单螺杆空气压缩机组的PLC控制系统的设计.pdf

机 电工程2 O 0 3年 第 2 o 卷 第 4期 M e c h a n i c a l ＆E l ect r i c a l E n g i n e e r i n g Ma g e V o 1 ． 2 0 N o ． 4 2 0 0 3 单螺杆空气压缩机组的 P L C控制系统的设计 张振飞， 黄宏格， 雷军 湖南大学 衡阳分校， 4 2 1 1 0 1 摘要 阐述 了单螺杆 空气压缩机组的工作原理 ， 并采用可编程序逻辑控制 器 P L c 技术对其控制 系统在软件和硬件方面进行 了设计。 关键词 单螺杆空气压缩机 ； 可编程序逻辑控制器； 控制 中图分类号 T P 3 9 1 ． 8 ； T H 4 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 5 5 1 2 0 0 3 0 4 0 0 3 3 0 4 Th e DI o f PLC Co n t r o l l n g S y s t e m o f S i ng l e - S c r e we d Ai r CO I F Un i t s Z HA NG Z h e n f e i ， HU AN G Ho n g - g e ， L E I J u n H e n g y a n g B r a n c h ，H u n a n U ．c r s i t y ，H e n g y o n g 4 2 1 1 0 1 ，C mn a a r a c l e i l l u s t ra t es t h e w o r k i n g p r i n c i p l e s o f th e s i n g l e - s c r w e d a i r c o m p r e s s o r u n i t s ， a n d 她a d v a n t a g e o f the t ．．h n o l n ge o f P L C， t l l e a r d de h a s d e s i g n e d the s o f t a n d h a r d W a r e s o f the c o n t r o l i ng s y s t e m o f t h e s i n g l e - s c r e w e d a i r c 0 釉p l u n i ts． r WO l ；S i n g l e - S c r e w e d a i r c o mp r e s s o r ；P L C； C o n t r o l 1 前 言 单螺杆压缩机是机电一体化技术含量较高的机 械产品 ， 广泛用于机械 、 化工 、 国防、 冶金、 采矿 、 建 筑、 铁路公路修建、 轻工、 纺织、 医疗器械、 电子、 食品 等各行业， 为各种风动工具气动机构、 气动控制及风 动机械提供所 需要 的压缩空气 。其工作性能 的好 坏 ， 寿命的长短， 可靠性及 自动化程度的高低直接影 响到使用行业工作效率。因此， 设法提高其质量， 使 其操作简便 ， 工作稳定可靠 ， 实现无人看管自动控制 显得尤其重要 。 收稿 日期 2 0 0 3 0 4 1 6 修订 日期 2 0 ∞ 一0 5 一l 9 作者筒介 张振飞 1 9 6 6 一 ， 男 ， 湖南衡 阳人 ， 工程师 ， 主要从事 电气 自动控制方面的教学 与研究 。 目 标值 s v 测定值 P 、 r 参数 输出值 M V 主控温度设定值主控温度测定值参数副控参数设定值 副控参数设定值副控温度测定值 参数 加热器控制信号 达到采样 时间的 P I D指令 在其后扫描时进行 P I D运算 。 S 1 设定 目标值 s v ； s 2 设定测定现在值 P V ； s 3 一s 3 6 设定控制参数 ； P I D运算程序片段 ， 如图 7所示。 4 结论 该 系统具有 良好的人机界面， 能方便地在线修 改参数 ， 可以实现对整个锅炉系统工艺流程的控制 。 能够 自动控制锅炉温度， 并达到所需精度。在实际 使用中效果良好 。 M [MOV K S 0 0 D 4 0 】 [ MOV K 2 3 D 4l 1 [ MOV K5 0 0 4 2 ] [ MOV K5 0 0 04 3 ] [ MOV Kl 0 04 4 ] 一 [MOV K 0 04 5 】 [MOV K 0 04 5 ] [MOV K 0 04 5 ] 。