單螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 單螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要 空氣壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和操作方便等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此在空氣 動(dòng)力學(xué)、制冷空調(diào)及各種工藝流程中獲得了廣泛的應(yīng)用?？删幊炭刂破鳎?PLC ）將傳統(tǒng)的 繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)。本文介紹 了空氣壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)組成、保護(hù)功能、控制原理、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)信號(hào)的采集，以 及控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想。 單螺桿壓縮機(jī)亦稱蝸桿壓縮機(jī)，采用高效帶輪傳動(dòng)，帶動(dòng) 主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行空氣壓縮，通過噴油對(duì)主機(jī)內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)行冷卻，主機(jī)排出的空氣和油混 合氣體經(jīng)過粗、精兩道分離，將壓縮空氣中的油分離出來，最后得到潔

2、凈的壓縮空氣。冷 卻器用于冷卻壓縮空氣和油。因其在結(jié)構(gòu)、力學(xué)及可靠性等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于 船舶、機(jī)車、能源、國防、石油、化工、機(jī)械、食品、輕紡等行業(yè)，具有優(yōu)良的可靠性能， 振動(dòng)小、噪聲低、操作方便、易損件少、運(yùn)行效率高是其最大的優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC） 單螺桿空氣壓縮機(jī)控制 4 Abstract Air compressor has a simple structure, reliable and easy to operate and a series of unique advantages,so aerodynamics, refrigeration a

3、nd air conditioning and a variety of process to obtain a wide range of applications. Programmable Logic Con troller (PLC) to the traditi onal relay con trol tech no logy, computer con trol tech no logy and com muni cati on tech no logy in tegrati on, specifically desig ned for in dustrial con trol.

4、This article describes the compositi on of the air compressor PLC con trol system, protecti on, con trol theory, system com muni cati on, system sig nal acquisiti on and con trol system software desig n. Sin gle-screw compressors also known as worm compressor, using high pulley drive, drive rotati o

5、n to host the air compressedwithin the host by injection of compressedair for cooling, host the exhaust air and oil mixture through the coarse, fine 2 separati on, the compressed air oil separati on, and fin ally get clea n air. Cooler for cooli ng compressed air and oil. Because of their structural

6、, mechanical and reliability aspectsof the unique advantages of widely used in ships, locomotives, energy, defense, petroleum, chemicals, machi nery, food, textile and other in dustries, with high reliability, little vibration, low noise convenient operation, the vulnerability of small, high operati

7、 ng efficie ncy of its greatest stre ngths. Key words: sin gle-screw air compressors, programmable logic con trollers, con trol 目錄 第1章緒論 1 1.1單螺桿壓縮機(jī)的歷史及現(xiàn)狀 1 1.2單螺桿空氣壓縮機(jī)在國內(nèi)外概況與優(yōu)缺點(diǎn) 1 1.2.1單螺桿空氣壓縮機(jī)在國內(nèi)外的概況 1 1.2.2單螺桿空氣壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) 2 1.2.3單螺桿空氣壓縮機(jī)的開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 3 1.3單螺桿空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1.4 PLC的發(fā)展史

8、 6 第2章硬件設(shè)計(jì) 11 2.1系統(tǒng)工作原理 11 2.1.1系統(tǒng)流程及零件功能簡(jiǎn)介 11 2.2單螺桿空氣壓縮機(jī)的PLC空制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)....... 15 2.2.1 PLC 的結(jié)構(gòu)及基本配置 15 2.2.2可編程控制器的特點(diǎn) 17 2.2.3可編程控制器的發(fā)展 18 2.2.4可編程控制器的工作原理 19 2.2.5控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)原則 21 2.2.6 PLC 的選型設(shè)計(jì) 21 2.3 FX3U-64MT的意思及其編程元件 22 2.4 BCD的工作原理 28 第3章軟件設(shè)計(jì) 33 3.1軟件流程圖的軟件設(shè)計(jì) 3

9、3 3.2軟件流程圖 33 3.3 FX3U-64MT系列PLC編程語言及系統(tǒng)控制原理...34 3.4 FX3U系列的基本邏輯指令 39 3.5功能圖編程語言 43 3.6設(shè)計(jì)梯形圖 44 第四章 維修與保養(yǎng) 46 4.1空壓機(jī)的壓力調(diào)節(jié)器整定 46 4.2空氣濾清器 46 4.3冷卻器及安全閥 46. 4.3.1 冷卻器 46 46 4.3.2 安全閥 4.4數(shù)顯溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)及電機(jī)過載繼電器 47 4.4.1 數(shù)顯溫度計(jì)實(shí)驗(yàn) 47 4.4.2 電機(jī)過載繼電器 47 結(jié)論 47 iii 參考文獻(xiàn) 53 致謝 55 附錄 50

10、# 第1章緒論 1.1單螺桿壓縮機(jī)的歷史及現(xiàn)狀 1960年法國辛麥恩（B.Zimmern）提出了單螺桿壓縮機(jī)的構(gòu)想，并獲得專利權(quán)，1962 年試制出第一臺(tái)樣機(jī)，70年代初期由法國標(biāo)致汽車公司正式生產(chǎn)投放市場(chǎng)。 70年代末期， 荷蘭、英國和日本等國家先后開發(fā)生產(chǎn)制冷、空調(diào)用單螺桿壓縮機(jī)，其形式有開啟式和半 圭寸閉式兩種。80年代末又推進(jìn)技術(shù)，發(fā)展制造出石油、化工、礦山等行業(yè)用的壓縮各種氣 體（包括空氣、易燃易爆及有毒氣體）的單螺桿壓縮機(jī)。目前世界上已有英、法、美、日、 荷蘭等國家的廠商可以生產(chǎn)出不同規(guī)格單螺桿壓縮機(jī)。 1.2單螺桿空氣壓縮機(jī)在國內(nèi)外概況與優(yōu)缺點(diǎn) 1.2.1單螺桿空

11、氣壓縮機(jī)在國內(nèi)外的概況 1、 國外概況 目前只有日、美、英、法和荷蘭等國家在引進(jìn)法國奧費(fèi)爾公司技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)單螺 桿壓縮機(jī)。單螺桿冷凍機(jī)英國（Hall ）公司將剖分式機(jī)體改成整體式，提高了整機(jī)的剛性 與精度，設(shè)置進(jìn)氣線減少了油液的粘性剪切損失并提高了進(jìn)氣效率。所以生產(chǎn)的噴油單螺 桿冷凍機(jī)其性能全面優(yōu)于雙螺桿冷凍機(jī)，但水平低于日本。日本大金公司生產(chǎn)的單螺桿冷 凍機(jī)比該公司原生產(chǎn)的雙螺桿冷凍機(jī)，滿載時(shí)效率提高了 25%部分負(fù)載時(shí)效率提高了 40% 八十年代，日本三菱公司創(chuàng)造了自己的高精度加工和裝配技術(shù)，所生產(chǎn)的無油單螺桿冷凍 機(jī)由于減少了油液的粘性剪切損失，比噴氣單螺桿冷凍機(jī)節(jié)能 5%,現(xiàn)在

12、的水平又有了進(jìn)一 步的提高。大型無油單螺桿冷凍機(jī)的性能全面達(dá)到或超過了最節(jié)能但價(jià)格昂貴的透平式冷 凍機(jī)，成為當(dāng)代最好的冷凍機(jī)，也是冷凍機(jī)的發(fā)展方向，因而市場(chǎng)前景良好，目前僅日本 能生產(chǎn)。由于其成本遠(yuǎn)低于透平式而售價(jià)卻較高，所以單螺桿冷凍機(jī)附加值很高，經(jīng)濟(jì)效 益和社會(huì)效益很好。 2、 國內(nèi)概況 北一通是國內(nèi)最早研制單螺桿壓縮機(jī)的廠家，76年研制出樣機(jī)，當(dāng)時(shí)齒合副的壽命僅 數(shù)十小時(shí)。該廠由于長期未能突破各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，曾經(jīng)與美國 CP公司達(dá)成引進(jìn)單螺桿壓 縮機(jī)全套技術(shù)的協(xié)議，但后來美國單方面中止了合同。北一通僅得到產(chǎn)品樣機(jī)與不齊全的 圖紙（缺最關(guān)鍵的螺桿與星輪圖紙）。之后該廠又多方努力尋找引

