基于PLC的礦山空氣壓縮機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于PLC的礦山空氣壓縮機控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生：顧健 指導(dǎo)教師：程誠內(nèi)容摘要：空氣壓縮機使礦山生產(chǎn)重要的四大固定設(shè)備之一其能否安全運行直接影響著煤礦生產(chǎn)的產(chǎn)量和效益問題。傳統(tǒng)的用繼電器搭成的控制電路其可靠性差、集程度低、費用高，不能有效的滿足礦山設(shè)備投入的經(jīng)濟性和安全性的要求?？删幊炭刂破鳎≒LC）發(fā)展迅猛，性能很高，價格較為合理，與繼電器搭的控制電路比具有非常大的優(yōu)勢。本系統(tǒng)針對礦用空壓機控制存在的問題和礦山供電的特殊性。利用可編程控制器，通過檢測儀器對PLC提供控制中所需要的信號參數(shù)對空壓機進行自動巡回檢測控制。關(guān)鍵詞：可編程序控制器 實時控制系統(tǒng) 空氣壓縮機Design for Air Co

2、mpressing Machine's PLC system Abstract: This design introduced the S200 PLC machine performance and the characteristic, the programmable controller (programmable controller) is called PLC. As a result of the PLC high performance, has both computer's function to be complete, flexible，versati

3、lity good and following electrical pick-off control simple easy to understand, the service convenience and so on dual merits, form take the microcomputer as the core control electronics, the programmable controller was the recent years one kind extremely rapid, application extremely widespread indus

4、trial control installment. The programmable controller (PLC) has programs the software to pick easily from to study the easy to understand trapezoidal chart language, the control nimble convenient, the anti-jamming ability, the movement stable reliable and so on characteristics, present's indust

5、rial automation production control uses the programmable controller to realize.In view of air compressing machine existing problems and praticularity ofmine power supply, by programmable controller, the signal parameterswhich are need by PLC control the air compressing machine automatically.Keywords

6、: Programmable controller real-time control system Air Compressing Machine目 錄前言11 PLC 概述11.1 PLC簡介11.2 PLC的一般特點21.3 可編程控制器的應(yīng)用21.4 可編程控制器的發(fā)展31.5 PLC的型號選擇41.6 西門子S7-200PLC簡介42 礦山空壓機簡介52.1 空壓機概況52.2 礦山空氣壓縮機的用途62.3 礦山空壓機站及位置62.4 空壓機的分類及特點72.5 空壓機的組成機構(gòu)72.6 活塞式空壓機的工作原理72.7 煤礦常用空氣壓縮機93 系統(tǒng)設(shè)計93.1 設(shè)計要求93.2 硬件

7、設(shè)計93.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計114 設(shè)計總結(jié)13附錄 114附錄 219參考文獻24基于PLC的礦山空氣壓縮機控制系統(tǒng)設(shè)計前言 隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山對礦山設(shè)備的要求越來越高，建設(shè)本質(zhì)安全性礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設(shè)的核心。礦山設(shè)備不斷更新，不斷進步，可靠性、易操作性、可監(jiān)視性、易維護性等已是最基本的要求了。用繼電器搭成德控制電路就有可靠性、不易維護、不易監(jiān)視，已不能適應(yīng)當(dāng)前的要求?，F(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護、易操作、可監(jiān)視并且價格不高這樣的控制器來代替繼電器搭成的電路。隨著電子技術(shù)、軟件技術(shù)、控制技術(shù)飛速發(fā)展，PLC發(fā)展迅猛，性能很高，價格較為合理，與繼電器搭的控制電路比具有非常大的優(yōu)勢。

8、許多礦山設(shè)備已選用了PLC來代替比較重要的設(shè)備控制。傳統(tǒng)的保護主要采用分離儀表，其可靠性差、集成度低、費用高，不能有效的滿足礦山設(shè)備投入經(jīng)濟性和安全性的要求。PLC是一種新型的通用控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專為工業(yè)控制而設(shè)計，具有功能強、可靠性強、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡單、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點。近年來，隨著可編程控制器的日漸成熟，越來越多設(shè)備的控制都采用PLC控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，并取得了很好的經(jīng)濟效益。1 PLC 概述1.1 PLC簡介1可編程邏輯控制器(programmable Logic Controller PLC)是一種

