基于PLC的空气压缩机组控制系统.docx

基于PLC的空气压缩机组控制系统.docx

《基于PLC的空气压缩机组控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的空气压缩机组控制系统.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

基于PLC的空气压缩机组控制系统

《电气自动化）２００６年第２８卷第２期

可编程序控制器应用

ＰＬＣＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．

基于ＰＬＣ的空气压缩机组控制系统

ＴｈｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＡｉｒＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓＢａｓｅｄ

ｏｎ

ＰＬＣ

上海交通大学邵慧华顾战松

（ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）ＳｈａｏＨｕｉｈｕａＧｕＺｈａｎｓｏｎｇ

宝钢分公司炼钢厂陈锦松吴建明

（ＳｈａｎｇｈａｉＢａｏｓｔｅｅｌ）ＣｈｅｎＪｉｎｓｏｎｇＷｕＪｉａｎｍｉｎｇ

摘要：

本文介绍了基于三菱公司的Ｑ系列ＰＬＣ的５台空气压缩机控制系统，叙述了该系统的软硬件设计。

在软件设计中采用了智能控

制算法，使每台空气压缩机的累计运行时间大致相等并避免了压缩机的频繁起制动，提高了整个系统的使用寿命。

关键词：

ＰＬＣ空气压缩机智能控制算法

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆ５ａｉｒｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓｂａｓｅｄ

ｏｎ

ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ

ＱｓｅｒｉｅｓＰＬＣ，ａｓｗｅｌｌ－ａｓｔｈｅｄｅｔａｉｌｓｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅ

ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍａｋｅｓｔｏｔａｌｒｕｎｔｉｍｅｏｆｅａｃｈａｉｒｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｅｑｕａｌａｎｄａｖｏｉｄｓｆｒｅｑｕｅｎｔｓｔａｒｔｉｎｇａｎｄｓｔｏｐｐｉｎｇｂｙ

ＵＳｅ

ｏｆ

ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ

ＳＯ

ｔｈａｔｉｔｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｌｏｎｇ－ｓｐａｎｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

ＰＬＣ

ａｉｒｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ

ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ

【中图分类号】ＴＭ５７１．６＋１【文献标识码】Ｂ［文章编号】１０００—３８８６（２００６）０２．００６８．０３

１

引言

在工业现场有大量设备需要使用压缩空气作为其动力源，并

要求压缩空气的压力保持在一定范围内。

为了达到这一要求，传统的方案是采用多台压缩机（压缩机的驱动装置是不调速的交流异步电动机），根据用气量的多少确定投人运行的压缩机台数。

但是在这种方案中，如果用气量大，而且用气量的变化也大，就会造成压缩机频繁的起制动，这样，既会对电网造成冲击，又会使压缩机的使用寿命缩短。

本文针对这种情况，提出采用ＰＬＣ对投入运行的压缩机台数的优化控制，既使压缩空气的压力保持在规定的范围内，又减少交流异步电动机的起制动次数，从而避免对电网造成的冲击，延长压缩机的使用寿命。

２

空气压缩机组控制系统的硬件设计

．

本空气压缩机组共有５台压缩机，根据用户的要求，各压缩机

既可以按照压力设定值自动起制动，也可以由操作人员在机侧或控制室的操作面板上手动起制动压缩机。

压力设定值通过触摸屏输入，系统正常运行时，触摸屏上实时显示系统运行的工况；当发生故障时，触摸屏上用中文显示该故障源。

故障发生后，还可以在触摸屏上查询故障发生的时间和何种故障。

通过对上述控制要求的归纳和分析，决定采用三菱公司生产的Ｑ系列ＰＬＣ作为本系统的控制器，并采用三菱公司的Ａ９８５ＧＯＴ触摸屏作为本系统的人机界面，该触摸屏与Ｑ系列ＰＬＣ之间采用其内部总线连接，传输速率达到１０Ｍ波特率，是目前世界上传输速率最快的触摸屏之一，能真正实现实时显示系统运行工况。

