基于PLC压缩机性能测试系统的控制器设计

1基于PLC压缩机性能测试系统的控制器设计摘要：控制器(PLC)具有编程灵活,可靠性高,控制功能强大的特点，以PLC为测控核心单元,建立了压缩机性能测控系统，能自动完成汽车空调压缩机的各项性能测试。该设计包括该系统的基本特性、装置、控制流程和ＰＬＣ软、硬件设计。以PLC为测控核心单元,建立了压缩机性能测控系统,实现了对压缩机试验台位及驱动系统的选择,压缩机的启动、停机、转速调节、排气压力调节等的控制,以及对压缩机的各个运行参数实时采集和监控;并通过计算机将采集参数进行处理,实时获得压缩机各项性能指标并输出测试报告。设计了用PLC和触摸屏实现的压缩机性能测试系统的控制，控制系统以可编程控制器为控制核心，触摸屏为人机接口，使系统控制界面友好，简单直观，便于操作。Abstract:Controller(PLC)withprogrammingflexibility,highreliability,controlandpowerfulfeaturestothecoreofPLCmonitoringandcontrolunitfortheestablishmentofacompressorperformancemonitoringsystemthatcanautomaticallycompletetheautomotiveairconditioningcompressorperformancetesting.Thedesignincludesthebasiccharacteristicsofthesystem,device,controlflowandPLCsoftwareandhardwaredesign.PLCcoremoduleforthemonitoringandcontroltoestablishacompressorperformancemonitoringsystem,implementedonthecompressortestrigandthechoiceofdrivesystem,thecompressorstart,stop,speedregulation,regulation,controlofdischargepressureandcompressionmachineoperatingparametersofeachreal-timecollectionandmonitoring;andtheacquisitionparametersbycomputerprocessing,real-timeaccesstothecompressorperformanceandoutputofthetestreport.DesignedwiththeimplementationofPLCandtouchscreencontrolsystem,thecompressorperformancetest,thecontrolsystemforthecontrolofaprogrammablecontrollercore,man-machineinterfacetouchscreenissouser-friendlysystemcontrol,simpleandintuitive,easytooperate.1引言Introduction目前空调压缩机多为斜盘式压缩机或涡旋式压缩机，空调压缩机的几个关键质量指标有：高压泄漏情况、真空泄露情况，填充效率和离合器性能，压缩机在出厂前必须对这几项性能进行严格的测试。随着通信和控制技术的飞速发展,人们对自动控制设备的信任和依赖越来越重,各种具有高速通信和准确高效的自2动控制设备广泛应用在各个行业和科学实验领域。PLC就是在工业自动控制中涌现出来的“优秀”设备。而PLC抗干扰能力强,体积小,方便安装于现场。PLC采用梯形图编程,程序简单直观,易于掌握。实现控制功能丰富强大,安全又可靠性高。触摸屏作为一种集主机与显示器于一体的计算机,具有很好的人机交流界面,编程简单,表达直观逼真,又便于操作,性能可靠,非常适合于现场测试控制用。将PLC和触摸屏的优势结合起来,开发出用于压缩机性能测试的测控系统。空调器是国家强制性电器质量检测产品，为了完成符合国家标准的性能检测，必须建立一套相应的高精度的测试系统。焓差法测试是重要的测试方法之一，它不仅能对房间空调器的制冷能力和制热能力进行静态试验，还能进行动态性能的试验（包括风机性能测试），此外还可以针对房间空调器季节节能能效比（SEER）进行测定间歇启/停状态下空调器的制冷量和输入功率的试验。传统的焓差法测试台采用常规的继电器控制，手动的操作方法，电气线路又复杂，操作又不便。以PLC为核心的控制系统实现测试过程的自动化.2压缩机设计CompressorDesign2.1活塞式制冷压缩机的工作原理目前在蒸发温度为-25～-15℃、制冷量为0.2～30kW的蒸气压缩机，大多仍是往复活塞式往复活塞式制冷压缩机的基本原理：压缩，排气，膨胀，吸气。在新型活塞式制冷压缩机中，制冷剂蒸气的吸入和排出均在活塞的同一侧，且仅在活塞向上运动的压缩气体，称为逆流单作用活塞式制冷压缩机。活塞在气缸中作往复运动，在气阀的配合下，使气缸工作容积有序的增大和缩小，从而实现吸气，压缩排气等过程。当活塞处于下止点时，气缸内充满了低压蒸气；在活塞开始向上移动时，气缸工作容积缩小，其压力逐渐上升，当其压力上升到比排气腔部压力稍高时，压缩过程结束。活塞继续往上移动时，蒸气压力足以克服阀片的弹力，而被打开，高压蒸气3排出排气腔内；当活塞移动到上止点时，排气也中止。阀片靠弹力恢复原状，关闭阀门。活塞继续下移时，吸气腔内蒸汽压力足以克服阀片弹力，阀片被打开，吸气开始，当活塞下移到下止点时，气缸内已充满了低压蒸气，完成了吸气过程。如此往复，活塞在气缸内不断地连续往复运动，就实现了压缩机压缩并传送气体作用。2.2压缩机电机及启动PLC是由钛酸钡加上稀土元素制成的，其特点是常温时阻值较小，只有数十欧，可以通过一定的电流；电流产生的热量使温度升高，阻值增大，可达到数千欧；当温度上升到一定温度后，阻值维持不变，次温度称为居里点。