9、新型的工業(yè)控制器，它以微處理器為核心，是微機技術(shù)與繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。早期的PLC只能實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的順序控制，而當(dāng)今的PLC不僅能實現(xiàn)順序控制，還能實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的各種過程控制和網(wǎng)絡(luò)控制。所謂順序控制是指按生產(chǎn)工藝要求編制相應(yīng)程序，在各輸入信號的作用下，控制系統(tǒng)的各個執(zhí)行機構(gòu)按一定規(guī)律自動進行工作。在PLC之前的傳統(tǒng)順序控制系統(tǒng)是由導(dǎo)線、繼電器、接觸器、開關(guān)及觸電等器件按一定的邏輯關(guān)系連接起來的繼電-接觸器控制系統(tǒng)，其連線方式又稱為布線邏輯，具有電路圖直觀形象、價格低廉、容易操作等優(yōu)點，但它是有觸點的控制系統(tǒng)，組合復(fù)雜、維修不便、可靠性差，而且系統(tǒng)接線固定，沒有通用性和靈活性。因此，

10、這種控制系統(tǒng)只能用于要求不高的專用邏輯控制場合。 PLC的一般特點PLC雖然種類繁多，但都有以下共同特點：a. 通用性強：PLC是一種工業(yè)控制計算機，其操作功能可以通過軟件編制確定，在生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時，不必改變PLC硬件設(shè)備，只需改變編程程序就可實現(xiàn)不同的控制方案，具有良好的通用性。b. 編程方便：大多數(shù)PLC可采用類似繼電控制電路圖形式的“梯形圖”進行編程，控制線路清晰直觀，稍加培訓(xùn)即可進行編程，受到普遍歡迎。PLC與個人計算機聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)或加入到集散控制系統(tǒng)之中時，通過在上位機用梯形圖編程，使編程更容易、更方便。c. 功能完善：由于計算機有很強的運算處理能力，故以計算機為核心的現(xiàn)代

11、PLC不僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等控制功能，還能完成A/D、D/A轉(zhuǎn)換、模擬量處理、高速計數(shù)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，還可以通過上位機進行顯示、報警、記錄、進行人機對話，使控制水平大大提高。d. 擴展靈活：PLC產(chǎn)品均帶有擴展單元，可以方便地適應(yīng)不同輸入輸出點數(shù)及不同輸入/輸出方式的需求。模塊式PLC的各種功能模塊制成插板，可以根據(jù)需要靈活配置，從幾個輸入/輸出點的最小型系到幾千個點的超大型系統(tǒng)均可輕易實現(xiàn)，擴展靈活，組合方便。e. 系統(tǒng)構(gòu)成簡單，安裝調(diào)試容易：使用PLC組成控制系統(tǒng)時，簡單的編程與連接取代了傳統(tǒng)的繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等，大大簡化了硬件的連接，減少了設(shè)計和施工工作量。同時PLC又能事先進行

12、模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量 ，并且PLC的監(jiān)視功能很強，模塊化結(jié)構(gòu)大大減少了維修量。f. 可靠性高：PLC采用大規(guī)模集成電路，可靠性要比有接點的繼電器系統(tǒng)高很多。在自身的設(shè)計中，采用了冗余措施和容錯技術(shù)，另外，輸入輸出采用了屏蔽、隔離、濾波、電源調(diào)整與保護等措施 ，提高了抗工業(yè)環(huán)境干擾的能力，使PLC適合于在工業(yè)環(huán)境下使用，可靠性大大提高。 可編程控制器的應(yīng)用近年來，隨著微處理器芯片及其有關(guān)元器件的價格大幅度下降，PLC的成本也隨之下降。與此同時，PLC的性能卻在不斷完善，功能也在增多增強，使得PLC的應(yīng)用已由早期的開關(guān)邏輯發(fā)展到現(xiàn)在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。根據(jù)PLC的特點，可以將其應(yīng)用形

