空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張子揚(yáng)：平朔油庫(kù)空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)V前言空氣壓縮機(jī)目前在各個(gè)領(lǐng)域都有所應(yīng)用，本文主要研究問(wèn)題即為使用可編程控制器PLC控制空壓機(jī)組向儲(chǔ)氣罐內(nèi)提供壓縮空氣，并到達(dá)預(yù)期要求。目前，可編程控制器PLC作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備在生活中被廣泛應(yīng)用，尤其是PLC與變頻器以及觸摸屏技術(shù)的綜合應(yīng)用更是現(xiàn)代較為流行的控制和監(jiān)控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以三菱FX2N系列PLC為控制器結(jié)合變頻器的變頻技術(shù)對(duì)空壓機(jī)組進(jìn)行啟動(dòng)和停止操控，使用PLC與觸摸屏技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制。在文章中，先后對(duì)空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究意義、發(fā)展現(xiàn)狀以及空壓機(jī)的控制要求做了相關(guān)闡述。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)主電路圖設(shè)計(jì)、相關(guān)電機(jī)保護(hù)措施設(shè)計(jì)以及硬件選型，軟件設(shè)計(jì)包括針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖、PLC的外圍接線電路圖、PLC的I/O口輸入輸出資源分配表以及控制系統(tǒng)的梯形圖程序。另外，本系統(tǒng)還應(yīng)用GTDesigner3軟件設(shè)計(jì)了人機(jī)界面與PLC程序配合實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控。最后，可在仿真軟件GXWorks2以及GTSimulator3的聯(lián)合模擬仿真下模擬實(shí)際工況，驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。1緒論1.1課題研究背景及意義近年來(lái)，中國(guó)的工業(yè)運(yùn)營(yíng)和制造企業(yè)面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。為了滿(mǎn)足當(dāng)今的全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)需求，企業(yè)需要合理的提高自身生產(chǎn)力，滿(mǎn)足時(shí)代需要并且應(yīng)學(xué)會(huì)降低運(yùn)營(yíng)成本。自動(dòng)化系統(tǒng)和產(chǎn)品為節(jié)省能源、促進(jìn)產(chǎn)品統(tǒng)一性、放大產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)、減少人力勞動(dòng)消耗，升級(jí)并開(kāi)辟了巨大的潛在空間，提高自動(dòng)化產(chǎn)品的質(zhì)量，能在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用[1]。因此，自動(dòng)化已越來(lái)越多地應(yīng)用于汽車(chē)，鋼鐵、煤礦和油庫(kù)等領(lǐng)域。壓縮空氣是繼電力后的第二大動(dòng)力源，主要用于除塵器與儀表驅(qū)動(dòng)等?？諝鈮嚎s機(jī)是一種能將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣壓勢(shì)能的裝置，它通常用作驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力源，例如氣動(dòng)閥和氣動(dòng)儀表。它是相對(duì)安全的，因?yàn)闆](méi)有火花現(xiàn)象。它廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，特別是在油庫(kù)等特殊場(chǎng)所。目前，大多數(shù)行業(yè)使用的空氣壓縮機(jī)都在從人工手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向了自動(dòng)化。因?yàn)閯趧?dòng)力不像一臺(tái)機(jī)器，不可能根據(jù)每天24小時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)使用的空氣量來(lái)控制相應(yīng)的空氣壓縮機(jī)，而許多大型工業(yè)企業(yè)經(jīng)常使用多臺(tái)空氣壓縮機(jī)，這使得手動(dòng)控制更加麻煩且難以控制。因此，完整的空氣壓縮機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅簡(jiǎn)化了操作員的控制步驟，而且，它還使空氣壓縮機(jī)的使用更加高效、安全、準(zhǔn)確，使用壽命更長(zhǎng)，從而達(dá)到節(jié)約能源，節(jié)約資金，節(jié)省人力資源的目的。