该系统输入信号包括机侧或控制室的操作面板上的选择开关和按钮，设备上的限位开关，接触器的辅助触点以及各种故障信号，例如：

油压过低，油温上升，压缩空气压力超限，冷却水阀关闭、打开的反馈信号等。

输出信号包括：

启动驱动压缩机的主电机，启动驱动油泵的辅助电

机，打开、关闭各台压缩机的冷却水阀，控制各台压缩机的进气阀等。

还有一路反映压缩空气压力的模拟量输入信号。

这样，硬件系统

采用一块Ｑ系列基本型Ｑ０１ＣＰＵ模块，９块ＱＸ４０输入模块，２块

ＱＹｌＯ输出模块，一块Ｑ６４ＡＤ模数转换模块。

整个系统硬件结构图如图１所示：

图１空气压缩机组控制系统硬件结构图

３系统的软件设计

‘

３．１系统的操作方式

在一般情况下，整个压缩机组控制系统处于自动运行状态。

但在一些特殊情况下（如故障、检修、紧急情况等），需要对压缩机进行手动操作，这时，需要将控制室操作面板上某台压缩机的“单独一联动”选择开关设定到“单独”工作方式，或者将某台压缩机机侧操作面板上的“机侧一远方”选择开关设定到“机侧”工作方式，然后按相应操作面板上的“启动”、“停止”按钮，对其进行手动操作。

整个操作的优先级顺序为：

机侧的操作优先于控制室的操作，手动操作优先于自动控制。

３．２智能控制算法

本系统需要满足下面三个基本控制要求：

（１）使储气罐内的压力值稳定地保持在忱和ＶＨ之间（ＶＬ为压力下限值，Ｈｔ为压力上限值），为工业生产提供压力稳定的气源。

可编程序控制器应用

．Ｐ———ＬＣ—Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ—ｓ—

（２）使各台压缩机的累计运行时间大致相等，尽可能地延长系统的使用寿命。

（３）尽量避免压缩机主电机的频繁起制动，减少起制动电流对电网的冲击。

为了实现上述控制要求，本系统实时读取储气罐内的压力值Ｐ，并将其与记和ＶＨ比较，决定是否要加载、卸载还是维持原状，其流程图如图２所示：

图２压缩机判断程序流程图

当压力值Ｐ大于等于ＶＩＩ时，系统进入卸载运行。

在卸载时，为了使各台压缩机的累计运行时间尽可能的一致，延长系统的使用寿命，因此，要求将累计运行时间最长的那台压缩机的进气阀关闭。

如何快捷地寻找该台压缩机，这里使用了Ｑ系列ＰＬＣ的一条很有特色的ＭＡＸ指令，即在一组数据中寻找最大值，其梯形图如图３所示：

Ｌ＿—＿一卜塑————厂ｉ＿Ｔ１Ｆ厂面—］

＿一

图３

ＭＡＸ指令梯形图

图中操作码ＭＡＸ后的Ｄ１０为源操作数，Ｄ２０为目的操作数，Ｋ５为常数，常数Ｋ５表示该指令执行的这组数据共有５个，Ｄ１０为首地址，该组数据分别存放在Ｄ１０、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４中；目的操作数共占用３个数据寄存器，Ｄ２０为首地址，依次为Ｄ２０、Ｄ２１、Ｄ２２。

当常开触点Ｍ１０闭合时，执行该指令，在这组数据中寻找最大的那个数，并将该数存人Ｄ２０，同时将存放第一个最大值的数据寄存器的序号存入Ｄ２１，Ｄ２２中存放的数表示该组数据中同为最大值的数有几个。

设Ｄ１０、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４中分别存放１１２０、１１２３、１１３３、１０２６、１１３３，执行ＭＡＸ指令后，Ｄ２０内存放１１３３，Ｄ２１内存放３，Ｄ２２内存放２。

在本系统中，将各台压缩机累计运行的小时数分别存人数据寄存器Ｄ１０到Ｄ１４内，不过，要注意的是，手动操作的、已经处在卸载的和没有投入运行的压缩机不在寻找范围内，因此，要将这些压缩机对应的数据寄存器内存放的数置为零，然后执行这条指令，就可以很方便地寻找到累计运行时间最长的那台压缩机，将该压缩机的进气阀关闭，建立这次是第几级卸载的标志，启动计时器，计时时间到，再重新执行压力值Ｐ与ｖＨ、ｖＬ的比较。

