買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 本科畢業(yè)論文（設計） 論文題目：基于 礦井空壓機控制系統(tǒng) 設計 學生姓名： 所在院系： 所學專業(yè)： 導師姓名： 完成時間： 摘 要 本文針對空壓機能耗大、噪音大、自動化程度低等缺點，介紹了 基于可編程序控制器技術和變頻調節(jié)技術的礦井 空壓機控制系統(tǒng)設計。該控制系統(tǒng)設計以變頻器、可編程序控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件，由壓力變送器檢測管網(wǎng)壓力值，輸入給變頻器與給定壓力比較 ,經變頻器內部 算 ,控制電機轉速的升降 ,調節(jié)管網(wǎng)壓力；并通過可編程序控制器控制變頻與工頻的切換 ,實現(xiàn)閉環(huán)自動調 節(jié)恒壓變量供應壓縮空氣的目的。通過對空壓機控制系統(tǒng)的改造，大大提高了空壓機運行的安全性能、節(jié)能效果和自動化水平，適應了現(xiàn)代礦山建設的發(fā)展要求。 關鍵字 ： 壓機，變頻器 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ of as a of of on LC is of by ID or to of of of to to 1 緒論 空氣壓縮機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內進行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設備。作為基礎工業(yè)裝備之一，空壓機在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應用?？諌簷C占大型工業(yè)設備 (風機、水泵、鍋爐、空壓機等 )耗電量的 15%。 由于結構原理的原因，大部分空壓機的運行控制均將空壓機輸出的空氣壓力即管路儲氣罐壓力作為控制對象。控制管路的空氣壓力在一定的范圍內，即最高不超過氣壓管路和用氣設備的安全容限 (一般 為 ，最低要滿足用氣設備的最低工作壓力要求(為滿足這一要求，空壓機中普遍采用兩種控制方法 : （ 1）利用電動機頻繁啟動和停止來調節(jié)管路壓力。這種方法，首先設定管路壓力的上、下限。當管路壓力上升達到設定上限時，電動機斷電，空壓機停止運行，管路壓力隨著現(xiàn)場用氣和管路泄露逐漸下降。當壓力下降至設定下限時，電動機得電，空壓機重新啟動運行，管路壓力又開始上升。如此周而復始。采用這種方式，管路壓力不停地在壓力上下限之間變化，控制簡單，成本低，但電機啟動頻繁，對電網(wǎng)的干擾較大，只適用于小功率 電動機的驅動。 （ 2）利用空壓機的壓力氣閥控制。當管路壓力達到設定壓力上限時，空壓機與儲氣罐聯(lián)接閥門關閉 ， 空壓機處于空載運行 。 當管路壓力下降至設定下限時，空壓機與儲氣罐聯(lián)接的氣閥打開 ， 空壓機輸出壓縮空氣 ， 管路壓力上升。如此往復，整個運行過程電動機保持運行，避免了頻繁起停，適用于大功率的電動機驅動。 目前，空壓機的運行采用第二種方法控制的居多。這種方法不考慮電動機的運行控制，對電動機只須設計其啟動控制。對 于 空壓機中的大功率電動機 的啟動 ，一般采用兩種方法，即線繞式異步電動機的轉子串頻敏電阻方法和 鼠籠 異步電動機 的 定子 轉換 啟動方法。線繞式異步電動機轉子串電阻的啟動方式，電動機的啟動轉矩大，而電機的啟動電流沖擊仍然很大，同時轉子電刷機構增加了電動機的結構復雜性。 鼠籠 異步電動機 定 子 啟動，即電機啟動時定子接成 機正常運轉時定子接成 形，這樣可以降低啟動電流，但也降低了啟動轉矩，增加了相應的啟動裝置?？傊?，上述傳統(tǒng)控制方式存在的問題是明顯的 ： （ 1）管路空氣壓力波動較大，管路壓力在設定上下限之間波動，氣閥的故障率高 ； （ 2）空壓機頻繁加載、卸載造成電網(wǎng)電壓波動大，以及損耗電量大 ； （ 3）空壓機總處于高速運轉 狀態(tài)，造成空壓機的機械故障增多和空壓機的機體溫度升高 ； （ 4）空壓機運轉噪聲大，此噪聲一方面由空壓機高速運轉產生，另一方面買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 在空壓機氣閥動作時產生。 針對以上存在的問題，采用 和變頻調速技術對空氣壓縮機控制系統(tǒng)進行節(jié)能改造，該系統(tǒng)自動化程度高，節(jié)能效果顯著，實用性好。 