鄭州繼飛機(jī)電設(shè)備有限公司

二七區(qū)自動化控制柜-繼飛機(jī)電(在線咨詢)-定做自動化控制柜 ：

1. 原空壓站電氣控制系統(tǒng)存在的問題

（1）原控制系統(tǒng)工作過程

某機(jī)車車輛廠空壓站原先采用繼電器控制系統(tǒng)對5臺空壓機(jī)組的進(jìn)行控制。每臺機(jī)組均有一個起動柜實施Y－△降ya起動，系統(tǒng)僅有手動操作方式。在原系統(tǒng)中，1＃、2＃為主工作空壓機(jī)組（功率各為110KW），2臺空壓機(jī)組按一定的周期輪流工作。3?！?#為備用空壓機(jī)組（功率各為30KW），當(dāng)1＃或2?？諌簷C(jī)組工作而系統(tǒng)仍供氣壓力不足時，將起動其中1臺乃至3臺直到滿足供氣壓力為止。

（2）原控制系統(tǒng)存在主要問題

①各工作機(jī)組雖然采取Y－△減壓起動，但起動時的沖擊電流仍較，嚴(yán)重的影響到了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和空壓站周圍其它用電設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性；

②當(dāng)主空壓機(jī)組處于工頻運(yùn)行時，空壓機(jī)運(yùn)行時噪音大，對周圍造成嚴(yán)重的聲音環(huán)境污染；

③主電機(jī)工頻起動對設(shè)備的沖擊大，電機(jī)軸承易磨損，機(jī)械設(shè)備的維護(hù)工作量；

④主空壓機(jī)組經(jīng)常處于空載運(yùn)行，浪費電能現(xiàn)象嚴(yán)重，很不經(jīng)濟(jì)；

⑤空壓機(jī)組控制系統(tǒng)采用繼電器控制，只有手動操作方式，因此控制系統(tǒng)工作的可靠性、安全性較差，人員操作麻煩，自動化水平低、生產(chǎn)效率不高。

2. 改造技術(shù)要求

實施技術(shù)改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足的主要技術(shù)要求如下：

（1）三相異步電動機(jī)變頻運(yùn)行時應(yīng)保持供壓系統(tǒng)出口壓力穩(wěn)定，壓力波動范圍不能超過±0.1Mpa；

（2）控制系統(tǒng)可以選擇在變頻和工頻兩種工況下運(yùn)行；

（3）系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，具有閉環(huán)模擬量回路的調(diào)節(jié)功能；

（4）一臺變頻器可拖動兩臺主空壓機(jī)組，二七區(qū)自動化控制柜，可使用操作按鈕進(jìn)行切換；

（5）根據(jù)空壓機(jī)組的工況要求，系統(tǒng)應(yīng)保證拖動的交流三相異步電動機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩的運(yùn)行特性；

（6）為了防止高次諧波干擾空壓機(jī)組變頻器，變頻器的輸入端應(yīng)當(dāng)具有抑制電磁干擾的有效措施；

（7）在供壓系統(tǒng)用氣量較小的情況下，變頻器處于低頻運(yùn)行時，應(yīng)保障電機(jī)繞組溫度和電機(jī)的噪音不超過允許的范圍；

（8）考慮到控制系統(tǒng)今后的擴(kuò)展和升級，變頻器的容量和主控制器輸入輸出點數(shù)應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚詽M足將來工作狀況擴(kuò)展的要求。

3. 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計和控制原理簡介

根據(jù)系統(tǒng)原先存在的問題并考慮到技術(shù)改造后的生產(chǎn)工藝要求和技術(shù)要求，空壓機(jī)組采用PLC作為主控制器并擴(kuò)展模擬量輸入/輸出模塊，由變頻器拖動主空壓機(jī)組，采用觸摸屏作為系統(tǒng)人機(jī)界面的總體設(shè)計方案。

控制系統(tǒng)由PLC基本單元擴(kuò)展出模擬量輸入/輸出模塊，通過壓力傳感器（變送器）實時檢測壓力值送入模擬量模塊進(jìn)行PLC內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，然后由模擬量輸出模塊輸出直流0～10V的電壓信號至變頻器，變頻器的輸出頻率信號通過模擬量輸出端子回送到PLC，構(gòu)成模擬量閉環(huán)控制回路。由壓力反饋測量置與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，經(jīng)PID調(diào)節(jié)運(yùn)算實時控制變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使供氣系統(tǒng)空氣壓力穩(wěn)定在壓力設(shè)定值上。通過變頻器PU接口的RS-485串行通信可以讀入除頻率外的變頻器的其它運(yùn)行參數(shù)，如電流、電壓和功率等。

這樣由PLC、變頻器、三相交流異步電動機(jī)、壓力傳感器（變送器）等組成壓力反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，定做自動化控制柜，能夠自動地調(diào)節(jié)三相交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使供氣系統(tǒng)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，實現(xiàn)空壓站的恒壓控制。

