PLC在装配线空压控制系统中的应用

本文由罗山1234贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。XXXXXXX大学2010届本科毕业论文（设计）届本科毕业论文（设计）论文题目：论文题目：PLC在装配线空压控制系统中的应用学生姓名：学生姓名：XXXX所在院系：所在院系：XXXXXX所学专业：所学专业：XXXXXX导师姓名：导师姓名：XXXXX完成时间：完成时间：2010年X月XX日摘要作为一种基础工业设备，空压机在制造、冶金、矿山、电力、纺织、石化等几乎所有的工业行业中都有着广泛的应用。但是，传统的空压机由于控制方式落后、自动化程度不高，致使其工作过程中存在着运转效率低、耗电量大、成本高、需人工手动操作等诸多问题。因此，应用现代先进的控制技术对传统的空压机控制方式进行改造具有十分重大的现实意义。本文主要论述了基于PLC技术针对装配线空压机控制系统的改造设计方案，采用PLC并结合变频器对空压机进行自动控制改造，实现对两台空压机的自动控制。此方案采用变频器实现对空压机“一拖多”的控制，通过PLC实现变频器的工频与变频的控制转换，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PLC进行A/D转换，并经过PLC内部的PID算法，送出控制信号至变频器，变频器再根据送来的信号改变供电电源的频率，来调节电机转速，确保供气压力的稳定；同时具备电机的软启动、超压软停止，当前空压机工作异常时自动切换到备用机并报警等功能。改造后系统具有能耗低、供气压力恒定、无电流冲击、自动化程度高、无人值守等优点。关键词：PLC；空压机；变频器；PID调节器关键词ThedesignofAirassemblylinebasedonPLCcontrolsystemAbstractAsakindofbasalfacilityofindustry,theair-compressorisusedverywidely,suchasinmanufacture,metallurgy,mining,electricpower,spin,landification,andalmosteveryfieldofindustry.However,conventionalair-compressorshavesomeshortagessuchaslowefficiency,highconsumingofelectricityenergy,toomuchservicingworkandhighcost,duetounder-developedcontrolmannerandlow-gradedegreeofrobotization.Consequently,itisverypracticaltoremaketheconventionalcontrolmannerofair-compressorswithadvancedcontroltechnologyofmoderntimes.Inthisthesis,Imainlyrelateandanalyzeaprojectdesigntoremakethecontrolsystemofair-compressorsinassemblylines,realizethegoalofcontrolingtwoair-compressorsautomaticallybythePLCandtheinverter.Theschemeadoptedtheinverterinordertocarryoutmulti-splitcontroltoair-compressors.Meanwhile,PLCimplementedtheshiftoftheinwertercontrolofair-compressors.Thesystemmadeuseofapressuresensortocollectthepressuresignalofgastank,thentransferredtheanalogquantityintodatequantitybyPLC.ThecontrolsignalwasdeliveredtoinverteraftercalculatingPIDinPLC.Finally,inaccordancewiththesignal,theinverteralteredthefrequencyofoutputvoltageinordertoadjustrevofelectromotor,tomakesuretheinvariablenessoffeed-airpressure.Thesystemalsomadesuretosoftstartelectromotors,softstopitwhenairpressuregobeyond,andreplacetheair-compressorwhichwasrunningoutofthewaywiththespareone,ringthealarmatthesametime.Aftertheprojectdesign,thesystemhavetheadvantagessuchaslowconsumingofelectricityenergy,stableairsupply,nosmallcurrentimpact,highdegreeofrobotization,unattendedmode.Keywords：PLC;Air-compressor;Inverter;PID目录1前言……12设计方案的确定……13系统构成及其工作原理……23.1系统构成……23.2被控对象（空压机）简述……23.3可编程控制器(PLC)简述……43.3.1PLC基本结构……43.3.2PLC的主要特点……63.3.3PLC的工作原理……73.4控制系统的工作原理……73.4.1恒压控制……73.4.2节能控制……83.5系统工作过程……93.6系统的通信方式……93.6.1PLC与上位机的通信……93.6.2PLC与变频器的通信……103.7PID控制简述……113.8系统报警……124系统硬件设计……124.1主电路设计……124.2控制电路设计……134.3PLC选型……154.3.1PLC性能指标的确定……154.3.2CPU的I/O接口分配……174.3.3输入输出外部接线……184.3.4扩展模块选型……204.4变频器选型……244.5传感器选型……245系统的软件设计……265.1PLC编程软件……265.2系统的总体框图设计……275.3程序的结构及程序功能的实现……275.3.1系统的初始化程序……275.3.2系统的主控制程序……275.3.3系统的中断程序……276结论……28致谢……30参考文献……30附录（程序清单）……321前言在现代工业生产中，空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等行业都有广泛的应用。