2 變頻調速技術的簡介 制系統(tǒng)特點和功能 可編程序控制器 （ 稱 是一種在 工 業(yè)環(huán)境應用 下 而設計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，他將計算機技術、自動控制技術和通 訊技術融為一體，成為實現(xiàn)單機、車間、工廠自動化的核心設備，具有可靠性高 、抗 干擾能力 強 、組合靈活、編程簡單、維修方便等諸多優(yōu)點。隨著技術的進步，其控制功能由簡單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復雜的連續(xù)控制和過程 控 制，成為自動化領域的三大技術支柱 （ 器人、 之一。其主要應用的技術領域有 ： 順序控制、過程控制、位置控制、生產過程的監(jiān)控和管理、 信息網(wǎng)絡技術等。 軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中的大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。 梯 形圖程序一般采用順序控制的設計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比繼電 接觸 器 系統(tǒng)電路圖的 設計 時間要少。 用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調過程中發(fā)現(xiàn)問題 ， 一般通過修改程序就 可 以解決，系統(tǒng)的調試比繼電器系統(tǒng)容易得多。 一個空壓機 號采集控制外圍設備等組成，有時雖然采用了最先進的可靠性最高的 由于外圍設備不能匹配 致使整個系統(tǒng)不能正常工作。例如在空壓機控制系統(tǒng)改造的過程中，如果信號電纜沒有屏蔽接地，傳 入 到 傳來的信號沒有利用的價值。如果所有信號線屏蔽層并聯(lián)并在控制室一端接地 ， 就會收到了立竿見影的效果，信號穩(wěn)定無干擾。其實，以上問題是我們在儀表施工中很容易忽視的問題，因為現(xiàn)在大部分二次儀表的抗干擾能力較強，輕微干擾不易覺察，但是對于 必須嚴格按照儀表和工控機布線標準去施工。所以規(guī)范的施工布線、可靠的外圍設備和周密嚴謹?shù)某绦蜻壿嬍翘岣呖諌簷C控制系統(tǒng)可靠性的必要條件，提高空壓 機控制系統(tǒng)的可靠性必須從以上 幾 點抓起。 的主要功能 ： （ 1） 在線數(shù)據(jù)采集和輸出 ； （ 2） 控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時、計數(shù)等 ； （ 3） 數(shù)據(jù)處理功能。既能進行基木數(shù)學、邏輯運算，還可通過編程實現(xiàn)復雜的控制算法 ； （ 4） 輸入 /輸出信號調制功能 ； （ 5） 通信、聯(lián)網(wǎng)功能?？蛇M行 1： N 的遠程控制、多臺 間聯(lián)網(wǎng)通信、外部器件與 的信號處理 ， 單機 之間實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換等 ； （ 6） 支持人機界 面 功能 ； （ 7） 編程、調試等。 頻器技術的特點 變頻器技術 2是一門綜合性的技術，它建立在 控制技術、電子電力技術、微電子技術和計算機技術的基礎上。它與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，它是利用變頻器對交流電動機進行調速控制，有許多優(yōu)點，如節(jié)電、容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調速控制、可以實現(xiàn)大范圍內的高效連續(xù)調速控制、實現(xiàn)速度的精確控制。容易實現(xiàn)電動機的正反轉切換，可以進行高額度的起、停運轉，可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅動。完善的保護功能 ： 變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別 （ 如電網(wǎng)瞬時電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等 ） ，并立即封鎖輸出電壓。這種 “ 自我保護 ” 的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。 壓機的變頻調速技術原理 桿空壓機的工作原理 螺桿式空壓機 3的工作原理圖如圖 1 所示，空氣經空氣過濾器和吸氣調節(jié)閥而吸 入 ，該調節(jié)閥主要用于調節(jié)氣缸、轉子及滑片形成的壓縮腔，陰、陽轉子相對于氣缸作偏心方式運轉?