基于plc空气压缩机的监控系统设计

基于plc空气压缩机的监控系统设计内容摘要：

于低分断能力的熔断器。 高熔点材料如铜、银，其熔点高，不容易熔断，但由于其电阻率较低，可制成比低熔点熔 体较小的截面尺寸，熔断时产生的金属蒸气少，适用于高分断能力的熔断器。 熔体的形状分为丝状和带状两种。 改变变截面的形状可显著改变熔断器的熔断特性。 熔断器具有反时延特性，即过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。 所以，在一定过载电流范围内，当电流恢复正常时，熔断器不会熔断，可继续使用。 熔断器有各种不同的熔断特性曲线，可以适用于不同类型保护对象的需要。 基于 PLC 和变频调速的空压机控制系统设计 10 第 3 章 控制方案的选择 控制方案的选择 机械控制方案 机械控制方案用来实现单一功能的循环，功能较弱。 对工作 环境的选择无特殊要求，但是保证其长期运行的难度大，它的损耗很大，虽然其价格便宜，但是长期运作又会使得亏价跟高。 需较多的硬件部分，这将会增大控制系统的安装接线工作量，且会增大控制系统的故障率。 可编程序控制器控制方案 可编程序控制器是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已成为当代工自动化的主要支柱之一。 近年其推广应用在我国得到了迅猛发展，其应用领域包括： 1）开关量逻辑控制， 2）运动控制， 3）闭环过程控制， 4）数据处理， 5）通信联网。 而且可编程序控制器控制具有如下几个优点：。 ，性能价格比高。 ，用户使用方便。 ，抗干扰能力强。 、安装、调试量少。 ，维修方便。 ，能耗低。 因为空气压缩机 控制系统的程序步数较多，若采取机械控制方案，则需较多的硬件部分，这将会增大控制系统的安装接线工作量，且会增大控制系统的故障率，修改也不方便；若采用单片机控制方案，则需为控制系统制作印制电路板和许多输入／输出接口电路，延长设计制作周期。 此外，单片机控制系统对环境要求较高，不太适于在工作环境相对较差的工业企业使用。 综 上所述，空气压缩机对控制系统的各项要求，包括控制系统的特性和优缺点，使用环境等等，对三种控制方案进行综合考虑和比较，本人认为空气压缩机的控制方案应排除采用机械控制和单片机控制这两种方案，而应采用可编程序控制器（ PLC） 来控制 基于 PLC 和变频调速的空压机控制系统设计 11 PLC 的发展过程 虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步， PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： PLC（ 60 年代末 — 70 年代中期） PLC 一般称为可编程逻辑控制器。 这时的 PLC 多 少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。 它在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。 装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。 另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。 在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 — 梯形图。 因此，早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。 其中 PLC特有的编程语言 — 梯形 图一直沿用至今。 PLC（ 60 年代末 — 70 年代中期） 在 70 年代，微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。 美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元 (CPU)。 这样，使 PLC 得功能大大增强。 在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。 在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块。 并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存 器，使 PLC 得应用范围得以扩大。 PLC（ 80 年代中、后期至今） 进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。 而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。 这样使得 PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。 PLC 的发展趋势 随着计算机科学的发展和工业自动化的愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展。 仅仅将 PLC 理解为开关量控制的话，那就是一个错误的概念了。 综合 国外特别是欧洲及国内的发展动态，其发展趋势主要有以下几个方面 : 基于 PLC 和变频调速的空压机控制系统设计 12 PLC 的主要特点 可靠性高 1. 所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离 2. 各输入端均采用 RC 滤波器其滤波时间常数一般为 10~20ms. 3. 各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰 4. 采用性能 优良的开关电源 5. 对采用的器件进行严格的筛选 6. 良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况 CPU 立即采用有效措施以防止故障扩大 7. 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 ,使可靠性更进一步提高 丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号如 1. 交流或直流 2. 开关量或模拟量 3. 电压或电流 4. 脉冲或电位 5. 强电或弱电等 有相应的 I/O 模块 与工业现场的器件或设备如 1. 按钮 2. 行程开关 3. 接近开关 4. 传感器及变送器 5. 电磁线圈 基于 PLC 和变频调速的空压机控制系统设计 13 6. 控制阀 直接连接另外为了提高操作性能它还有多种人 机对话的接口模块。 为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构， PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连 接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 安装简单维修方便 PLC 不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模 块的方法使系统迅速恢复运行。 PLC 的组成 PLC 的硬件主要由中央处理器（ CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。 其中， CPU 是 PLC 的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入 /输出设备与 CPU 之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。 