空压机变频节能控制系统设计.docx

摘要空气压缩机是工业现代化的基础产品，它是揩原动机的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置.空气压缩机运行的基本模式是加教，卸载模了3在设计空气压缩机的容量时，一般都是将空压机容量设定为最大需求容量。在实际的运行中，在空教的运行方式下，电动机的运行效率将会大大降低，造成大贵的电能浪费，本次毕业设计是在校外进行的，作者主耍是维修用T空气压缩机控制系统中的变频器，并参与部分程序的调试,通过变频调速，可实时地根据空压机负载的大小调节电机的转速，从而改变电动机实际输出功率的大小，节约电能。论文先介绍了国内外空压机控制系统的发展情况，接着详细介绍了毕业设计过程中所维修的变频器.在此基础上，介绍了空压机变频节能控制系统的结构以及控制软件编程。现场调试结果表明，该系统取得了较为满意的控制效果。关键词：节能，En）控制，变频器，空压机第一章绪论1.1课题研究背景不同气压的空气都是通过空压机将空气中的空气通过压缩而获得，压缩的空气因方便保存，控制简单，移动性和安全性又比较好，于是被广泛应用到国民经济的许多领域.比如，在石油领域,和动力领域等，都是必不可少的电气设备.栽至2018年12月底，能够生产空压机的公司和企业在几年前才只有四仃多家.几年之后生产空压机的公司猛增到了七百多家，空压机市场发展势不可挡，这些公司中生产螺杆空压机的也增加了不少，几年之前也只有可数的一百多家，到了现在也发展到了两仃多家，短短几年时间就增加了一百多家.在2018年年业出产螂杆式空压机的企业和5年之前生产空压机的企业相比，规模大了许多，比例已达以前的1.5倍.在我国生产空压机的品种是日益增多，%是比较丰富的,规模也在逐渐扩长，据有关资料统计，2012年国内在动力领域,使用压缩机销售总量达到四口亿元：而趣杆压缩机的销售总量就达到两百五十到三百亿元，在动力领域中,销件比例在压缩机销售总量:中占r百分之七十多，前景相当可观。但是，在螺杆压缩机的销笆总量之中,只有百分之三十到百分之四十是由数十名台湾外资企业为代表的占领。而2015年的统计结果为：目前在中国约有两百多家生产企业是生产螺杆式空压机但是在销停总额里所占的比例却不是很多，销售市场主要还是外资企业占据霸王的位置，比如台湾的复盛，美国的IR.瑞典的AC.在空压机市场都是很有名的从上面的数据中我们可以得出，最近这些年国内压缩机的发展速度相当惊人的，在短短的八九年时间里，空气压缩机的铜售额达到了之前的34倍，螺杆压缩机的销件总量额达到了之前的5-6倍,有效地遏制了外资企业独笳空压机的局面.自从开山集团引进先进生产空压机技术之后，国内生产空压机的企业生产螺杆压缩机的生产水平明显加快了，在以前，有螺杆压缩机龙头企业的企业不超过卜家但是现在已经达到了卜几家，翻了一番.但许多国内生产的压缩机和空气压缩机使用商对节能的概念的不怎么了解并没有放在心上，他们认为，压缩机，性能稔定，可投入生产是关键.节能是次要的，在中国，最大的用电大户就是空压机，将空气压缩成不通气压的空气所需要的能及比较大，因此,空压机在用电设符里，消耗电能非常严重，空压机每年的用电量与其他用电设备比,用电量都遥遥领先其他设修2。随着经济全球化、体化和透明化，市场份额慢慢开始流入些优秀、有实力的企业，而这些企业只占少数；大多数普通的企业效益越来越差。此外，随着空压机市场份额U益增长，大家都看到了空压机领域这一份蛋杨，国民企业和外资企业也纷纷进入空压机市场，与国有企业共同抢夺、切割这块蛋糕，缶这种激烈的争夺中，我国空压机市场基本形成了三足鼎立的竞争格局。中国空压机行业和以前相比，一日千里，成长速度无法想象，但是把中国空压机行业看成一部分，与国外空压机及行业来看的话，其之间的差距还是很大，非几日就可以超越的。在空压机行业的今天，人民工资的上涨，廉价的劳动力已经不复存在，还想靠廉价劳动力来发展是不现实的，在这科技迅猱发展的今天，只有依靠科技，走可持续发展道路，才能走得更远。根据调查中国空压机数据，若空压机使用普通的加和或控制方式，在空压机上的能源消费是非常巨大的。其运行方式效率低下，能量资源浪费很严垂，并且供气质量比较差。其主要表现在以下几个方面：1、电能消耗大，效率低下空气压缩机运行的基本模式是加载，卸载模式3。