控制系統(tǒng)的硬件選型和設(shè)計

1. 系統(tǒng)的主要控制要求

采用PLC控制進(jìn)行空壓站技術(shù)改造后，系統(tǒng)的主要控制要求如下：

（1）控制系統(tǒng)有手動和自動兩種方式。在自動運(yùn)行時（可預(yù)先設(shè)定變頻器控制的機(jī)組，1?；?＃機(jī)組）根據(jù)壓力傳感器輸出的模擬電流信號（4～20mA）由PLC進(jìn)行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，控制變頻器在25～50Hz之間節(jié)能地運(yùn)行。

3＃～5＃機(jī)組的控制要求為：①當(dāng)管道壓力低于工作壓力下限值（預(yù)先設(shè)定）并且變頻器輸出頻率在上限值（可預(yù)先設(shè)定）時，經(jīng)過延chi（延chi時間可設(shè)置）由PLC控制3＃、4＃其中一臺機(jī)組起動，直至3?！?＃機(jī)組全部起動；②當(dāng)管道壓力大于工作壓力上限值（預(yù)先設(shè)定）并且變頻器輸出頻率在下限值（可預(yù)先設(shè)定）時，經(jīng)過延chi（延chi時間可設(shè)置）按照“先起先?！钡脑瓌t由PLC停止3?！?＃中已經(jīng)運(yùn)行的一臺機(jī)組。同樣，在上述工作壓力和變頻器輸出頻率兩條件不變時，可繼續(xù)停一臺空壓機(jī)組直到停完所有備用的空壓機(jī)組；

（2）壓力信號取自壓力變送器，工作壓力上下限可由PLC設(shè)置；

（3）手動工作時只有3＃、4＃、5＃機(jī)組的起、?？梢酝ㄟ^手動按鈕操作，其它工作情形和自動工作方式時一樣；

（4）變頻器在PID調(diào)節(jié)故障時可以使用電位器進(jìn)行人工調(diào)速；

（5）人機(jī)界面要求。變頻器的運(yùn)行監(jiān)視參數(shù)可通過RS-485串行接口，經(jīng)PLC由觸摸屏進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示。機(jī)組的起、停延chi間可通過觸摸屏修改（20～600s）。

2. 系統(tǒng)的硬件選型

根據(jù)控制要求和控制規(guī)模的大小，這里選用三菱公司的FX系列小型PLC作為系統(tǒng)的主控制器，通訊擴(kuò)展板選用FX1N-485-BD，變頻器選用三菱的FR-A700系列，觸摸屏選用F940系列，壓力傳感器則選擇TPT503壓力傳感器。

（1）系統(tǒng)的主控制器——FX1N-40MR。FX1N系列屬于FX系列PLC中普及型的子系列，經(jīng)過擴(kuò)展適當(dāng)?shù)哪M量模塊并使用PID指令，完全可以滿足對中等規(guī)?？諌赫究刂葡到y(tǒng)閉環(huán)模擬量的控制要求。根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)模和對I/O點數(shù)的要求，這里系統(tǒng)的控制器選擇的是FX1N-40MR，為繼電器輸出型，有24點開關(guān)量輸入，16點開關(guān)量輸出。

FX1N系列PLC在加裝了通信擴(kuò)展板FX1N-485-BD后，通過網(wǎng)線與變頻器的PU接口相連后可與之進(jìn)行PU接口的RS-485串行通信，變頻器的運(yùn)行監(jiān)控參數(shù)，如電流、電壓和功率等都可讀入到PLC中。

（2）模擬量輸入/輸出模塊——FX0N-3A。FX0N-3A模擬量輸入/輸出混合模塊有兩個模擬量輸入通道（0～10V電壓或4～20mA電流）和一個模擬量輸出通道。輸入通道接收模擬信號并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，輸出通道將內(nèi)部數(shù)字值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)比例的模擬信號。輸入/輸出通道選擇的電壓或電流形式由用戶的接線方式?jīng)Q定。FX0N-3A可以連接到FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N等系列的PLC上。

FX0N-3A的分辨率為8位。FX0N-3A在PLC擴(kuò)展母線上占用8個I/O點。這8個I/O點可以分配給輸入或輸出。所有數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設(shè)置都是使用PLC中的FROM/TO指令，通過編程調(diào)節(jié)控制的。PLC基本單元和FX0N-3A之間的通信由光電耦合器進(jìn)行保護(hù)。自動化控制柜

1. 分析被控對象

分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機(jī)、電之間的配合，確定被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作(動作順序、動作條件、必須的保護(hù)和連鎖等)、操作方式(手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等)

2. 確定輸入/輸出設(shè)備

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的輸入設(shè)備（如：按鈕、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈等）。據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。

3. 選擇PLC

包括PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇。

4. 分配I/O點

分配PLC的I/O點，畫出PLC的I/O端子與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)表。（可結(jié)合第2步進(jìn)行）。

