基于S7-200的空壓機控制系統架構設計

鹽城工業職業技術學院 單秀文

1 引言

許多空壓機已選用了PLC來控制其運行。由于PLC本身就是為了能適應各種嚴苛的工業場合而設計的，采用PLC為核心的空壓機控制系統可以極大地節省人力，避免因為情緒或者疲勞產生誤操作，提高了整個系統的穩定安全運行性能。

2 空壓機控制系統設計

本系統的結構如圖2.1所示：氣壓傳感器將儲氣罐的壓力信號轉變為電信號并且進行線性化處理，送給PLC的模擬量模塊，PLC內置的PID功能將送來的電信號與設定值比較，根據差值的大小進行PID調節并產生調節信號，該信號以模擬電壓形式送往變頻器，變頻器根據模擬電壓的大小輸出與之成正比的電流頻率，控制電機的轉速，保證壓縮功率達到設定值。

圖2.1 空壓機控制系統

考慮到多數工業用戶的實際需求，本系統使用3臺異步電機去控制3臺空壓機，如果壓力需求小于某一閥值，只要一臺電機和空壓機工作，即可滿足用戶需要；如果單臺空壓機壓縮功率不夠，由PLC判斷并啟動2#空壓機；當功率需求很大時，三臺電機以工頻滿負荷工作。反之，如果儲蓄罐的壓力值超過設定值一定程度，則根據超出程度從高到低依次關閉電機，本系統工作流程如圖2.2所示。

圖2.2 控制系統工作流程

3 PLC選型

本控制系統中需要用到的主令電氣、氣壓傳感器、變頻器、繼電器和指示燈，根據所選器件的電壓、功率等級，輸入信號可用24V直流信號，輸出可用繼電器型輸出，綜合考慮，選擇CPU的型號為CPU224 AC/DC/Relay，為了處理氣壓傳感器送來的模擬電流信號和控制變頻器用的模擬電壓型號，需要額外配備一個EM235模擬量模塊。

4 控制系統軟件設計思路

為了實現變頻恒壓控制功能，軟件編程達到下面幾點要求：

4.1 工頻和變頻之間實現互鎖

各電機在自動運行方式下，工頻和變頻之間進行切換時要確保兩者不同時動作，即同一時間內只允許一臺電機變頻工作，不允許多臺空壓機同時運行在變頻狀態下。

4.2 需設置供氣頻率

由于空壓機供氣時須有一定的供氣頻率，且在不同工作壓力時的供壓頻率不同，因此在調節變頻器輸出頻率及投切電機時，有一段時間的延遲。

4.3 系統處于自動運行方式時，要求變頻運行時能夠實現頻率的自動升降調節

PLC需實時檢測供氣管道網的壓力值，并與設定的運行壓力值相比較，來調節變頻器的輸出頻率，控制電機的轉速，進而調節空壓機空氣壓力的輸出量，使供氣管網壓力維持穩定。PLC采用PID來調節管道網壓力，并設置合適的PID參數，使系統波動時快速穩定壓力，防止系統震蕩等問題。

4.4 參數設置

程序中的PID控制器使用比例和積分控制，由工程經驗法初步確定回路的增益和時間常數，初始比例增益參數和時間常數設置為：Kc=0.6，采樣時間Ts=200ms，積分時間TI=30min。在實際系統調試運行時再做進一步修改。

5 結束語

本系統在分析空壓機工作原理的基礎上，設計了一個由三臺獨立的空壓機組成的穩定壓力氣源系統。以PLC為控制核心、變頻器為驅動，整個系統具備開發周期短、通用互換性強、抗干擾能力強、維護成本低等優點，模塊式的設計布局極大地延長了生產過程中整個系統的無故障工作時間，發展空間廣闊。

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