由于这样的特性，PLC就相当于一个开关，低电阻时相当于开关处于开的位置，高点阻时相当于开关处于关的位置。利用PLC启动的电阻分相式电机及启动电路与重锤式启动继电器一样，PLC串接在电机运转绕组上。点击启动时，PLC为低电阻，接通启动绕组；随着电机的启动，PLC发热产生高阻，通过启动绕组的电流仅数百微安，相当于启动绕组被切断，电机正常运转；启动绕着的电流维持PLC的温度和高阻状态。2.3压缩机电机调速全封闭制冷压缩机电机的调速方法一两种，一是交流电机变频调速，另一种是直流电机变压调速。本设计采用变频调速，变频调速基本原理是交流点击的同步转速与电源频率有关，频率高则同步转速高，频率低则同步转速低。而同步转速与异步转速直接相关，在额定使用条件下，异步转速是同步转速93%~95%.因此改变频率就可以改变交流电机的转速。改变频率是用变频器进行的，先将由电源来的交流电整流滤波，变成直流电，然后用晶闸管开关线路将交流电转变成三相交流电，共给压缩机电机。2.4压缩机性能测试介绍压缩机是一种工业生产中广泛使用的机械设备。这种机械依靠在气运动的4活塞或作旋转运转的转子的作用，使吸入气体的体积缩小而提高压力，以满足生产需要。这种产品的结构比较复杂，除机械、电气部分外，还有气、油、水等多种回路。为了保证和提高压缩机的质量，对其性能进行测试是一个不可缺少的环节。但是到目前为止，这项工作基本上是以手工为主进行的。因此，工作效率低、劳动条件差，测试结果的可靠性、准确性也不高。少数单位开发了自动测试系统，不过，并没有很好地用上去，或者，测点少，功能不强。本文提出一种基于PLC的自动测试系统方案。3.1PLC模拟量控制在变频调速的应用PLC包括许多的特殊功能模块，而模拟量模块则是其中的一种。它包括数模转换模块和模数转换模块。例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量(电压或电流)输出，这种转换具有较高的精度。在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会需要对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出来对变频器实现速度控制则是一个经济而又简便的方法。下面以三菱FX2N系列PLC为例进行说明。同时选择FX2N-2DA模拟量模块作图3.1变频器进行速度控制的信号输出5为对变频器进行速度控制的控制信号输出。如图3.1所示控制系统采用具有两路模拟量输出的模块对两个变频器进行速度控制。图3.2变频器控制动力部分，3.2系统中PLC模拟量控制变频调速需要解决的主要问题（1）模拟量模块输出信号的选择通过对模拟量模块连接端子的选择，可以得到两种信号，0~10V或0~5V电压信号以及4~20mA电流信号。这里我们选择0~5V的电压信号进行控制。（2）模拟量模块的增益及偏置调节模块的增益可设定为任意值。然而，如果要得到最大12位的分辨率可使用0~4000。如图3.3，我们采用0~4000的数字量对应0~5V的电压输出。当然，我们可对模块进行偏置调节，例如数字量0~4000对应4~20mA时。（3）模拟量模块与PLC的通讯对于与FX2N系列PLC的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制，数字控制量写入FX2N-2DA等等。而最重要的则是对缓冲存储器(BFM)的设置。通过对该模块的认识，BFM的定义如附表。附表BFM的定义6从附表中可以看出起作用的仅仅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的则是根据实际需要给予BFM中的#16和#17赋予合适的值。其中：#16为输出数据当前值。#17:b0:1改变成0时，通道2的D/A转换开始。b1:1改变成0时，通道1的D/A转换开始4.1系统的组成如图4.2所示，该测试系统由控制部分、显示部分和装置部分组成。控制部分包括PLC按钮、模式转换开关。PLC实现自动控制，按钮实现手动控制，模式转换开关决定哪种控制模式生效。显示部分包括操作面板与数显表。操作面板与PLC双向通讯，通过自带的显示屏实时显示自动测试过程。数显表实时显示各测试数据。装置部分整合了抽真空装置、注油装置、注氮气装置、运转装置和检测装置，涉及变频电机、真空泵、注油泵、气动截止阀、变送器等。这些装置在选定控制模式下协同工作，对压缩机进行各项性能测试。图4.2系统组成图PLC数显表模式转换开关按钮抽真空装置，注氮气，注油装置，检测装置，运转装置压缩机操作面板75PLC控制系统的设计5.1控制器的方案压缩机是一种工作在高转速，高压力，大气量状态下的机械设备，要求其检测系统工作安全系数高，检测精度高，控制能力强，反应速度快，信息处理范围广。可编程控制器(PLC)作为以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制和通讯技术的一种新型工业控制装置。具有控制逻辑简单直观，电气性能良好，功能组合便捷，可靠性高，维护方便等优点，可以直接对数字量和模拟量进行控制和驱动。随着电子技术和软件技术的进步，具有嵌入式操作系统的触摸屏作为人机接口在工业应用领域中也得到快速发展。根据压缩机测试系统设计的控制功能和控制逻辑以及现场操作的条件，控制系统采用以可编程控制器为核心，并通过触摸屏作为人机交互界面处理的系统。该方案完全满足控制要求，且可靠性、操作性、控制性都要超过原来的控制系统。5.4PLC程序设计根据测试系统的控制流程和硬件配置,设计PLC控制程序。程序流程如图6.1,功能描述如下:(1)初始化:在PLC加电时根据各个变量状态设置标志位。仅在第一个扫描周期执行。(2)手动模式:若模式位为0,则执行手动模式子程序:复位所有变量,不执行任何自动测试指令,自动控制按钮无效。PLC程序空转。3)准备状态:若模式位为1,则进入自动模式,执行测试准备指令,等待控制按钮启动测试。(4)控制按钮:“开始”和“结束”2个控制按钮产生脉冲信号瞬时置位PLC中对应地址。PLC高速(011ms/1000指令行)循环扫描主程序,能够捕捉地址位的瞬时变化,