空气压缩机的容量设计时，不是看实际平均需求来设定，如果这么设定，当空压机一直处于最大需求时，空压机会因长时间超负荷而损坏，因此在实际中，我们一般都是将空压机容量设定为最大需求容量。但是因此也出现了一个问题。实际过程中，压缩空气的需求量并不是一直处于最大需求量。当压缩空气不在最大需求量时，储气罐中的压缩空气会饱和，不能继续压缩空气，但是又不能IR更开关空压机，于是，我们需要将空压机空载运行.在实际的运行中，在空载的运行方式下，电动机空转，能源白白的浪贽掉，使电动机的运行效率降低，造成大量的电能浪费。2、对设备启动冲击大空压机的启动转矩比较大，启动时间较长，容易造成过负荷跳闸。此外，在加载和卸载的转换时.负教会突然发生变化（从满载到空载,这对于空气压缩机来说，具有很大的影晌，对设备和电网的保护极其不利，从而造成设备维修费用的增加。3、供气质量不稳定传统控制方式不能根据负叔的大小连续进行调整，只能空气质力在达到上限或下限时才能进行调整，使得压力上卜.波动大，降低了调节精度。12变频器控制电机的优势1.2.1变频器控制特点本课题以上海亚盛实业有限公司生产的SA60A-7螺杆式空压机变频为参考，根据当前传统控制空压机的方式存在的问题，对空压机进行改造，利用变频瑞通过改变电动机的转速来控制空压机排除空气的压力。空压机改造后的效益节约能源使用变频器控制空压机，大大节约了不必要损失的电能.在没行使用变频节能控制的情况下，空压机空载时，空压机不做工，但是电机还在运行，电能就转换成了电机的机械能和热能，电能浪费严重。而应用变频装置后，变频器通过改变电网输送过来的须率，将工频转化成实际操作中所需要的频率，然后将改变过后的电能输送给空压机，从而改变空压机的转速，然后改变空气压缩机派出空气的量，以提供稳定的压力。电动机一直处于满载状态，之前空载所消耗的电能在此时就可以节约下来。(2)提高了输出气压的精度变频节能控制系统是一个闭环控制系统，它能有效地控制空压机产生气体压强的大小，根据实际工程所设定气压大小值来控制空压机的转速，从而控制气体的排出量。此后空压机的输出气量在闭环反馈控制的作用下，Ki看气缸中压力值的改变而Ki时做出相应改变，因此气体压力值的输出是相对稳定的。(3)延长压缩机的使川寿命空压机在变频器的作用卜频率从OhZ开始慢慢增长到额定值,电压也是从O慢慢上升到颁定值的。不仅如此，它的加速时间是自己设定的，在启动时，不需要接受强大的起动电流，从而延长了空压机的使用年限即寿命。1.2. 2变频器节能原理1、变频节能：为了提高生产的可独性，空压机在设计的时候是按按照实际生产过程中可能会出现的最大的需求来设计的4,并且在此基础上还要增加一些余星，来应对突发状况。实际过程中，压缩空气的需求量并不是一直处于最大需求量。当压缩空气不在最大需求量时，储气罐中的压缩空气会饱和，不能继续压缩空气，但是又不能重复开关空压机，于是，我们需要将空压机空载运行。在实际的运行中，在空数的运行方式下，电动机空转，能源白白的浪费掉，使电动机的运行效率降低，造成大量的电能浪费。而才用了变频器节能控制后，变频耦输出频率会根据根据气压的大小变化而变化，当排出气体压力值较大时，反馈减速信号输送给变频器，变频器接受减速信号，使空压机的转速降低，减少产气室：当排出气体/较少时，变频器接受加速信号，使空压机的转速加快，增大产气量，而电动机一直处于满载状态，这样就能使传统空压机运行时空载损耗给节约下来。2、通过U"恒定控制：将电动机的电压与频率之比保持为恒定值，改变其中一个量的大小也同时要改变另一个值的大小，使他们之比保持不变，这样能使电机的力矩保持恒定值，不会再很窄的调速范围内出现电动机效率偏低的情况。3、动态调整节能：它能以最快速度适应负载变化，供给电动机最合适的电压，使电机高效益输出。13本课题的主要内容1、设计空压机变频控制软硬件系统2、现场安装及试运行系统调试现场安装变频器控制柜，完成电缆敷设等工作；调试系统是否满足生产工艺的需求，最终使系统稳定，可靠地投入使用。1.4本章小结本章主要介绍了空压机变痂节能控制的研究背景、其意义和项F1.的来源。简单的阐述了变频器节能的原理和特点。第二章变频器原理及内部结构现在的变频器一般是现将工频电源通过三相整流桥转换为直流电源，然后通过逆变电路不断开通和关断K；BT,直流电源在K；BT开通和关断的不断重复下，转换为频率可调的的交流电源。