13、式歸納為如下幾類：開關(guān)邏輯控制。這是PLC的最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC具有強大的邏輯運算能力，可以實現(xiàn)各種簡單和復(fù)雜的邏輯控制。模擬量控制。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量都是模擬量，而PLC中所處理的是數(shù)字量，為了能接受模擬量輸入和輸出模擬量信號，PLC中配制有A/D和D/A轉(zhuǎn)化模塊，將現(xiàn)場的模擬量經(jīng)過轉(zhuǎn)化變?yōu)閿?shù)字量，經(jīng)微處理器進行處理，數(shù)字量又經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量去控制被控制對象，這樣就可實現(xiàn)PLC對模擬量的控制。閉環(huán)過程控制。定時控制。PLC具有定時控制的功能，它可以為用戶提供幾十甚至上百個定時器，其定時的時間可以由用戶在編寫程序時設(shè)定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場通過編程器進行

14、設(shè)定，實現(xiàn)定時或延時的控制。計數(shù)控制。計數(shù)控制也是控制系統(tǒng)不可缺少的，PLC同樣也為用戶提供了幾十個甚至上百個定時器，設(shè)定方式如同定時一樣。若用戶需要對頻率較高的信號進行計數(shù)，則可以選擇高速技術(shù)模塊。順步控制。在工業(yè)控制中，采用PLC實現(xiàn)順序控制，可以由移位寄存器和步進指令編寫程序，也可以采用順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語言順序功能圖SFC編寫程序，使得PLC在實現(xiàn)按照事件或輸入狀態(tài)的順序控制相應(yīng)輸出時更加容易。數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代PLC都具有數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進行算術(shù)運算和數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示和打印以及數(shù)據(jù)通信等。對于大、中型PLC還可以進行浮點運算、函數(shù)運算等。通信和聯(lián)網(wǎng)。

15、PLC的控制已從早期的單機控制發(fā)展到了多機控制，實現(xiàn)了工廠自動化。這是由現(xiàn)代的PLC一般通信的功能，它既可以對遠程I/O進行控制，又能實現(xiàn)PLC與PLC、PLC與計算機之間的通信，從而可以方便可靠的搭成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。由此可見PLC是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。1.4 可編程控制器的發(fā)展世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司研制的。早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理功能，成為真正具有計算機特征的工業(yè)控

16、制裝置。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入了實用化階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。這個時期的可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在

17、引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備中不斷擴大了可編程控制器的應(yīng)用。目前，我國已可以生產(chǎn)中、小型可編程控制器。隨著我國四個現(xiàn)代化進程的深入，可編程控制器在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。1.5 PLC的型號選擇綜合輸入輸出點的計算以及要實現(xiàn)的臺車呼叫系統(tǒng)功能，使用西門子S7-200PLC（CPU226）加一個擴展模塊，這樣就能完全能夠滿足設(shè)計要求。S7-200PLC是一種小型可編程邏輯控制器（Micro PLC），可應(yīng)用于各種小型自動化控制系統(tǒng)。高集成度的設(shè)計、低廉的成本使得S7-200成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。

18、并且，西門子S7-200PLC具有：極高的可靠性、豐富的指令集、極快的浮點運算速度、豐富的擴展模塊、強大的內(nèi)部集成功能等幾個方面的出色表現(xiàn)。 西門子S7-200PLC簡介S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計數(shù)器、定時器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強大的指令集使S7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。它集成24 輸入/16 輸出共40個數(shù)字量I/O 點， 有I/O 擴展能力。擁有10K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，4個獨立的30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的20kHz 高速脈沖輸出以及1個RS

19、485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如： 沖壓機床、磨床、印刷機械、橡膠化工機械、中央空調(diào)、電梯控制、運動系統(tǒng)等。圖1.6-1 西門子S7-200PLCSTEP 7-Micro/WIN 32是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計在個人計算機Windows操作系統(tǒng)下運行的編程軟