对于整体式 PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图 25 所示；对于模块式 PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图 26 所示。 无论是哪种结构类型的 PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。 尽管整体式与模块式 PLC 的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的，下面对 PLC主要组成各部分进行简单介绍。 中央处理单元（ CPU） 同一般的微机一样， CPU 是 PLC 的核心。 PLC 中所配置的 CPU 随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如 Z80、 808 80286 等）、单片微处理器（如 8038096 等）和位片式微处理器 (如 AMD29W 等 )。 小型 PLC 大多采用 8 位通用微处理器和单片微处理器；中型 PLC 大多采用 16 位通用微处理器或单片微处理器；大型 PLC 大多采用高速位片式微处理器。 基于 PLC 和变频调速的空压机控制系统设计 14 目前，小型 PLC 为单 CPU 系统，而中、大型 PLC 则大多为双 CPU 系统，甚至有些 PLC 中多达 8 个 CPU。 对于双 CPU 系统，一般一个为字处理器，一般采用 8 位或 16位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。 字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。 位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现 PLC 编程语言向机器语言的转换。 位处理器的采用 ,提高了 PLC 的速度，使 PLC 更好地满足实时 控制要求。 在 PLC 中 CPU 按系统程序赋予的功能，指挥 PLC 有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面：。 、 PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。 ，并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。 ，经过解释后执行。 ，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。 有些 PLC 还具有制表打印或数据通信等功能。 存储器 存储器主要有两 种：一种是可读 /写操作的随机存储器 RAM，另一种是只读存储器ROM、 PROM、 EPROM 和 EEPROM。 在 PLC 中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。 系统程序是由 PLC 的制造厂家编写的，和 PLC 的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供 PLC运行的平台。 系统程序关系到 PLC 的性能，而且在 PLC 使用过程中不会变动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器 ROM、 PROM 或 EPROM 中，用户不能访问和修改。 用户程序是随 PLC 的控制对 象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。 为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于 CMOS 静态 RAM 中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。 为了防止干扰对 RAM 中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器 EPROM 中。 现在有许多 PLC 直接采用 EEPROM 作为用户存储器。 工作数据是 PLC 运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。 存放在 RAM 中，以适应随机存取的要求。 在 PLC 的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器 件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。 根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，基于 PLC 和变频调速的空压机控制系统设计 15 这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。 由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在 PLC 产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。 当 PLC 提供的用户存储器容量不够用，许多 PLC 还提供有存储器扩展功能。 输入 /输出单元 输入 /输出单元通常也称 I/O 单元或 I/O 模块，是 PLC 与工业生产现场之间的连接部件。 PLC 通过输入接口可以检测被 控对象的各种数据，以这些数据作为 PLC 对被控制对象进行控制的依据；同时 PLC 又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。 由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而 PLC 内部 CPU 的处理的信息只能是标准电平，所以 I/O 接口要实现这种转换。 I/O 接口一般都具有光电隔离和滤波功能，以提高 PLC 的抗干扰能力。 另外， I/O 接口上通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护。 PLC 提供了多种操作电平和驱动能力的 I/O 接口，有各种各样功能的 I/O 接口供用户选用。 I/O 接口的主要类型有：数字量（开 关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。 常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交 /直流输入接口，其基本原理电路如图 27 所示。 常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：是继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出，其基本原理电路如图 28 所示。 继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于交流负载。 PLC 的 I/O 接口 所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为 PLC 输入 /输出（ I/O）点数。 I/O 点数是选择 PLC 的重要依据之一。 当系统的 I/O 点数不够时，可通过 PLC 的I/O 扩展接口对系统进行扩展。 通信接口 PLC 配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。 PLC 通。