制氮机在PLC中的应用(4)

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3.3 传感器部分

该控制系统中存在大量的模拟量信号，这些信号的输入都要通过传感器是进行模拟量采集，将采集的模拟量信号送入PLC输入模块进行模数转换，将连续的变化量（大部分为4－20mA的电流信号，0－5V或0－10V的电压信号）转换离散的数字量，存储到PLC内存里；输出是由模拟量输出模块将我们要输出的存储在内存中的数字离散信号转换为电压信号或者电流信号。

本系统模拟量传感器HM23Y矿井专用型压力变送器用于检测矿井的井巷气压，Pt100铂热电阻作为测量温度用的传感器用于检测风机组轴承和定子温度。要想正确的使用它们，首先了解各个传感器的性能指标。

HM23Y型压力变送器采用欧洲先进的溅射薄膜压力传感器作为敏感元件，和电子线路做成一体化结构该型号压力变送器为全不锈钢圆柱型结构，使用方便。特别适用于井田测井、制药、纺织等粘稠宜堵、强振动的工业现场。并在国内油田得到很好的应用效果。该压力变送器有高温、高压、高精度、高稳定性、抗振动、冲击、耐腐蚀全不锈钢结构、体积小、重量轻直接过程安装等特点。其性能参数如表5所示。

Pt100铂热电阻作为测量温度用的传感器，通常和显示仪表、记录仪表及控制装置配套使用，测量范围-50℃～180℃。可以用在电机的轴承和定子测温，也可以用在纺织、机械、铁路机车等有需要测量温度的场合。该温度传感器采用德国进口薄膜铂热电阻元件，产品质量达到IEC751国际标准。铂电阻的电阻值随着温度的变化而变化。温度和电阻的关系接近于线性关系，偏差极小，且电气性能稳定。耐振动、可靠性高，同时具有精确灵敏、稳定性好、产品寿命长和安装方便等优点。

Pt100铂电阻温度传感器是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，能够准确的测出轴承或定子的温度并将它们传给PLC模数转换电路。当被测介质中存在温度梯度时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。

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表5 HM23Y型压力变送器性能参数

测量范围 过载能力 压力类型 测量介质 供电电源 信号输出 综合精度 长期稳定性 使用温度范围 补偿温度范围 温度性能 零点温度系数：≤±0．02%FS/℃ 灵敏度温度系数：≤±0．02%FS/℃ 接液材料 响应时间 负载电阻 绝缘电阻 外壳防护 安全防爆 重量

0～0．5MPa～220MPa 2倍满量程压力(其中100Mpa以上过压为1．1倍) 表压或绝压 与316不锈钢兼容的气体或液体 12～36VDC(一般为24V) 4～20mA/1～5VDC/0～5VDC/0．5～4．5VDC ±0．1%FS ±0．25%FS ±0．1%FS/年 -40～+150℃ ±0．5%FS -40～+120℃ 膜片:17-4PN ≤2毫秒 连接件:1Cr18Ni9Ti ≤(U-10)/0．02Ω 100MΩ，50VDC 插头型（IP65）； 电缆型（IP67） ExiaⅡ CT5 约0．25公斤 17

河北化工医药职业技术学院毕业论文 3.4 变频器部分 本系统选用的是西门子全新一代标准变频器MicroMaster440功能强大，应用广泛。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。制氮机其基本原理图如图3.2所示： V10.5UsV3V5~UOVWM3~00.5UsV4V6V2图3.2 变频器基本原理图 变频器的选用： 变频器的选用应满足以下规则，变频器的容量应大于负载所需的输出；变频器的容量不低于电机的容量；变频器的电流大于电机的电流。由于本设计以空压机组 2×30kW为例，因此可选用37kW，额定电流75A的变频器。考虑到改进设计方案的可行性，调速系统的稳定性及性价比，我们采用西门子MM440，2×37kw， 额定电流为75A 的通用变频器。 该变频器采用高性能矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性， 同时具备超强的过载能力， 可以控制电机从静止到平滑起动期间提供3S，有200％ 的过载能力 。 变频器参数的设置： 负载为一大惯性负载， 在停车时，为防止因惯性而产生的回馈制动使电压过高的现象， 加入制动电阻，斜坡下降时间设定长一些。外接制动电阻的阻值和功率可按公式R≥2Ud／1P≥(0.3—0.5)选取。式中：U 为变频器直流侧电压，d 为变频器的额定电流。本次设计采用西门子与37kW电机配套的制动电阻响和1对转速调整的要求，系统用模拟量输入作为附加给定，与固定频率设定相叠加234以满足不同型号模具特殊要求。制动电阻的热敏开关4BD22-2EAO，1.5Q，2.2kW [4]

