基于三菱fx2n_plc的空压站计算机监控系统设计(编辑修改稿)

基于三菱fx2n_plc的空压站计算机监控系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

转速(r/min) 1170 1170 1450 1150 900 1200 功率 (kW) 13 16 173 162 15 22 近 10年来，空压机产品技术发展动向为 :提高气阀等易损件的使用寿命，向全自动控制方向发展，设有启动、停车、运行的自控装置和参数失常的保护措施，降低噪声，配置压缩空气干燥净化装置，以提高压缩空气品质。 （ 2）国内概况 中国空压机厂几十年都在生产同一种产品 ，导致了中国空压机只是在低层次上的发展，而没有取得根本技术上的突破。 国内对陆用空压机的研究较晚，目前生产的空压机也较少，且品种单一，主要为排气量 ，排气压力为 下的微型机它们主要是在排气压力为 ，一般为两级压缩、可靠性差，每年产量仅为 1000台左右。 中国现在仍在大规模生产的活塞式空压机在发达国家已经早已淘汰。 随着塑料制品行业的迅猛发展，对空压机要求具有更高压力，更大气量才能使生产出来的产品质量好，成本低。 同时，对空压机的可靠性与运行的经济 性也提出了更高的要求，就国内现有生产企业的产品技术水基于三菱 FX2N_PLC的空压站计算机监控系统设计 9 平无论在品种上，还是在可靠性方面都难以满足。 ．电气控制技术发展概况 电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的，从最早的手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储控制系统。 现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。 作为生产机械动力的电机拖动，已由最早的采用成组拖动方式至单独拖动方式，至生产机械的不同运动部件分别由不 同的电机拖动的多电机拖动方式，发展到今天无论是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。 继电接触式控制系统主要由继电器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。 由于这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其他机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习先进电气控制的基础。 这种控制系统的缺点是采用规定的接线方式，灵活性差，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。 从 20 世纪 30 年代开始，生产企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方 式，对不同类型的产品分别组成生产线。 随着产品类型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的设备按新的工艺过程允许，而继电接触器控制系统采取规定接线方式，很难适应这个要求。 大型生产线的控制系统使用的继电器数量很多，这种有触点的电器工作频率很低，在频繁动作的情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产线的允许可靠性降低。 为了解决这个问题， 20 世纪 60 年代初期利用电子技术研制出矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统来代替继电接触式控制系统。 对复杂的自动控制系统则采用计算机控制，由于这些 控制装置本身存在某些不足，因此均未能获得广泛应用。 1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车（ GM）公司，为适应汽车型号不断更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性等优点和继电接触器控器系统的简单易懂、操作方便、价格底等优点结合起来，做成一种能适应工业环境的通用控制装置，并把编程方法及程序输入方法简化，使不熟悉计算机的人员也能很快掌握其使用技术。 根据这一设想，美国数字设备公司（ DEC）于 1969 年率先研制出第一台可编程控制器（简称 PLC），并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功。 