图2T变频器外观2.1变频器的工作原理通过书本我们了解到，交流电动机的同步转速表达式：n=60f（I-SVp（1）式中n电机转速：f电机频率：s电机转差率：p电机极对数1.由式（1）可知，在转差率S和极对数P不变的情况下，转速n与频率f有关，其频率值越大，转速也会跟着变大：其频率值越小，转速也会变得比较小，通过调节频率f的大小值就能够间接地改变了电机转速。变频器控制电路的最终目的是在U/f或矢属控制模式下，生成并输出6路PWM脉冲信号，用于驱动主电路IGBT器件，以完成对直流电源（由338OV电源整流灌波后获得）的逆变输出，将此频率/电压可变的“新能源”提供给负载电动机。变频器，通俗的讲，主要分为3块内容，包含主电路（执行机构）和控制电路（控制机构），开关电源（供给芯片工作电源）：主电路主要完成对交流电电源的整流，将其交流电源变化为直流电源，然后通过K；BT的逆变逆变功能.将其直流电源转化为可谓的交流电源、功率输出的作用：控制电路的主要任务是生成逆变功率电路所需要的6路脉冲信号而且它还承担着变频瑞故障检测、停机保护和操作控制的贡任6.开关电源为许多电路提供电源，比如说变频器中的风扇，IGBT的驱动电路里驰动芯片的驱动电源都是开关电源提供的。变频器主要由整流单元（三相整流桥）、滤波单元（电容或电抗），逆变单元（IGB丁）.驱动单元（PC923或者PC929）,制动单元（制动电阻），开关电源（UC3842或者UC3844）等构成。变顽器主要分为三大部分：1主电路，2驱动电路，3开关电源电路7。主电路是交流电源进行整流、逆变的主要场所.驱动电路主要控制主电路里逆变电路中6只IGBT的通断.开关电路是为驱动电路、风扇、和其他芯片提供电源。2.2变频器主电路变频器的主电路包括三相整流电路、充电限流电路、电容淀波储能电路和IGBT逆变电路几个部分构成包共系统结构如图2-2所示。充电维电器的控制电路：变频器上电后，工频交流电通过三相整流桥，整流成为6波30OhZ的脉动直流电压经过充电限流电阻为电容充电（如果不进行限流充电，电容因充电相当于短路，直流回路里的电流值很大，对直流回路仃相当大的冲击，加了充电电阻后，就可以限制电容充电时的充电电流），串联电容两端随着充电过程的进行逐步建立起充电电压，等到充电电压达到一定值后，开关电源开始起振，MCU芯片输出充电继电器的合控制信号，先经过光耦合器进行电气隔离，和晶体管放大信号，驱动充电维电器，其常开触点KM1.闭合，短接充电限流电阻。变频器的限流充电过程结束，进入待机状态。散热风扇控制电路：木机电路的散热风扇的电源取自开关电源电路输出的24，供电，风扇的运转和停止都是由MCU主板来的开关信号控制。MCU输出散热风扇的运转信号，经光耦合器隔离，晶体管放大后控制放大器QI的导通截止，由Q1.直接驱动散热风扇，在变频器运转中为变频器提供强制冷风。模块温度检测电路：温度检测器件是一个热敏电阻元件，常温下它的电阻值大约为10K,但当其周围的温度发送变化，它的阻值也跟着发生变化，外界温度越高，其阻值就越小：外界温度越低，其阻值就越大°根据热敏电阻的温度特性，我们将其构成串联分压电路，当模块的温度升高时，这时候热敏电阻的阴值就变小，其在电路中分压值也变小，就成功地将其模拟值（温度）转换成为电压信号，输送给MeU芯片。MCU芯片检测到模块温度异常升高时，变频器给出超温报警，模块超温达到一定时间后，变频器实施停机保护。图2-3变频器内部整流逆变模块2.3开关电源开关电源:开关电源电路主要以UC384X专用振荡芯片为核心，激励开关管进行逆变、激励开关变压器进行功率传输的电路。振荡系芯片：UC3844补伐电纸反愦电流取样RC图2-4UC3844功能引脚振荡芯片UC3844含5V的参考电压源电路，振荡电路，电压误差放大器，电流取样匕必器，PwM锁存器。引脚说明：、是供电电源Ve、GND端子.当5脚和7脚之间的电压不存在时，芯片无法工作5。当其振荡稳定后，其电压为17-25V.,当输入电压小于基准值时，芯片停止驱动脉冲的输出。脚5V50mA的VC基准电压输出端。输入电源电压经过内部稔压器处理后，得到检定的5V基准电压。脚是内部振荡器的外接Rr、Cr定时元件端。