5. 設(shè)計軟件及硬件

進(jìn)行PLC程序設(shè)計，進(jìn)行控制柜（臺）等硬件及現(xiàn)場施工。由于程序與硬件設(shè)計可同時進(jìn)行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短，而對于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計出全部的電氣控制電路后才能進(jìn)行施工設(shè)計。

其中PLC程序設(shè)計的一般步驟在上一課題中已進(jìn)行介紹。

其中硬件設(shè)計及現(xiàn)場施工的步驟如下：

1) 設(shè)計控制柜及操作面板電器布置圖及安裝接線圖。

2) 設(shè)計控制系統(tǒng)各部分的電氣互連圖。

3) 根據(jù)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場接線，并檢查。

6. 聯(lián)機(jī)調(diào)試

聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。

7. 整理技術(shù)文件

包括設(shè)計說明書、電氣安裝圖、電氣元件明細(xì)表及使用說明書等。

PLC的學(xué)習(xí)需要循序漸進(jìn)，理論結(jié)合實際學(xué)習(xí)效率加倍。

一、項目分析

工程技術(shù)人員首先要對工程項目進(jìn)行分析，即項目工程的控制流程和每個流程的控制類型，并對整個項目可能出現(xiàn)問題做出預(yù)判。

（1）分析控制流程。分析控制流程時，建議繪制相關(guān)的控制流程圖，清晰的標(biāo)注每一步工作的內(nèi)容和到下一步的條件。

（2）分析控制類型和預(yù)估PLC選型所需參數(shù)。一般PLC適用于四種控制類型，即順序控制，過程控制，運(yùn)動（或位置）控制和網(wǎng)絡(luò)通信等。工程技術(shù)人員在分析控制要求后，根據(jù)繪制的控制流程圖，將每個控制流程的控制類型進(jìn)行分類，再根據(jù)項目的復(fù)雜程度將組合出控制類型，因此前期準(zhǔn)確地分析每一步的控制類型，將有助于選型的準(zhǔn)確和問題的預(yù)估。

在分析項目控制類型的同時，工程技術(shù)人員還要預(yù)估PLC選型所需要的重要參數(shù)值。如順序控制中的I/O點數(shù)；若使用編碼器，要根據(jù)編碼器的參數(shù)計算其輸出脈沖的頻率值，進(jìn)而換算成PLC高速計數(shù)的脈沖頻率。再如，過程控制中模擬量數(shù)和模擬量精度、運(yùn)動控制中PLC對于伺服驅(qū)動器反饋信號的響應(yīng)速度和PLC高速脈沖輸出的數(shù)量，以及在網(wǎng)絡(luò)通信時，保壓自動化控制柜，所選PLC是否支持相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)類型等參數(shù)。

二、預(yù)估可能出現(xiàn)的問題

對于可能出現(xiàn)問題的預(yù)估是工程分析中較難的環(huán)節(jié)。這不僅需要工程技術(shù)人員對現(xiàn)場的工作環(huán)境和整個項目控制難點能夠較好地把握，還要對可能出現(xiàn)的突發(fā)情況和危險具有前期預(yù)判。

（1）設(shè)備工作環(huán)境的把握。工程人員需要對生產(chǎn)環(huán)境有較全mian的認(rèn)識。如紡織機(jī)械所處工作環(huán)境的空氣濕度高、振動較大，所以設(shè)計PLC系統(tǒng)時要做好防震處理。又如建材加工廠的環(huán)境溫度比較高，并且有很大的粉塵和較強(qiáng)的靜電，因此工程技術(shù)人員要在保證電氣控制柜通風(fēng)良好的前提下，進(jìn)一步做好防塵和除靜電處理。

設(shè)備工作環(huán)境的把握不僅僅局限于物理的環(huán)境，隨著PLC應(yīng)用的深入，組裝自動化控制柜，更需考慮人員因素。如設(shè)備操作人員的素質(zhì)較低時，需要開發(fā)較為簡練的設(shè)備操作界面。

（2）項目難點的預(yù)期。項目難點的預(yù)期其實就是對項目核心問題的把握。如噴氣織機(jī)設(shè)備的控制核心就是如何快速有序地控制電磁閥，利用壓縮空氣的摩擦力來牽引緯紗穿過紡織梭，完成紡織的引緯工作，這需要PLC具有非常快的響應(yīng)速度。在確定項目難點后，工程技術(shù)人員可以根據(jù)難點來對PLC進(jìn)行選型。從整個項目的角度出發(fā)，項目的難點就是系統(tǒng)設(shè)計的特點，也是PLC選型的方向。

（3）項目危險的前期預(yù)估。在項目設(shè)計前期，工程技術(shù)人員需對本項目可能出現(xiàn)的危險情況進(jìn)行預(yù)判。如順序控制或運(yùn)動控制中調(diào)試設(shè)備時對于誤動作的防護(hù)；在過程控制中，測試時是否有高壓，高溫或者有毒有害物質(zhì)以及相關(guān)的防護(hù)措施。在項目設(shè)計前期對危險進(jìn)行預(yù)估有助于加強(qiáng)工程技術(shù)人員的安全意識。