郑州继飞机电设备有限公司

二七区自动化控制柜-继飞机电(在线咨询)-定做自动化控制柜 ：

1. 原空压站电气控制系统存在的问题

（1）原控制系统工作过程

某机车车辆厂空压站原先采用继电器控制系统对5台空压机组的进行控制。每台机组均有一个起动柜实施Y－△降ya起动，系统仅有手动操作方式。在原系统中，1＃、2＃为主工作空压机组（功率各为110KW），2台空压机组按一定的周期轮流工作。3＃～5#为备用空压机组（功率各为30KW），当1＃或2＃空压机组工作而系统仍供气压力不足时，将起动其中1台乃至3台直到满足供气压力为止。

（2）原控制系统存在主要问题

①各工作机组虽然采取Y－△减压起动，但起动时的冲击电流仍较，严重的影响到了电网的稳定运行和空压站周围其它用电设备运行的可靠性、安全性；

②当主空压机组处于工频运行时，空压机运行时噪音大，对周围造成严重的声音环境污染；

③主电机工频起动对设备的冲击大，电机轴承易磨损，机械设备的维护工作量；

④主空压机组经常处于空载运行，浪费电能现象严重，很不经济；

⑤空压机组控制系统采用继电器控制，只有手动操作方式，因此控制系统工作的可靠性、安全性较差，人员操作麻烦，自动化水平低、生产效率不高。

2. 改造技术要求

实施技术改造后系统应满足的主要技术要求如下：

（1）三相异步电动机变频运行时应保持供压系统出口压力稳定，压力波动范围不能超过±0.1Mpa；

（2）控制系统可以选择在变频和工频两种工况下运行；

（3）系统采用闭环控制，具有闭环模拟量回路的调节功能；

（4）一台变频器可拖动两台主空压机组，二七区自动化控制柜，可使用操作按钮进行切换；

（5）根据空压机组的工况要求，系统应保证拖动的交流三相异步电动机具有恒转矩的运行特性；

（6）为了防止高次谐波干扰空压机组变频器，变频器的输入端应当具有抑制电磁干扰的有效措施；

（7）在供压系统用气量较小的情况下，变频器处于低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围；

（8）考虑到控制系统今后的扩展和升级，变频器的容量和主控制器输入输出点数应当有适当的裕量，以满足将来工作状况扩展的要求。

3. 控制系统总体方案设计和控制原理简介

根据系统原先存在的问题并考虑到技术改造后的生产工艺要求和技术要求，空压机组采用PLC作为主控制器并扩展模拟量输入/输出模块，由变频器拖动主空压机组，采用触摸屏作为系统人机界面的总体设计方案。

控制系统由PLC基本单元扩展出模拟量输入/输出模块，通过压力传感器（变送器）实时检测压力值送入模拟量模块进行PLC内部的PID调节运算，然后由模拟量输出模块输出直流0～10V的电压信号至变频器，变频器的输出频率信号通过模拟量输出端子回送到PLC，构成模拟量闭环控制回路。由压力反馈测量置与压力设定值进行比较运算，经PID调节运算实时控制变频器的输出频率，从而调节三相异步电动机的转速，使供气系统空气压力稳定在压力设定值上。通过变频器PU接口的RS-485串行通信可以读入除频率外的变频器的其它运行参数，如电流、电压和功率等。

这样由PLC、变频器、三相交流异步电动机、压力传感器（变送器）等组成压力反馈闭环控制系统，定做自动化控制柜，能够自动地调节三相交流异步电动机的转速，使供气系统空气压力稳定在设定范围内，实现空压站的恒压控制。

控制系统的硬件选型和设计

1. 系统的主要控制要求

采用PLC控制进行空压站技术改造后，系统的主要控制要求如下：

（1）控制系统有手动和自动两种方式。在自动运行时（可预先设定变频器控制的机组，1＃或2＃机组）根据压力传感器输出的模拟电流信号（4～20mA）由PLC进行PID调节运算，控制变频器在25～50Hz之间节能地运行。

3＃～5＃机组的控制要求为：①当管道压力低于工作压力下限值（预先设定）并且变频器输出频率在上限值（可预先设定）时，经过延chi（延chi时间可设置）由PLC控制3＃、4＃其中一台机组起动，直至3＃～5＃机组全部起动；②当管道压力大于工作压力上限值（预先设定）并且变频器输出频率在下限值（可预先设定）时，经过延chi（延chi时间可设置）按照“先起先停”的原则由PLC停止3＃～5＃中已经运行的一台机组。同样，在上述工作压力和变频器输出频率两条件不变时，可继续停一台空压机组直到停完所有备用的空压机组；

（2）压力信号取自压力变送器，工作压力上下限可由PLC设置；

（3）手动工作时只有3＃、4＃、5＃机组的起、停可以通过手动按钮操作，其它工作情形和自动工作方式时一样；

（4）变频器在PID调节故障时可以使用电位器进行人工调速；

（5）人机界面要求。变频器的运行监视参数可通过RS-485串行接口，经PLC由触摸屏进行远程显示。机组的起、停延chi间可通过触摸屏修改（20～600s）。

2. 系统的硬件选型

根据控制要求和控制规模的大小，这里选用三菱公司的FX系列小型PLC作为系统的主控制器，通讯扩展板选用FX1N-485-BD，变频器选用三菱的FR-A700系列，触摸屏选用F940系列，压力传感器则选择TPT503压力传感器。