由脚输出的5V电压经过Rr对Cr光电，内部振荡器提供Cr的放电电路，在脚形成锯齿波电压，经内部整形电路处理为矩形脉冲，作为PWM脉冲形成电路的基准时钟脉冲信号，因此此振期频率决定若输出脉冲的频率值.、脚是误差放大器输出端和电压反馈信号输入端引出端“、外接RC网络用以改变误差放大器增益特性和频率特性：脚引入二次绕组的输出电压反馈信号，经内部电压误差放大处理和电流峰值检测信号的双闭环控制，决定输出PWM脉冲占空比。脚为电流采样信号输入端。电流采样电阻（当开关管出现问题是时，其电阻完好的可能性不大）串接于开关管的工作电流中，随时将开关管的工作电流通过电阻转换为电压信号，输入芯片的脚，经内部电采样比较涔处理后，与误差电压信号进行比较处理,送往脉宽调制锁存器电路，对PWM脉冲进行及时调整，达到桎压的目的。脚为PWM脉冲输出端，为单端输出,内部电路为功率推挽电路，该输出脚可用以直接唾动MOSFET开关管。图2-6开关电源实际电路图开关电源主要由振荡回路，稳压回路、保护回路、输出回路构成。1、振荡回路：R4为电源工作电流的通路：RI提供了启动电流，当刚启动变频器时电源通过R1.给芯片供电，使其芯片振荡：自供电绕组N2、整流港波元件D1.、C1.提供振荡芯片的供电电压6。这3个环节如果出现了问题，开关电源将无法正常工作，它们缺一不可。PC1.的4脚外接的定时元件R2、C2也是非常重要的，5V基准电压通过R2对C2进行充电,5号脚对C2进行放电，它们两作为后级电路及基准时钟。2、稳压回路：开关变压器的二次绕组N3、VD3、C4等的÷5V电源,R3、R5、R6、R8-R1.k光耦合器PC2、基准电压源PC3构成了程压控制电路。3、保护回路：PC1.芯片本身和R4构成过电流保护，当负载电流过大时，其R4电压值也增大,当其电压值达到设定保护电压值后，PC1.停止工作：N1.绕组上并联的D2、R7、C4在PeI停止工作后（NI上的电压无法释放,对开关管有损坏的可能）将其电压通过其电路放电，构成了开关管的反压吸收保护回路。开关电源电路的工作过程：（D电源起振过程变频器上电后，开关电源由P1.、N端得到主回路输送来的电源电压，继而由起动电阻R1.提供振荡芯片Pe1.的起振电压和电流,当PCI的7脚电压上升到【6V以后，Pe1.内部电路开始工作：从8脚输出5V基准电压，4脚外接R2、C2定时电路与内部振荡器开始工作.由5V基准电压经R2提供C2的充电电流，4脚内部电路提供C2的放电电路，由此在4脚形成锯齿波电压信号，由4叫内部后续电路处理成为矩形脉冲信号，作为后级电路的基准时钟内部P糊锁存器的置位信号：PC1.的PwM脉冲输出端6脚，输出激励脉冲，经栅极小联电阻R3驱动开关管VI,由此形成流经开关变压器T一次绕组N1.的漏、源级电流电路：自供电绕组N2随着一次绕组N1.里的电流不断改变，从而自身产生了感应电动势，得到交流电源，然后经VD1.、CI的精心加工（整流港波），得到直流电源8,为振荡芯片提供稳定的工作电源，至此，电路的起振过程已经完成，在开关管V1.和开关变质器TI的配合作用下将DC53OV电源提供的能殳转换为二次负载电路所需的各种低压直流电源。（2）稳压过程电源起振后，自供电绕组N3随若次绕组N1.里的电流不断改变，从而自身产生了感应电动势，得到交流电源,然后经VD3、C4的精心加工（整流淹波），得到直流电源，将其送往后级负载电路，同时+5V作为采样信号，输入由2.5V基准电压源PC3和由光耦合器PC2组成的V/I/R转换电路，采样电压信号经RIO、R1.1.分压获得，采样电压的高低，形成PC3内部IWa的变化，今儿使PC2的输出测光敏晶体管因输入光通量变化，使使几点儿和发射机之间的导通电阻发生变化。此一系列V/I/R的变化寻致振期芯片PC1.的2脚输入电压信号产生变化，形成误差电压信号，经内部反相放大器处理后输出，作为后继电流采样比较器电路的基准信号，送入猴急电流采样比较器电路：开关管V1.的工作电流在电流采样电阻R4上转化为电压信号，由PC1.的3脚输入内部电流取样比较眼，与误差电压/基准信号相比较，由电流采样比较器处理后输出，形成芯片内部PWM锁存器的星位信号。反馈电压信号和反馈电流信号一起，两者共同决定PWM的脉冲波形，控制V1.的导通和关断，实现稳压输出。