1.2空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)依照傳統(tǒng)的空壓機(jī)控制方式，即為繼電器控制，整個(gè)系統(tǒng)接線復(fù)雜混亂、儀表設(shè)備鏈條繁雜，電氣設(shè)備管理困難，對(duì)技術(shù)要求較高。介于傳統(tǒng)的空壓機(jī)控制方式的諸多缺點(diǎn)，人們選擇使用了在更多方面都優(yōu)于它的PLC控制，可編程控制器PLC具有內(nèi)部軟邏輯功能，精簡(jiǎn)了空壓機(jī)控制系統(tǒng)的接線，使外部電路便于管理增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。為了方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試PLC設(shè)計(jì)了在線編輯功能，為了系統(tǒng)出現(xiàn)故障后能快速恢復(fù)PLC設(shè)計(jì)了故障指示及故障阻斷功能，就算是非電氣專(zhuān)業(yè)人員也能夠通過(guò)PLC輕松地檢查和處理故障。此外，PLC控制系統(tǒng)相比于一般單片機(jī)、小型可編程控制器而言，由于其便于安裝維修、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)，所以在惡劣的外部環(huán)境中工作也能不受影響的完成任務(wù)，擁有較高的可靠性與安全性[2]。PLC控制系統(tǒng)不需要建立專(zhuān)門(mén)的操作站，使用的軟件和硬件又都比較常見(jiàn)，這樣精簡(jiǎn)方便，性?xún)r(jià)比又高的控制系統(tǒng)逐漸被人們廣泛接受?？諌簷C(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)電氣設(shè)備連鎖回路較少，使用PLC與觸摸屏技術(shù)能夠清晰地實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，再加上市場(chǎng)中不斷下降的PLC價(jià)格與不斷上升的用戶(hù)需要，在生活中愈加常見(jiàn)，會(huì)有越來(lái)越多的空壓機(jī)系統(tǒng)由PLC來(lái)控制。使用PLC控制空壓機(jī)組工作的優(yōu)勢(shì)如此突出，在現(xiàn)實(shí)生活中也越來(lái)越常見(jiàn)。空氣壓縮機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，最常用到的控制技術(shù)中有恒壓變頻控制技術(shù)、自動(dòng)加載卸載控制技術(shù)等，這些控制技術(shù)也基本需要PLC的自動(dòng)控制，這些控制技術(shù)固然能夠解決很多空壓機(jī)組的供氣問(wèn)題，卻也對(duì)壓縮氣體造成了一種資源浪費(fèi)?？諌簷C(jī)組為了應(yīng)對(duì)供氣系統(tǒng)中用氣壓力和用氣量的變化，引起輸氣管道內(nèi)以及儲(chǔ)氣罐內(nèi)的用氣壓力與用氣量的變化，空壓機(jī)的運(yùn)行工況不斷調(diào)節(jié)變化，應(yīng)在滿(mǎn)足供氣條件的情況下實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)組的經(jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行，這應(yīng)當(dāng)是空壓機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)的當(dāng)代發(fā)展趨勢(shì)。從空壓機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)分析可以看出，未來(lái)的絕大多數(shù)空壓機(jī)系統(tǒng)將選擇PLC作為控制核心部件。在本文中，基本完整的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了用于空氣壓縮機(jī)的PLC控制系統(tǒng)。基于滿(mǎn)足空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的節(jié)能供氣的要求，在硬件結(jié)構(gòu)、軟件編譯和模擬仿真等方面都做了盡可能詳細(xì)的闡述，對(duì)于未來(lái)建立空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)具有參考作用。2空壓機(jī)及控制方案2.1空壓機(jī)概述空氣壓縮機(jī)是各種工廠，道路建設(shè)，采礦和建筑行業(yè)必不可少的設(shè)備。它們的主要功能是為生產(chǎn)提供動(dòng)力——壓縮空氣，使機(jī)械設(shè)備能夠發(fā)揮其預(yù)期的功能。如何實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的控制也是當(dāng)前空氣壓縮機(jī)應(yīng)用中的一個(gè)重要問(wèn)題?？諝鈮嚎s機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中具有不可或缺的地位。