螺杆空气压缩机PLC控制系统开发基础简介

shengke51

一、
PLC简介（可编程序控制器）
; c  k  w! h, p. JPLC英语全称含义为（Programmable Logic controller）采用微电脑技术制造的通用的自动化控制设备，实际上现在的PLC的功能远远不仅仅是逻辑控制，按照实际的功能应称为（Programmable controller），简称PC，因个人计算机也称PC，为了避免混淆，现在世界多数PLC厂家还是用PLC作为可编程序控制器的简称。
1．
" p! E7 {, u6 p$ k: a' C- d( [0 |PLC的硬件结构：
世界各国生产的PLC外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件结构大体相同。主要由中央处理器（CPU），存储器（RAM、ROM），输入输出接口（I/O），电源及通讯接口几大部分构成。PLC硬件结构框图见下图。
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+ K% F0 x& W+ ]: S2 b/ P* N①中央处理器（CPU）是可编程序控制器的核心， 它在系统程序的控制下，完成逻辑运算，数字运算，协调系统内部各部分工作。一般来说PLC档次越高，CPU的位数越多、运算速度越快、指令功能越强。PLC的CPU一般多为8位或16位。为了提高性能也有采用双CPU，例西门子S7-400冗余系统机型。
②
存储器是存放PLC系统程序、用户程序及运算数据的部件，和一般计算机相同，PLC采用（ROM）只读存储器存放需永久保存的程序及数据，用（RAM）存放运算中程序及数据，存储器还有一部分空间用来作为数据区，用来存放用户数据及计时、计数值等。
③
( ?2 e! x3 y# a  P) l/ v% `. u输入输出接口（I/O）是用来连接工业控制中现场各类信号的部件，输入接口用来接受生产过程的各种参数。输出接口用来送出PLC运算后得出的控制信息。并通过机外的执行部件完成工业现场的各类控制。
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# i! j, q' z0 s+ X6 I1 ?1 ~+ o模拟量输入输出接口（A/D、D/A）摸拟量输入其作用是将现场连续变化的模拟量信号（标准的）转换成PLC 能接受的数字信号（A/D）。摸拟量输出将由PLC运算处理后的数字信号转换成相应的模拟量信号输出，以满足现场连续控制信号的需求（D/A）。
⑤
通讯接口其用作下载或上载用户编制的程序及将PLC中运行数据及状态信息通过触摸屏、文本显示器与操作员进行对话，将操作员发出的数据、命令通过人机界面由通讯口送入PLC。PLC的多机联控、上位计算机联网监控等均由通讯接口承担。
⑥
& s8 Q7 n- }) R& f. EPLC外部供电有交流、直流两种，内部工作电源均为直流，一般来说CPU工作电源为直流5V、I/O工作电源为直流24V，掉电保护一般均采用电池。
2、
+ @6 {4 P: z2 e3 \9 r+ ?* YPLC的软件：
$ N3 U& a/ q4 Y4 r% e& c. U& j①
4 N$ `9 Z' T( h系统软件含系统的管理程序，用户指令的解释程序及专用标准程序块（例PID控制）。系统软件在PLC出厂时已装入机中，在控制应用中用户不需要做任何调整改动。
②
应用软件也叫用户软件，是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。程序表达方式一般有二种，应用最多的为梯形图。第二种是指令方式，也有叫语句表，西门子PLC还有一种方式称为功能块图，熟悉数字电路的人比较容易掌握。和系统软件不一样用户软件根据控制需求可方便的进行编辑及修改。
% T& h# U: w) [" C" v( ?0 }! h3、
+ Y/ d1 _3 y1 \8 }: y4 VPLC的主要特点：
' L, H! f- ?: z5 y# f# d  p可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，系统设计工作量小，维护方便，体积小，重量轻，耗电低等优势。
& B# o. ~! {( B6 q4、
/ g) n* R# I7 [8 ?4 v" p1 s( y' G0 wPLC的主要功能：
1 h% C8 f, y' N& w①
条件控制（即逻辑运算功能）
