plc煤矿空压机监控系统设计
目录
1. 绪论 1
1.1空压机的背景和意义 1
1.2空压机的工作流程 2
1.4 控制系统组成 2
1.5 本课题主要研究内容 3
2. 控制系统硬件设计 4
2.1 PLC的选型 4
2.1.1 PLC控制在国内外的发展近况 4
2.1.2 PLC型号的比较与选择 4
2.1.3 PLC的数字量I/O部分 5
2.1.4 模拟量输入部分 6
2.2 变频器选型 6
2.3 传感器选型 7
2.3.1 温度变送器 7
2.3.2 压力变送器 7
2.4 电动调节阀选型 8
2.5 空压机监控系统硬件连线 9
2.6 空压机监控系统电动机线路设计 10
3. 控制系统部分设计 11
3.1 总体流程设计 11
3.1.1 手动模式 12
3.1.2 自动模式 12
3.2 PID控制 17
4. 组态界面的设计 20
4.1 组态界面的设计 20
4.1.1 登陆界面的设计 20
4.1.2 主界面的设计 21
4.1.3 实时曲线界面设计 21
4.1.4 报警界面 22
4.2 通信方式 22
5. 系统调试与运行监控 23
5.1 变频器参数设置 24
5.2 系统调试 24
5.3 运行结果 26
结语 28
参考文献 29
附录1 30
致谢 38
1. 绪论
空气压缩机是工业现代化的基础产品，常说的电气与自动化里就有全气动的含义；而空气压缩机就是提供气源动力是气动系统的核心设备机电引气源装置中的主体，它是将原动（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。
1.1空压机的背景和意义
在个工业发达的年代，空气压缩机被广泛运用到机械、矿山、医疗
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
、电子等各个行业。但是空压机的弊端也很明显，它的电能消耗非常巨大，有相关数据表明，仅2011年我国空压机系统消耗电量约有3000亿度。各行业所使用的空压机普遍存在运行过程能量消耗过大，能量损失严重等问题，产生这些问题的源头非常多，如企业选择空气压缩机时，一般按照所需最大工作需求确定装机容量，而到真正实际使用时，大多数情况下仅仅使用了额定供气量的50%~60%。通过对空气压缩机运行过程进行优化，可以在一定程度上减少能耗。
经过近十年的发展后，螺杆空压机的应用越来越普遍，在1~60m3/min的流量和等于20Barg的压力范围内几乎占有了主导地位，在欧、美、日等经济发达国家的占有率已经接近100%，而其中的99%以上是双螺杆空压机。
空气压缩机是矿山生产的重要固定设备之一，是煤矿大型共用耗电设备，包括风动工具、凿岩机、风镐、井口绞车系统、井上下装卸载、井下巷道喷浆等，而且由于设备的多样性，用气时间、需求压力也大为不同，所以当空压机长时间处于工频工作状态时，电能损耗增大并加剧了设备的磨损，增加了运行成本。如用风量小时设备停机，将导致空压机频繁停启，设备寿命大大缩短，而且会影响用煤矿的正常生产。其能否合理运行直接影响着煤矿工作效率及企业的利益。
为了能够使空压机合理、规范运行, 并且稳定输出压缩气体, 减轻管理者负担, 节约能源, 提高企业管理水平, 使繁琐的手动控制变为自动控制, 实现空压机自动化控制、安全运行及稳定生产, 是很有必要的。所以本设计以工程实际为基础设计了一套基于组态王 Kingview 6.55软件和PLC200的空压机监控系统, 以计算机作为监控系统中的上位机, 下位机则采用PLC200作为现场的控制设备, 使空压机运行更为稳定, 提高自动化生产程度,为空压机安全运行提供保证, 使空压机性能满足生产要求, 降低生产成本。
1.2空压机的工作流程
空压机系统的运行原理如图11所示。
图11空压机系统