；惭b在轉子的槽中，并通過離心力將滑片推至 圖 1 空氣壓縮機原理圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 氣缸壁，高效的注油系統(tǒng)能夠確保壓縮機良好的冷卻及潤滑油的最小耗量，在氣缸壁上形成的一層薄薄的 油膜可以防止金屬部件之間直接接觸而造成磨損 。 經壓縮后的空氣溫度較高，其中混有一定的油氣，經油 /氣分離器進行分離之后，油氣經過油冷卻器冷卻 再 經過油過濾器流回儲油罐，空氣經過油 /氣分離器后流進氣冷卻器（空氣冷卻裝置）進行冷卻，然后進入儲氣罐。 于管路壓力控制的電動機變頻控制原理 螺桿式空壓機基本運行方式 為 加載、減載方式。減載時電機空轉，能源白白地 浪費，利用變頻器 改變電機 供電 頻率 ， 來調節(jié) 電機 的 轉速 ， 即通過改變電動機的轉速來控制空壓機單位時間的出風量，從而達到控制管路的壓力，具有明顯的節(jié)能效果。與傳 統(tǒng)的空壓機運行控制管路壓力的方法不同，變頻控制方式是通過 圖 2 變頻壓力控制原理圖 圖 3 壓力變化示意圖 控制電動機的運轉轉速來控制空壓機的單位時間出風量，從而達到控制管路壓力的目的。其系統(tǒng)控制框圖如圖 2 所示。其控制過程是 ： 通過壓力設定和壓力反饋的比較，得到被控量和期望值的偏差，經 調節(jié) 器 計算出變頻器輸出的控制異步電動機旋轉速度的交流電頻率值 ， 由變頻器輸出相應頻率和幅值的 交流電，在異步電動機上得到相應的轉速。經空壓機輸出對應的壓縮空氣的風量至儲氣罐， 使 儲氣罐的壓力變化，直到管路壓力與設定壓力相同。其管路壓力控制過程如 圖 3 所示。 3 控制系統(tǒng)的設計 壓機控制系統(tǒng)的控制原理 原空壓機的運行方式為自藕變壓器減壓起動后全壓運行。其操作程序為：按下啟動按鈕，控制系統(tǒng)接通啟動器線圈并打開斷油閥，空壓機在空載模式下啟動，這時進 氣 閥處于關閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內的壓力，降 壓 8統(tǒng)壓力開始上升。當系統(tǒng)壓力上升到壓力開關限值時，在起跳壓力下，控 制器使進氣閥關閉，油氣分離器放氣， 空壓 機空載運行，直到系統(tǒng)壓力降到壓力開關下限值后，在回跳壓力下，控制器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關閉， 空壓 機打開滿載運行。 原系統(tǒng)工況存在以下問題： (1) 主電機雖然采用自藕變壓器減壓起動，但起動時的電流仍然很大，會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設備的運行安全 ； (2) 主電機時?？蛰d運行，屬非經濟運行，電能浪費嚴重 ； (3) 主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大 ； (4) 主電機工頻起動 使 設備 受 沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護工作量大。 根據(jù)原工況存在的問題并結合 生產工藝要求，對空壓機的變頻改造作出如下的設計方案： 為保證一旦變頻器故障時不影響生產的繼續(xù)進行 ， 采用了在保留原有工頻系統(tǒng)的情況下，另增加變頻控制系統(tǒng)的方案。在變頻控制方式下，調節(jié)方式采用閉環(huán)自動調節(jié)和手動控制電機轉速 兩 套控制方案。在自動控制方式下，控制系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測到空壓機出口的壓力信號值，經過 A/過可編程控制器 (變頻器調整單臺壓縮機電機的轉速，保證電機以最小的功率輸出。在精確控制壓力的同時，實現(xiàn)電機的軟啟動以延長 空壓機的使用壽命。在手動控制方式下，通過 給電機設定高速和低速 兩 種轉速的辦法實現(xiàn)調節(jié)電機轉速 ： 當空壓機需要工作時，讓電機高速運轉；當空壓機不工作時，讓電機在低速擋位運轉。一旦變頻器及 通過轉換開關手動切換到原工頻啟動柜經自藕變壓器降壓啟動后運行，以保證 空壓 機的正常工作。 由于工業(yè)現(xiàn)場設備很多，變頻器工作時會將高次諧波回饋至電網(wǎng)，為減小高次諧波對電網(wǎng)的影響， 給 變頻器加裝了電抗器，有效地降低了變頻器對電網(wǎng)的污染。