2.4驱动电路卵动IC的作用：1、使弱电（控制回路）和强电回路（变频器主回路）相互隔离，彼此不出现任何直接的联系，起到电气隔离的作用。由IGBT构成的逆变电路属丁强电回路。NCU主板属于弱电回路，两者电压相茏悬殊，从安全角度讲，要求有一定绝缘隔离度。2,驱动IC具有功率放大作用，输出驱动电流达到安培级。PC929驱动IC的工作原理：1、PC929引脚功能,其系统结构如图2-7所示:图2-7PC929引脚功能图PC929的1、2脚为内部发光二极管阴极，3脚为发光二极管阳极，1、3脚构成了信号输入端8。13脚输出为恒定的电东信号，12脚为输出级供电端，在实际运用里，我们都是将13、12脚相互短接，将恒定的电压供12脚使用。11脚为驱动信号输出端，经棚极电阻接IGBT管不降信号检测脚，芯片的9脚与IGBT的发射极相连，芯片的10脚与IGBT的集电极相连9。变频器正常工作时，其IGBT的管压降都是在3V以下。当导通管压降上升超过3V时，即8、9引脚上的电压超过3V.管东降的偏高说明流过IGBT的电流已经超出了正常运行时的电流，PC929的8引脚检测到管压降的异常，自动生成一个故障信号，其信号通过内部电路输送给CPU进行处理，由CPU来实施停机保护信号。PC929的工作原理，其系统结构如图2-8所示:图2-8U相下普IGBT舞动电路电路图以U相下臂IGBT!亚动电路为例，如图3.1.3.3所示。大、中功率变频器，因IGBT的功率容量较大，故PC929输出脉冲信号，在经过后级V8、V9功率放大器放大后，再骤IGBT.I、当U.负脉冲到来时，2、3引脚形成+5V的电压，促使2、3脚内部发光二极管的电阻降为0,逋过内部处理电路处理后，从11脚输出脉冲电压，经电阻R8提供外部功率放大瑞V8的正向基极偏流，经棚极电阻R8提供U相下刖GBT2的激励电压。是IGBT2由嵌止进入导通状态。PC2的8、9脚内部和外围电路构成IGBT故障检测电路和报警电路，异常情况终止脉冲输出，并向MCU发送OC故障报警信号。2、正常情况下，IGBT导通后，如果忽略IGBT2的导通压降，可认为集电极和发射极处于“短接状态”，D1.正偏导通，将图中的a电位钳位在0V*电平上，此时从b点，经二极管D3、电阻R14输入PC2的9脚（OC检测信号输入脚）的是OV*低电平。PC2内部IGBT保护电路不动作，8脚内部晶体管V7处于截止状态，光耦合器PC3无输入信号产生，处于静止状态，变频器正常工作。3、脉冲信号作用期间，若因电路故障（严重过电流故障发生，PC2架动能力变差、IGBT2断路等）使IGBT2未能JE常导通，当其集电极。发射极之间的导通电压降超过7V以上时，二极管VD1.反向截I匕此时b点电压为R1.1.、RI2、R13对驱动供电电源的分压值，忽略VD3的导通电压降，此时b点电压约为22V,仍以OVa为基准点的话，则此点电压在0V*基础上升了13V,二极管VD31E偏导通,将高电平（0C故障）信号输入PC2的9脚内部IGBT保护电路，IGBT保护电路输出控制信号令晶体管V7导通，光耦合器PC3获得输入信号电流，输出从光眼晶体管导通，将OC故障信号送入MCU主板。PC929的外围IGBT导通电压降检测电路中，VDkVD3为隔离二极管，实现检测管压降信号与PC2的9脚电平互相影响，并在故障信号产生时,VD3进入正向导通，使9脚由-8.6V的负压上升为-3V.在IGBT3通管压降检测电路中，加奘二极管VD2和电容C1.并联元件，和成容噪电路。C1.与RI1.RI2组成Re时间常数电路，决定检测信号的延时时间，对无危杏的瞬间过电流信号和干扰信号进行抑制和吸收，避免产生不必要的错误故障保护动作。图2他领器驱动电路实际电路图2.5本章小结本章主要讲了变频器内部结构，主电路和控制电路;并且解择了变频瑞内部的开关电源的供电原理、驱动电路的驱动原理。开关电源里的振荡芯片、驱动电源里的PC929芯都才寸其功能进行r研究.第三章空压机变频节能控制系统结构简介3.1设计总体方案根据实际生产要求，控制系统硬件设备由P1.C控制器、变频器、压力变送器（传感器）根据闭环控制系统来进行组合控制，现场的压力值由压力变送器测得，然后由压力变送器将测得的模拟敬数据输送到PIJC上，P1.e将测得的模拟员信号转换为数字址信号,并进行PID谢节,并将调节后的数字t信号传送给变嫉器变频器依据送过来的信号大小，将其信号输送给CPUCPU接受信号，在其内部进行处理，改变输出频率和输出电压的大小，电动机接受到改变得到的输出电压和频率，、电动机的转速就跟着发生变化，从而空压机一直处于满载状态，不需要进行加卸载，从而达到了节约能源的目的。