空压机从外界吸取空气后，经过滤网、空气过滤器两次过滤后才能一级气罐。接着空气将进入主压缩腔进行压缩，其中转子由电动机驱动。期间空压机润滑油注入转子室，对螺杆进行润滑冷却并对压缩腔进行密封。压缩完毕后，含有润滑油成分的空气注入油气分离器，分离器将润滑油与压缩空气分离，分离出的润滑油在油冷却器中冷却，再流经油过滤器重新回到储油罐形成循环。分离出的压缩空气通过空气冷却器进行冷却，经过冷却的压缩空气经过一个截止阀进入用气系统、储气罐。
1.4 控制系统组成
控制系统由以下部分组成：变频器、可编程控制器、模拟量输入模块、电抗器、压力变送器、温度变送器、按钮、指示灯等。空压机监控系统总体框图如图12所示。
图12 空压机监控系统总体框图
1.5 本课题主要研究内容
本课题主要涉及到内容是煤矿空压机监控系统的设计，主要有以下内容：
（1）介绍煤矿空压机的基本现状，包括煤矿空压机监控系统的发展现状及空压机的控制流程；
（2）介绍PLC的基本结构和工作原理，并对煤矿空压机监控系统进行设计；
（3）具体分析设计煤矿空压机监控系统的硬件系统；
（4）具体分析设计煤矿空压机监控系统的软件系统；
（5）对所设计的煤矿空压机监控系统进行调试与运行。
2. 控制系统硬件设计
2.1 PLC的选型
2.1.1 PLC控制在国内外的发展近况
20世纪80年代初，PLC在先进工业国家的工业生产中已被广泛应用。世界上能够生产PLC的国家越来越多，产量大幅提高。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC技术的飞跃时期，每年PLC在工业上的应用增长率约有30%~40%。在此期间，PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络通信方面的能力都突飞猛进，PLC逐渐占据过程控制领域的主导地位，在一些方面上取代了当时在过程控制领域应用更为广泛的DCS系统。
20世纪末期，PLC的发展方向是更加符合现代工业的需求。在此时期为了满足不同的生产需求，开发了大型、超小型PLC。同时发明了各种各样的特殊功能单元、人机界面单元、通信单元，使PLC的应用性进一步增强。
1. 绪论 1
1.1空压机的背景和意义 1
1.2空压机的工作流程 2
1.4 控制系统组成 2
1.5 本课题主要研究内容 3
2. 控制系统硬件设计 4
2.1 PLC的选型 4
2.1.1 PLC控制在国内外的发展近况 4
2.1.2 PLC型号的比较与选择 4
2.1.3 PLC的数字量I/O部分 5
2.1.4 模拟量输入部分 6
2.2 变频器选型 6
2.3 传感器选型 7
2.3.1 温度变送器 7
2.3.2 压力变送器 7
2.4 电动调节阀选型 8
2.5 空压机监控系统硬件连线 9
2.6 空压机监控系统电动机线路设计 10
3. 控制系统部分设计 11
3.1 总体流程设计 11
3.1.1 手动模式 12
3.1.2 自动模式 12
3.2 PID控制 17
4. 组态界面的设计 20
4.1 组态界面的设计 20
4.1.1 登陆界面的设计 20
4.1.2 主界面的设计 21
4.1.3 实时曲线界面设计 21
4.1.4 报警界面 22
4.2 通信方式 22
5. 系统调试与运行监控 23
5.1 变频器参数设置 24
5.2 系统调试 24
5.3 运行结果 26
结语 28
参考文献 29
附录1 30
致谢 38
1. 绪论
空气压缩机是工业现代化的基础产品，常说的电气与自动化里就有全气动的含义；而空气压缩机就是提供气源动力是气动系统的核心设备机电引气源装置中的主体，它是将原动（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。
1.1空压机的背景和意义
在个工业发达的年代，空气压缩机被广泛运用到机械、矿山、医疗
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