20、件，它的功能強大，使用方便，簡單易學(xué)，可用梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖三種編程語言編制程序，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換。STEP 7-Micro/WIN 32提供兩套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和國際標(biāo)準(zhǔn)指令集（IEC1131-3方式）。程序編制完成之后，利用PLC與計算機專用的PC/PPI電纜傳送程序至PLC。2 礦山空壓機簡介 空壓機概況空氣壓縮機（簡稱空壓機）是一種用來壓縮氣體提高氣體壓力或輸送氣體的機械。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，壓縮機的種類和結(jié)構(gòu)形式也日益增多。目前不但廣泛地應(yīng)用在采礦業(yè)、冶金業(yè)、機械制造業(yè)、土木工程、石油化工、制冷與氣體

21、分離工程以及國防工業(yè)中。而且醫(yī)療、紡織、食品、農(nóng)業(yè)、交通等部門，對壓縮機的需要也在不斷地增加。空壓機作為煤礦生產(chǎn)的四大件設(shè)備之一，它的安全與高效運轉(zhuǎn)是保證煤礦正常工作的前提條件之一。煤礦安全規(guī)程第403，404，405條對空壓機的運轉(zhuǎn)均有明確的規(guī)定，所以必須對空壓機運轉(zhuǎn)過程中主要技術(shù)參數(shù)進行實時監(jiān)控與安全保護，從而達到進一步提高設(shè)備的安全性、可靠性與利用率，改善工人的勞動環(huán)境，降低工人的勞動強度，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。其次，空壓機作為煤礦重要設(shè)備之一，其年耗電量十分可觀，各礦井用壓設(shè)備都很多：井口絞車系統(tǒng)、井上下裝卸載、井下巷道噴漿等，而且用風(fēng)時間不統(tǒng)一，用風(fēng)量不穩(wěn)定，因此必須連續(xù)運轉(zhuǎn)

22、。當(dāng)用風(fēng)量小時導(dǎo)致空壓機長時間低壓負荷運行，電能損耗增大并加劇了設(shè)備的磨損，增加了運行成本2。空壓機應(yīng)用范圍廣，各個行業(yè)對壓縮氣體有不同的要求。供氣系統(tǒng)的自動控制可以減少工作量，改善工人環(huán)境；而供氣壓力的穩(wěn)定對許多行業(yè)來說可以提高生產(chǎn)質(zhì)量和工作安全性。煤礦空壓機組的智能監(jiān)控系統(tǒng)的研制不僅對煤礦供氣系統(tǒng)有很強的應(yīng)用價值，還可以推廣到其它應(yīng)用領(lǐng)域中去，因而課題的提出具有很強的實際應(yīng)用價值。 礦山空氣壓縮機的用途空壓機的用途是將自由空氣壓縮到需要的壓力，這時的空氣變?yōu)閴嚎s空氣。壓縮空氣一直是金屬礦山和煤礦所采用的原動力之一，它用來帶動風(fēng)動鑿巖機、風(fēng)動裝巖機、風(fēng)動斷釬機、風(fēng)鎬等設(shè)備和風(fēng)動工具，還用來帶

23、動風(fēng)動原動機（俗稱風(fēng)馬達），然后用風(fēng)馬達驅(qū)動工作機械。用壓縮氡氣做動力與電力、水力、液壓相比具有如下特點：風(fēng)動鑿巖機結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、操作維修方便。不怕過載負荷。適用于能鉆鑿堅硬巖石和負載變化很大的風(fēng)動機具。在超級瓦斯礦井中，可以避免電火花引起瓦斯爆炸。風(fēng)動工具和風(fēng)動馬達所排出的空氣可以改善井下通風(fēng)狀況?？諌簷C的構(gòu)造、操作與維護檢修比較簡單。風(fēng)動機具工作時，震動噪聲較大。 風(fēng)動機具的效率較低，用壓縮空氣做動力，其成本比直接使用電能高的多。 礦山空壓機站及位置 空壓機是礦山四大固件之一，從安全觀點出發(fā)，空壓站一般設(shè)置在井上，因為井下的通風(fēng)條件較差，使機器溫度增高，影響工人身體健康，同時增大設(shè)備發(fā)