传统的空压机大都是采用星形-三角形降压启动或自耦变压器降压启动、继电器控制方式运行，此方式虽然原理简单，但是存在能耗大、供气压力不稳定、自动化程度低等诸多问题。随着科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术以及计算机技术的高速发展和应用，使PLC控制技术的工业应用日趋成熟。本文论述的空压机控制系统是基于PLC和变频器技术的自动控制系统，目前在国内工业控制应用领域还属于比较薄弱的环节，因而发展空间巨大。改造后系统节能效果显著，不但能使实现无级调速，而且在负载不同时，始终高效运行，有良好的动态特性，能实现高可靠性、高精度的自动控制，相对于其它调速方式（如：降压调速、变级调速、滑差调速、交流串级调速等）具有更大的优势。本文通过对应用非常普遍的螺杆式空压机的控制系统改造，极大地简化了其操作过程，节省了人力，并使得整个工作系统的安全性和稳定性都有了很大的提高。2设计方案的确定传统的空压机的控制系统采用开环方式，一台空压机由一台电机拖动，独立进行控制，压力系统通过压力调节器进行两点式控制（上、下限控制）来控制空压机的加载与卸载。当总管压力超过设定的上限值时，压力调节器控制空压机卸荷；当总管压力低于设定的下限值时，压力调节器则控制其加载，空压机和电动机满负荷运转[1]。这种运行方式的缺点如下：（1）当空压机卸荷运行时，不产生压缩空气，电机处于空载状态，其用电量为满负荷的60%左右，这部分电能被白白浪费掉；其次，空压机是大转动惯量负载，电机空载起动时所需的功率大致相当于满载运行所消耗2~3倍，时间约为5~60S，在频繁起动控制排气量时，能耗非常明显，且对电网冲击很大。（2）压力系统采用开环控制方式，供风压力在上下限之间频繁波动，不能保证恒压供气，对机械设备造成较大的冲击，使设备的寿命缩短，设备维护量加大，增加了人力成本。（3）空压机工作时的巨大噪音和剧烈震动会对操作人员的身体健康造成较大伤害，传统控制方式需要职守人员随时监控，空压机运行异常时需要手动调整和维护，因而自动化程度很低且不利于安全生产。（4）空压机及其拖动电机长期全速运转时，使电动机和空压机传动部件的寿命降低，润滑油消耗也大，设备成本加大。1针对上述问题，本设计采用PLC并结合变频器的控制方式，变频器设有压力闭环自动控制和开环控制手动调节两种控制方式（通过一个选择开关可以进行选择控制方式选择）。正常工作时，采用压力闭环控制方式，使用压力变送器检测空压机的实际供风压力，并将其与供风压力的设定值相比较，用比较得到的差值调节空压机转速，保证空压机的供风压力恒定为设定值。开环控制方式即按启动或停止按钮启动或停止相应的空压机，此种方式仅供检修或控制系统出现故障时使用。3系统构成及其工作原理3.1系统构成本控制系统由以下部分组成：PLC（包括相应的控制模块以及触摸屏）、变频器、压力变送器、传感器以及所需的按钮开关、接触器、断路器等，其示意图如下所示：压力变送器储电源PLC气变频器M1空压机1气管道供与M2空压机2图1控制系统简图其控制过程包括五部分：启动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。启动：2台电机M1、M2如图所示，可以通过转换开关选择变频/工频启动。运行：正常情况，电机M1处于变频调速状态，电机M2处于停机状态。现场压力变送器检测气包出口压力，并与给定值比较，经PID指令运算，得到频率信号，调节变频器的输出频率，从而调节电机的转速以达到所需压力。停止：按下停止按钮，PIC控制所有的接触器断电，变频器停止工作。切换：实现M1、M2工频、变频相互切换。报警及故障诊断：空压机内部主要有四个需要检测的量，机体温度、储气罐压力、冷却水压力、润滑油压力。3.2被控对象（空压机）简述被控对象（空压机）空压机是空气压缩机的简称，是气源装置中的主体，将原动机（通常是电动2机）的机械能转换成气体压力能，是压缩空气的气压发生装置；其工作过程分为进气、压缩、排气三个阶段，循环进行。作为基础工业装备，空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化等几乎所有的工业行业中都广泛的应用。空气压缩机的额定排气压力分为低压（0.7~1.0MPa）、中压（1.0~10MPa）、高压（10~100MPa）和超高压（100MPa以上），可根据实际需要来选择。常见的工作压力为0.7~1.25MPa。空压机按结构分为螺杆式空压机（螺杆式空压机又分为单螺杆式和双螺杆式两种）、离心式空压机、活塞式空压机、滑片式空压机、涡旋式空压机和旋叶式空压机等类型。其中，应用最为普遍的是螺杆式和活塞式。螺杆式空压机的主要特点有：①可靠性高，使用寿命长；②操作维护方便，可实现无人值守运转；③动力平衡性好，机器可平稳高速工作；④适应性强，具有强制输气的能力，排气量几乎不受排气压力的影响，可在较宽范围内保证较高的效率。但造价高，不适合高压场合，排气压力一般不能超过3MPa。活塞式空压机的主要特点有：①流量小，气流速度较小，效率高；②压力范围广，适应从低压高超高压；③适应性强，排气压力变动较大时，排气量保持不变；④制造材料容易获得，制造精