺杆压缩机电机型号:LS286TSC-4，功率22kW，频率50Hz，额定电压380V，额定电流42A，4极，转速1470r/min，我们选用一台“台达牌”VFD300B43A型变频器。因为LS-10型空压机是一种大转动惯量负载，因此选用加大一级变频器(30kW)。选用一台“台达牌”VFD300B43A型变频器a) 变频器的主要参数输出:最大适用电机输出功率30kW，输出额定容量45.7kVA，输出额定电流60A，输出频率范围0.10400Hz，过载能力为额定输出电流的150%，运行60s，最大输出电压对应输入电源。 输入:3相，380460V AC，50/60Hz，电压容许变动范围10%，频率容许变动范围5%。输入电流60A，采用强迫风冷。(2) 该变频器的主要特点: 采用了新一代电力元件IGBT作为驱动交流电动机的核心元件，应用高速微处理器实现正弦波脉宽调制(SPWM)技术，具有无传感器矢量控制及电压/频率(V/f)控制。 配有RS-485接口，可与计算机联结，构成计算机监控、群控系统。 自动转矩补偿。 禁止电机反转。 自动调整加减速时间。 带过载(过热保护)(2) PID智能控制器 兰利牌PID智能控制器一个，型号:AL808，采用先进的PID调节算法,PID自整定及分段输出功率限制功能,具备无超调及无欠调的优良控制特性。 AL808系列仪表功能强大，具有组态灵活、适应性广的特点，适合温度、压力、流量、液位、湿度的精确控制。 AL809系列工业调节器是专门针对执行器为电动调节阀门的应用场合设计的仪表，输出为开关动作，可直接控制电动调节阀电机的正转反转。输入信号: 可编程多种热电偶、热电阻、mV及标准信号的输入,还可以扩充输入信号。测量精度: 0.2FS1个字采样速度:125毫秒。控制算法:可编程采用ON/OFF或PID调节算法,具有PID自整定功能。输出方式:模块化输出支持SSR电压、线性电流（电压）、继电器触点开关、可控硅单相过零触发输出、可控硅三相过零模块报警方式:有上限、下限、上偏差及下偏差等多种报警模式及上电免除报警等功能通讯功能:RS-485或RS-232曲线控制:曲线数目： 1条,具有分段输出功率限制功能；曲线长度：可选4段、8段、16段或30段程序循环次数：1-200次式连续运行面板尺寸： 可选9696mm,4896mm,9648mm等面板尺寸规格 电源：100 to 240V AC 50/60Hz，24V AC/DC50/60Hz工作环境：工作温度：0 to 50，相对湿度85%变频器接线图如下：