13、進(jìn)，迄今毫無結(jié)果。溫 嶺化工機(jī)械廠和蘇北冷凍機(jī)廠先后與西安交大合作研制的單螺桿壓縮機(jī)均由于長期未能 解決嚙合副的加工技術(shù)而放棄了研制工作。武漢空氣壓縮機(jī)廠和西安交大合作染指的壓噴 油單螺桿空氣壓縮機(jī)，為 86年國家科委重點(diǎn)項(xiàng)目，此外七零四所艦船用噴水單螺桿空氣 壓縮機(jī)系國防科工委重點(diǎn)項(xiàng)目，研制情況不明。國內(nèi)其他單位得到北一通退休職工轉(zhuǎn)讓技 術(shù)所生產(chǎn)的樣機(jī)，其水平在北一通一下。關(guān)鍵技術(shù)單螺桿壓縮機(jī)生產(chǎn)中最大的困難，即關(guān) 鍵技術(shù)在于螺桿。星輪的參數(shù)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化，兩嚙合面得齒廓精度（加工精度和裝備精度） 只要解決了這兩個(gè)問題，就能大批量生產(chǎn)各種用途的單螺桿壓縮機(jī)。 （近年的情況加上） 1.2.2

14、單螺桿空壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) 1、 單螺桿空壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有： ① 結(jié)構(gòu)好 單螺桿空氣壓縮機(jī)的量星輪在螺桿兩側(cè)的對(duì)稱位置，使單螺桿空氣壓縮機(jī)不僅沒有不 平衡慣性力，而且使用在螺桿上的軸向力和徑向力也互相抵消，這是單螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)先 進(jìn)最顯著的特征。 ② 效率高 單螺桿壓縮機(jī)在理論上不存在余隙容積， 螺桿轉(zhuǎn)速在3000r/min左右時(shí)，動(dòng)力潤滑性能 優(yōu)異，這就決定了但羅噶壓縮機(jī)油很高的工作效率。 ③ 噪音低 單螺桿壓縮機(jī)的齒合副由于星輪采用高分子材料， 惦記與螺桿直聯(lián)而無中間傳動(dòng)齒輪， 同時(shí)箱板粘貼有吸音材料，因而運(yùn)行噪音極小。 ④ 振動(dòng)小 單螺桿壓縮機(jī)有優(yōu)越的動(dòng)力平衡系統(tǒng)，有效的遏

15、制振動(dòng)源，使機(jī)器運(yùn)行極為平衡，對(duì) 基礎(chǔ)無特殊要求。 ⑤ 費(fèi)用小 單螺桿空壓機(jī)的易損件極少，加之監(jiān)控系統(tǒng)信息化，智能化水平高，全天無值守運(yùn)行。 由于力平衡性能好，主軸可工作 5萬小時(shí)甚至更長壽命，無故障運(yùn)行時(shí)間長，運(yùn)行費(fèi)用比 其他各類壓縮機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用都少。 2、 單螺桿空壓機(jī)的缺點(diǎn)有： ① 運(yùn)動(dòng)部件較多 單螺桿空壓機(jī)有三個(gè)螺旋軸，而且螺桿和行星齒輪的剛性相差較大，運(yùn)動(dòng)中易變形不 均勻，因而相互嚙合精度難以保證，所以溶劑效率較低。 ② 耐磨性較差 目前市場(chǎng)上銷售的單螺桿壓縮機(jī)中行星齒輪均采用非金屬材料，耐磨性較差，在告訴 工作過程中由于磨損較大，造成內(nèi)泄漏增大，因而工作一段時(shí)間后流量

16、有較大衰減，一般 在3000至4000小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)后流量平均衰減 5——10%所以單螺桿空壓機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中的 經(jīng)濟(jì)型極差。加上變形的不均勻引起的嚙合精度難以保證還會(huì)造成整機(jī)設(shè)備的機(jī)械穩(wěn)定性 降低，因而故障率高，維修率高進(jìn)一步限制了它的使用范圍。 ③ 行星齒輪的材料不改善 行星齒輪作為單螺桿壓縮機(jī)的核心部件之一，其主要作用是起密封作用。如果選用鋼 制的行星齒輪，由于鋼材膨脹系數(shù)大，膨脹量大，所以必須在行星齒輪與螺桿間留較大的 間隙，不但泄露多，效率低，而且容易咬死造成重大故障。 1.2.3單螺桿壓縮機(jī)的開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 1、 螺桿和星輪的參數(shù)優(yōu)化 星輪和螺桿嚙合時(shí)，星輪的工作齒面在每一瞬時(shí)的

17、共軛接觸線，除了星輪的一條直母 線q外，還有因二次包絡(luò)而形成的另一條軛接觸線。這些瞬時(shí)接觸線在對(duì)應(yīng)的星輪齒有效 轉(zhuǎn)角©范圍內(nèi)，形成一個(gè)連續(xù)的曲面 S。曲面 S的一般在母線q之上，另一半在母線q 之下。但是曲面S的一大部分，只在某一瞬時(shí)，即某一轉(zhuǎn)角 ①時(shí)，實(shí)現(xiàn)螺桿和星輪的共軛 接觸。在之后（或之前），它卻侵入了螺桿實(shí)體而發(fā)生實(shí)體干涉。因此， S曲面的這一部分 是不可用的。曲面S的形狀及特性和嚙合副的參數(shù)設(shè)置有密切關(guān)系。因此我們面臨了一個(gè) “最優(yōu)化”的課題，它的“目標(biāo)函數(shù)”是如何在有效轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)最大限度地令 S曲面處在 可用區(qū)間，以增加星輪齒側(cè)曲面的嚙合面積。從而有效地延長嚙合副的

18、壽命。 2、 加工精度 高技能高度專用機(jī)床是加工優(yōu)質(zhì)螺桿、星輪必不可少的設(shè)備，是整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵，也 是國外對(duì)我國封鎖的重點(diǎn)。雖然一些專家過去認(rèn)為專機(jī)傳動(dòng)鏈精度要求太高國內(nèi)不可能達(dá) 到。但是在當(dāng)前伺服系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用情況下，制造由最短的傳動(dòng)鏈和超高精度傳動(dòng)元件組 成的專機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的。 3、 加工方法 刀具在國外直線包絡(luò)是單螺桿壓縮機(jī)的唯一型線。這種型線的螺桿齒面不可展，不能 用磨削方法加工。因此采用指形銑刀作為粗加工，車削用于精加工，是唯一可行的加工方 法。星輪的加工時(shí)我國二十多年來一直未能解決的問題?，F(xiàn)在我們從理論和實(shí)踐上解決了 這一難題。在星輪設(shè)計(jì)中盡一切可能增加嚙合副在整個(gè)嚙合轉(zhuǎn)角