同時，為保障電機繞組溫升滿足要求，變頻器低速運轉的轉速不能過低，設置的低頻轉速為 30之控制系統(tǒng)應具有以下設計要求 ： （ 1）控制系統(tǒng)具有手動 /自動轉換、在線監(jiān)控及現(xiàn)場調試功能； （ 2） 行速度要滿足實時控制要求； （ 3）系統(tǒng)要求用戶能夠直觀了解現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)及空壓機輸出壓力的變買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 化； （ 4）要求用戶能夠遠程控制空壓機的啟動 、 停止和過熱保護； （ 5）用戶可自行設置空壓機的輸出壓力高低，以控制變頻器的起停； （ 6）變頻器及其他設備的故障信息能夠及時反映在遠程 制系統(tǒng)結構及工作原理 統(tǒng)的結構組成 由控制系統(tǒng)設計要求可知該 系統(tǒng)由可編程序控制器、變頻器、執(zhí)行機構和傳感器等構成 。其中 為控制單元 ， 根據(jù)現(xiàn)場信號和系統(tǒng)工作狀態(tài)控制兩臺電動機的起動和停止 ， 控制變頻器的起動和停止 ， 變頻器根據(jù)壓力給定和實測壓力調節(jié)輸出頻率 ， 改變空壓機電機轉速 ， 控制管網(wǎng)壓力 ， 并將變頻器工作狀態(tài)輸出到 制系統(tǒng)框圖如圖 4 所示。 圖 4 空壓機的控制系統(tǒng)結構圖 統(tǒng)的控制原理 基于 變頻控制系統(tǒng)原理圖如圖 5 所示，該控制系統(tǒng)原理圖由以下部分組成 ： 變頻器、可編程控制器、變頻器、壓力變送器、溫度傳感器等。 電源、 擬量輸出模塊等組成。其中采用 實現(xiàn)電氣部分的控制。本系統(tǒng)中，為了 實現(xiàn)能源的充分利用和生產的需要，需要對電機進行轉速調節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調速和制動的特性，采用日本安川 616統(tǒng)中由 列 成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機等設備的控制任務?；?列 編程軟件 ， 采用模塊化的程序設計方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和維護。系統(tǒng) 可直接設置 變頻器的參數(shù)和利用對 現(xiàn) 電機的啟動和停止和空壓機保護控制。系統(tǒng)主要包括五部分 ： 起動、運行、停止、切換、報警及故障自診斷。 (1) 起動 ： 以兩臺電機 例，可以通過轉換開關選擇變 頻 /工頻啟動運行 ； 正常情況，電機 于變頻調速狀態(tài)，電動機 于停機狀態(tài)。 (2) 停止 ： 按下停止按鈕， 制所有的接觸器斷開，變頻器停止工作。 (3) 切換 ： 實現(xiàn) 頻、變頻相互切換。 (4) 報警及故障自診斷 ： 空壓機內部一般有四個需要監(jiān)測的量 ： 冷卻水壓力監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、機體溫度監(jiān)測、儲氣罐壓力監(jiān)測。 圖 5 頻控制系統(tǒng) 示意 圖 該系統(tǒng)中 過 傳感器 ， 監(jiān)測空壓機一級、二級氣缸排氣溫度，潤滑油溫度，風包的溫度，一級、二級 的 壓力及潤滑油 的 壓力 ， 冷卻水的水量， 電機的過載 及變頻器 的故障 等有關的各類對象信息，采用一臺變頻器 對 一臺 電機 進行頻率的調節(jié)控制，從而控制電機轉速大小，并且向 饋自身的工作狀態(tài)信號，當發(fā)生故障時，能夠向 出報警信號。由于變頻調速是通過改變電動機定子供電頻率以改變同步轉速來實現(xiàn)的 ， 故在調速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉差功率，因此具有高效率、寬范圍、高精度的調速性能。 件設計 制系統(tǒng)設計需采集 的 參數(shù) (1) 壓力信號分別為 1 級缸、 2 級缸的排氣壓力、潤滑油壓力 3 點； (2) 溫度信號為 1 級缸的排氣 溫度、 2 級缸的排氣溫度共 2 點； (3) 繼電器信號為空壓機和油泵的熱繼電器開關共 2 點； (4) 開關量信號為啟動、停止按鈕和手動、自動切換按鈕共 4 點； (5) 變頻器的輸入信號共 4 點； (6) 冷卻水的流量信號共 1 點； 采集總數(shù)為 3+2+2+4+4+1=16 型和模塊的選擇 根據(jù) 統(tǒng)所需要的 I/O 點總數(shù)在 256 點以下，屬于小型機范圍，控制系統(tǒng)比較簡單 ， 只需要邏輯運算等 簡單功能，所以 件選擇日本松下電工買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 公司生產的 號。