24、生爆炸的危險。此外，井上較井下設(shè)備運輸與安裝方便。只有當(dāng)井下使用壓縮空氣量較少，才能在井下設(shè)置防爆型移動式空壓機。 根據(jù)有關(guān)規(guī)定:空壓機運轉(zhuǎn)時震動較大，只宜安裝在單層建筑內(nèi)。機房的面積尺寸取決于設(shè)備外形及通道的大小。通常考慮設(shè)備的安裝、運輸及檢修等方面，一般取通道寬為，機房高度也與設(shè)備高度及是否設(shè)置起重設(shè)備有關(guān)。如果是立式空壓機，則機房高度須考慮可能從氣缸內(nèi)取出活塞。另外，在條件允許的情況下，空壓機站不應(yīng)與其他建筑物設(shè)在一起，以免空壓機運轉(zhuǎn)時的噪音影響其他工人的工作3。2.4 空壓機的分類及特點空壓機按照壓縮氣體方式的不同，可分為容積型和速度型兩大類。容積型空壓機通過汽缸內(nèi)做往返運動的活塞或回

25、轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)子來改變工作容積，從而使氣體得到壓縮，提高氣體壓力；速度型空壓機則是借助于高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用，使氣體得到很高的速度，然后又在擴壓氣中急劇降速，使氣體動能變?yōu)閴毫δ?。2.5 空壓機的組成機構(gòu)活塞式空壓機一般有以下幾個機構(gòu)組成：a.機體機構(gòu)：機體機構(gòu)主要是由機身、中體、機塞、曲軸箱、中間接筒、端接筒等部件組成。b.壓縮機構(gòu)：壓縮機構(gòu)主要由氣缸、吸氣閥、排氣閥和活塞等部件組成。c.傳動機構(gòu)：傳動機構(gòu)主要由皮帶輪、曲軸、連桿、十字頭和軸承等部件組成。d.潤滑機構(gòu)：潤滑機構(gòu)主要由齒輪油泵、注油器和濾油器等裝置組成。e.冷卻機構(gòu): 冷卻機構(gòu)主要由冷卻水管路、中間冷卻器、壓后冷卻器和潤滑油冷卻器

26、等裝置組成。f.操縱調(diào)節(jié)機構(gòu): 操縱調(diào)節(jié)機構(gòu)包括減荷閥、壓力調(diào)節(jié)器、安全閥及儀表等。g.動力機構(gòu): 動力機構(gòu)主要包括電動機和起動控制設(shè)備等5。2.6 活塞式空壓機的工作原理 每一臺空壓機都有汽缸和活塞?？諌簷C壓縮氣體的過程包括吸入、壓縮和壓出三個過程。為了說工作原理，將單級單動式空壓機的一個氣缸簡化如圖2.6-1所示。吸入過程：當(dāng)活塞2向右腔移動時，汽缸1的左腔容積增大，壓力下降；當(dāng)壓力降到稍低于吸氣管中的氣體壓力時 ，則吸氣管中的空氣便頂開吸氣閥4，進入氣缸1中，隨著活塞2 向右移動，空氣繼續(xù)進入氣缸1中，直到活塞移至右邊的末端（即右死點）為止。壓縮過程：當(dāng)活塞2向左移動時，氣缸1的左腔容積

27、開始減小，這樣便開始壓縮氣缸1中的空氣，由于在氣缸1上的吸氣閥4有止逆作用，氣缸1中的空氣不能流回吸氣管中。同時，因排氣管中的空氣壓力，又高于氣缸1內(nèi)部的空氣壓力，氣缸1內(nèi)的空氣。也無法從排氣閥3排到氣缸外；而排氣管中的空氣，又因為排氣閥3有止逆作用，也不能流回氣缸中，此時，氣缸1 內(nèi)的空氣保持一定，由于活塞2繼續(xù)向左移動，縮小了氣缸左腔內(nèi)的容積，使空氣被壓縮，空氣的壓力也隨著提高7。圖2.6-1 單級單動式空壓機汽缸示意圖1-汽缸 2-活塞 3-排氣閥 4-吸氣閥 5-活塞桿圖 單級雙動空壓機汽缸示意圖1-汽缸 2-活塞 3、7-吸氣閥 4、5-排氣閥 6-活塞桿壓出過程：隨著活塞2向左移動