19、區(qū)間內(nèi)的接觸面積。在我 們按照計(jì)算得到的星輪齒面的三維坐標(biāo)和它的一階，二階微分鄰域特性，設(shè)計(jì)了高效率的 剃刀，可以再?zèng)]有理論誤差的條件下，加工出精密的星輪齒曲面。 4、 加工技術(shù)與裝配技術(shù) 加工技術(shù)是單螺桿壓縮機(jī)技術(shù)的核心，掌握了它就能自行研制高精度專機(jī)而不必依賴 進(jìn)口。負(fù)責(zé)，即使有了高精度專機(jī)也不能生產(chǎn)高品質(zhì)的壓縮機(jī)。無論加工精度多高，如果 不能正確裝配，以前的一切努力將前功盡棄。加工與裝配精度的高低集中體現(xiàn)在齒面嚙合 情況上。嚙合副應(yīng)在沒有跑合的情況下，實(shí)現(xiàn)嚙合區(qū)內(nèi)的全部齒面同時(shí)嚙合，每個(gè)齒面的 嚙合總面積不低于90% 1.3單螺桿空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) a) b) c)

20、 單螺桿空氣壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 圖1-1 （名稱到上面去了） 單螺桿空氣壓縮機(jī)由一個(gè)圓柱螺桿和兩個(gè)對(duì)稱配置的平面星輪組成齒合副，裝在機(jī)殼 內(nèi)。螺桿螺槽、氣缸和星輪齒頂面構(gòu)成圭寸閉的齒間容積。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)力傳到主軸上，由螺 桿帶動(dòng)星輪旋轉(zhuǎn)。氣體由吸氣孔空口進(jìn)入螺槽內(nèi)，經(jīng)壓縮后通過氣缸上的排氣空口排出。 星輪的作用相當(dāng)于往復(fù)式壓縮機(jī)的活塞，黨性輪在槽內(nèi)相對(duì)移動(dòng)時(shí)，封閉的齒間容積就逐 漸減少。 單螺桿空氣壓縮機(jī)的工作過程分為吸氣、壓縮、排氣三步。 進(jìn)氣口螺桿 排氣口 機(jī)油/ 壓縮氣 圖1-2 1、 吸氣 如圖圖1-1(a)所示，氣體通過吸氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子齒槽隨著轉(zhuǎn)子的傳

21、動(dòng)的傳動(dòng)，星輪依次進(jìn) 入與轉(zhuǎn)子齒槽嚙合的狀態(tài)，氣體隨即便被吸入與轉(zhuǎn)子齒槽、機(jī)殼及星輪面形成的密閉空間, 即壓縮腔。 2、 壓縮 如圖圖1-1(b)所示，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，這種壓縮腔的體積不斷減小，即其中氣體隨之 被壓縮，直到該壓縮腔的前沿轉(zhuǎn)至排氣口。 3、 排氣 如圖圖1-1(c)所示，壓縮腔前沿轉(zhuǎn)至排氣口后便開始排氣，直到壓縮腔完全通過排氣 口，完成一個(gè)工作循環(huán)。 這個(gè)系統(tǒng)屬于高氣壓設(shè)備。因此系統(tǒng)內(nèi)的氣壓平衡控制，壓縮空氣控制以及供油系統(tǒng) 的控制成為被系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。除此之外，壓縮機(jī)主電機(jī)，風(fēng)機(jī)的過載保護(hù)，電源相 序的正確(壓縮機(jī)絕對(duì)不能反轉(zhuǎn))性等對(duì)空壓機(jī)組的正常工作也至關(guān)重要。

22、因此，在空壓 機(jī)組中設(shè)置以下的檢測(cè)裝置及工作狀態(tài)指示裝置，以確保其安全、穩(wěn)定、可靠地工作。 ⑴壓力方面 在空氣濾清器排氣口裝有真空壓力開關(guān)，以防其堵塞； 在油氣細(xì)分離器，油過濾器中裝有壓差開關(guān)，以防其堵塞； 為保證控制系統(tǒng)氣壓平衡，裝有可調(diào)壓力上下限開關(guān)； 加載電磁閥控制加載和卸載。 ⑵溫度方面 在壓縮機(jī)排氣口裝有排氣超溫開關(guān)； 風(fēng)機(jī)冷卻壓縮空氣。 ⑶供油方面 供油電磁閥兩端裝有壓差發(fā)訊器， 確保主機(jī)氣動(dòng)運(yùn)行時(shí)不斷供油，其故障事緊急停車。 ⑷其他方面 風(fēng)機(jī)過載保護(hù)； 主機(jī)過載保護(hù)； 相序缺相保護(hù)。 ⑸工作狀態(tài)指示裝置 正常狀態(tài)指示； 聲光故障報(bào)警，同時(shí)顯示故障

23、代碼。 1.4 PLC的發(fā)展史 PLC（可編程控制器）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型自動(dòng)化控制裝置，最早是 用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯計(jì)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及順序控制等，而 且只能進(jìn)行開關(guān)量控制。其英文原名為“ Programmable LogicController”，簡(jiǎn)稱為PLC，中 文稱“可編程邏輯控制器”。后來，隨著計(jì)數(shù)的進(jìn)步，其控制功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制 的范疇，其名稱也就改為“ Programmable Controller”，稱PG但PC又容易與個(gè)人計(jì)算機(jī) （Person al Compute）的簡(jiǎn)稱PC產(chǎn)生混淆，所以近年來人們又傾向于使用 PLC這一簡(jiǎn)

24、稱， 中文仍然稱“可編程控制器”。 上世紀(jì)60年代，由于美國汽車工業(yè)需要進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)改造和設(shè)備的更新， 由傳統(tǒng) 的繼電器控制裝置來進(jìn)行控制，不僅體積龐大、故障率高、柔性差、不靈活、耗能，而且 調(diào)試?yán)щy，可靠性也差。1968年美國通用汽車公司提出使用新一代控制器的設(shè)想，從用戶 的角度考慮，該公司對(duì)新一代控制器提出了 10點(diǎn)要求，為各大公司提供了明確的開發(fā)目 標(biāo)。次年，就由美國DEC（數(shù)字設(shè)備公司）首先研制成功了第一胎可編程邏輯控制器 PDP-14 差不多同時(shí)，美國MODICON公司也研制出084控制器。它們的問世，弓I起了全世界的矚 目，美國的其他公司和西歐、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，也相

25、機(jī)研究開發(fā)出類似的產(chǎn)品。 在PLC發(fā)明之前，在工業(yè)控制的順序控制領(lǐng)域內(nèi)，常常采用諸如繼電器、鼓式開關(guān)、 紙帶閱讀器等機(jī)械、電氣式器件作為控制元件，尤其是控制繼電器，在離散制造過程控制 領(lǐng)域內(nèi)，成為“開關(guān)控制系統(tǒng)”中最廣泛使用的器件。但是，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，生 產(chǎn)規(guī)模越來越大，勞動(dòng)生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量的要求在不斷提高，對(duì)于控制系統(tǒng)的可靠性也提 出了更高的要求，原有“繼電器控制系統(tǒng)”已不適應(yīng)需要，究其原因是：動(dòng)作緩慢；壽命 短、可靠性差；體積大、耗電多；設(shè)計(jì)制造周期長、程序修改費(fèi)時(shí)；不能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)對(duì) 話。 到上世紀(jì)60年代后期，雖然小型計(jì)算機(jī)已日趨完善，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，但小型 計(jì)算機(jī)用

26、于開關(guān)控制系統(tǒng)，又顯然存在著“大馬拉小車”的情況，這是由于小型計(jì)算機(jī)的 特點(diǎn)決定的：編程復(fù)雜，要求有較高水平的編程人員和操作人員；需要配套非標(biāo)準(zhǔn)的外部 接口，對(duì)環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件的要求過高；功能過剩，及其資源未能充分利用；造價(jià)高昂。由 于生產(chǎn)的需要與可能性，促使人們尋求新的出路， PLC應(yīng)運(yùn)而生。它首先應(yīng)用于美國的汽 車工業(yè)，這是的PLC用固態(tài)（集成）電路來代替繼電器邏輯電路，用存儲(chǔ)器電路中的存儲(chǔ) 數(shù)位（程序）來代替繼電器系統(tǒng)的布線，以程序來規(guī)定邏輯關(guān)系；用固態(tài) I/O電路來檢測(cè) 按鈕和一些特點(diǎn)：環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，可以使用于車間現(xiàn)場(chǎng)；有較高的可靠性和診斷能力， 維修容易；基本能適應(yīng)不同的制造過程所

