基于PLC的煤矿空压机控制系统设计
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河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）说明书毕业设计（论文）题目基于PLC的煤矿空压机控制系统设计站别平顶山函授站年级专业2013级电气工程及其自动化学生姓名指导教师沈占彬2015年4月20日河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）任务书站名：平顶山函授站年级专业2013级电气工程及其自动化学生姓名一、设计（论文）题目：基于PLC的煤矿空压机控制系统设计二、设计（论文）任务与要求1、针对基于PLC的煤矿空压机控制系统，对空气压缩机的分类；2、可编程控制器、plc）控制系统的结构、工作原理、主要特点；3、控制系统的组成、工作原理；4、控制系统的硬件设计等方面的设计。
三、设计（论文）时间2015年3月14日至2015年4月20日指导教师（签名）成教院院长（签名）河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）评定书站名：平顶山函授站年级专业2013级电气工程及其自动化学生姓名一、设计（论文）题目：基于PLC的煤矿空压机控制系统设计二、设计（论文）说明书 37页，附图 0 张。
三、审阅意见及评语指导教师（签名）职称工作单位平顶山工业职业技术学院河南理工大学成人教育学院毕业设计（论文）答辩委员会记录平顶山函授站年级专业2013级电气工程及其自动化学生的毕业设计（论文）基于PLC的煤矿空压机控制系统设计于 2015 年5 月9 日进行答辩。
设计（论文）题目：基于PLC的煤矿空压机控制系统设计答辩学生向毕业设计答辩委员会（小组）提交以下资料：一、设计（论文）说明书共 37页二、设计（论文）图纸共 0张三、指导教师评阅意见共 0张根据学生所提供的毕业设计（论文）材料和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）作出如下决议：一、毕业设计（论文）的总评语：二、毕业设计（论文）的总评成绩：毕业答辩委员会主任（组长）签字：委员（成员）签字：年月日摘要空气压缩机(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调节器目录第一章绪论 (1)1.1 PLC控制在国内外的发展近况 (1)1.2课题的背景和意义 (1)第二章空气压缩机 (3)2.1空气压缩机及分类 (3)2.2螺杆式空压机 (3)2.2.1螺杆式空压机基本结构 (3)2.2.2螺杆压缩机的工作原理 (4)2.2.3螺杆压缩机的特点 (4)2.3活塞式空压机 (5)第三章可编程控制器（plc）控制系统 (8)3.1 PLC的产生和发展 (8)3.2 PLC基本结构 (8)3.3 PLC基本工作原理 (9)3.3.1扫描技术 (9)3.3.2 PLC的I/O响应时间 (11)3.4 PLC的主要特点 (11)第四章基于plc的煤矿空压机控制系统设计方案 (13)4.1控制系统组成 (13)4.2控制系统的工作原理 (14)4.2.1空压机切换工作过程 (19)4.2.2通信方式 (21)4.2.3控制系统概述 (22)4.2.4 报警装置 (26)4.3 系统设计 (26)4.3.1 PLC控制系统设计步骤 (26)4.3.2 PLC程序设计的步骤 (27)4.4 控制系统硬件设计 (28)4.4.1主电路设计 (28)4.4.2 PLC选型 (30)4.4.3变频器选型 (31)4.4.4传感器的选取 (32)4.4.5系统PLC硬件部分地址分配及部分程序 (32)致谢 (36)参考文献 (37)第一章绪论自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，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。
1.1 PLC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。
最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。
接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。
目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。