它具有較大容量的 I/O 點：輸入為 24 點、輸出為 16點 ， 擁有 內部存儲器和擴展單元，而且具有標準的 行口通信 ，可以方便的實現(xiàn)與計算機的連接實 施 編程、監(jiān)控 的操作 。同時它還具有結構緊湊，體積小巧，性能價格比高，適合 于 自動控制領域中應用。輸入模塊選擇： N ；輸出模塊選擇： N 。 I/O 分配表 表 1 的 I/O 分配表 序號 地址 信號 名稱 作用 序號 地址 信號 名稱 作用 1 入 按鈕 啟動 16 出 指示燈 油泵運行 2 入 按鈕 手動 17 出 接觸器 合 3 入 按鈕 自動 18 出 接觸器 合 4 入 壓力傳感器 一級壓力 19 出 接觸器 合 5 入 壓力傳感器 二級壓力 20 出 接觸器 合 6 入 壓力傳感器 潤滑油壓 21 出 電鈴 告警 7 入 溫度傳感器 一級溫度 22 出 指示燈 一級超壓 8 入 溫度傳感器 二級溫度 23 出 指示燈 二級超壓 9 入 熱繼電器 過載保護 24 出 指示燈 斷水告警 10 入 熱繼電器 過載保護 25 出 指示燈 缺油、斷油 11 入 流量計 水流量 26 出 指示燈 一級超溫 12 入 繼電器 高頻信號 27 出 指示燈 二級超溫 13 入 繼電器 低頻信號 28 出 繼電器 變頻正轉 14 入 按鈕 復位 29 出 繼電器 外部故障 15 入 指示燈 電機降壓 30 出 繼電器 外部復位 硬件接線圖如圖 6 所示 力變送器的選擇 采用 能型壓力變送器。 這種 壓力變送器 集 測量、顯示、控制一體化，安裝使用方便 ， 零位、量程可用電位器調整 ， 模擬輸出多種標準形式供用戶選擇 ， 多點繼電器輸出接口，易于控制。 壓機變頻控制系統(tǒng)設計 頻控制系統(tǒng)原理 如圖 7 所示 ， 變頻控制系統(tǒng)中采用日本安川 616頻器組成控制電路， 控制下實現(xiàn)工頻 /變頻轉換。在變頻器中， 子是壓力反饋輸 入 端子。其中 ， 供頻率給定電源 (+15V)。在 圖 6 硬件接線圖 圖 7 變頻控制電路圖 子，輸入電壓信號給定變頻器輸出頻率，這個電壓信號由分壓電阻 (子輸入由遠傳壓力表反饋的儲氣罐壓力信號，構成負反饋 。 在變頻器中，還具有 自學習功能 ， 可以根據(jù)現(xiàn)場的壓力變化特性，自動調整 制參數(shù) ， 得到最佳控制。 子是變頻器運行 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 控制端都 發(fā)生故障時 合。 子接收此信號，變頻器停止運行，對系統(tǒng)起保護作用 。 變頻器內部發(fā)生故障時，由 合給出信息。此信息輸人給制系統(tǒng)停止工作。當故障排除后， 制 合，變頻器 出變頻器運行信號。 R、 S、 T 輸入電機運行的工頻電源給變頻器， U、 V、 W 由變頻器輸出變頻后的電源給電機。 2 、 號由 統(tǒng)的輸出模塊提供。變頻器的 出信號，輸入 輸人模塊。 同時在安裝變頻裝置時，應保留原有的工頻控制設備 及排氣量控制設備。在變頻柜上設置工頻 /變頻轉換開關，一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，可方便地轉換到工頻運行狀態(tài) 。 為了減少噪聲對信號的影響 ， 信號線使用屏蔽線與主回路分開布線，以提高抗干擾性 。 同時將空壓機故障保護觸點串入變頻裝置控制回路 油、超溫、超壓保護。 頻器與 連接 （ 1）運行信號的輸入 變頻器的輸入信號包括 ： 運行 /停止、正轉 /反轉、微動等數(shù)字量輸入信號。變頻器通常利用繼電器接點或晶體管集電極開路形式與上位機連接 , 并得到運行信號。如圖 8 所示。 圖 8 運行信號的連接方式 在使用繼電器接點的場合 , 為了防止出現(xiàn)因接觸不良而帶來的誤動作，需要使用高可靠性的控制繼電器。而當使用晶體管集電極開路形式進行連接時，也同樣需要考慮晶體管本身的耐壓容量和額定電流等因素，使所構成的接口電路具有一定的裕量 , 以達到提高系統(tǒng)可靠性的目的， 否則 會造成變頻器的誤動 作。 如圖9 所示。 在設計變頻器的輸入信號電路時還應注意到，當輸入信號電路連接不當也會產生誤作。例如當輸入信號電路采用如圖 10 所示的連接方式時，由于存在和運 行電壓信號并聯(lián)的繼電器等感性負載 , 繼電器合分時產生的浪涌電流所帶 來的噪聲干擾有可能引起變頻器的誤動作，應該盡量避免這種接法。 圖 9 輸入信號電路的正確接法 圖 10 輸入信號電路的錯誤接法 此外，當變頻器一側和繼電器一側存在電位差時，電源電路本身可能遭到破壞，所以也應加以注意，并采取相應的措施。 （ 2）接點輸出信號 在變頻器的工作過程中 , 經常需要通過繼電器接點或晶體管集電極開路的形式將變頻器的內部狀態(tài) (運行狀態(tài) )通知外部。如圖 11 所示。而在連接這些送給外部的信號時 , 也必須考慮繼電器和晶體管的允許電壓、允許電流等因素。此外 ,在連線 時還應該考慮噪聲的影響。同時變頻器跳閘后的保護觸點應接至 一個輸入口和 間 , 這樣一旦變頻器發(fā)生故障， 立即做出反映 , 使系統(tǒng)停止工作 , 還應在 在處理完故障后用它使系統(tǒng)復位。例如當主電路（ ）的開閉是繼電器執(zhí)行 , 而控制信號 (4 V) 的開閉是晶體管執(zhí)行時 , 應注意分開布線 , 以保證主電路一側的噪聲不傳至控制電路 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 此外 , 在對帶有線圈的繼電器等感性負載進行開閉時 , 必須以和感性負載并聯(lián)的方式接上浪涌吸收器或續(xù)流二極管。如圖 12 所示。而在 對容性負載進行開 圖 11 接點輸出信號的連接電路 閉時 , 則應以串聯(lián)的方式接入限流電阻 , 以保證進行開閉時的浪涌值不超過繼電器和晶體管的允許電流值。 圖 12 感性負載的連接 頻改造注意事項 (1) 空壓機是大轉動慣量負載，這種 負載 特點 是 很容易引起變頻器在啟動時出現(xiàn)過流保護的情況，建議采用具有高啟動轉矩的無速度變頻器，保證既能實現(xiàn)恒壓供氣的連續(xù)性，有可保證設備可靠穩(wěn)定的運行。 (2) 空壓機不允許長時間在低頻下運行，工作下限不低于 30 (3) 建議功率選用比空壓機功率大 一 等級的變頻器，以免空壓機啟動出現(xiàn)頻繁調閘的情況。 (4) 為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波引起的電磁干擾，建議選用輸出交流電抗器，還可以減少電機運行的噪音。 (5) 設計的系統(tǒng)應具備變頻和工頻兩套控制回路，確保變頻出現(xiàn)異常調保護程序 時，不影響生產。 4 空壓機控制系統(tǒng)軟件設計 統(tǒng)控制過程 控制開關置于運行狀態(tài)，按下啟動按鈕， 第一臺 空壓機 的電 機 頻啟動，轉速從零開始上升， 若 變頻器輸出頻率 達到 某一值， 風包出口處的壓力達到預設的壓力值 時，輸出頻率不 再變化， 空壓機 的電 機 恒速運行； 若 變頻器輸出頻率 達到預設的頻率上限值時，延時一段時間后風包出口處的壓力仍不能達到預設的壓力值，自動 啟動第二臺 空壓機 的電 機 第一臺 空壓機 的電 機 頻 減速運行，直至達到 預設的壓力值 ，輸出頻率不再變化， 空壓機 的電 機 恒速運行，反之亦然 。當空壓機運行的過程中出現(xiàn)一級、二級氣缸排氣溫度過高，潤滑油溫度過高，風包的溫度過高，一級、二級壓力過高及潤滑油壓力過高，斷水等故障時，系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警信號，提示有關的工作人員及時地排除故障。 動 /手動控制設計 （ 1）手動方式：把空壓機控 制屏面板上的切換開關切至 “ 手動 ” 位置時，空壓機處于手動控制狀態(tài)，通過 出信號控制交流接觸器，從而使空壓機的電機工頻運行，達到手動啟動。 （ 2）自動方式：把高壓空壓機控制屏面板上的切換開關切至 “ 自動 ” 位置時，空壓機處于自動控制狀態(tài)，通過開關量和模擬量采集工作罐的壓力 ； 當壓力達到啟動條件時 ， 過開出信號 ， 控制變頻器啟動 ， 空壓機的電機變頻運行，同時控制面板上的啟動燈亮 ； 當達到系統(tǒng)停止壓力時，空壓機自動停止。 統(tǒng)的保護及故障報警的設計 本系統(tǒng)中， 能檢測到的故障有電動機過載、冷卻系統(tǒng)斷水 、空壓機無潤滑油、壓縮氣體溫度過高。當上述故障出現(xiàn)時空壓機停止并起動處于備用狀態(tài)的空壓機，為了能區(qū)分空壓機那部分發(fā)生故障，應在對應的故障工序設置一個閃爍電路，把引起故障的觸點與閃爍電路的輸出觸點相串聯(lián)驅動電鈴或信號燈 。 為了更好地保護系統(tǒng)，最好每臺電動機回路都安裝電動機綜合保護器，進行過流、斷相、漏電等保護，同時將其動作觸點輸入至 樣， 檢測到此故障，起動備用空壓機，并自動發(fā)出警報。 控系統(tǒng)的軟件設計 介 現(xiàn)場總線集計算機技術、通訊技術、控制技術于一體 , 是自動化領域的一種買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 新的發(fā)展趨勢 , 自八十年代中期以來 , 在此領域內世界上出現(xiàn)了多種有影響的現(xiàn)場總線 , 如 。