27、需，柔性度有了較大提高，只要改變系統(tǒng)中的程 序即可改變控制“邏輯”，而無需改造或更換控制硬件等。 由于PLC同時(shí)提高了功能和柔性度，使其應(yīng)用迅速增長，并普及到許多其它離散零件 制造工業(yè)領(lǐng)域。隨后又?jǐn)U展到與批量生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)過程有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域。隨著 CIMS計(jì) 算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的發(fā)展，PLC當(dāng)前還被人們用于工廠通信網(wǎng)絡(luò)之中，于其他智能控制器 和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起成為計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)中的重要組成部分，特別是單元級(jí)和工作站 級(jí)。 從1969年第一臺(tái)PLC問世至今，可編程控制器大約經(jīng)歷了三個(gè)階段： 第一階段：開發(fā)的PLC容量較小，I/O點(diǎn)數(shù)小于120點(diǎn)。用戶存儲(chǔ)區(qū)容量在2KB左右, 掃描速度

28、為20?50ms/KB，指令較為簡(jiǎn)單，只有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等，編程語言采用 簡(jiǎn)單的語句表語言。使用上，主要用來作開關(guān)量控制。如下圖： 43 第二階段：PLC的容量有所擴(kuò)展，I/O點(diǎn)數(shù)從512點(diǎn)至1024點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)區(qū)擴(kuò)展 到8KB以上，速度也有提高，掃描速度達(dá)到 5?6ms/KB，指令功能除了基本的邏輯運(yùn)算、 計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)外，還增加了算術(shù)運(yùn)算指令，以及模擬量處理指令等，輸入 /輸出類型也由純 開關(guān)量I/O,擴(kuò)展為帶模擬量的I/O。編程語言除了使用語句表外，還可以使用梯形圖編 程語言。如下圖： 49 ■s_ or X X Q O 5 S i'

29、h i i I iv D 8 > 魅。MJ吾菩呂賈 ▼ 一、…m uj M , ■? ? § 口釧申2： 曠或馬la 粗沖呻鍛曾枳 I <M' ；◎耄 int -：：—i2fc4*毎 I h- — ■ ■ “ 皿 M = 第三階段：進(jìn)入80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā) 展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的PLC得到驚人的發(fā)展，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了上述兩階段 的產(chǎn)品。使PLC在概念，設(shè)計(jì)，性價(jià)比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這一階段的產(chǎn)品向 大型和小型兩個(gè)方面發(fā)展。大型產(chǎn)品的I/O點(diǎn)數(shù)，超過4000點(diǎn)，有些

30、產(chǎn)品達(dá)到8000個(gè)I/O 點(diǎn)用戶存儲(chǔ)區(qū)容量超過32KB配置有各種智能模塊（例如溫度控制模塊、軸定位模塊、過 程控制模塊等）和通信模塊，掃描速率也大大提高，達(dá)到 0.47ms/KB,指令功能除了基本的 邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制外，還有算術(shù)浮點(diǎn)運(yùn)算指令、 PID調(diào)節(jié)功能指令、圖形 組態(tài)功能指令、網(wǎng)絡(luò)和通信指令等。編程語言普遍采用梯形語言，同時(shí)也使用語句表和順 序功能圖語言（典型的有 GRAFCET語言）。為了提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計(jì)上考慮了容錯(cuò) 技術(shù)和冗余技術(shù)等。這一階段的小型產(chǎn)品向超小型化和加強(qiáng)型功能發(fā)展有 16點(diǎn)I/O,24dian I/O的整體型小型PLC在小型PLC上配置模擬量I/

31、O、通信口、高速計(jì)數(shù)，指令上也設(shè)置 有算術(shù)運(yùn)算、比較指令以及 PID調(diào)節(jié)指令。小型PLC使用的手握式編程器使用大面積液晶 顯示器，也可以用梯形圖和 GRAFCE語言進(jìn)行編程。如下圖： 除了專用編程器外，很多 PLC可以使用通用的筆記本電腦實(shí)現(xiàn)編程，開發(fā)一些專用軟 件，充分利用個(gè)人計(jì)算機(jī)的能力，完成各種高級(jí)的編程功能，省卻了專用編程器，既便于 推廣又節(jié)省投資。隨著計(jì)數(shù)的進(jìn)步 PLC的功能越來越強(qiáng)，應(yīng)用范疇越來越廣，與其他工業(yè) 控制機(jī)，如分散型控制系統(tǒng)（DCS的界限已經(jīng)不十分明顯，很多以往必須由分散型控制 系統(tǒng)來完成的控制，現(xiàn)在用PLC都能實(shí)現(xiàn)，因此在應(yīng)用上“交錯(cuò)”已經(jīng)成為普遍的現(xiàn)象。

32、 第2章硬件設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)工作原理(加上我讓你們畫的那張?jiān)韴D) 單螺桿式壓縮機(jī)是一種按容積變化而工作的軸回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。其工作原理和一般已知 的活塞式壓縮機(jī)類似，即待壓縮的氣體被吸入到一個(gè)工作室，工作室隨即關(guān)閉縮小，被壓 縮氣體在其體內(nèi)經(jīng)受一種多變壓縮過程。當(dāng)工作室內(nèi)的氣體達(dá)到預(yù)期的最終壓力時(shí)，工作 室立即與壓出管接通，工作室再繼續(xù)縮小時(shí)，受壓縮的氣體被排出至排氣管道內(nèi)?；钊?壓縮機(jī)的工作室有一個(gè)活塞在其中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的汽缸組成，對(duì)于螺桿式壓縮機(jī)其內(nèi)部則有 一對(duì)斜齒的轉(zhuǎn)子副在與它精密配合的殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，轉(zhuǎn)子副齒面的相互接觸所組成的 接觸線沿軸向方向運(yùn)動(dòng)。如果利用殼體在兩端及外周的表

33、面把槽空間封閉， 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 在齒槽間輸送的氣體體積變小，理論上可以把氣體壓縮至任意高的壓力。 空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖 2-1機(jī)組由空氣濾清器、卸荷閥、單螺桿壓縮機(jī)、單向排氣 閥、油氣分離器缸、油氣過濾器、單向閥、供油電磁閥、加載電磁閥、壓力控制閥、節(jié)流 閥等組成。外界空氣由空氣過濾器除塵后，經(jīng)卸荷閥進(jìn)入壓縮機(jī)主機(jī)進(jìn)行壓縮，在壓縮腔 內(nèi)與潤滑油混合，壓縮后的混合油氣經(jīng)單向排氣閥進(jìn)入油氣分離缸，在油氣分離缸內(nèi)分離 大部分潤滑油，在經(jīng)過油氣細(xì)分離器過濾掉殘余所謂潤滑油，接著經(jīng)過最小壓力閥，空氣 冷卻器，空氣干燥器，截止閥后，以較低的溫度和較干燥的壓縮空氣送入使用系統(tǒng)，供用 戶使用。而潤滑油