。变频器的接线图如图3.3所示。

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～220V

压力传感器1 EM235模拟量输入输出压力传感器2 模块 QW0+ QW0- AIN- KM3 AIN1+ Q 3 4 MM440

图3.3 变频器接线图

M 3～ 3.5 监控对象空压机

空压机又叫空气压缩机(英文为：air compressor)是气源装置中的主体，它是将原动机(通常是电动机)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。空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机，容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；离心式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。往复式压缩机(也称活塞式压缩机)的工作原理是直接压缩气体，当气体达到一定压力后排出。在本设计中根据我们的具体要求选择空气压缩机，空气压缩机的选择主要依据气动系统的工作压力和流量。气源的工作压力应比气动系统中的最高工作压力高20%左右，因为要考虑供气管道的沿程损失和局部损失。如果系统中某些地方的工作压力要求较低，可以采用减压阀来供气。空气压缩机的额定排气压力分为低压（0.7~1.0MPa）、中压（1.0~10MPa）、 高压（10~100MPa）和超高压（100MPa以上），可根据实际需求来选择。常见使用压力一般为0.7-1.25MPa。

3.6 系统的保护及故障警报的发出

本系统中，PLC所能检测到的故障有:电动机转子回路接触器发生熔焊而不能起动、电动机过载、冷却系统断水、空压机无润滑油、压缩气体温度过高。上述故障出现时，对应的空压机停止并起动处于备用状态的空压机，为了能区

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分是哪台空压机发生故障，应在对应的停车工序设置一个闪烁电路。然后把引起故障的触点与闪烁电路的输出触点相串联驱动电铃与信号灯，电铃与信号灯应安装在调度室与维修人员的值班室。

第四章 系统的软件设计

本设计系统中采用软件来监视和操作整个生产过程，为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能，各设备控制器自成一子系统，其应用程序功能包括：信息采集，设备控制，故障报警，连锁保护，以及数据处理和通信传输。在系统实施过程中，还可引入故障检测和故障诊断的处理程序，能够提高系统的智能化程度，有利于进一步改善自控系统的有效性和可靠性，通过优化调度策略，软件连锁保护等自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平提升到更高层次，可以为确定空压机设备状态检修点提供依据，并由此获得更大的效益。

4.1 系统的总体框图设计

本系统主要实现如下的控制目的：每天在不同时间段时能自动开机与关机;根据储气罐的压力自动间断地开机关机；各台空压机轮换运转，当运行中的空压机出现故障时，自动起动备用的空压机并报警通知维修人员及时维修。PLC开机时进入初始步S010，若SA设置为“自动”则进入S011，待当天开机时刻到达时，进入1、2、空压机的并行分支S013、S014。

现以1空压机为例分析，若当天的日期被3整除的余数不是1，则起动1空压机(S111) ，起动结束后(设定起动时间为90s)切换至正常运行状态(S112)。在运行过程中，若储气罐的压力超过 800 kPa 时 ，减荷阀动作，空压机空运转;当时间超过10min 时，则空压机暂时停车(S113);当压力低于755～686 kPa时，判断其他空压机是否正在起动，若有延时2min再起动1空压机，若无则直接起动1空压机。在进入步S013时，若当天的日期被3整除后的余数为1，则不起动1空压机(S016)处于备用状态 ，其间若2、3空压机发生故障且本机无故障时，则进入S111～S114 的循环中。由于共用频敏变阻器，故起动1空压机时，也要判断频敏变阻器是否空闭。在整个起动或运行期间若发生故障，都进入步S115中，停机并发出警报 ，同时起动处于备用状态的空压机。2、3空压机分别相继推迟3 min 起动 ，工作过程与1空压机相同。当停机时刻到达时，都进入S115、S212、S217步中，之后回到初始步。总体框图如图4.1所示：

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