（1）系统的主控制器——FX1N-40MR。FX1N系列属于FX系列PLC中普及型的子系列，经过扩展适当的模拟量模块并使用PID指令，完全可以满足对中等规模空压站控制系统闭环模拟量的控制要求。根据系统的控制规模和对I/O点数的要求，这里系统的控制器选择的是FX1N-40MR，为继电器输出型，有24点开关量输入，16点开关量输出。

FX1N系列PLC在加装了通信扩展板FX1N-485-BD后，通过网线与变频器的PU接口相连后可与之进行PU接口的RS-485串行通信，变频器的运行监控参数，如电流、电压和功率等都可读入到PLC中。

（2）模拟量输入/输出模块——FX0N-3A。FX0N-3A模拟量输入/输出混合模块有两个模拟量输入通道（0～10V电压或4～20mA电流）和一个模拟量输出通道。输入通道接收模拟信号并将模拟信号转换成数字值，输出通道将内部数字值转换成对应比例的模拟信号。输入/输出通道选择的电压或电流形式由用户的接线方式决定。FX0N-3A可以连接到FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N等系列的PLC上。

FX0N-3A的分辨率为8位。FX0N-3A在PLC扩展母线上占用8个I/O点。这8个I/O点可以分配给输入或输出。所有数据传输和参数设置都是使用PLC中的FROM/TO指令，通过编程调节控制的。PLC基本单元和FX0N-3A之间的通信由光电耦合器进行保护。自动化控制柜

1. 分析被控对象

分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等)、操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等)

2. 确定输入/输出设备

根据系统的控制要求，确定系统所需的输入设备（如：按钮、位置开关、转换开关等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯等）。据此确定PLC的I/O点数。

3. 选择PLC

包括PLC的机型、容量、I/O模块、电源的选择。

4. 分配I/O点

分配PLC的I/O点，画出PLC的I/O端子与输入/输出设备的连接图或对应表。（可结合第2步进行）。

5. 设计软件及硬件

进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制电路后才能进行施工设计。

其中PLC程序设计的一般步骤在上一课题中已进行介绍。

其中硬件设计及现场施工的步骤如下：

1) 设计控制柜及操作面板电器布置图及安装接线图。

2) 设计控制系统各部分的电气互连图。

3) 根据图纸进行现场接线，并检查。

6. 联机调试

联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。

7. 整理技术文件

包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。

PLC的学习需要循序渐进，理论结合实际学习效率加倍。

一、项目分析

工程技术人员首先要对工程项目进行分析，即项目工程的控制流程和每个流程的控制类型，并对整个项目可能出现问题做出预判。

（1）分析控制流程。分析控制流程时，建议绘制相关的控制流程图，清晰的标注每一步工作的内容和到下一步的条件。

（2）分析控制类型和预估PLC选型所需参数。一般PLC适用于四种控制类型，即顺序控制，过程控制，运动（或位置）控制和网络通信等。工程技术人员在分析控制要求后，根据绘制的控制流程图，将每个控制流程的控制类型进行分类，再根据项目的复杂程度将组合出控制类型，因此前期准确地分析每一步的控制类型，将有助于选型的准确和问题的预估。

在分析项目控制类型的同时，工程技术人员还要预估PLC选型所需要的重要参数值。如顺序控制中的I/O点数；若使用编码器，要根据编码器的参数计算其输出脉冲的频率值，进而换算成PLC高速计数的脉冲频率。再如，过程控制中模拟量数和模拟量精度、运动控制中PLC对于伺服驱动器反馈信号的响应速度和PLC高速脉冲输出的数量，以及在网络通信时，保压自动化控制柜，所选PLC是否支持相应的网络类型等参数。

二、预估可能出现的问题

对于可能出现问题的预估是工程分析中较难的环节。这不仅需要工程技术人员对现场的工作环境和整个项目控制难点能够较好地把握，还要对可能出现的突发情况和危险具有前期预判。

（1）设备工作环境的把握。工程人员需要对生产环境有较全mian的认识。如纺织机械所处工作环境的空气湿度高、振动较大，所以设计PLC系统时要做好防震处理。又如建材加工厂的环境温度比较高，并且有很大的粉尘和较强的静电，因此工程技术人员要在保证电气控制柜通风良好的前提下，进一步做好防尘和除静电处理。

设备工作环境的把握不仅仅局限于物理的环境，随着PLC应用的深入，组装自动化控制柜，更需考虑人员因素。如设备操作人员的素质较低时，需要开发较为简练的设备操作界面。

（2）项目难点的预期。项目难点的预期其实就是对项目核心问题的把握。如喷气织机设备的控制核心就是如何快速有序地控制电磁阀，利用压缩空气的摩擦力来牵引纬纱穿过纺织梭，完成纺织的引纬工作，这需要PLC具有非常快的响应速度。在确定项目难点后，工程技术人员可以根据难点来对PLC进行选型。从整个项目的角度出发，项目的难点就是系统设计的特点，也是PLC选型的方向。

（3）项目危险的前期预估。在项目设计前期，工程技术人员需对本项目可能出现的危险情况进行预判。如顺序控制或运动控制中调试设备时对于误动作的防护；在过程控制中，测试时是否有高压，高温或者有毒有害物质以及相关的防护措施。在项目设计前期对危险进行预估有助于加强工程技术人员的安全意识。