、电子等各个行业。但是空压机的弊端也很明显，它的电能消耗非常巨大，有相关数据表明，仅2011年我国空压机系统消耗电量约有3000亿度。各行业所使用的空压机普遍存在运行过程能量消耗过大，能量损失严重等问题，产生这些问题的源头非常多，如企业选择空气压缩机时，一般按照所需最大工作需求确定装机容量，而到真正实际使用时，大多数情况下仅仅使用了额定供气量的50%~60%。通过对空气压缩机运行过程进行优化，可以在一定程度上减少能耗。
经过近十年的发展后，螺杆空压机的应用越来越普遍，在1~60m3/min的流量和等于20Barg的压力范围内几乎占有了主导地位，在欧、美、日等经济发达国家的占有率已经接近100%，而其中的99%以上是双螺杆空压机。
空气压缩机是矿山生产的重要固定设备之一，是煤矿大型共用耗电设备，包括风动工具、凿岩机、风镐、井口绞车系统、井上下装卸载、井下巷道喷浆等，而且由于设备的多样性，用气时间、需求压力也大为不同，所以当空压机长时间处于工频工作状态时，电能损耗增大并加剧了设备的磨损，增加了运行成本。如用风量小时设备停机，将导致空压机频繁停启，设备寿命大大缩短，而且会影响用煤矿的正常生产。其能否合理运行直接影响着煤矿工作效率及企业的利益。
为了能够使空压机合理、规范运行, 并且稳定输出压缩气体, 减轻管理者负担, 节约能源, 提高企业管理水平, 使繁琐的手动控制变为自动控制, 实现空压机自动化控制、安全运行及稳定生产, 是很有必要的。所以本设计以工程实际为基础设计了一套基于组态王 Kingview 6.55软件和PLC200的空压机监控系统, 以计算机作为监控系统中的上位机, 下位机则采用PLC200作为现场的控制设备, 使空压机运行更为稳定, 提高自动化生产程度,为空压机安全运行提供保证, 使空压机性能满足生产要求, 降低生产成本。
1.2空压机的工作流程
空压机系统的运行原理如图11所示。
图11空压机系统
空压机从外界吸取空气后，经过滤网、空气过滤器两次过滤后才能一级气罐。接着空气将进入主压缩腔进行压缩，其中转子由电动机驱动。期间空压机润滑油注入转子室，对螺杆进行润滑冷却并对压缩腔进行密封。压缩完毕后，含有润滑油成分的空气注入油气分离器，分离器将润滑油与压缩空气分离，分离出的润滑油在油冷却器中冷却，再流经油过滤器重新回到储油罐形成循环。分离出的压缩空气通过空气冷却器进行冷却，经过冷却的压缩空气经过一个截止阀进入用气系统、储气罐。
1.4 控制系统组成
控制系统由以下部分组成：变频器、可编程控制器、模拟量输入模块、电抗器、压力变送器、温度变送器、按钮、指示灯等。空压机监控系统总体框图如图12所示。
图12 空压机监控系统总体框图
1.5 本课题主要研究内容
本课题主要涉及到内容是煤矿空压机监控系统的设计，主要有以下内容：
（1）介绍煤矿空压机的基本现状，包括煤矿空压机监控系统的发展现状及空压机的控制流程；
（2）介绍PLC的基本结构和工作原理，并对煤矿空压机监控系统进行设计；
（3）具体分析设计煤矿空压机监控系统的硬件系统；
（4）具体分析设计煤矿空压机监控系统的软件系统；
（5）对所设计的煤矿空压机监控系统进行调试与运行。
2. 控制系统硬件设计
2.1 PLC的选型
2.1.1 PLC控制在国内外的发展近况
20世纪80年代初，PLC在先进工业国家的工业生产中已被广泛应用。世界上能够生产PLC的国家越来越多，产量大幅提高。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC技术的飞跃时期，每年PLC在工业上的应用增长率约有30%~40%。在此期间，PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络通信方面的能力都突飞猛进，PLC逐渐占据过程控制领域的主导地位，在一些方面上取代了当时在过程控制领域应用更为广泛的DCS系统。
20世纪末期，PLC的发展方向是更加符合现代工业的需求。在此时期为了满足不同的生产需求，开发了大型、超小型PLC。同时发明了各种各样的特殊功能单元、人机界面单元、通信单元，使PLC的应用性进一步增强。
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