由于本系统共有５台压缩机，正常情况下，最多使用４台压缩机，所以最高为第４级卸载。

卸载程序流程图如图４所示。

为了使驱动压缩机的主电机的起制动次数降到最低，从第ｌ级卸载开始，启动计时器Ｔ１２１和Ｔ１２８，当计时器Ｔ１２１计时时间到，记

《电气自动化）２００６年第２８卷第２期

图４卸载程序流程图

录下压缩空气的压力值。

当计时器Ｔ１２８计时时间到，再次记录下压缩空气的压力值，并进行以下判断：

若系统已经有二台或二台以上压缩机处在卸载状态，则将第１级卸载的那台压缩机停止运行，

将其它卸载的级数分别降低１级，将上述２个计时器清零，重新开始计时。

若系统只有一台压缩机处在卸载状态，则通过对上述二个压力值的计算，求得压力的变化率，若该变化率小于零，表示压力呈现下降趋势，则将上述２个计时器清零，重新开始计时；否则，将第１

级卸载的那台压缩机停止运行。

关机程序流程图如图５所示。

当压力值Ｐ小于等于儿，系统进入加载运行。

在加载时，若有压缩机处在卸载状态，则将卸载级数最高的那台压缩机的进气阀打开，并将该卸载标志复位，启动计时器，计时时间到，再重新执行压力值Ｐ与ＶＨ、仡的比较。

若没有一台压缩机处在卸载状态，则要求起动处在停止状态的累计运行时间最短的那台压缩机。

同样地，这里使用到另一条很有特色的ＭＩＮ指令，即在一组数据中寻找最小值，其梯形图如图６所示：

Ｉ

ｌ第—级卸载时．启动计时景

１３２１和１３．２８

◇叁。

ｌ令“ｌ

■

’

＼

７ｌ

关闭第—级的卸载压缩机

Ｉ将压力愀呦

将１３２１和Ｔ１霉复位

１

『

ｉ一

将级别分别降低—级的卸蓑

。

繇≤Ｓ。

Ⅵ黑！

：

＝＝！

罗少

关闭第—级的卸载压缩帆

Ｙ

●

ｌ将压力一陀翻

结束

图５关机程序流程图（下转第７４页）

《电气自动化》２００６年第２８卷第２期

可编程序控制器应用

！

竖垒Ｑ叫！

鲴！

塑

图５软件流程图

夹紧包装袋由下式控制：

Ｂａｇ＿ｃｌｏｓｉｎｇＩＦ（ｍａｎｕａｌ“

Ｉ．ｂａｇｇｉｎｇ＿ｍａｎ．ｃｌｏｓｉｎｇ＿ｂａｇ＿ｍａｎ）。

（３）在自动方式下，按下启动按钮，在系统进行自动称量包装前先进行预处理，判断袋子的有无、加热针头是否预热、输送机是否启动。

转换条件：

／Ｐ１＿ｂａｇ＿ｍｉｓｓｉｎｇ．Ｐｌ＿ｒａｃｈｅｄ＿ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｃｏｎｖｅｙｏｒ＿

ｐｈａｓｅ＿６。

（４）程序中五位二进制数字量称重变量的定义：

【Ａ‘Ｉ＝’１’】ＩＦｉｎｐｕｔ＿Ａ，［Ｂ“Ｉ＝’２’】ＩＦｉｎｐｕｔ＿Ｂ，【Ｃ“Ｉ＝’４’】ＩＦｉｎｐｕｔ＿Ｃ，【Ｄ“Ｉ＝’８’］ＩＦｉｎｐｕｔＤ，［Ｅ“Ｉ＝’

１６’］ＩＦ

ｉｎｐｕｔ＿Ｅ。

５结束语

称量和包装是自动化生产系统中的一个重要环节，采用ＰＬＣ控制的散装粒子自动称重包装系统对工业生产有重要意义，可以推广到许多生产场合（如糖果的称量包装等），不仅可以带来明显的经济效益，而且可以使整个生产系统实现智能化控制。