AP1.C变频器空压机A储气推输而记IH/JR定侬一压力变送器-1图3-1变频节能控制原理图本课题使用到的电气器件有：1,P【C:CPU224XPCN2、变频器：迈凯诺KE3OO-O55G/O75P-T43、 空压机：夏盛SA6OA-74、 压力变送器：YB-1313.2空压机的工作原理以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理。螺杆式空气压缩机的工作过程大概可以分为4个过程：第个过程是吸气（从外界将空气吸过来）：第二个过程是密封和输送（将空气进行转移）；第三个过程是压缩（将空气中是的杂质和空气分离）；第四个过程是排气（将空气输入储气罐）。被密封的空气在转子相互啮合后,转子齿槽的容枳越来越小而空气质强不变，空气从而被压缩。1、吸气过程吸气过程：指随着电动机带动空压机转子转动。转子齿的齿间容积的着转子的转动由小变大，内部压强较小，这时候，该齿间的容积与吸气口相通,因此，空气在内外压差不同的情况下，空气从吸气口流入齿槽中，2、输送过程在吸气过程结束后，空气封闭在齿槽沟内，不在和外接空气流通，而齿槽容枳由于转子的转动向排气口移动，空气也随之移动。3、压缩过程随着啮合面慢慢向排气口接近，齿沟间的容积越来越小，气体因容积变小而被压缩，内部压力变大，完成了空气的压缩过程。4、排气过程当转子的啮合面转到排气口时，内部和外界想通，由于内外气压不同，并且内部气压大于外部气压，于是外界就将空压机内部的空气抽出。图3-2空压机实物图图33储气罐实物图3.3P1.C应用简介P1.C是可编程控制器的简称，它是一种智能控制器，相当于一台微型电脑。它是由传统的维电器控制系统慢慢发展而来。传统的控制系统是使用各种继电器，利用其开关特性，通过对其进行接线，对电气设番进行控制，它由丁依靠机械动作实现要求的控制功能，因此工作频率低，反应慢11,实现较发杂的控制功能时，其电路极其复杂，并11要定时进行维护。P1.C采用了先进的计算机技术，从最早的只有逻辑控制，顺序控制,发展成为个现代化的P1.C模拟量控制，它拥仃传统控制系统没有的过程控制和远程通信的功能。P1.C由于抗干扰能力强，能够适应恶劣的工作环境，在恶劣的工作环境下都能稳定运行12,它通过对内部存储（事先写入存储器里的程序执行逻辑上的运算、它严格按照从上而下按照顺序来执行程序指令，来执行对外部电气设备的启动，停止，或者实现其他功能。目前，P1.C以其高稳定性和高性能价格比等特点，已被大家所认同，在各种工业制造中，起着不可磨灭的作用。3.3.1P1.C的基本结构P1.C的应本硬件结构和微机基本上是相同的，基本上是由一个电源，一个中央处理器，存储器，输入，输出接口电路，功能模块，通讯模块。中央处理器（CPU）有者对信息进行处理整合梳理的作用，通过对接收到的信号进行处理，然后将处理指令传达给现场的各个部位。当P1.C投入运行后，一般经过这几个步骤，第一个过程是输入采样，第二个过程是用户程序执行，第三个过程是输出刷新。当三个过程都被处理器执行完毕，这三个过程总称为一个扫描周期,P1.C在开始执行程序前，先要收集信息（通过对信息的处理才能将处理结果发送出去），它将所有的输入端子的信号都检查一遍，将检查结果存储在内部的存储器里，这个过程为输入采样过程。P1.C完成输入采样过程后，（当然得要开始数据处理了）它按顺序从上到下，从左到右，一个一个对程序进行扫描、处理，同时再将结果保存在内部存储器里，并将之前的数据刷新，当执行完所有程序后，P1.C将结果检出给设备，驱动设备工作运行。在P1.C工作过程中，P1.C按照设定的速度一直循环往史地重身这几个阶段。3.3.2P1.C的特点高可雏性和强抗干扰能力这是P1.C最突出的特点之一.由于科学技术的不断发展和创新，集成技术在当代已经非常完美，P1.C通过其先进的技术拥有强大的抗外界干扰的能力：它还采用了软件保护措施（故障检测，检验程序是否有错，如果发现程序出现错误，立刻停止程序。）