随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
1.2课题的背景和意义空气压缩机是矿山生产重要的四大固定设备之一，它产生压缩空气，用以带动凿岩机、风动装岩机等设备及其他风动工具。
其能否安全运行直接影响着煤矿生产的产量和效益。
影响其安全生产的因素主要有空压机的超温、超压、断水、断油等。
随着煤矿现代化的发展，矿山企业对矿山设备的要求越来越高,建设安全性矿山已成为煤矿生产建设的核心。
矿山设备不断更新，不断进步，可靠性、易操作性、可监视性、易维护性等已是最基本的要求了。
用继电器组成的控制电路可靠性差、不易维护、不易监视，已不能适应当前的要求。
现在迫切需要可靠性高、易维护、易操作、可监视并且价格不高的控制器来代替继电器组成的电路。
随着电子技术、软件技术、控制技术的飞速发展，可编程控制器（PLC）发展迅猛，性能很高，价格较为合理，与继电器组的控制电路比具有非常大的优势。
许多矿山设备已选用了PLC来代替比较重要的控制设备。
传统的保护设备主要采用分离仪表，其可靠性差、集程度低、费用高，不能有效的满足矿山设备投入的经济性和安全性的要求。
空压机控制系统中PLC的引入极大地简化了空压机系统的操作，节省了人力并且提高了系统的安全性和稳定性。
基于PLC和变频器的空压机控制系统使工作人员可以在计算机集控下完成各项工作，大大减轻了工人的劳动强度，极大地节省了生产中所需的人力资源，也保障了生产和系统的安全。
第二章空气压缩机2.1空气压缩机及分类空气压缩机（空压机）是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。
作为基础工业设备，空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。
空压机分为螺杆式空压机（螺杆式空压机又分为单螺杆式空压机及双螺杆式空压机）、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（如图2-1所示）图2-1 空气压缩机分类2.2螺杆式空压机2.2.1螺杆式空压机基本结构在压缩机机体中，平行的配置着一对互相咧合的螺旋形转子通常把节圆外具有凸齿的转子，称为阳转子或阳螺杆。
把节圆内具有凹齿的转子，称为阴转子或阴螺杆。
一般阳转子与原动机连接，由阳转子带动阴转子转动。
转子上的最后一对轴承实现轴向定位，并承受压缩机中的轴向力。
转子两端的圆柱滚子轴承使转子实现径向定位，并承受压缩机中的径向力。
在压缩机机体的两端，分别开设一定形状和大小的孔口。
一个供吸气用，称为进气口；另一个供排气用，称作排气口。
2.2.2螺杆压缩机的工作原理螺杆压缩机的工作循环过程可分为进气，压缩和排气三个过程。
随着转子旋转，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环。
(1)进气过程：转子转动时,阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时其空间最大，此时转子齿沟空间与进气口的相通，因在排气时齿沟的气体被完全排出，排气完成时，齿沟处于真空状态，当转至进气口时，外界气体即被吸入，沿轴向进入阴阳转子的齿沟内。
当气体充满了整个齿沟时，转子进气侧端面转离机壳进气口，在齿沟的气体即被封闭。
(2)压缩过程：阴阳转子在吸气结束时，其阴阳转子齿尖会与机壳封闭，此时气体在齿沟内不再外流。
其啮合面逐渐向排气端移动。
啮合面与排气口之间的齿沟空间渐渐减小，齿沟内的气体被压缩，压力提高。
(3)排气过程：当转子的啮合端面转到与机壳排气口相通时，被压缩的气体开始排出，直至齿尖与齿沟的啮合面移至排气端面，此时阴阳转子的啮合面与机壳排气口的齿沟空间为0，即完成排气过程，于此同时转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，进气过程又再进行。
从上述工作原理可以看出，螺杆压缩机是一种工作容积作回转运动的容积式气体压缩机械。
气体的压缩依靠容积的变化来实现，而容积的变化又是借助压缩机的一对转子在机壳内作回转运动来达到。
2.2.3螺杆压缩机的特点就气体压力提高的原理而言，螺杆压缩机与活塞压缩机相同，都属容积式压缩机。
就主要部件的运动形式而言，又与离心压缩机相似。
所以，螺杆压缩机同时具有上述两类压缩机的特点。
(1)螺杆压缩机的优点1)可靠性高：螺杆压缩机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命长，大修间隔期可达4～8万小时。