该系统在进行石子的称量包装生产中效果较好。

参考文献

【１］吴建强等．可编程控制器原理及其应用．哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，１９９８

［２】朱云波．ＰＬＣ在粉体自动称量设备中的应用．机械与电子，２００１（５）

［３】李军等．一种面向ＰＬＣ的通用控制程序开发平台ＣＡＤＥＰＡ．电气自动化，１９９９（５）

（上接第６９页）

ＭＩＮ指令的操作数与ＭＡＸ指令的相类似。

在本系统中，将各台压缩机累计运行的小时数分别存人数据寄存器Ｄ１０到Ｄ１４内，不过，要注意的是，手动操作的和投入运行的压缩机不在寻找范围内，因此，要将这些压缩机对应的数据寄存器内存放的数置为最大，然后执行这条指令，这样，就可以很方便地寻找到累计运行时间最短的那台压缩机，起动该压缩机。

４人机界面

采用Ａ９８５ＧＯＴ触摸屏，用ＧＴＤｅｓｉｇｎｅｒ２开发软件，制作人机界面。

在主画面上，实时地显示系统运行的主要信息，但是，由于需要显示的信息量比较多，所以，还建立了若干个分画面。

通过触摸主画面上不同的触摸键，可以进入对应的分画面。

其中包括每台压缩机都有一个分画面，显示该台压缩机各输入／输出设备的状态，起制动的过程，使操作人员对压缩机的运行情况一目了然。

在参数显示分画面上，可以很方便地知道压力下限值和压力上限值的大小，若需修改参数，则需输入密码，才能修改，这样，可以避免不必要的出错。

系统一旦发生故障，除了蜂鸣器响以外，主画面上的故障指示灯会闪烁，触摸该指示灯，进入故障显示分画面，在此画面上，用中文

图６

ＭＩＮ指令梯形图

提示故障原因，便于操作人员了解系统所发生的故障。

在主画面上还可以通过触摸“故障查询”键，进入历史故障的查询。

整个人机界面友好，能对系统起到很好的监控作用。

同时，由于该触摸屏的高可靠性，可以长期安全可靠地在工业现场运行。

５结束语

该控制系统具有操作简便，自动化程度高。

由于采用了智能控制算法，使各台压缩机累计运行的时间大致相等，并使驱动压缩机的主电机的起制动次数显著降低，因此最大限度地提高了系统的使用寿命。

该系统投入运行后，获得了用户方的好评。

本文对于多机组且采用通断控制的类似系统有一定的推广价值。

参考文献

［１］陈宏钧．活塞式压缩机实用技术手册．机械工业出版社［２］顾战松，陈铁年．可编程控制器原理与应用．国防工业出版社

基于PLC的空气压缩机组控制系统

作者：

邵慧华，顾战松，陈锦松，吴建明，ShaoHuihua，GuZhansong，ChenJinsong，WuJianming

作者单位：

邵慧华,顾战松,ShaoHuihua,GuZhansong（上海交通大学，陈锦松,吴建明,ChenJinsong,WuJianming（宝钢分公司炼钢厂刊名：

电气自动化

英文刊名：

ELECTRICALAUTOMATION年，卷（期：

2006，28（2引用次数：

1次

参考文献（2条

1.陈宏钧活塞式压缩机实用技术手册2.顾战松.陈铁年可编程控制器原理与应用

相似文献（9条

1.期刊论文骆阳.LuoYang矿山空气压缩机PLC控制系统-金属矿山2008（12

空气压缩机的安全生产和保护对于厂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.利用传感检测仪表和PLC对矿山空气压缩机进行控制,实现空气压缩机监控系统设计,从而使生产系统获取良好的经济效益和安全性能.介绍了空气压缩机PLC控制系统组成、保护功能、控制原理、系统通信、系统信号的采集,以及控制系统软件设计思想.

2.期刊论文周书颖PLC在空气压缩机监测保护装置中的应用-工矿自动化2002（6

介绍一种基于PLC的空气压缩机保护装置,讨论了数据显示器的硬件及相应的PLC软件.