从此以基于三菱 FX2N_PLC的空压站计算机监控系统设计 10 后，许多国家的著名 厂家竞相研制，各自成为系列，而且品种更新很快，功能不断增加，从最初的逻辑控制为主发展到能进行模拟量控制，具有数字运算、数字处理和通信联网等许多功能。 PLC 另一个突出的优点是可靠性很高，平均无故障运行时间可达 10 万个小时以上，可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济随时。 当前PLC 已经成为电气自动化控制系统中应用最为广泛的核心控制装置。 自 20 世纪 70 年代以来，电气控制相继出现了直接数字控制系统（ DDS）、柔性制造系统（ FMS）、计算机集成制造系统（ CIMS）、智能机器人、集散控制系统（ DCS）、现场总线控制 系统等多项高技术，形成了从产品设计及制造生产管理的智能化生产的完整体系，将自动化生产技术推进到更高的水平。 三菱 FX2N 系列 PLC 概述 FX2N 系列 的特点 FX2N系列 PLC可以应用在大多数单机控制或简单的网络控制中，是 FX系列中规格最大 、性能最高、功能最强的一个系列。 它兼容了 FXIS/IN系列的全部功能。 该系列使用了比 FXIS/IN系列性能更高的 CPU， CPU运算速度与运算性能得到了提高， I/O点增加了，扩展功能模块也更多，编程功能与通信功能更强。 主要体现在以下几个方面。 (1) FX2N系列基本逻辑控制指令的执行时间由 FXIS/IN系列的每条 高到了每条 ,速度提高了近 10倍；应用指令的执行时间由 FXIS/IN系列的每条 ，速度也提高了两倍以上。 （ 2） FX2N系列采用了基本单元加扩展的结构形式，基本单元本身具有固定 I/O点，可以作为独立的 PLC使用。 FX2N系列也有扩展 I/O模块，最大 I/O点数可以达到256点。 与 FXIN相比，在输入 /输出扩展功能上， FX2N系列主要增加了模拟量输入 /输出模块，而开关量的输入 /输出扩展模块与 FXIN系列基本相同。 （ 3） FX2N系列的应用指令大为增加，达到 132种、 309条，主要增加的是传送、移位、求补和代码转换等应用指令。 PLC的编程元及用户程序存储器容量也比 FXIN大大增加。 可以实用的内部继电器、定时器、技数器数据存储器、用户程序存储器的容量等为 FXIN系列的 23倍。 （ 4） FX2N系列 PLC可以使用较多的特殊功能模块，如温度传感器输入模块、温度调节模块、脉冲输出模块、轴定位模块、高速计数模块和转角检测模块等外部模基于三菱 FX2N_PLC的空压站计算机监控系统设计 11 块，以适应温度控制和位置控制的应用场合。 （ 5）在通信功能方 面， FX2N在 FXIN的基础上增加了 MNET网络链接的通信模块，以适应网络链接的需要。 FX2N系列 PLC基本单元有 6种规格，分别为 1 3 4 6 80、 128。 基本单元根据电源可以分为 AC和 DC两种；根据输出可以分为继电器、晶体管和双向晶闸管 3种。 FX系列 PLC型号的说明 FX 系列 PLC 是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原 F、 F F2 系列 PLC 产品。 其中 FX2 是 1991 年推出的产品， FX0 是在 FX2 之后推出的超小型 PLC，近几年来又连续推出了将众多 功能凝集在超小型机壳内的 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N、 FX2NC 等系列 PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。 它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。 FX系列 PLC 型号的含义如下 ： 其中系列名称：如 0、 0S、 1S、 ON、 1N、 2N、 2NC 等 单元类型： M──基本单元 E──输入输出混合扩展单元 Ex──扩展输入模块 EY──扩展输出模块 输出方式： R──继电器输出 S──晶闸管输出 T──晶体管输出 特殊品种： D── DC 电源， DC 输出 A1── AC 电源， AC（ AC100~120V）输入或 AC 输出模块 H──大电流输出扩展模块 基于三菱 FX2N_PLC的空压站计算机监控系统设计 12 V──立式端子排的扩展模块 C──接插口输入输出方式 F──输入滤波时间常数为 1ms的扩展模块 如果特殊品种一项无符号，为 AC 电源、 DC 输入、横式端子排、标准输出。 