,使其具有高安全性，能够适应工业控制所满足的严格要求。（2）灵活性基于强大的控制功能,P1.C能够完成绝大多数的控制任务。各个模块可由用户需求自行t且合，在一定范图内可大可小，扩展灵活。（3）编程语言简单易学，便于掌握P1.a的语言通俗易懂，初学者通过梯形图语言很容易对P1.C上手，易学易懂，共编程语言丰富、清晰，修改内部程序方便简单，这些都使设计人员便于使用P1.C（4）通用性强，具有丰富的1/眼口动作快P1.C的接点动作和传统维电器的动作时间相比，P1.C快得多，更能有效地进行工业监控任务。1.1.3 P1.C的应用场合开关量的逻辑控制：P1.C取代传统的继电器电路，它的运算能力很强，一秒钟能处理较多程序，是维电器电路无法超越的(2)模拟量控制PIC中配置行模拟和数字的转换功能，其中A/D模块置将现场的温度(tempiu、压力(PreSSUe)、流IR(f1.ow)、速度GPeed)等这些模拟证数据通过内部模拟盘/数字盘处理转换变为DC,再经过像人脑一样能处理各种数据的CPU去处理这些数据，等到数据处理完毕，再由CPU发出处理过后的数据给输出端口，然后通过数字量转换为模拟量的模块，将最后算得的模拟量送绐被控对象,从而进行对被控对象的控制。(3)过程控制(Q定时和计数控制P1.C具有很强的定时和计数功能，他可以芍用户提供几十甚至上百个、上千个定时器和计数器12。它的计时时间设置比较.二更，它的计数次数设置也比较方便。用实现定时和计数控制。顺序控制数据处理PIX：的数据处理能力非常强大，它能处理各种普通的加减乘除,还能实现数据传输的功能,将数据传送到需要的部位，它还能对数据进行排序处理。其功能相当强大。(7)通信及联网现代P1.C一般都有通信功能，只要用导线相连，就可以实现对远在它地的1/0进行控制，不仅如此，P1.C与P1.C也能进行相互之间的通信，P1.C与计算机通过一些措施，也能实现彼此之间的通信，这样用P1.C可以方便地进行分布式控制13.1.1.4 P1.C的选用系统采用的P1.CCPU224XPCN。本机集成24输入(inpu1.)16输出(OUIPUI)共40个数字量输入和输出点当输入输出点不够用时，可以扩展模块，用户一共可以多扩展7个，增加/这么多么模块，输入输出点都能满足实际工程的使用J"它拥有强大的内置集成功能，所有的电子元器件都集成在J'一块板子上，体枳小，携带方便，功能稳定：实时特性：强劲的通讯能力：扩展模块也很多，当目前的模块无法满足实际工程时，此时可以考虑扩展模块，对空压机启动、停机，调节空压机转速等实现自动控制。335P1.C的I/O分配图表3-1P1.C的I/O分配图类别器件代号地址号功能说明输入K1.10.0空压机启动K210.1空压机故障输出KSOQO.O启动主电机KS1.00.1启动电机冷却风机KS200.2启动电柜冷却风机KS300.3启动报警灯【0.0的输入端与空压机启动开关相联，当空压机启动开关按下以后，10.0收到启动信号，使输出QOO为高电平，致使KSI线圈得电，KS1.常开触点闭合，而其常开触点一端接变频器的DI端，另一触点接变频器的COM端，当其开关合时，D1.与COM相连，变频器开始启动空压机，空压机开始启动工作。与此同时通过对P1.C进行软件编程，使得空压机在工作时，使P1.C得输出端子Q0I、Q0.2输出为高电平。这样以后,使得KS2、KS3维电器同时得电,而KS2的常开触点与2,IV电源、交流接触器的线圈KM1.相连,当共开关闭合时，KMI得电，通过图2.3.5.5可知，电机冷却风机得电运行。同理可得电柜冷却风机也同时得电运行.其系统结构如图3-5、3F所示。图3-5维电蹲控制回路本系统将三相电源分别与交流接触器相连，交流接触器再与熔断器相连。当风机超负载或者有问题，即电流过大时，熔断器工作，将Et1.1.洛切断，保护风机及电路的安全。将电网的三相交流电直接连接到变频器的1.1.、1.2、1.3端子，空压机里电动机的U2、V2、W2与变频器的UI、VkW1.相连15。这样变频器就可以将频率、电压改变后的交流电源输送到U1.、V1.,W1.,供电机使用。图3-8空压机主电路图3-9P1.Cand变疲器控制板内部实物图310空压机外部掾作面板3.4 控制柜设备组成功能根据控制要求，系统硬件设备由一台控制柜组成，控制柜主要由变频器，pk压力变送器，输入输出继电器，电源模块，交流接触器，空气开关等组成。