6 a  _( R* |) G9 `$ ]PLC均设置有“与”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）、“输出”（OUT）等逻辑运算指令，能处理继电器接点的串、并联控，为此可替代继电器进行开关量控制。
②
' G* c4 B5 L5 ?0 _; |时限控制（时间继电器功能）
PLC内部设置有上百个时间继电器，定时值可在程序编制中设定，也可通过人机界面进行设定或修改。PLC在运行中根据设定值进行时限或延时控制，以满足生产工艺计时需求。
③
计数控制（计数器功能）
PLC内部同样设置有上百个计数器，计数值可在程序编制中设定，也可通人机界面进行设定或修改。PLC在运行中根据设定值进行正计数或逆计数控制，以满足生产工艺中计数的需求。
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  p3 H9 d6 I7 @, f8 B0 X+ ?; C& u0 ]数据处理（各种数制运算功能）
PLC具有非常强的数据处理能力，能对各种数制进行整数或   浮点数的加、减、乘、除、开方等运算，还能对数值进行与、或、异、非等逻辑运算，还能对数值进行传送、移位、检索、比较、转换、编码、译码等功能操作。
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. o: z( K# E+ M; }0 h* z模→数、数→模（模拟量数字量转换功能）
PLC具有模拟量到数字量，数字量到模拟量的转换功能，例如：压缩机中压力，温度均为模拟量信号，采用标准的模拟量传感器通过PLC的A/D模块将模拟量信号转换成PLC能接受的数字信号，再由PLC运算处理来控制压缩机的加卸载及提供人机界面的压力、温度的数值显示。在变频压缩机的控制中，又需要将PLC中以处理过的压力数字信号通过D/ A模块转换为标准的模拟量信号。提供给变频器进行恒压供气控制。
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通讯和联网功能
现代PLC均具有很强的通讯联网功能，可以将PLC及人机界面进行联网控制，还可以与上位计算机进行联网，接受上位机的读写命令，以完成更为复杂的控制。还可以通过电话线及调制解调器与PLC专用通讯模块连接，组成远程通讯网，用于对设备的远程监控。例如PLC程序上载、下载、PLC与人机界面连结、压缩机多机联控组网(Modbus. Profibus. Ethernet)均采用了PLC的通讯和联网功能。
二、
PLC在螺杆压缩机控制中的应用简介
- i( c8 G! R& ]. x- ]随着微电子技术及控制理论的发展，螺杆压缩机已广泛的采用微电脑作为控制系统。由于PLC通用性强，技术成熟，可靠性高、抗干扰能力强（能适应恶劣的运行环境），为此运用PLC在螺杆压缩机作控制系统变得越来越普及，但是与单片机相比PLC主要缺点是成本相对较高。但对于中、大型机组及用户有特殊要求时采用PLC控制还是很有优势的。
: e- i, ^4 z* y9 ?! t3 |5 [1、压缩机→PLC的开关量输入信号：
①
$ @3 _7 C7 U% p  W操作按钮输入信号（启动、停止、急停按钮），PLC的参数设定完成后，上述三只按钮即可完成对压缩机的全部操作控制。按下启动按钮，PLC控制压缩机主电机进入星三角转换启动，启动完成后，自动进入加卸载，此时压缩机进入自动运行状态。若在运行中，按下停止按钮，压缩机先卸载，再经延时后停止主电机运行。当发生PLC控制系统无法检测的故障时，按下急停按钮，压缩机即马上停止运行。
②
8 f& x' y4 ~6 w# H, \% j电源保护输入信号（电源相序保护继电器），压缩机上电后，该继电器首先检查电源相序是否接错，三相电源是否缺相（好的继电器还设有电源欠压、超压保护），并将检查后的开关量信号送PLC。
③
( I. W2 @. m' P' h主电机、风机过载输入信号（热继电器），当主电机或风扇电机发生过载故障，该继电器切断电源并将开关量信号送PLC。
; m8 o7 `' a# D/ l④
% Q- ]! ~! b$ f( y6 Y6 M三滤堵塞输入信号（压差开关），当空滤，油滤，油分发生堵塞，相对应的压差开关发出信号送PLC。
⑤
接触器故障输入信号（接触器附助触电），主电机的三只接触器及风机接触器在吸合和断开操作中其附助触点也随着发生ON或OFF动作。PLC获取此信号用来判断接触器有否故障。
2、PLC开关量输出信号→压缩机：
PLC输出开关量均采用中间继电器将信号放大后输出，这样可以避免输出执行元件过流、过载所造成对PLC输出口的损坏。
①