28、壓縮空氣，空氣的壓力繼續(xù)升高，當(dāng)氣缸1中的空氣壓力升高到稍大于排氣管中的；空氣壓力時，氣缸1的空氣便頂開排氣閥3并繼續(xù)排除直至活塞移動到左邊末端（即左邊死點）為止。然后活塞2又開始向右移動，重復(fù)上述動作?；钊縼砘匾淮畏Q為一個工作循環(huán)?；钊縼砘匾淮嗡?jīng)過的距離叫做沖程。圖所示為單級雙動式空壓機的一個氣缸簡化圖，這種空壓機氣缸的兩端，都裝有吸氣閥和排氣閥。當(dāng)活塞2從左向右移動時，是空氣經(jīng)過打開的吸氣閥4吸入氣缸1的左腔中，與此同時，在氣缸1的右腔中將空氣壓縮，待排氣閥5打開后，把壓縮空氣有氣缸1的右腔排到排氣管中。當(dāng)活塞2從右向左移動時，空氣經(jīng)過吸氣閥7被吸入氣缸1右腔中，而壓縮空氣由氣缸1左

29、腔經(jīng)過排氣閥4把壓縮空氣排出。這種空壓機，曲軸每旋轉(zhuǎn)一周（一個全行程），發(fā)生兩次吸氣和兩次排氣過程6。2.7 煤礦常用空氣壓縮機煤礦常用的空氣壓縮機是固定型二級雙缸復(fù)動水冷活塞式空氣壓縮機，按其高、低壓氣缸的排列方式，可分為L型和D型兩種7。L型空壓機的高、低壓缸一個水平一個垂直排列。他兼有立式和臥式的優(yōu)點，并用裝在曲軸上的平衡鐵進行大部或全部慣性力的平衡。因此可以制成較高的轉(zhuǎn)速。D型空壓機為對稱平衡式，其特點是氣缸水平布置在曲軸兩側(cè)，相對兩列的活塞力方向相反。能互相抵消，從而改善了曲軸的受力狀況，可節(jié)省材料、減輕機體重量和降低制造成本。本設(shè)計選用L型二級雙缸復(fù)動水冷固定空壓機進行設(shè)計。3 系

30、統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計要求按照系統(tǒng)設(shè)計的要求在啟動主機之前先將水源電磁閥和放空電磁閥都打開，在冷卻水壓和流量達到規(guī)定值條件下，可以進行空壓機的空載起動，然后延時自動關(guān)閉放空電磁閥，空壓機進行正常運行。啟動時允許低油壓啟動，設(shè)置一定時間后對油壓進行監(jiān)控。在停機時，按復(fù)位按鈕放空電磁閥打開，經(jīng)30秒延時后切斷主電源。實現(xiàn)空壓機的停機，同時關(guān)閉水源電磁閥和放空電磁閥。在保戶狀態(tài)時，對進水、水壓、油壓、溫度、電流、電壓等進行監(jiān)控，以上監(jiān)控參數(shù)有一個在設(shè)定范圍內(nèi)發(fā)生故障，產(chǎn)生報警信號，同時打開放空電磁閥，壓縮機減載運行，延時30秒故障不消除自動停機。 硬件設(shè)計按照系統(tǒng)設(shè)計要求以及空壓機的分布情況進行硬件設(shè)計。硬件

31、系統(tǒng)設(shè)計，需要了解各個控制對象的驅(qū)動要求，分析對象的控制要求，確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量、模擬量的控制等，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。其電路原理如圖3.2-2。本設(shè)計中，輸入的主要是各個控制按鈕和傳感器信號，輸出的主要是控制線圈和指示燈。根據(jù)控制要求，編制I/O接口功能表。圖 空氣壓縮機分布圖2 空氣壓縮機PLC控制電路原理圖表 I/O接口功能表輸入輸出啟動保護按鈕警鈴合閘按鈕電機線圈停機復(fù)位按鈕轉(zhuǎn)子線圈分閘按鈕1水源閥分閘按鈕2放空氣閥進水管報警起動黃燈水壓上限報警報警紅燈水壓下限報警運行綠燈油壓上限報警進水管報警燈油壓下限報警水壓上限報警燈一級缸溫度報警水壓下限報警燈二級缸溫度報