它是應用在生產現(xiàn)場 , 在控制系統(tǒng)設備單元間實現(xiàn)雙向串行、多節(jié)點、數(shù)字通訊系統(tǒng) ,也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通訊的底層控制網(wǎng)絡。開放式、分散性、低成本是現(xiàn)場總線最顯著的基本特征 , 因而近年來得到了迅猛的發(fā)展。 縮寫 , 由于它是一種國際性的開放式的現(xiàn)場總線 標準 , 所以世界上許多自控系統(tǒng)及智能儀表產品廠商都為他們生產的設備提供了方便的口。基于上述原因 ， 在空壓機監(jiān)控系統(tǒng)中采用了 現(xiàn)場總線技術。通過與 站的實時通訊 , 取得了良好的控制效果。 目前的 場總線根據(jù)使用的場合不同具體分為三種 , 即 點如下 : (1) 過優(yōu)化的高速、低成本通訊連接 , 傳輸速率為 12通常應用于現(xiàn)場級 , 用于控制系統(tǒng)中現(xiàn)場設 備之間的實時通訊 , 它采用 輸技術 , 使用 塊可取代 24V 或 420量值的傳輸 , 并具有非常短的響應時間和抗干擾性能。 (2) 一種車間級監(jiān)控網(wǎng)絡 , 能完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通訊任務 , 提供較大數(shù)據(jù)量的通訊服務 , 它也采用 用于樓宇自動化、紡織工業(yè)、電氣傳動等方面 , 它是一種令牌結構 , 實時多主網(wǎng)絡。 (3) 為過程自動化設計 , 它采用 用于對安全性要求高的場合 和由總線供電的場合。 由于 三個兼容版本中是用于現(xiàn)場級的高速實時性通訊協(xié)議 , 在通訊距離 100 采用屏蔽雙絞線速率高達 12加之其可靠性高 , 實用性強等諸多優(yōu)點 , 因此廣泛的應用控制系統(tǒng)中。 如圖 13 所示利用現(xiàn)場總線 ，它可以實現(xiàn)數(shù)字和模擬輸入 /輸出、智能信號裝置和過程調節(jié)裝置與可編程控制器 間的數(shù)據(jù)傳輸，把I/O 通道分散到實際需要的現(xiàn)場設備附近。 機畫面的設計 選用 寫入機接口，用戶界面友好，主要 實現(xiàn)以下功能： (1) 接收下位機來的數(shù)據(jù)并處理； (2) 顯示各空壓機組的運行狀況及歷史運行記錄 和 備存，并進行趨勢分析； (3) 故障報警顯示，并進行故障分析； (4) 對空壓機各種參數(shù)進行設置、修改； (5) 發(fā)送各種控制命令，進行手自動切換 。 圖 13 監(jiān)控系統(tǒng) 制軟件設計 本系統(tǒng)主要是以保護、監(jiān)控為主，根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求和空壓機的保護原理，其控制的軟件設計流程 如 圖 14 所示。 制系統(tǒng)程序圖 編程軟件采用 R，它是基于 臺的松下電工 列 可以完成程序輸入、程序的編輯、程序注釋、程序檢查、 行時的數(shù)據(jù)和狀態(tài)的監(jiān)控及測試、參數(shù)設置、程序和監(jiān)控結果的打印及文件管理 等功能。為使整個控制系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，軟件系統(tǒng)可靠性配套也是必不可少的，因此我們對控制軟件進行了特別處理。 (1) 對輸入信號進行濾波處理。要提高現(xiàn)場輸入給空壓機 制系統(tǒng)的信號 的 可靠性，首先要選擇可靠性高的變送器與各種開關 ， 規(guī)范布線、具有良好的接地措施，防止各種原因引起傳送信號線短路、開路或接觸不良。其次在程序設計時增加數(shù)字濾波程序 ，增加輸入信號的可信性，數(shù)字濾波可采用的程序設計方法是在現(xiàn)場輸入 觸 點后加一定時器，定時時間根據(jù)觸點抖動情況與系統(tǒng)要 求 的響應速度確定，一般在幾十毫秒，這樣可保證觸點確實穩(wěn)定閉合后，才有其它響應。模擬量濾波采用的程序設計方法是對現(xiàn)場模擬信號連續(xù)采樣 3 次，采樣間隔由 A D 轉換速度與該模擬信號變化速率決定， 3 次采樣的數(shù)據(jù)分別存放在三個數(shù)據(jù)字 ，當最后采樣結束后，再求取三個數(shù)的平均值為本次采樣的結果存放在數(shù)據(jù)字 。 (2) 對輸出信號進行可靠性處理。