_[ P I D D 2 0 D l 04 0 DI S 0 ] 图7 P I D运算程序 参考文献 [ 1 ] 王兆义． 小型可编程控制器实用技术[ M] ． 北京 机械 工 业 出版 社 ．1 9 9 8． [ 2 ] 厉玉鸣． 化工仪表及 自动化[ M] ． 北京 化 学工业出版 社 ． 1 9 9 9． 维普资讯 3 4 M e d mfi d西e c c 8 l E n o n e e fi Ma Ⅱ e V o 1 ． 2 0 N o ． 4 2 O O 3 机电工程2 O O 3年 第 2 0卷 第 4期 2 单螺杆压缩机结构及工作过程 2 ． 1 结构 单螺杆压缩机结构 ， 如图 1 所示。该压缩机核 心结构经专用机床精加工而成 ， 内由 1 根有 6条螺 旋凹槽 的螺杆 ， 两侧配 1 对平面星结构轮构成工作 腔 ， 螺杆旋转带动星轮在封闭的机壳 内作周而复始 的吸气 、 压缩 、 排气回转运动 ， 螺杆每旋转 1 周产生 1 2 个压缩循环。单螺杆 压缩机 的螺杆 同时与 2个 星轮啮合 ， 既使螺杆受力完全平衡 ， 又使排量增加一 倍 ， 且压缩机的体积小。 图 1 单 螺 杆 压 缩 和 结 构 示 意 图 2 ． 2 工作过程 2． 2． 1 吸 气 气体通过吸气 口进入转子齿槽 。随着转子的转 动， 星轮依次进入与转子齿槽啮合的状态 ， 气体随即 便被吸入由转子齿槽 、 机壳及星轮齿面所形成 的密 闭空间， 即压缩腔 。 2． 2． 2压 缩 随着转子的旋转 ， 这种压缩腔的体积便不断减 小 ， 即其中气体随之被压缩 ， 直到该压缩腔的前沿转 至排气 口。 2． 2． 3排 气 压缩腔前沿转至排气 口后便开始排气 ， 直到压 缩腔完全通过排气 口， 完成一个工作循环。 3 空气压缩机组工作原理 压缩机组系统简图， 如图 2所示。机组 由空气 过滤器、 卸荷 阀、 单螺杆压缩机、 单向排气阀、 油气分 离罐、 油气油过滤器、 单向阀、 供油电磁阀、 加载电磁 阀、 压力控制阀、 节流阀等组成。外界空气 由空气过 滤器除尘后 ， 经卸荷 阀进入压缩机主机进行压缩 ， 在 压缩腔内与润滑油混合 ， 压缩后的混合油气经单 向 排气阀进入油气分离罐， 在油气分离罐内分离大部 分润滑油， 再经过油气细分离器过滤掉残余的润滑 油 ， 接着经过最小压力阀、 空气冷却器空气干燥器 截止阀后 ， 以较低 的温度 和较干燥的压缩空气送 入使用系统 ， 供用户使用。而润滑油主要起润滑轴 承与转子接触面， 密封啮合副间隙， 冷却压缩过程的 作用 ， 后者作用最为重要 。油气罐 内的润滑油在空 气压力下被压入油冷却器 ， 在油冷却器内被冷却后 ， 再送人油过滤器滤去污垢和杂质。过滤后的润滑油 在这里与油气细分离器分离的经单向阀送来的润滑 油汇合 ， 其后共同经过供油电磁 阀， 分成 2路 1 路 由 主机下端喷入压缩室， 冷却压缩空气 ； 另 1 路流到主 机两端 ， 用来润滑轴 承组 ， 然后再 聚集在压缩室底 部， 随压缩空气排出。这些油气混合体经过单向排 气阀后分别在油气分离罐和油气细分离器被分离出 来 ， 再开始另一次循环。 4 系统控制要求 根据该机组的工作原理可知 ， 它属于高气压设 备。因此， 系统内的气压平衡控制， 压缩空气温度控 制以及供油 系统 的控 制成 为本 系统控制设计 的重 点 。除此之外 ， 压缩机主电机 ， 风机 的过载保护， 电 堵塞 图 2 压 缩机 组 系统简图 出气 维普资讯 机 电工程2 0 O 3年 第 2 o卷 第 4期 Me c h a n i c a l ＆ E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n gMa g a z i n e V o 1 ． 2 0 N o ． 4 2 0 O 3 3 5 源相序的正确 压缩机绝对不能反转 性等对空压机 组的正常工作也至关重要 。因此 ， 在空压机组 中设 置以下的检测装置及工作状态指示装置 ， 以确保其 安全 、 稳定 、 可靠地工作 。 4 ． 1 压力方面 ①在空气滤清器排气 口装有真空压力开关 ， 以 防其堵塞 ； ②在油气细分离器 ， 油过滤器 中装有压差开关 ， 以防其堵塞 ； ③为保证控制系统气压平衡 ， 装有可调压力上 下限开关 ； ④加载电磁 阀控制加载和卸载。 