32、警油壓上限報警燈電流報警1油壓下限報警電流報警2一級缸溫度報警電壓報警1二級缸溫度報警電壓報警2分閘指示燈勵磁電流保護接地保護 系統(tǒng)的軟件設(shè)計本系統(tǒng)采用了S7-200系列的PLC控制器。根據(jù)硬件設(shè)計中的口線分配情況，編寫程序，根據(jù)控制要求，繪出空氣壓縮機PLC控制流程圖，表達出各控制對象的動作順序，相互間的制約關(guān)系。在明確PLC寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上，進行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計。流程圖主要過程是在啟動主機之前先將水源電磁閥和放空電磁閥都打開，在冷卻水壓和流量達到規(guī)定值條件下，進行空壓機的空載起動，然后延時自動關(guān)閉放空電磁閥，電機啟動，空壓機進行正常運行，點亮運行指示燈。在保戶狀態(tài)時

33、，對進水、水壓、油壓、溫度、電流、電壓等進行監(jiān)控，以上監(jiān)控參數(shù)有一個在設(shè)定范圍內(nèi)發(fā)生故障，產(chǎn)生報警信號，同時打開放空電磁閥，壓縮機減載運行，延時30秒故障不消除進入停機過程。在停機時，按復(fù)位按鈕放空電磁閥打開，經(jīng)30秒延時后切斷主電源。實現(xiàn)空壓機的停機，同時關(guān)閉水源電磁閥和放空電磁閥。YYYYYNNNNN開始空載電磁閥開啟運行指示燈亮接觸器動作啟動冷卻水空載電磁閥關(guān)閉延時T延時T延時T延時T電機啟動報警報警報警報警報警開啟放空閥關(guān)閉冷卻水過流過壓?進水中斷?油壓超限?水位超限?溫度超限?空氣壓縮機運行圖 程序流程圖按照流程圖進行軟件設(shè)計，設(shè)計出的梯形圖和語句表見附錄。4 設(shè)計總結(jié)通過本次畢業(yè)設(shè)

34、計，使我明白實踐是檢驗真理和我們學(xué)習(xí)的標(biāo)準(zhǔn)，書本是死的，只有實踐才能讓我們真正理解我們所學(xué)的理論知識，讓我們動起手來，讓我們自己在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，思考問題，解決問題，檢驗真理。在這次畢業(yè)設(shè)計期間，在老師的指導(dǎo)下，通過自身的不斷努力，無論是在思想上還是學(xué)習(xí)上，我都取得了長足的發(fā)展和巨大的收獲，現(xiàn)將設(shè)計總結(jié)如下：思想上，學(xué)會了用科學(xué)的精神去解決問題。很多事情看起來是很簡單的問題，但實際做起來去會發(fā)現(xiàn)有許多奧妙！這是因為其中蘊含著許多科學(xué)的問題。運用科學(xué)的方法去解決問題，這是我這次實訓(xùn)給我?guī)淼乃枷肷系母淖?。學(xué)習(xí)上，使自已在大學(xué)所學(xué)的知識在這次得到實踐，學(xué)到一些書本上無法學(xué)到的經(jīng)驗。本設(shè)計針對礦山的

35、空氣壓縮機的控制進行了改進，把陳舊的由繼電器的線圈帶動機械觸點動作的控制線路改成有集成度很高的由邏輯控制電子觸點的PLC控制。由于繼電器設(shè)備需要成套購買，改進控制線路比較難，設(shè)備維護不方便等缺點，嚴重的影響了礦山動力的資源。PLC維護方便，動作快，操作簡單，對空氣壓縮機的控制和空氣動力起到了新的作用，達到了生產(chǎn)的要求。本系統(tǒng)還存在不足之處，一是對空壓機機械部分了解的不全面，在控制方面考慮就不會那么周全，另一方面對PLC梯形圖程序的設(shè)計考慮的不夠周全，可能會有重復(fù)的地方，這些都還需要進一步的研究和實踐來解決。在本次畢業(yè)設(shè)計過程中，程誠老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生