基于S7-200的空壓機(jī)控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 單秀文

1 引言

許多空壓機(jī)已選用了PLC來(lái)控制其運(yùn)行。由于PLC本身就是為了能適應(yīng)各種嚴(yán)苛的工業(yè)場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的，采用PLC為核心的空壓機(jī)控制系統(tǒng)可以極大地節(jié)省人力，避免因?yàn)榍榫w或者疲勞產(chǎn)生誤操作，提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行性能。

2 空壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：氣壓傳感器將儲(chǔ)氣罐的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并且進(jìn)行線性化處理，送給PLC的模擬量模塊，PLC內(nèi)置的PID功能將送來(lái)的電信號(hào)與設(shè)定值比較，根據(jù)差值的大小進(jìn)行PID調(diào)節(jié)并產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)，該信號(hào)以模擬電壓形式送往變頻器，變頻器根據(jù)模擬電壓的大小輸出與之成正比的電流頻率，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證壓縮功率達(dá)到設(shè)定值。

圖2.1 空壓機(jī)控制系統(tǒng)

考慮到多數(shù)工業(yè)用戶的實(shí)際需求，本系統(tǒng)使用3臺(tái)異步電機(jī)去控制3臺(tái)空壓機(jī)，如果壓力需求小于某一閥值，只要一臺(tái)電機(jī)和空壓機(jī)工作，即可滿足用戶需要；如果單臺(tái)空壓機(jī)壓縮功率不夠，由PLC判斷并啟動(dòng)2#空壓機(jī)；當(dāng)功率需求很大時(shí)，三臺(tái)電機(jī)以工頻滿負(fù)荷工作。反之，如果儲(chǔ)蓄罐的壓力值超過設(shè)定值一定程度，則根據(jù)超出程度從高到低依次關(guān)閉電機(jī)，本系統(tǒng)工作流程如圖2.2所示。

圖2.2 控制系統(tǒng)工作流程

3 PLC選型

本控制系統(tǒng)中需要用到的主令電氣、氣壓傳感器、變頻器、繼電器和指示燈，根據(jù)所選器件的電壓、功率等級(jí)，輸入信號(hào)可用24V直流信號(hào)，輸出可用繼電器型輸出，綜合考慮，選擇CPU的型號(hào)為CPU224 AC/DC/Relay，為了處理氣壓傳感器送來(lái)的模擬電流信號(hào)和控制變頻器用的模擬電壓型號(hào)，需要額外配備一個(gè)EM235模擬量模塊。

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路

為了實(shí)現(xiàn)變頻恒壓控制功能，軟件編程達(dá)到下面幾點(diǎn)要求：

4.1 工頻和變頻之間實(shí)現(xiàn)互鎖

各電機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行方式下，工頻和變頻之間進(jìn)行切換時(shí)要確保兩者不同時(shí)動(dòng)作，即同一時(shí)間內(nèi)只允許一臺(tái)電機(jī)變頻工作，不允許多臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行在變頻狀態(tài)下。

4.2 需設(shè)置供氣頻率

由于空壓機(jī)供氣時(shí)須有一定的供氣頻率，且在不同工作壓力時(shí)的供壓頻率不同，因此在調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率及投切電機(jī)時(shí)，有一段時(shí)間的延遲。

4.3 系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，要求變頻運(yùn)行時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的自動(dòng)升降調(diào)節(jié)

PLC需實(shí)時(shí)檢測(cè)供氣管道網(wǎng)的壓力值，并與設(shè)定的運(yùn)行壓力值相比較，來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)空壓機(jī)空氣壓力的輸出量，使供氣管網(wǎng)壓力維持穩(wěn)定。PLC采用PID來(lái)調(diào)節(jié)管道網(wǎng)壓力，并設(shè)置合適的PID參數(shù)，使系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)快速穩(wěn)定壓力，防止系統(tǒng)震蕩等問題。

4.4 參數(shù)設(shè)置

程序中的PID控制器使用比例和積分控制，由工程經(jīng)驗(yàn)法初步確定回路的增益和時(shí)間常數(shù)，初始比例增益參數(shù)和時(shí)間常數(shù)設(shè)置為：Kc=0.6，采樣時(shí)間Ts=200ms，積分時(shí)間TI=30min。在實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行時(shí)再做進(jìn)一步修改。

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)在分析空壓機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)由三臺(tái)獨(dú)立的空壓機(jī)組成的穩(wěn)定壓力氣源系統(tǒng)。以PLC為控制核心、變頻器為驅(qū)動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)具備開發(fā)周期短、通用互換性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，模塊式的設(shè)計(jì)布局極大地延長(zhǎng)了生產(chǎn)過程中整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)故障工作時(shí)間，發(fā)展空間廣闊。

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