對于空壓 機儲氣罐卸荷控制，為了防止卸荷閥在卸荷值 附 近頻繁的動作 , 可以采用余量控制法程序段來解決這一問題。余買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ 量控制法的原理是這樣的 , 在卸荷值附近設置卸荷上限值和卸荷下限值，作為電 圖 14 制系統(tǒng)流程圖 磁閥開啟和關閉動作的條件，儲氣罐壓力高于上限值電磁閥打開，壓力低于下限值電磁閥關閉，這樣同設置一個動作值相比，可以十分有效的防止電磁閥因壓力在動作值附近波動而引起電磁閥頻繁的吸合，并且其精度隨意調整。只要上限值與下限值相等，其效果就相當于一個動作值。 改造后空壓機控制系統(tǒng)總 的 梯形圖見附錄。 5 系統(tǒng) 的調試 (1) 根據(jù)電機參數(shù)及負載特性預設變頻器參數(shù) ； (2) 序及人機界面通訊調試 ； (3) 節(jié)器的整定 ； (4) 最小頻率的確定 ； (5) 智能電源切換控制器的調試 ； 使用 制 智能 電源切換器時， 制變頻器以自動調頻、調壓的 方式啟動電機，當電機平穩(wěn)啟動運行后， 切換器發(fā)出允許合閘命令，切換器根據(jù)變頻電源和工頻電源的電壓差、頻率差、相位差數(shù)據(jù)與整定條件比較，滿足預設定值時，自動預測最佳切換時機，并以預先設置的導前時間 t 提前向 ，完成合閘動作。由于智能電源切換器是開環(huán)控制，切換器發(fā)出合閘信號后，便完成了整個控制。如果 有切換成功，只有重新啟動切換器，再一次進行切換。 切換器啟動時，首先對工頻電源和變頻電源各自的相序進行檢測，保證 制的切換裝置接線正確。如果切換器檢測出兩路電源的相序不正確，則提示重新接線。待連線正確后，切換器自動進 入 下一畫面。如果相序檢測正確后，則相應的指示燈亮，并進 入 整定值的設定。 整定值的設定。設定 制的切換裝置切換時必須滿足的壓差、頻差、相位差、以及導前時間的要求，只有當變頻電源 和工頻電源的電壓、頻率、相差滿足設定值后，才能夠進行安全可靠的切換。 切換器完成整定后，切換器顯示實時數(shù)據(jù)。有兩種顯示方式 :數(shù)據(jù)顯示方式和矢量圖顯示方式。默認進入矢量圖顯示方式，可以按任意鍵改變顯示方式。傳感器顯示工頻電源與變頻電源的電壓 (以傳感器電壓標稱值的百分比來表示 )、頻率以及兩路電源的頻率差、相位差。當兩路電源的電壓差、頻率差滿足設定要求后，相應的指示燈亮 ； 當切換器收到 出的允許切換信號時，切換器開始控制電源切換過程，并且允許切換指示燈亮，當工頻電源和變頻電源的相差滿足設定要求后，即發(fā) 出切換狀態(tài)信號。 變頻器工作穩(wěn)定后，其穩(wěn)定頻率為 工頻電源的頻率為 50每隔 10 秒鐘，兩路電源的相差必有一次為 0(或 360 度 )，此時便是切換的最佳時機，由于 制的切換器從接收到合閘信號到完成電源切換有一定的動作時間，因此切換器要提前一段時間發(fā)出合閘信號，這段時間就是導前時間，可通過鍵盤方便地進行設置。 6 系統(tǒng)改造調試中應注意的問題 (1) 電機頻 率 切換 電機從變頻狀態(tài)切換到工頻時，由于可能存在相位、電壓頻率差，如果未經檢測進行切換將出現(xiàn)短路現(xiàn)象，造成事故。因此在需要電機從變頻 轉到工頻時一定要加裝智能電源切換控制器。 (2) 最低頻率的設定 由于空壓機具備了變轉矩負載和恒轉矩負載的特性。因此在設定最低頻率時要充分考慮其最小起動轉矩，以免因電流長時間超過額定電流損壞電機，同時也降低了空壓機的排氣效率。 (3) 電機的溫升 采用變頻調速后，電機在低速運行時，電機冷卻效果下降，可能導致?lián)姍C的絕緣等 級下降 ， 因此要 確定是否需增加強制冷卻風機。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀論文設計，答辯無憂，值得下載！ (4) 空壓機的潤滑 空壓機轉速越低，潤滑油的壓力就越低， 影響 潤滑效果。應 根據(jù)最小運行頻率時的油壓 情 況，調整減壓閥，提升油壓。 (5) 系統(tǒng) 的壓力設定 在滿足生產工藝的要求下，壓力設定越低越好。因為空壓機的排氣壓力越高，所需的電機軸功率越大，電機耗電也就越多。 7 行分析 （ 1）空壓機是大轉動慣量負載，啟動轉矩需求大，這種啟動特點很容易引起變頻器零速啟動時出現(xiàn)過流 ， 運行時出現(xiàn)失速過壓自保護跳閘的情況，這樣就有必要在變頻器啟動時投 入 無速度傳感矢量 13控制方式，保證零速啟動時具有100%轉矩輸出，延長給定值的加、減速時間來滿足工作要求。 （ 2）空壓機 是將輸出壓力作為控制對象的，由壓力傳感器對管網(wǎng)壓力進實時檢測，變頻器內部的 能