34、主要起潤滑軸承與轉(zhuǎn)子接觸面， 密封嚙合副間隙，冷卻要所過程的作用, 后者作用最為重要。油氣缸內(nèi)的潤滑油在空氣壓力下被壓入油冷卻器，在油冷卻器內(nèi)被冷 卻后，再送入油過濾器濾去污垢和雜質(zhì)。過濾后的潤滑油在這里與油氣細(xì)分離器經(jīng)單向閥 送來的潤滑油匯合，其后共同經(jīng)過供油電磁閥，分為兩路。一路由主機(jī)下端噴入壓縮室冷 卻壓縮空氣；另一路流到主機(jī)兩端用來潤滑軸承，然后在聚集在壓縮室底部隨壓縮空氣排 出。這些油氣混合體經(jīng)過單項(xiàng)排氣閥后分別在油氣分離缸和油氣細(xì)分離器被分離出來，在 開始下一次循環(huán)。 2.1.1系統(tǒng)流程及零件功能簡(jiǎn)介 一、 空氣系統(tǒng)流程 1、空氣由空氣濾清器濾去塵埃之后，經(jīng)由進(jìn)氣閥進(jìn)入壓縮機(jī)

35、機(jī)體內(nèi)進(jìn)行壓縮，冰雨潤滑 油混合。與混合的壓縮空氣排入油氣桶，經(jīng)油氣桶和油細(xì)分離器去除油分后，純凈的空氣 經(jīng)壓力維持閥、后部冷卻器，送入使用系統(tǒng)。 二、 氣路中各組件功能說明 (1) 空氣濾清器 空氣濾清器濾芯為一干式紙質(zhì)過濾濾芯，其主要功能是過濾空氣中的塵埃。當(dāng)控制面 板上空氣濾清器阻塞指示燈亮?xí)r，表示空氣濾清器濾芯必須清潔或更換，但壓縮機(jī)仍繼續(xù) 運(yùn)轉(zhuǎn)。空氣濾清器外殼為鐵質(zhì)或塑料，內(nèi)裝旋風(fēng)除塵裝置，可去除絕大部分灰塵，大大延 長空濾芯的壽命。 (2) 進(jìn)氣閥 進(jìn)氣閥是整個(gè)空壓機(jī)空氣流程機(jī)控制系統(tǒng)中核心元件之一。進(jìn)氣閥的打開或關(guān)閉的動(dòng) 作對(duì)應(yīng)著空壓機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)：(進(jìn)氣閥的打開或關(guān)

36、閉時(shí)針對(duì)閥內(nèi)的進(jìn)氣口而言，進(jìn)氣 閥打開即進(jìn)氣口打開) 重車：進(jìn)氣閥全開，空壓機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)全氣量輸出。 空車：進(jìn)氣閥全關(guān)，空壓機(jī)無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，無壓縮空氣輸出。 空調(diào)：進(jìn)氣閥部分打開，空壓機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮空氣輸出量在 0?100%之間 一般單螺桿空氣壓縮機(jī)采用活塞式進(jìn)氣閥，結(jié)構(gòu)如圖 2-2所示，主要由上蓋、底座、 活塞等部分組成。當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，只要管路 2-2壓力輸入，微孔2就會(huì)泄放掉活塞底部 的氣壓，活塞就會(huì)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的真空吸力下往下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣口打開，空氣被吸入，空 載壓機(jī)重運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)管口 1有壓力時(shí)，且此壓力足以克服真空吸力，則活塞受氣壓推動(dòng)向上 運(yùn)動(dòng)直至與上蓋接觸關(guān)閉進(jìn)氣

37、口?？諌簷C(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)。管口 1的壓力供給與否由泄放電磁閥 控制。 (3) 油氣罐 油氣罐的作用有兩個(gè)：儲(chǔ)存潤滑油及油氣第一次分離。 壓縮機(jī)體排出的油氣混合氣首先排至油氣桶，經(jīng)油氣罐第一次分離，絕大部分油被分 離出來，沉降于油氣罐底部，參與下次循環(huán)，仍含有少量油份的壓縮空氣將送至油細(xì)分離 器。 一般空壓機(jī)采用立式油氣罐，油氣第一次分離應(yīng)用離心分離的機(jī)理，配套的油細(xì)分離 器是內(nèi)置的，即油細(xì)分離器置于油氣罐內(nèi)部。 油氣罐側(cè)裝有觀油鏡用于觀察油位，正常的油位是：機(jī)器重車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油位位于油鏡 兩條紅線之間。如重車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)油位高于上紅線則油位過高；如重車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)油位低 于下紅線則油位

38、過低，建議此時(shí)應(yīng)立即加油 由于停機(jī)后系統(tǒng)內(nèi)的油回流到油氣罐中，使停機(jī)時(shí)的油位可能位于上紅線上方。 油氣罐備有加油口，用于添加潤滑油。底部有泄油口，用于排放冷凝水及換油時(shí)排放 潤滑油。 ⑷安全閥 若系統(tǒng)發(fā)生故障使油氣罐內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定排氣壓力 1.1倍以上時(shí)，安全閥即會(huì)打開， 使壓力降至設(shè)定排氣壓力以下。安全閥在出廠前已調(diào)整好，請(qǐng)勿隨便調(diào)整。安全閥每半年 測(cè)試一次動(dòng)作是否正常。 (5) 油過濾器 油過濾器是一種紙質(zhì)的過濾器，其功能是初期油中顆粒雜質(zhì)。 當(dāng)控制面板上油過濾器壓差指示燈亮?xí)r，表示油過濾器阻塞，必須更換，但壓縮機(jī)仍 然繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。新機(jī)第一次運(yùn)轉(zhuǎn) 1000小時(shí)左右的磨合期后即

39、需要更換油過濾器，如更換不 及時(shí)，將可能導(dǎo)致排油量不足，排氣溫度過高，同時(shí)因油量不足映像軸承壽命。 (6) 油細(xì)分離器 油細(xì)分離器是單螺桿壓縮機(jī)的關(guān)鍵元件之一，其芯部是由多層密西的玻璃纖維制成。外邊 有固定用的鐵網(wǎng)保持架以及法蘭、外殼等。經(jīng)油細(xì)分離器分離后壓縮空氣中的含油量可控 制在3ppm以下(油細(xì)分離器對(duì)蒸汽狀態(tài)尊在于空氣中的油則無能為力，故這部分油被空 氣帶走)。油細(xì)分離器是一次性使用的部件。 正常情況下，油細(xì)分離器芯的壽命可達(dá)4000小時(shí)。但某些因素對(duì)其使用壽命影響很大。 如： ① 潤滑油的潔凈程度。如潤滑油中灰塵等雜志很多，油細(xì)分離器芯很快會(huì)被堵塞。故 請(qǐng)?zhí)貏e注意環(huán)境的情節(jié)及

40、空氣濾清器的保養(yǎng)。 ② 潤滑油品質(zhì)。如潤滑油品質(zhì)不佳或已變質(zhì)，會(huì)嚴(yán)重影響其壽命。 一般而言，油氣細(xì)分離器是否損壞可由以下方法判斷： ① 空氣管路中所含的油份增加。 ② 在油氣罐與油氣細(xì)分離器間裝有一油細(xì)分離器壓差開關(guān)，當(dāng)油細(xì)分離器前后壓差超 過設(shè)定值0.1MPa時(shí)，則壓差指示燈亮，表示油細(xì)分離器已阻塞，應(yīng)立即加以更換。 ③ 檢視油壓是否偏高。 ④ 電流是否增加。 ⑺泄放電磁閥 泄放電磁閥是一個(gè)兩位兩通常開電磁閥，常態(tài)下是開通的，當(dāng)?shù)秒姇r(shí)關(guān)閉，得電與否 信號(hào)由CPU合出。其作用是啟動(dòng)、停機(jī)以及空車時(shí)泄放系統(tǒng)內(nèi)的壓力。當(dāng)機(jī)組在這些狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此閥斷電導(dǎo)通，將系統(tǒng)內(nèi)壓力泄放掉。當(dāng)

