基于PLC的煤矿空压机控制系统设计

摘要空气压缩机(简称空压机)是一种用来压缩气体提高气体压力或输送气体的机械。空压机的用途很广，几乎遍及工农业、国防、科技、民用等各个领域。空气压缩机的安全生产保护对于煤矿企业的生产是十分重要的。可编程控制器(PLC)将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计。本设计方案采用PLC和变频器实现对空压机组的自动控制。该方案采用变频器实现对空压机“一拖多”的控制，PLC实现变频器的工频与变频的转换控制，以及切换变频器对某台空压机进行控制。系统利用压力传感器采集气包出口压力，通过变送器输出4～20毫安标准信号至PLC模拟输入端口，经过PLC内部PID算法逻辑运算，送出控制信号至变频器，变频器根据送来的信号改变输出电压的频率，来调节电机转速，以确保供气压力的恒定。当变频器控制当前机由变频转为工频，而供气压力仍不满足时，则由PLC控制变频器软启动下一台空压机变频运行，依次开启。当变频器输出电压的频率已降至下限值，而供气压力仍高于所需压力，则由PLC控制变频器关闭当前机，变频器转而变频控制另一台运行的空压机。从而使生产系统获得良好的经济效益和安全性能。本论文介绍了空气压缩机、可编程控制系统（PLC）控制原理、系统通信等。关键词：空气压缩机；可编程控制器（PLC）控制系统；变频器；PID调节器ABSTRACTAircompressor(thecompressor)isacompressedgastoincreasegaspressureorgastransportationmachine.Aircompressoriswidelyusedinnearlyallindustrialandagricultural,defense,scienceandtechnology,civilandotherfields.Aircompressorsafetyprotectionfortheproductionofcoalminingenterprisesisveryimportant.ProgrammableLogicController(PLC)tothetraditionalrelaycontroltechnology,computercontroltechnologyandcommunicationtechnologyintegration,specificallydesignedforindustrialcontrolof.ThedesignusesPLCandfrequencyconvertertorealizetheautomaticcontrolofaircompressor.Theprogramusesinverteroftheaircompressordraggedmorecontrol,PLCtoachievetheinverterfrequencyandfrequencyconversioncontrol,andinverterswitchingcontrolofacompressorstation.CollectionsystemusingpressuresensorsOutletpressureairbag,transmitteroutputby4to20mAstandardsignaltothePLCanaloginputport,throughtheinternalPIDalgorithmPLClogicoperations,sendscontrolsignalstotheinverter.Whentheinvertertocontrolthecurrentmachinebytheinverterfrequency,whilethegaspressureisstillnotsatisfiedbythePLCcontrolinverterfrequencysoft-startthenextstationaircompressortorun,andthenclickOpen.Whentheinverteroutputvoltagefrequencyhasdroppedtothelowerlimit,whilethegaspressureisstillhigherthanthepressurerequiredbythePLCcontroltheinvertertoclosethecurrentmachine,inverterswitchtoanotherfrequencytorunthecompressorcontrol.Sothattheproductionsystemforgoodeconomicandsafetyperformance.Thispaperdescribesanaircompressor,aprogrammablecontrolsystem(PLC)controltheory,systemcommunications.Keywords:aircompressor;ProgrammableLogicController(PLC)controlsystem;inverter;PIDregulator目录1绪论.............................................................11.1PLC控制在国内外的发展近况.................................11.2课题的背景和意义...........................................22空气压缩机.......................................................32.1空气压缩机及分类...........................................32.2螺杆式空压机...............................................42.2.1螺杆式空压机基本结构.................................42.2.2螺杆压缩机的工作原理.................................42.2.3螺杆压缩机的特点.....................................52.3活塞式空压机...............................................63可编程控制器（plc）控制系统......................................83.1PLC的产生和发展...........................................83.2PLC基本结构...............................................93.3PLC基本工作原理...........................................93.3.1扫描技术............................................103.3.2PLC的I/O响应时间..................................113.4PLC的主要特点............................................114基于plc的煤矿空压机控制系统设计方案............................134.1控制系统组成..............................................134.2控制系统的工作原理........................................144.2.1空压机切换工作过程..................................194.2.2通信方式............................................214.2.3控制系统概述........................................224.2.4报警装置............................................274.3系统设计..................................................274.3.1PLC控制系统设计步骤................................274.3.2PLC程序设计的步骤..................................304.4控制系统硬件设计..........................................304.4.1主电路设计..........................................304.4.2PLC选型............................................334.4.3变频器选型..........................................354.4.4传感器的选取........................................364.4.5系统PLC硬件部分地址分配及部分程序..................385结论............................................................415.1工作总结..................................................415.2毕业设计心得..............................................42参考文献..........................................................43致谢.............................................................44附录系统总图.....................................................45河南理工大学毕业设计（论文）说明书11绪论自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术、网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。同时，计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，广泛应用在化工、供暖、机械、供水、水处理等多个领域，在工业生产中发挥越来越显著的作用。1.1PLC控制在国内外的发展近况20世纪末期，可编程控制器的发展更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制功能上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备