3.期刊论文文丽松PLC和变频器在矿山空气压缩机改造中的应用-采矿技术2008,8（5

针对空气压缩机能耗大、噪音大、自动化程度低等缺点,提出利用可编程控制器和变频器对螺杆式空气压缩机进行改造.实践结果表明,该方案自动化程度高,节能效果明显,具有很大的实用价值.

4.期刊论文王淑芬.WangShufen喷气织机用空气压缩机的变频改造-棉纺织技术2009,37（3

为了降低喷气织机的空气消耗,对空气压缩机进行了变频改造.针对原空气压缩机存在能耗大、设备维修量大等问题,提出由变频器和PLC对空气压缩机进行改造的方案.分析了变频器PID运行的原理、PLC控制变频器休眠的原理,并进行了系统调试,通过计算,认为空气压缩机经变频改造后,不但每年可节电约8.4×105kW·h,而且可准确控制空气压力,延长设备使用寿命.

5.期刊论文朱晓荣.石新春.荆有印上安电厂仪表空气压缩机监控系统的实现-电力科学与工程2003（2

6.学位论文刘勇基于现场总线的空气压缩机控制系统的设计与实现2007

随着国民经济的发展，空气压缩机在社会生产中已被广泛地应用于冶金、采矿、机械、制造、石油化工、国防、交通等部门，成为某些行业不可缺少的关键设备。

特别是在半导体生产部门，压缩空气系统从属于动力设备与系统，在半导体生产过程中起着非常重要的作用。

本论文是以某芯片厂封装测试车间压缩空气站控制系统设计项目为背景，来研究基于现场总线的压缩机控制系统的设计与实现。

本文主要完成以下几方面的工作：

1．针对半导体生产线所需压缩空气用量控制精度要求高、同时现场操作环境恶劣的情况，在分析了各种控制方案的基础上，确定采用基于现场总线的远程PLC控制的方式。

实践证明，这种方式具有良好的控制效果，且设计简单，维护方便。

2．给出了系统软硬件的设计方法，硬件采用罗克韦尔自动化的SLC控制器，并利用硬冗余的方式确保系统的可靠运行。

现场操作员终端选用PanelViewPlus，基于RSViewSE完成人机界面的组态。

3．研究了ModBus和RemoteI/O两种总线协议的实现方法。

基于ModBus总线实现了空气压缩机的远程控制；基于RemoteI/O总线实现了系统相关辅助的水泵、阀门、流量压力露点传感器的信息采集和监控。

4．针对生产线通讯、管理的落后现状，本文设计了一种基于OPC的DH+网远程监控系统，可将压缩空气站的相关运行状态反馈到监控中心。

控制系统已投入日常生产，实际证明该控制系统设计合理，运行稳定可靠，很好的满足了空气压缩机控制的要求。

7.期刊论文左华.孙晓霞PLC在大型活塞式空气压缩机中的应用-压缩机技术2005（3

介绍了PLC在大型活塞式空气压缩机控制系统改造中的应用.针对传统控制系统不足,设计了空压机PLC控制系统,完成了软、硬件和外围控制电路的设计开发,并且针对实践中反映的问题提出了进一步的改造方向.

8.期刊论文舒云.夏金妹.SHUYun.XIAJin-meiPLC在高压空气压缩机站自动控制系统中的应用-机电设备2007,24（5

介绍了用可编程控制器PLC改造高压空压机站的设计方法.改造后的高压空气压缩机站自动控制系统的工作稳定性和可靠性都得到了极大的提高,操作环境得到了改善,对同类设备的技术改造具有较高的参考价值.

9.期刊论文周明安.赵志刚.钟德刚.ZHOUMing-an.ZHAOZhi-gang.ZHONGDe-gang螺杆式空气压缩机数字蝶阀的PLC直接控制-液压与气动2006（8

采用可编程控制器直接控制数字蝶阀,可降低螺杆式空气压缩机的成本,提高控制精度及可靠性.文章介绍了PLC控制数字蝶阀的方法,PLC梯形图的控制逻辑以及PLC控制特性.

引证文献（1条

下载时间：

2009年9月24日