41、空壓機(jī)重車時(shí)此閥的點(diǎn)關(guān)閉，系統(tǒng)停止 泄放。 在一般機(jī)型中，此閥控制進(jìn)氣閥實(shí)現(xiàn)機(jī)組空重車運(yùn)轉(zhuǎn)控制。當(dāng)需要機(jī)組空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 此閥斷電導(dǎo)通，氣流得以通至進(jìn)氣閥管口 1并關(guān)閉進(jìn)氣口而是先空車。當(dāng)需要空壓機(jī)重車 時(shí)，此閥得電關(guān)閉，進(jìn)氣口打開，停止供氣。 (8) 止回閥 止回閥位于回油管與集體之間。它允許油細(xì)分離器濾出的油單向流入機(jī)體，而防止停 機(jī)后系統(tǒng)壓力降為零以前機(jī)體內(nèi)的油倒流回油細(xì)分離器(這些倒流回油細(xì)分離器的油將使 機(jī)組耗油量大大增加)。 (9) 壓差開關(guān) 機(jī)組中總共有三種過濾元件，分別是空氣濾清器、油過濾器和油細(xì)分離器。這些過濾 元件一旦阻塞將對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成不良影響，故機(jī)組為這三種元

42、件分別配置了壓差開關(guān)。當(dāng) 這些阻塞后使前后壓差達(dá)到壓差設(shè)定值時(shí)，壓差開關(guān)動(dòng)作，信號(hào)輸入 CPU則控制面板上 響應(yīng)指示燈亮，表明該元件阻塞，應(yīng)在最短的時(shí)間更換。千萬不要有僥幸心理繼續(xù)使用， 這樣極易造成機(jī)組其他故障或損壞，得不償失。壓差開關(guān)動(dòng)作發(fā)訊時(shí)的壓差值： 空氣濾清器 -0.06MPa 油過濾器 0.18MPa 油細(xì)分離器 0.1MPa 風(fēng)冷式冷卻系統(tǒng) 風(fēng)冷式冷卻系統(tǒng)包含風(fēng)扇和冷卻器兩大部件，冷卻器采用鋁制板翅式換熱器，風(fēng) 扇將冷空氣強(qiáng)制吹向冷卻器，空氣在流過冷卻器散熱翅片時(shí)，與壓縮空氣或潤滑油做熱交 換，將熱量帶走，達(dá)到冷卻壓縮空氣和冷卻潤滑油的效果。 使用風(fēng)冷型機(jī)組需注意：

43、 ① 冷空氣的溫度(基本等同于換進(jìn)溫度)很重要，不能過高，建議不超過 40C。 ② 冷卻器暴露于空氣中，翅片上會(huì)沾上灰塵，如聚集灰塵太多，會(huì)嚴(yán)重影響冷卻器換 熱效果。故應(yīng)經(jīng)常用壓縮空氣將翅片表面的灰塵吹干凈。如情況嚴(yán)重?zé)o法吹干凈時(shí)，必須 用清潔劑清洗，清洗機(jī)組零部件時(shí)，嚴(yán)禁使用易燃易爆、易揮發(fā)的清洗劑。清潔時(shí)，可拆 開冷卻器支架側(cè)面的蓋板，使用手持風(fēng)槍向上吹掃。 2.2單螺桿空氣壓縮機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)及基本配置 一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對(duì)箱體式 PLC 有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按 CP

44、U性能分成若干型號(hào)，并 按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。對(duì)模塊式 PLC，有CPU模塊、I/O模塊內(nèi)存、電源模塊、底板 或機(jī)架。無論哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要 進(jìn)行擴(kuò)展與組合。 與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控 制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工 作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，式 PLC不可缺少的組成單元。 CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由振蕩信 號(hào)控制。 PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下: 接受 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)

45、 輸 入 接 口 部 件 中央處理單元 CPU板 接 口 部 件 輸 出 驅(qū)動(dòng)_ 受控部件 電源部件 、CPU的構(gòu)成 PLC中的CPU是 PLC的核心，有神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái) PLC至少有一個(gè)CPU它按PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送 來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC內(nèi)部的電路的工作狀態(tài) 和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后 再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。

46、 CPU的寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU雖然劃分為以上幾個(gè)部分，但 PLC中的CPU芯片實(shí)際上就是微處理器，由于電路 的高度集成，對(duì)CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無必要，我們只要弄清它在 PLC中的功能與性能, 能正確的使用它就夠了 CPU模塊的外部變現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。一 般講，CPU模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。箱體式 PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接 I/O末班或底板；有內(nèi)存接口，用于 安裝內(nèi)存；有外接口，用于接外部設(shè)備。有的還有通訊口，用于進(jìn)行通訊。 CPU模

47、塊上還 有許多設(shè)定開關(guān)，用以對(duì) PLC作設(shè)定，如設(shè)定其實(shí)工作方式、內(nèi)存區(qū)等。 二、 I/O模塊： PLC對(duì)外的功能，主要式通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊 規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最 大的底板或幾家槽數(shù)限制。I/O模塊繼承了 PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào) 狀態(tài)，輸出點(diǎn)反應(yīng)輸出鎖存器狀態(tài)。 三、 電源模塊： 有些PLC中的電源，是與CPU莫塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V的工作電源。電源以 其輸入類型有

48、：交流電源，加的為 220VAC或110VAC直流電源，加的為直流電壓，常用 的為24V。 四、 底板或機(jī)架： 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其主要作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)個(gè)模塊間的聯(lián)系使 CPU能訪問底板上的所有模塊；機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)個(gè)模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 五、 PLC的外部設(shè)備 外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類： 1. 編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及PLC所控制的系統(tǒng)工作狀況。編程器是 PLC開發(fā)應(yīng)用、檢測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的 部件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。 2. 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和

49、圖形監(jiān)視器，直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 3. 存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)， 使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。 4. 輸入輸出設(shè)備：用于接受信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器， 打印機(jī)等。 六、 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與 PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其它智能設(shè)備 之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。現(xiàn)在幾乎所有的 PLC新產(chǎn) 品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有 RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜， 可以在幾公里甚至幾十公里的

50、范圍內(nèi)交換信息。 當(dāng)然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的，PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些生產(chǎn)廠 家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，將使不同機(jī)型的 PLC之間，PLC與計(jì)算機(jī) 之間可以方便地進(jìn)行通訊與聯(lián)網(wǎng)。 了解了 PLC的基本結(jié)構(gòu)，我們?cè)谫徺I程控器是就有了一個(gè)基本配置的概念，做到既經(jīng) 濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。 2.2.2可編程控制器的特點(diǎn) ⑴硬件可靠性高 PLC專為在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的 PLC能置于有很強(qiáng)的 電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。 在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系

51、統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固、簡(jiǎn)化安 裝，使它易于抗振動(dòng)沖擊，對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采用了極為嚴(yán)格的工業(yè)措 施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采用了一些獨(dú)特的方式。例如，在輸入 /輸出（I/O ）電路 中都采用了光電隔離措施，各個(gè)I/O端口除采用常規(guī)模擬器濾波外，還加上數(shù)字濾波；內(nèi) 部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了絞線機(jī)的電源電路，以防止由電源回路串 入的干擾信號(hào)；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線插拔、調(diào)試時(shí) 不會(huì)影響各機(jī)的正常工作。 由于PLC本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入輸出的部件以 及傳感器件、限位開關(guān)、觀點(diǎn)開關(guān)、電磁閥、電機(jī)等外圍設(shè)備上。為