其他主要元器件功能压力变送器：YB-131。压力变送器是一种接受压力变量按比例转换为标准输出信号的仪表。它能将测压元件传感器感受到的固体等物理压力参数通过内部处理成标准的电信号（如G20mDC等），这样就可以和其他设备传输信号，供其他仪器设备使用。变频器：亚盛SA6OA-7。现在的变频罂一般是现将工频电源通过三相整流桥转换为直流电源，然后通过逆变电路不断开通和关断IGBT.直流电源在IGBT开通和关断的不断重复下，转换为频率可调的的交流电源“变频器主要由整流单元（三相整流桥）、滤波单元（电容或电抗），逆变单元（IGBT）,驱动单元（PC923或者PC929）,制动单元（制动电阻）等构成。AQDC电源适配器：S-2（X）W-24V1,供电电源变换设备。3.5 本章小结本章主要讲了空压机变频节能控制系统整体结构，设计的总体方案。运用P1.C来控制空压机的启动和停止，并且将压力变送器采集的数据输送至P1.cP1.C通过对其数据的处理将处理结果输送至变频器，让其来控制空压机转速。通过对P1.C、变频器的相关知识介绍和实际成本，选取符合要求的P1.C和变频器，并且设计了空床机变频节能系统线路图，包括了变频器主接线电路,然后进行现场连线。第四章空压机变频节能控制系统的软件设计系统概述空压机变频控制系统采用P1.C为逻辑控制器，来控制空压机启动和停止，同时P1.C并采用P1.D控制技术，从空压机上采集空压机监控点的数据和状态开关崎，通过计算来控制空压机产生气体的压力值，通过本系统的设计可以节约能源，提高生产效率。4.1P1.D控制系统概述在工业实际生产控制中,一般运用的必多的控制方式就是PID控制”然而，它也是有些缺点：当受控对象不同时,控制器的参数很难自动调整来适应外界环境的改变，在P1.D控制中，给定值和实际测量值进行比较，得到偏差e©并根据得到的偏差大小，给出控制作用Ua)Ia对于连续不间断时间类型，P1.D控制方程的形式为：“(/)=KJW)+Jd畔()上式中，u(t)为PID控制器的输出，t是采样时间;KP是控制器的比例增益；e(t)是PID控制器的偏差输入(测班值和给定值的差)：T】是控制器的积分时间常数;TP是控制器的微分时间常数.数字式P1.D控制器的表示函数为：(4-2)u(n)=Kpe(n)+K,Ze(tt)+Kpe.(n)式中的e(n)是系统偏差：e(n)是系统偏差变化率：Kp是比例系数：Kj是积分作用系数：KO是微分作用系数18J。图ITP1.D控制原理图P1.D控制器自从被发明出来，也有了70年了，经过了先人改良再改良,到今天,其功能也相当完善。它的结构简单，一目了然。虽然简单，但是它还是相当稳定，在工作中运行起来比较楮定。当被控对软的结构和参数都没有全部了解的时候，或若通过运并无法得到比较精准的数学模型时，通过控制论中的其它方法无法解决当下问题，系统控制器的结构和参数就只能靠多年的经验和现场的实际发挥来决定时，通过P1.D控制火实是最为简便的方法（原因在上句话中已经解答）。比例（P）控制比例控制是一种单一控制方式，它是P1.D控制中最简单的一种控制方式，学起来很快就能上手，但是它拥钉一个人致命的弱点，那就是无法消除误差。火控制器的输出主要就是依据输出与输入之间的差值（误差，）将其误差放大数倍后，从而对被控对象进行控制，所以误差越大，放大数倍后，共控制强度越大。单一的比例控制系统有一个很严重的问题，那就是系统一直会存在一定的误差，因为控制器的输出是与误差信号大小相关，当误差信号没有时，输出就会消失。小结：比例调节主要是由两个参数所决定的，一个是Kp,还有一个是输出和输入之间的误差共同决定的,输入偏差越小，Kp越小，控制瑞的输出也就跟着变小。比例调节速度快，效果非常明显，但它存在稳态误差。当调节作用太过强大时，其会使系统变得不稔定。积分控制在积分控制中，当误差积分越大，控制器的输出就越大；当误差信号越小，控制器的输出也越小。对一个闭环式控制系统，比如说比例控制系统，它的稳态误差是无法消除的，但是实际工程中是不允许有误差19。于是为了消除稳态误差，我们要添加一个积分项放在在控制系统装置里。枳分的加入意义重大，对于消除误差有若不可代替的作用。积分项的大小主要是由积分的时间来决定