例如 FX2N－ 32MT－ D 表示 FX2N 系列， 32 个 I/O 点基本单位，晶体管输出，使用直流电源， 24V直流输出型。 FX2N系列 的工作原理 FX2N系列 的采用循环扫描方式，一个扫描周期一般包括五个阶段 :输入处理、执行程序、处理通讯请求、执行 CPU自诊断测试和写输出。 输入处理阶段 对个数字量输入点的当前状态进行输入扫 描，并将各扫描结果分别写入对应的映像寄存器中。 在执行程序阶段， CPU从第一条指令开始顺序取指令并执行，直到最后一条指令结束。 执行指令时从映像寄存器中读取各输入点的状态，每条指令的执行是对各数据进行算术或逻辑运算，然后将运算结果送到输出映像寄存器中。 在 CPU扫描周期的信息处理阶段， CPU自动检测并处理各通讯端口接收到的任何信息。 即检查是否有编程器、计算机等的通信请求，若有则进行相应处理，在这一阶段完成数据通讯任务。 CPU自诊断阶段， CPU检测主机硬件，同时也检查所有的 输入输出模块的状态。 在 RUN模式下，还检测用户程序存储器。 如果发现异常，则停机并显示出错。 若自诊断正常，继续向下扫描。 写输出阶段， CPU用输出映像寄存器中的数据几乎同时集中对输出点进行刷新，通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。 与计算机的循环取指令和执行指令的工作方式不同，循环扫描的工作方式执行用户程序只是其中的一步，而且指令的执行结果并不立即传送到输出点，只是用它改变内部的映像寄存器状态，当所有指令执行完成后，同时对各输出点刷新。 PROFIBUSDP 现场总线 概述 现场总线的概念 所谓现场总线，是指将现场设备与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络基于三菱 FX2N_PLC的空压站计算机监控系统设计 13 向现场发展的产物。 它是用于支持现场装置，实现传感、变送、调节、控制、监督以及各种装置之间透明通信等功能的通信网络，保证网内设备间相互透明有序地传递信息是它的主要集成任务。 PROFIBUS 简介 PROFIBUS（ Process Field Bus）， 1987 年德国工业界开始启动了 PROFIBUS联合开发项目。 由这个联合体开发 的规则和标准成为德国工业标准，即DIN E 19245[2] PROFIBUS 标准。 于 1996 年，德国的国家现场总线标准成为国际性标准，即欧洲标准 EN 50170。 20xx 年 3 月， PROFIBUS 标准被批准为国际 现场总线标准 IEC61158 的组成部分（ TYPEIII）。 PROFIBUS 现场总线是一种国际化、开放式异步通讯标准，于 1996 年被批准为国际标准。 PROFIBUS 主要由 PROFIBUSFMS、 PROFIBUSPA 和 PROFIBUSDP 等三部分组成 ， PROFIBUS 已经广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化等。 PROFIBUSDP 是一种高速低成本通讯，主要应用于现场设备级传输介质为屏蔽双绞线（ EIA RS485） ， 使用 PROFIBUS 技术的核心公司有 SIEMENS、 E+H 和 SOFTING 等。 PROFIBUSDP 的实时性远高于其他局域网，因而特别适用于工业现场。 它的缺陷是，若向网中增删站点，就要重新初始化整个网络，并对各站重新排序。 S7200PLC只能作为 PROFIBUSDP 从站，但是 S7200PLC 是可以独立编程和完成控制的，又把PROFIBUSDP 技术 的应用更扩展一步。 PROFIBUS 现场总线结构 图 14 现场总线结构图 基于三菱 FX2N_PLC的空压站计算机监控系统设计 14 从图中可以看出， 采用 PROFIBUS 现场总线的控制系统可以分成现场控制层、监控层和企业管理层三层。 现场控制层 现场控制层由现场智能设备、现场智能仪表、远程 I/O 和网络设备构成。 现场控制涉及 PROFIBUS 协议 PROFIBUSDP 和 PROFIBUSPA 两个部分。 PROFIBUSDP 是高速网络，通讯速率达到 12M。 PROFIBUSDP 可以连接远程I/O 、执行机构、智能马达控制器、人机界面 HMI 、阀门定位器、变频器等智能设备，一条 PROFIBUSDP 总线可以最多连接 123 个从站设备。 PROFIBUSDP 的拓扑结构可以是总线型、星型和树型，通讯介质可以是屏蔽双绞线、光纤，也支持红外传输，采用双绞线时，不加中继器最远通讯距离可达 公里，最多可以采用 9 个中继器，最远通讯距离可达 9 公里。 采用光纤时，最远通讯距离可达。