52、了及時(shí)診斷故障，有 的公司研制了智能可編程控制I/O系統(tǒng)，供用戶了解I/O租金按狀態(tài)和檢測(cè)系統(tǒng)的故障， 也有的公司研制了故障檢測(cè)程序。近年來還發(fā)展了公共回路遠(yuǎn)距離診斷和網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)。 ⑵編程簡(jiǎn)單，使用方便 用為即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，常使用匯編語言，難以掌握，要求使用者，有一定的計(jì)算機(jī)硬 件和軟件知識(shí)。 PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如，目前大多 數(shù)PLC均采用梯形圖語言編程方式，既集繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又估計(jì)大多 數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平， 很容易被電氣技術(shù)人員所接受，易于編程， 程序改變時(shí)也容易修改，很靈活方便。 這種面向控制

53、過程，面向問題的編程方式，與目前微機(jī)控制常用的編程語言相比，雖 然在PLC內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時(shí)間，但對(duì)大多數(shù)的幾點(diǎn)控制設(shè)備來說， 這種時(shí)耗是微不足道的。 ⑶接線簡(jiǎn)單，通用性好 在電信號(hào)匹配的情況下，PLC的界限之需要將輸入信號(hào)的設(shè)備（按鈕、開關(guān)等）與 PLC 端子連接，將接受輸出信號(hào)執(zhí)行控制人物的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與 PLC輸出端 子鏈接。接線簡(jiǎn)單、工作量少，省去了傳統(tǒng)界限和拆線的麻煩。 PLC的編程邏輯提供了能 隨要求而改變的邏輯關(guān)系，這種生產(chǎn)線的自動(dòng)化過程就能隨意改變。這種性能是 PLC具有 很高的經(jīng)濟(jì)效益。 用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件接口實(shí)際上已經(jīng)設(shè)計(jì)成

54、為 PLC的組成部分，模塊化的自診斷 接口電路能指出故障，并易于排出故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設(shè)計(jì)就使現(xiàn)場(chǎng)電氣 人員與技術(shù)人員易于使用。 ⑷可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) PLC可連成為功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一般 PLC網(wǎng)絡(luò)可分為兩類：一類是低俗網(wǎng)絡(luò)，采 用主從方式通信，傳輸速率從幾千波特到上萬波特，傳輸距離為 500—2500m另一類為高 速網(wǎng)絡(luò)，采用令牌傳送方式通信出阿叔速率為 1M — 10Mbps,傳輸距離為500— 1000m網(wǎng) 點(diǎn)上結(jié)點(diǎn)可達(dá)1024個(gè)。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級(jí)連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計(jì) 算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。 ⑸易于安裝，便于維護(hù) PL

55、C安裝簡(jiǎn)單而且功能有效，其相對(duì)小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空 間一半的地方。在從繼電器控制系統(tǒng)改造到 PLC系統(tǒng)的情況下，PLC小的模塊饑餓哦故使 之能安裝在繼電器箱附近并將連線接向已有線段，并且改換很方便，只要將 PLC的輸入/ 輸出端子連向已有的接線端即可。 在PLC系統(tǒng)的安裝中，遠(yuǎn)程輸入/輸出站安放在最優(yōu)地點(diǎn)。遠(yuǎn)程I/O站通過同軸電纜或 雙絞線連向CPU這種配置大大減少了物料和勞力，遠(yuǎn)程子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部 分可在到達(dá)安裝場(chǎng)地前由PLC工程商預(yù)先連好線，這一方法大大減少了電氣技術(shù)員的現(xiàn)場(chǎng) 安裝時(shí)間。 從一開始，PLC便以易維護(hù)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于幾乎所有器件都是

56、模塊化的維護(hù)時(shí)之 需要更換模塊級(jí)插入式部件，故障檢測(cè)電路將診斷指示器嵌在每一部件中，能知識(shí)不見是 否正常工作，借助于編程設(shè)備可見輸入/輸出是ON還是OFF還可寫編程指令來報(bào)告故障。 從以上各點(diǎn)可見，在工業(yè)應(yīng)用中使用 PLC的好處是很多的。通過使用 PLC用戶可獲得 高性能、高可靠性帶來的高質(zhì)量和低成本。 2.2.3可編程控制器的發(fā)展 隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，PLC本身也在不但發(fā)展，表現(xiàn)為功能越來越強(qiáng)性能越 來越可靠，速度越來越快，程度越來越高，使用越來越方便。 ⑴ 向小型方向發(fā)展。20世紀(jì)80年代末、90年代初推出的小型機(jī)，在元件上大都選擇表 面封裝元件，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的可靠性

57、，且體積趨于超小型化。例如，以三菱公司的FX0 FX2系列PLC為例，F(xiàn)XO行的I/O點(diǎn)數(shù)為14點(diǎn)，體積最小的是100mmX 80mmX 47mm,卻 具有告訴技術(shù)、終端PWM等功能，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出早期的小型 PLC產(chǎn)品。FX2系列PLC除 了有開關(guān)量I/O夕卜，還具有模擬量輸入、輸出以及多種智能模塊，并具有聯(lián)網(wǎng)通信功能， 擴(kuò)大了小型PLC的應(yīng)用范圍。最新推出的小型 PLC配置更加靈活，柔性更大。 (2) 向高速度、大容量和智能化方向發(fā)展。由于采用了微處理器或大規(guī)模集成芯片， PLC的 速度大大提高。如三菱公司的A3a系列高檔PLC就采用了 MSP芯片，指令速度可達(dá)0.15us/ 步。

58、 PLC的內(nèi)存容量不斷擴(kuò)大，目前有的已達(dá)幾MB，有些PLC已采用硬盤作為外部存儲(chǔ)器。 智能模塊與PLC的CPU并行工作，提高了 PLC的速度和效率。各種智能模塊的不斷推 出，如技術(shù)模塊、PID回路控制、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。 這些智能模塊使過程控制功能大為加強(qiáng)，一些 PLC的過程控制還具有自適應(yīng)、參數(shù)自整功 能，控制精度明顯提高。智能化是 PLC發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。 (3) PLC編程工具與編程語言的多樣化、高級(jí)化、標(biāo)準(zhǔn)化。 PLC的編程語言目前朝著三個(gè)方 向發(fā)展： ① 是多種編程語言，多種語言之間并存、互補(bǔ)； ② 是高級(jí)語言如BASIC,C,FORTR

59、AN等； ③ 使編程語言標(biāo)準(zhǔn)化，從而使不同 PLC的用戶程序可以互相兼容。 ⑷ 向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。加強(qiáng) PLC的聯(lián)網(wǎng)能力成為PLC的生產(chǎn)廠家都使自己的產(chǎn)品與制造 自動(dòng)化通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)(MAP )兼容，從而不同的PLC之間可以互相通信。PLC與計(jì)算機(jī)之 間的聯(lián)網(wǎng)能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM )和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD )。 (5)FAZ容錯(cuò)技術(shù)和故障診斷。為了滿足某些系統(tǒng)那個(gè)極高可靠性和安全性的要求，一些 PLC增加了容錯(cuò)功能，如雙機(jī)熱備用、自動(dòng)切換 I/O、雙機(jī)表決、I/O三重表決。 由于PLC本身具有很高的可靠性，因此 80%以上的顧展出現(xiàn)在外部設(shè)備上。為了及時(shí) 診斷故障，有的

60、公司研制了智能、可編程 I/O系統(tǒng)或故障診斷程序，供用戶了解I/O組態(tài) 的狀態(tài)和檢測(cè)系統(tǒng)的故障。近年來研制推出可公共回路遠(yuǎn)距離診斷而后網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)。 2.24可編程控制器的工作原理 (1) 與計(jì)算機(jī)工作方式的區(qū)別 雖然PLC本質(zhì)上是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，其工作原理與普通計(jì)算機(jī)類似，均有微型計(jì)算機(jī) 的許多特點(diǎn)，但它的工作方式與微型計(jì)算機(jī)有較大不同，具有一定的特殊性。 計(jì)算機(jī)一般采用等待輸入，響應(yīng)處理的工作方式，如果沒有輸入就一直等待輸入，如 果鍵盤按下的動(dòng)作或鼠標(biāo)等I/O中斷的觸發(fā)則計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程 序，一旦該程序執(zhí)行結(jié)束，又進(jìn)入等待狀態(tài)。 而PLC則采用對(duì)I/O操作，