它們主要是提供壓縮氣體來(lái)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的電動(dòng)氣動(dòng)閥的開(kāi)閉能量，在空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)中向儲(chǔ)氣罐內(nèi)供應(yīng)具有一定壓力的恒定壓縮空氣。2.2活塞往復(fù)式空壓機(jī)的組成及工作原理空壓機(jī)分有很多種類(lèi)型，目前以螺桿式空壓機(jī)與活塞式空壓機(jī)為市場(chǎng)主流，在工業(yè)生產(chǎn)中這兩種類(lèi)型空壓機(jī)的應(yīng)用也占絕大多的比重。本文所研究的是以三臺(tái)往復(fù)式空壓機(jī)為中心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中往復(fù)式壓縮機(jī)主要就是活塞式空壓機(jī)，活塞式空壓機(jī)適用范圍廣，無(wú)論壓力高低還是氣流量大小的情況下，都有著足夠的生產(chǎn)使用經(jīng)驗(yàn)達(dá)到要求。活塞式空氣壓縮機(jī)從組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)、作用可大致分為四部分，如下所示：壓縮機(jī)構(gòu)。壓縮機(jī)構(gòu)由氣缸、進(jìn)氣閥、出氣閥等部件組成，為活塞式空氣壓縮機(jī)制造一個(gè)密閉的壓縮空氣的空間環(huán)境，讓活塞完成壓縮空氣的任務(wù)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由曲柄、滑塊、連桿、活塞桿等部件組成，為活塞式空壓機(jī)的活塞保證來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，不僅能帶動(dòng)活塞完成壓縮空氣的過(guò)程也能帶動(dòng)油泵、制冷風(fēng)扇等輔助設(shè)備工作。輔助設(shè)備。輔助設(shè)備由儲(chǔ)氣罐、油泵、水泵、制冷風(fēng)扇、油氣分離裝置等部件組成，除能輔助活塞式空壓機(jī)正常運(yùn)行工作外，也能為空氣壓縮機(jī)起到儲(chǔ)氣、排水、除油及冷卻等作用，為活塞式空氣壓縮機(jī)正常順利的完成高質(zhì)量的壓縮任務(wù)提供了保證?？刂茩C(jī)構(gòu)?？刂茩C(jī)構(gòu)由調(diào)壓器、調(diào)速器、減荷閥等部件組成，為了使活塞式空氣壓縮機(jī)的排氣量與用戶(hù)使用壓縮氣體的消耗量趨于平衡，壓縮機(jī)系統(tǒng)管路中的氣體壓力需要保持一個(gè)定值，控制機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)壓力、溫度等信號(hào)控制空氣壓縮機(jī)的供氣量與負(fù)荷值相匹配，保證當(dāng)空氣壓縮機(jī)不正常運(yùn)行時(shí)，能夠自行控制壓縮機(jī)停機(jī)，避免造成壓縮機(jī)的損壞，降低了對(duì)空壓機(jī)設(shè)備的維修成本也保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。活塞往復(fù)式空壓機(jī)是指通過(guò)控制氣缸內(nèi)部的活塞來(lái)回移動(dòng)從而改變氣缸內(nèi)部容積并實(shí)現(xiàn)氣體輸送的壓縮機(jī)。往復(fù)式壓縮機(jī)依照往復(fù)運(yùn)動(dòng)的部件分為活塞式和隔膜式壓縮機(jī)。圖2-1活塞往復(fù)式空壓機(jī)工作原理圖Figure2-1Pistonreciprocatingaircompressorworkingprinciplediagram1—曲柄2—出氣閥3—?dú)飧?—閥門(mén)彈簧5—進(jìn)氣閥6—活塞7—活塞桿8—滑塊9—連桿活塞往復(fù)式空壓機(jī)的工作主要依靠氣閥、氣缸與往返移動(dòng)的活塞這三個(gè)部件[3]，另外再加上其他部件的輔助配合，使其壓縮氣體的的四個(gè)過(guò)程循環(huán)進(jìn)行著。四個(gè)工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)原理如下。壓縮氣體膨脹過(guò)程：當(dāng)活塞向右移動(dòng)時(shí)，氣缸的容積增加，壓力下降，原本殘留在氣缸中的殘余氣體膨脹。吸氣過(guò)程：當(dāng)壓力略低于進(jìn)氣管中的氣壓時(shí)，進(jìn)氣管中的氣體將吸氣閥推入氣缸。當(dāng)活塞向右移動(dòng)時(shí)，氣體繼續(xù)進(jìn)入氣缸，直到活塞移動(dòng)到右端。壓縮過(guò)程：當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，氣缸逐漸收縮，開(kāi)始?jí)嚎s氣體的過(guò)程。處于氣缸內(nèi)的氣體不能從進(jìn)氣口與出氣口排出氣缸，原因是吸氣閥擁有止逆作用，防止氣體逆向流動(dòng)，而氣缸內(nèi)的氣壓低于出氣管道內(nèi)氣壓，氣缸內(nèi)的氣體不能從出氣閥逸出到氣缸外部。出氣管中的氣體由于排氣閥而具有止逆作用，不能流入氣缸。因此，氣缸中的氣體數(shù)量保持恒定，并且只是因?yàn)榛钊^續(xù)向左移動(dòng)，氣缸中的空氣量減小，氣體的壓力持續(xù)增加。