4 ． 2 温度方面 ①在压缩机排气 口装有排气超温开关 ； ②风机冷却器用于冷却压缩空气。 4 ． 3 供油方面 在供油电磁阀两端装有压差发讯器 ， 确保 主机 起动运行时不间断供油 ， 其故障时紧急停机。 4 ． 4 其它方面 ①风机过载保护 ； ②主机过载保护 ； ③相序 、 缺相保护 。 4 ． 5 工作状态指示装置 ①正常工作状态指示 ； ②声光故障报警 ， 同时显示故障代码 。 5 P L C控制系统的设计 5 ． 1 硬件设计 该控制系统输入点数为 1 4点， 输 出点数为 2 3 点。考虑到 I／ O各 留 1 0 ％余量， 决定选用 F X 2 6 4 M T型 P L C ， 可满足上述要求。其硬件图， 如图 3 所示 。 启动 X 0 Y 。 停止 x 1 - I 急停 止 x ．． ．． ．- _ J 示检查 X， ， Y n 七甘l 空开关 x ． Y ． ． i D 一 主 L三 角 运 行 K，_ M 连 葙 、j 缺 一．／ X， Y。 _ r 卜 加载电磁阀线圈及 相检测器 I 4 I1 c o 。 ， KM 爱塞开关 X 6 器故障 ／ L 、 、 l l 一 __ 五 力开关 ． ．． ．． ， ． 一 ， Y ． 国一 E 差 开关 ． ．． ．． ， ． 一 x j 置 温 开 关 X 葺 旺 载 开 关 X K R 尘 载开关 X 。 ， l一 定 相 信 号 ．．．．． ．一 妻 K M 彰 风机电机 主机电机 互 锁开关 ．． ．． ． I 1． n M c 图 3 P L C控 制 系统硬件 图 该控制系统设计 了两位数码显示器来显示故障 代码。故障代码含义如下 0 o一正常运转 O 1一空气滤清器堵塞 0 2一排气温度过高 o 3一油过滤器堵塞 o 4一油气细分离器堵塞 o 5一供油电磁阀堵塞 0 6一卸载超时 o 7一 主机过载 o 8一风机过载 o 9一逆相或缺相 5 ． 2 软件设计 5 ． 2 ． 1 主程序流程 图， 如图 4 所示。 5 ． 2 ． 2 利用块复位指令编写的紧急停机子程序 ， 如 图 5所示 。 5 ． 2 ． 3 利用专用计时器指令编写的故障警示子程 序， 如图 6所示 。 5 ． 2 ． 4 状态指示灯检查子程序 ， 如图 7 所示。 维普资讯 3 6 Me c h a n i c a l ＆E l e c tr i c a l E n g i n n g M e V o 1 ． 2 0 N o ． 4 2 0 0 3 机电工程2 0 0 3年 第 2 o卷 第 4期 l 主机星形起 ．1 3 ra i n 保护后 1 _- { 动 静 6 s 供 油 ] 重 新百 葫 起 动l } 阀 同 时 开 启 t l 主机转为三l l 动标记J I角形运行 I J 无故障时运I l运行 1 l 行灯亮，数 l I 码显示0 0 l 由 瘵 囱 ＼ 巡 ’ 1 Y 一 ／ ． l 调状态警l ＼ l 示子程序l VL-_ 厂一 第一次加载前发I l 调紧急停机l 出停止信号标记l I 子程序和I t l 时卸载计时I l 主机风机l l K IW I 2 得电l I 3 0 s 内按停 t 二二[ 二 I l 卸 S t．3 0 s 后l I 第 一 次加I I 机组全停 I l 载前标记l l 1 0 ra i n 内气压低于 l ]■一 l 下限值时重新加载 l ’ l卸载超过1 0 l N l ～ lm i n 时机组全停I M 8 o o O 图 5 紧急停机子程序 ’ l ～ ⋯ ～ ⋯⋯ ’ 、 一 霉 Y 一 21 _ _ 一 二 Y 2 二 ，4一 Y2 6 _ _ 一 L Y2 7 D ．m l Y3 0 三 艘 i 三 氍 躺 i 逝 KK 00 96 j 图 6 故障警示子程序 图4 主程序流程 图 图7状态指示灯检 查子程序 6 结束语 该系统在设计过程中充分考虑其工作过程中的 各个细节 ， 具有安全、 可靠、 无人 留守 的 自动控制功 能 。目前 ， 该系统已在某型号的单螺杆空气 压缩机 组上运行良好 。 参考文献 [ 1 ] 顾战松， 陈铁年． 可编程控制器原理与应用[ M] ． 国防 工 业 出版 社 ． 2 0 0 0 ． [ 2 ] 陈宇编． 可编程控制器基础及编程技巧[ M] ． 华南理工 大学出版社。 1 9 9 9 ． 维普资讯