一种空压机组电气控制系统技术方案

一种空压机组电气控制系统，采用PLC控制器、变频器和触摸屏技术的总体改造方案，采用基于Profibus‑DP的现场总线通信，实现了西门子PLC与ACS800变频器之间的高速、双向、全数字通信，增强了系统的开放性和可维护性。该空压机组电气控制系统的可靠性高、稳定性好，大大提高了空压机组的自动化水平和出气压力控制精度，达到了机组节能降耗的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种空压机组电气控制系统技术背景本专利技术涉及一种空压机组电气控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
如今我国有不少企业建有自己的空压站或空压机房，将压缩空气作为一种重要的厂用动力能源。南方四方机车股份有限公司动力分厂空压站，原先采用独立操作单元分别对5台空压机组进行单机控制，但它只能采用半自动或手动操作方式，并且人员操作麻烦，机组出气压力精度存在一定的偏差，系统的可靠性、安全性差；机组虽然采取星形一三角形减压启动，但系统启动时的冲击电流仍较大，这会严重影响电网的稳定运行和空压站周围其他用电设备运行的可靠性；机组只能采用工频运行，即当供气负荷处于轻载状态时，机组仍处于工频运行，电能浪费严重。
技术实现思路
本专利技术提出了一种空压机组电气控制系统，采用PLC控制器、变频器和触摸屏技术的总体改造方案，采用基于Profibus-DP的现场总线通信，实现了西门子PLC与ACS800变频器之间的高速、双向、全数字通信，增强了系统的开放性和可维护性。本专利技术所采用的技术方案是：所述控制系统选用西门子公司生产的S7-300PLC作为电气控制系统的主控制器。S7-300PLC是西门子公司推出的模块式小到中型PLC，它运算速度快、软件指令丰富、功能强大、扩展灵活方便，具有可靠性高、抗干扰能力强和网络通信能力强等优点。所述控制系统通过CPU模块314-2DP中的MPI接口，PLC控制器可上接至触摸屏，与之进行实时、双向的RS-485串行通信；同时，通过其DP接口引出Profibus-DP现场总线，则其可与功能扩展槽加装Profibus-DP通信适配器的变频器相连，实现基于Profibus-DP现场总线的数字通信。所述控制系统采用压力传感器(变送器)、PLC、变频器、空气压缩机组等组成闭环反馈控制系统，以自动调节空压机的转速，使供气系统的空气压力稳定在设定值上，实现多台空压机组的恒压控制和节能运行。所述控制系统的空压机组PLC控制程序采用模块化的设计，主要采用功能强大的语句表，结合梯形图进行程序的编写。本专利技术的有益效果是：该空压机组电气控制系统的可靠性高、稳定性好，大大提高了空压机组的自动化水平和出气压力控制精度，达到了机组节能降耗的要求。附图说明图1是本专利技术的控制系统总体结构图。图2是本专利技术的Pmfibus-DP通信流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，空压机组采用PLC作为主控制器，并扩展了模拟量输入输出模块。由变频器拖动2台主空压机组运行，可实现变频的经济运行，PLC和变频器之间采用基于Profibus-DP现场总线的高速、双向全数字通信，其数据精度高，抗干扰能力强。控制系统的上位人机界面则选用了触摸屏。本系统选用西门子公司生产的S7-300PLC作为电气控制系统的主控制器。S7-300PLC是西门子公司推出的模块式小到中型PLC，它运算速度快、软件指令丰富、功能强大、扩展灵活方便，具有可靠性高、抗干扰能力强和网络通信能力强等优点。S7-300PLC的CPU模块选择了314-2DP，另外还扩展了3块SM321数字量输人模块、2块SM322数字量输出模块和1块模拟量输入模块SM331。模拟量输入模块SM331有8个输入通道、16位分辨率，输入电压或电流信号形式可设定。SM331输入通道接收现场压力、温度等模拟信号，并将模拟信号转换为成比例的数字值，由测量值与设定值进行比较运算。在PLC内部，压力偏差通过相应的控制算法经Profibus-DP现场总线，实时控制变频器的输出频率，从而调节空压机组的转速，使供气系统的空气压力稳定在压力设定值。通过CPU模块314-2DP中的MPI接口，PLC控制器叮上接至触摸屏，与之进行实时、双向的RS-485串行通信；同时，通过其DP接口引出Profibus-DP现场总线，则其可与功能扩展槽加装Profibus-DP通信适配器的变频器相连，实现基于Profibus-DP现场总线的数字通信。