61、數(shù)據(jù)處理等的循環(huán)掃描的工作方式。 在PLC中，用戶程序使按先后順序結(jié)束后，又返回到第一條指令。如此周而復(fù)始地不 斷循環(huán)刷新，故障診斷等操作。PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有許多操作需要執(zhí)行，但 CPU是 不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作的(對(duì)于每一個(gè)操作周期而言) ，只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí) 行一個(gè)操作。由于CPU運(yùn)算處理速度很高，使得外部處理的結(jié)果從宏觀來看似乎是同時(shí)完 成的，這種分時(shí)操作的過程稱作 CPL對(duì)出現(xiàn)的掃描。掃描時(shí)一種形象化的術(shù)語，用作描述 CPL是如何完成分配給它的各種任務(wù)的方式。 (2) 梯形圖程序的掃描原理 當(dāng)PLC處理運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，他首先執(zhí)行系統(tǒng)程序，進(jìn)行自檢等工作。然后開始執(zhí)

62、行用戶 程序。梯形圖程序的運(yùn)行總是從第一個(gè)梯形級(jí)開始，按照梯形遞增的方向逐個(gè)掃描，也就 是順序逐條執(zhí)行用戶程序，知道程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期， 然后， 在從頭開始掃描，并周而復(fù)始的重復(fù)。若程序中有中斷或跳轉(zhuǎn)控制指令，則掃描在另所在 處中斷或跳轉(zhuǎn)執(zhí)行完其他操作后在返回中斷或跳轉(zhuǎn)處繼續(xù)掃描。 順序掃描的工作方式簡(jiǎn)單，直觀，它簡(jiǎn)化了程序的設(shè)計(jì)，并為 PLC的可靠運(yùn)行提供了 非常有用的保證。一方面，所掃描的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就可以通過 CPU設(shè)置的定 時(shí)器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時(shí)間，從而避免了由于 CPU內(nèi)部故障使用程序執(zhí)行進(jìn) 入死循環(huán)而造成故障的影響。 (3) 輸

63、入和輸出操作 數(shù)據(jù)輸入和輸出操作即為狀態(tài)刷新。所謂輸入刷新就是對(duì) PLC的輸入進(jìn)入一次讀取， 將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入 PLC中存入寄存器，輸出刷新就是將刷新的運(yùn)算結(jié)果送到 PLC的輸入端。 在PLC的存儲(chǔ)器中，有一個(gè)專門存放數(shù)據(jù)的區(qū)域。其中對(duì)應(yīng)于輸入端的數(shù)據(jù)區(qū)，被稱 為輸入影像存儲(chǔ)器。當(dāng)CPU采樣時(shí)，輸入由緩沖區(qū)進(jìn)入映像區(qū)，就是數(shù)據(jù)輸入的狀態(tài)刷新。 當(dāng)CPU俞出時(shí)，就將映像區(qū)的內(nèi)容輸出到寄存器，這就是數(shù)據(jù)輸出的狀態(tài)刷新。由映像存 儲(chǔ)器中的內(nèi)容構(gòu)成了當(dāng)前狀態(tài)表。 通常把輸出寄存器稱為“軟寄存器：所謂“軟繼電器”實(shí)際上就是存儲(chǔ)器中一位觸發(fā) 器。其0，1對(duì)應(yīng)繼電器的斷和通，因此在傳統(tǒng)的繼

64、電器控制系統(tǒng)中，輸出是物理器件加 導(dǎo)線連接而成的電路來實(shí)現(xiàn)的。而在 PLC中，卻是用微處理器和存儲(chǔ)器來代替繼電器控制 線路，是通過用戶程序來控制這種“繼電器”的斷和通，所以這種繼電器稱為“軟繼電器”。 輸入操作實(shí)際上是采用輸入信號(hào)刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容，輸出操作則是送出處理結(jié)果 按輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路， PLC在每次掃描中將會(huì)保存輸入和輸出狀態(tài)的寄 存器的內(nèi)容，進(jìn)行一次更新。 由輸入和輸出操作中可以看出，在刷新期間，如輸入變量狀態(tài)發(fā)生變化則在本次掃描 期間，PLC的輸出端也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，也就是說輸出端對(duì)輸入產(chǎn)生立刻響應(yīng)，但如果 在本次 刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描

65、期間 PLC輸出保持不變，而要到下 次 刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則在本次掃描期間 PLC輸出保持不變，而要到下次 掃描期間輸出才對(duì)輸入產(chǎn)生響應(yīng)。即只有在采樣(刷新)時(shí)刻，輸入狀態(tài)映像存儲(chǔ)器中的 內(nèi)容才與輸入信號(hào)(不考慮電路因慣性和滯后影響)一致。其他時(shí)間范圍內(nèi)輸入信號(hào)的變 化是不會(huì)影響輸入映像存儲(chǔ)器的內(nèi)容的。在程序執(zhí)行結(jié)束(或下次掃描用戶程序前) PLC 才將輸出映像存儲(chǔ)器的內(nèi)容通過鎖定器輸入端上，刷新后的輸入狀態(tài)要保持到下次刷新為 止。 225控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)原則 (1) 選用PLC必須滿足被控對(duì)象的控制要求； (2) 選用PLC不僅要著眼于現(xiàn)在，還有適當(dāng)?shù)目紤]到將來發(fā)展

66、的需要； (3) 在滿足上述兩個(gè)前提的情況下，力求該系統(tǒng)具有良好的性價(jià)比。 2.2.6 PLC的選型設(shè)計(jì) 1、 工藝要求 單螺桿空氣壓縮機(jī)為風(fēng)動(dòng)工具氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)控制及風(fēng)動(dòng)機(jī)械提供所需要的壓縮空氣。 其工作過程：吸氣一壓縮一排氣；動(dòng)作順序：吸氣一星輪與轉(zhuǎn)子齒槽嚙合一形成壓縮腔一 壓縮一轉(zhuǎn)至排氣口一排氣。 2、 控制功能 根據(jù)所介紹的單螺桿空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)有如下功能要求： (1) 連續(xù)操作。系統(tǒng)一旦啟動(dòng)，空壓機(jī)的動(dòng)作將自動(dòng)地連續(xù)不斷地周期性循環(huán)，直至系 統(tǒng)接收到停運(yùn)信號(hào)。 (2) 單周期操作。系統(tǒng)從原點(diǎn)開始，造的完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。 (3) 復(fù)位操作。根據(jù)上述功能要求，空壓機(jī)控制系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)成單級(jí)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn) 對(duì)各驅(qū)動(dòng)器件的控制，運(yùn)行方式需要選用在的運(yùn)行方式和手動(dòng)運(yùn)行方式。 3、 確定I/O點(diǎn)數(shù) 根據(jù)單螺桿空氣壓縮機(jī)的工作原理，工作過程及系統(tǒng)控制要求確定。 (1)輸入設(shè)備的量 ① 空氣濾清器排氣口的真空壓力開關(guān)一個(gè) ② 油氣細(xì)分離器的壓力開關(guān)一個(gè)。 ③ 油過濾器中的壓力開關(guān)一個(gè)。 ④ 為保護(hù)系統(tǒng)壓力平衡的可調(diào)壓力開關(guān)一個(gè)。 ⑤ 壓縮機(jī)排氣口的排氣超溫開關(guān)一個(gè)。 ⑥ 為保持供油閥不間斷供