% y) `, C# P& a主电机运行（主、星、角接触器），PLC根据输入口信号状态、启动控制命令及按程序编制的控制要求经运算后由输出口发出执行信号，中间继电器将此信号放大后控制主电机运行。
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风机电机运行（风机接触器）控制原理同上述相同，风机的运行及停机，由PLC根据系统温度进行控制。
③
压缩机加卸载（加卸载阀），PLC根据人机界面设置的加卸载压力参数通过输出口来控制加卸阀的开启及关闭，同样也由中间继电器放大后提供给加卸阀执行。
④
; c& W1 f2 T6 O  |运行状态显示（LED显示灯板），PLC根据压缩机的运行状态，通过输出口将状态信息由控制面板上LED灯板进行显示，共有五条显示内容：分别为电源指示、主电机运行状态、系统加卸载状态、系统故障报警、卸载过久停机。
7 b# ^: `3 W1 }' u7 ^/ B) v* H+ r3、压缩机模拟量信号→PLC：
① 压缩机排气压力模拟量信号（压力传感器），压力传感器安装在压缩机排气出口上，其将机组排气压力转换成标准的4～20mA电流信号，再由PLC的模拟量输入模块（A/D）转换成数字信号送入PLC中。例：压力传感器将0～1.6Mpa压力转换为对应的4～20mA电流。A/D模块将4～20mA电流转换为0～32000数值，PLC将采样到的数字信号经用户程序技术处理及运算后再转换为0～1.6Mpa的数值，在人机界面上显示和在程序运用控制机组的加卸载及超压保护。
② 压缩机温度模拟量信号（温度传感器），温度传感器由温度变送器及PT100组成，转换及控制原理同压力传感器。例：温度变送器将PT100采样的0～150℃温度信号转换成对应的4～20mA电流信号。A/D模块将4～20mA电流信号转换为6400～32000数值。
9 b5 E* J8 B8 L: Y# U) \③ 其他模拟量信号，控制要求复杂的压缩机还需提供螺杆机头出口压力，电动机绕组温度，电动机轴承温度，排气口温度，储气罐压力，储气罐温度、水压、水温等模拟量信号。
4、PLC模拟量输出→变频器（压缩机）：
在压缩机主电机采用变频器运行控制中，为了使主电机的转速根据排气压力变化而实现恒压供气时，PLC系统将采样的排气压力数字信号通过模拟量输出（D/A）口转换成与压力对应的4～20mA电流模拟量信号提供给变频器，变频器根据此模拟量信号来改变输出的电源频率，使主电机转速改变实现恒压供气，要说明的是PLC不是简单将采样的模拟量信号→数字信号→模拟量信号。而是中间要经过复杂的PID调节运算，输出与采样压力值相反的模拟量信号给变频器。
5、PLC→人机界面通讯：
上述介绍的内容均为单相的（输入或输出），而PLC与人机界面通讯连接是具有双向功能的，我们知道人机界面是操作员实现与PLC对话的工具。如同计算机的显示器（CRT）。人机界面我公司采用的有两种产品，即文本显示器和触摸屏，前者价格便宜，相对信息存储量少，功能简单。而后者价格较贵，但优点是信息存储量大，功能强，使用操作方便。触摸屏我公司选用的是日本pro—face（3.8寸）规格。
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PLC→人机界面，通过人机界面主画面，我们可以看到实时的排气压力，系统温度以及压缩机累计运行时间，加载累计运行时间。按下查询键，可以看到所有参数设置值及运行方式的设置信息，还有三滤及润滑油运行时间。按下故障查询键可以看到故障内容，故障发生频率，故障发生时间信息。
②
人机界面→PLC，按下人机界面的设置键，可以进行所有压力，温度，时间参数设置、运行方式设置及压力、温度增益修正。按清零键，可以对三滤及油的运行时间进行清零，按下复位键，可以对故障锁存进行解锁复位操作。

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顶一下，生产PLC的厂家吗？

020029

支持！希望继续发表科学论文。老许。

屈国师

谢谢!!!非常感谢!!!希望以后有更多的高手发类似的帖子.
* h1 l' Z$ J3 ]* w: I狂顶!!!

fwkg

太       深            奥

hyyfsensor

是做变频器的么。我公司是专业做压力传感器的。能不能与贵公司合作合作呢？

zhoudi

学习了，好资料啊

土著

谢谢分享看看

newhorse

看看啊,人笨学不会

zqjzqj8888

学习了，有更详细的吗，谢谢

lydxliusun

PLC控制压缩机似乎就一个压力模拟量控制吧