通过Profiibus-DP总线通信，PLC控制器可以控制变频器的启动、停止和给定参考速度，并可实时读取变频器的主要运行参数，如频率、电流、电压和功率等。变频器选用ABB公司生产的ACS800系列大功率、全数字、矢量控制型变频器，触摸屏选用上海步科电气的eView系列触摸屏MTS10。通过以上硬件配置，采用压力传感器(变送器)、PLC、变频器、空气压缩机组等组成闭环反馈控制系统，以自动调节空压机的转速，使供气系统的空气压力稳定在设定值上，实现多台空压机组的恒压控制和节能运行。ACS800变频器采用手动/自动宏控制，ACS800的数字量输入端DI，为自动/手动工作方式选择输入端。另外，通过利用变频器，还可以实现机组的软启动功能。西门子Step7编程软件是支持用户开发应用程序的软件包，其编程语言丰富，如LAD(梯形图)、STL(语句表)，FBD(功能块图)、SCL(结构化控制语言)和S7Hi-Graph(希氏图)等。这些语言都是面向用户的，且大大简化了控制程序的编写，用户可方便地进行程序的编辑、下载、调试和修改。西门子S7-300/400PLC的控制程序是由各种逻辑块组成的，包括组织块(OB)，功能(FC)、功能块(FB)和系统功能(SFC)等。本空压机组PLC控制程序采用模块化的设计，主要采用功能强大的语句表，结合梯形图进行程序的编写。对于不同的控制功能采用不同的程序功能块来实现，从而使程序可读性、可移植性、可维护性都大大地加强。整个控制系统的程序主要包括空压机组逻辑控制子程序、模拟量处理子程序、PID调节运算子程序和PLC与变频器Profibus总线通信程序等。对于由压力信号模拟量经SM331模块输入通道A/D变换后进入PLC的数字量，可以使用S7-300内部的PID指令进行调节运算。但实际使用的效果表明，系统的压力控制精度仍达不到指定的控制要求，且调节过程过长。为了将钾能控制优点和传统的P1D调节功能二者良好地结合起来，采用了模糊PID调节运算，再通过Profibus-DP现场总线通信将数据送入变频器ACS800的通信口，实现对变频器频率的实时控制。Profibus-DP是Profibus现场总线的3个版本之一，是一种高速(传输速率为9.6kbt/s~12Mbids)、经济的现场级网络。它主要应用于现场控制器与分散I/O串口之间的通信，可以满足交、直流调速系统快速响应的实时要求，目前，其在工业控制中已经得到了广泛的应用。为了实现PLC与变频器基于Profibus-DP现场总线的通信，变频器ACS800需加装ProCbus-DP总线通信适配器FPBA-01，通信电缆需选用西门子带双屏蔽层、红绿双芯的Profibus-DP总线紫色专用通信电缆。从软件角度来看，现场总线控制系统的核心内容是现场总线的通信协议。Profibus-DP通信协议的数据报文结构分为协议头、网络数据和协议层。其中网络数据即可用数据结构(PPO)，包括参数值PKW和过程数据PZD。参数值PKW用于读、写参数值，过程数据PZD是变频器运行过程中输入输出的一些数据值，包括控制字、设定值、状态字和实际值等，如变频器的频率给定值、功率反馈值、电流反馈值等。Profibus-DP有2种类型的PPO：一类是无PKW，有2个字本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空压机组电气控制系统，其特征是：所述控制系统选用西门子公司生产的S7‑300 PLC作为电气控制系统的主控制器，S7‑300 PLC是西门子公司推出的模块式小到中型PLC，它运算速度快、软件指令丰富、功能强大、扩展灵活方便，具有可靠性高、抗干扰能力强和网络通信能力强等优点。

【技术特征摘要】
1.一种空压机组电气控制系统，其特征是：所述控制系统选用西门子公司生产的S7-300PLC作为电气控制系统的主控制器，S7-300PLC是西门子公司推出的模块式小到中型PLC，它运算速度快、软件指令丰富、功能强大、扩展灵活方便，具有可靠性高、抗干扰能力强和网络通信能力强等优点。2.根据权利要求1所述的一种空压机组电气控制系统，其特征是：所述控制系统通过CPU模块314-2DP中的MPI接口，PLC控制器可上接至触摸屏，与之进行实时、双向的RS-485串行通信；同时，通过其DP接口引出Profibus-DP现场总线，则其可...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓兵，
申请(专利权)人：李晓兵，
类型：发明
国别省市：辽宁,21