基于PLC的空压站变频调速控制系统毕业论文_自动化毕业设计

基于PLC的空压站变频调速控制系统毕业论文

2021-04-15更新

摘 要

本控制系统集合了PLC技术和变频控制技术来实现空压站的变频调速控制,其目的在于实现储气罐的压力恒定,稳定供气。并使用MCGS组态软件来监控整个系统。本方案由压力传感器来实时反馈储气罐内的气压值,再经由PLC内的PID算法来得出预先设定的输入量大小,然后控制信号将被传送至变频器以控制空气压缩机的运行频率。当储气罐内的气压不能够满足生产需求时,变频器会自动变频启动下一台空气压缩机;当储气罐内的气压高于生产需求时,变频器会将当前运行的空气压缩机关闭。以此来实现整个系统的恒压控制。而MCGS组态软件用于读取系统各部分的实时数据及系统的模拟运行,以便我们随时根据实际生产要求来进行调整。

关键词:空气压缩机;变频器;MCGS组态软件;PLC

Variable frequency control system of air pressure station based on PLC

ABSTRACT

The control system combines PLC technology and frequency conversion control technology to realize the variable frequency control of air compressor station. The purpose is to realize the constant pressure of the gas storage tank and stabilize the gas supply. And use MCGS configuration software to monitor the whole system. The pressure sensor is used to feed back the pressure value in the gas tank in real time, then the PID algorithm in PLC is used to get the previous input amount, and the control signal will be transferred to the frequency converter in order to control the operating frequency of the air compressor. When the air pressure in the gas tank does not meet the production requirements, the inverter automatically starts the next air compressor; when the gas pressure in the gas tank is higher than the production demand, the frequency converter will shut down the current operating air compressor. In order to realize the constant pressure control of the whole system. The MCGS configuration software is used to read the real-time data of every part of the system and simulate the operation of the system, so that we can adjust it at any time according to the actual production requirements.

Key words: air compressor; frequency converter; MCGS configuration software; PLC

目 录

1 绪 论 1

1.1国内外同类研究概状 1

1.2 本课题研究的目的与意义 2

1.3 设计内容 2

2 变频调速系统总体方案的设计 3

2.1变频调速方法的设计 3

2.2控制系统的工作原理 3

2.2.1空气压缩机变频调速的要求 5

2.2.2空气压缩机切换工作过程 5

2.3 本章小结 6

3 控制系统的硬件电路设计 7

3.1 控制系统要求及分析 7

3.2 控制系统I/O配置 7

3.3 可编程控制器(PLC)基础 8

3.4 PLC的基本工作原理 9

3.5系统主要设备的选型 11

3.5.1 PLC及其扩展模块的选型 11

3.5.2 变频器的选型 12

3.5.3空气压缩机主要参数 12

3.5.4 压力变送器的选型 12

3.6 PLC电气控制系统原理图 13

3.6.1主电气原理图 13

3.6.2 PLC外部I/O接线图 14

3.7 本章小结 15

4 控制系统的软件设计 16

4.1 系统软件设计分析 16

4.2 PLC程序设计 17

4.2.1控制系统主程序设计 17

4.2.2子程序设计 22

4.3 本章小结 25

5 组态界面的设计 26

5.1 组态软件简介 26

5.2 监控界面的设计 26

5.2.1 流程画面的建立 26

5.2.2 动画连接 28

图5.6 系统越限状态图 30

5.2.3 运行策略 30

5.3 本章小结 30

结 论 31

致 谢 32

参考文献 33

附录 34

程序梯形图 34

绪 论

1.1国内外同类研究概状

自第一次工业革命后,空气压缩机得到迅速发展,研发出很多种类的空气压缩机。空气压缩机按其工作原理可分为三大类:往复式空气压缩机、容积式空气压缩机和离心式空气压缩机[1]。往复式空气压缩机又被称为活塞式空气压缩机,其工作原理是对气缸内的气体进行压缩,气缸内的气体被压缩后会达到一定压力值;容积式空气压缩机工作原理与往复式空气压缩机的工作原理有些类似,都是对气缸内气体进行压缩,不同之处在于容积式空气压缩机是将气体的体积进行压缩以此来提高气体分子的密度从而来提高气体的压力;离心式压缩机的工作原理与以上两种空气压缩机方式不同,是通过加快气体分子的运动速度,并将分子运动产生的动能转换为压力能,从而来提高压力值。

但是随着时代的飞速发展,人们逐渐发现以上3种空气压缩机都有着其致命的缺陷。于是在1936年世界上第一台双螺杆式空气压缩机于瑞典问世,凭借其自身具有的稳定性强、易操作、自动化性能高、噪声小等优点,得到国内外市场的大力认可。于是在1986年,中国大量引进双螺杆式空气压缩机,但是好景不长,随着使用年限的增加,双螺杆式空气压缩机逐渐显现出许多缺点,已经无法跟上时代的步伐。在1960年,法国研发出单螺杆式空气压缩机,在继承上一代双螺杆式空气压缩机优点的基础上,并成功克服了其缺点。这一发明,极大的触动了世界各国的神经,很快单螺杆式空气压缩机便受到全世界的青睐。许多发达国家也随之独立研发出单螺杆式空气压缩机,并对其他发展中国家进行技术封锁,其中就有中国。

当时,正处在百废待兴阶段的中国同样希望能够独立掌握研发单螺杆式空气压缩机的核心技术。于是,在1976年,国内第一个单螺杆式空气压缩机研发小组在北京第一通用机械厂成立并开始进行研发,但一直到1989年,所研发的产品与国外进口的产品差距甚大,所以国内就打消自我研发的念头[2]。而将精力放在寻找外籍华人科学家的身上。在1993外籍华人科学家查谦于肇庆端州压缩机研究所成功研发出属于中国自主产权的第一代单螺杆式空气压缩机,并经过7年的测试,于2000年实行批量生产。至此,我国才能独立的制造出单螺杆式空气压缩机。

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