排氣過(guò)程：當(dāng)活塞向左移動(dòng)并且壓縮氣體的壓力略微上升到出口管中的氣體壓力時(shí)，氣缸中的氣體打開(kāi)排氣閥的彈簧進(jìn)入出口管并連續(xù)排出，直到活塞移動(dòng)到最左端。至此，空壓機(jī)已經(jīng)完整的完成了壓縮空氣的四個(gè)工作過(guò)程，活塞在氣缸內(nèi)連續(xù)做往返移動(dòng)，使得氣缸反復(fù)的吸入排出氣體。其原理圖2-1如上圖所示。2.3油庫(kù)對(duì)空氣的質(zhì)量要求壓縮空氣的壓力露點(diǎn)是衡量壓縮空氣質(zhì)量好壞的主要依據(jù)，壓力露點(diǎn)是在對(duì)空氣降溫時(shí)能使空氣剛好凝結(jié)出水的溫度值，這個(gè)溫度越低，壓縮空氣中的水分就越少那么壓縮空氣的質(zhì)量越好[4]。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)氣動(dòng)設(shè)備對(duì)壓縮空氣的要求還是很?chē)?yán)格的，假如壓縮空氣中的水分、油污、雜質(zhì)超標(biāo)的話(huà)，這將對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)中的設(shè)備造成很大的損害，在嚴(yán)重的情況下，它將會(huì)導(dǎo)致工業(yè)停止生產(chǎn)。油庫(kù)對(duì)壓縮空氣的質(zhì)量要求：壓縮空氣應(yīng)有一定的壓力和足夠的流量。壓縮空氣應(yīng)足夠干燥且盡量不含油漬、固體顆粒等雜質(zhì)。由于普通壓縮空氣中含有油，水和灰塵顆粒，這些物質(zhì)的存在嚴(yán)重影響了生產(chǎn)工藝，為了減少或消除壓縮空氣中的污染物，必須使用干燥和清潔方法來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。那么氣動(dòng)系統(tǒng)中的除油排水、去除其他雜質(zhì)的輔助設(shè)備就必不可少了，因此，干燥壓縮空氣、清潔空氣源的設(shè)施被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是油庫(kù)等特殊場(chǎng)所。2.4空壓機(jī)組控制要求及控制方案分析本課題主要研究?jī)?nèi)容是以平朔油庫(kù)為背景設(shè)計(jì)空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要設(shè)備有3臺(tái)單級(jí)風(fēng)冷往復(fù)式空壓機(jī)與1臺(tái)容量為2的儲(chǔ)氣罐，3臺(tái)空氣壓縮機(jī)的電機(jī)功率均為7.5，額定電壓均為380，其額定工作壓力與儲(chǔ)氣罐相同均為0.7，另外還有1臺(tái)功率為2的空氣干燥機(jī)，其額定電壓為220，工作頻率與空氣壓縮機(jī)同為50。主要設(shè)計(jì)指標(biāo)為：系統(tǒng)改造后要具有手動(dòng)、自動(dòng)自由切換控制功能，空壓機(jī)2用1備要實(shí)現(xiàn)分時(shí)輪換工作，具有自動(dòng)控制及保護(hù)功能，產(chǎn)氣質(zhì)量穩(wěn)定可靠，符合現(xiàn)場(chǎng)要求，并具有人機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)啟動(dòng)后由對(duì)應(yīng)的指示燈顯示運(yùn)行狀態(tài)，活塞式空壓機(jī)通過(guò)變頻器始終圍繞0.7運(yùn)行，若首先啟動(dòng)空壓機(jī)A給儲(chǔ)氣罐打氣，運(yùn)行一段時(shí)間后，如果壓力還是不夠的話(huà)，空壓機(jī)B自動(dòng)啟動(dòng)與空壓機(jī)A一起向儲(chǔ)氣罐打氣，否則不啟動(dòng)?？諌簷C(jī)A和B工作8小時(shí)后，依照分時(shí)輪換工作要求，自動(dòng)切換成空壓機(jī)B、C工作8小時(shí)，空壓機(jī)A作為后備，三臺(tái)空壓機(jī)如此循環(huán)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使用可編程控制器PLC完成整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化，在運(yùn)行過(guò)程中，只要空壓機(jī)的出口壓力大于設(shè)定的最大壓力值，系統(tǒng)就自動(dòng)關(guān)閉對(duì)應(yīng)的空壓機(jī)，且過(guò)載信號(hào)指示燈會(huì)閃亮。另外，熱繼電器的動(dòng)作都將自動(dòng)切除對(duì)應(yīng)的電路，保護(hù)用電設(shè)備。2.5系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)針對(duì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將會(huì)依照總體設(shè)計(jì)方案完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大體設(shè)計(jì)方案如下：圖2-2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案框圖Figure2-2Blockdiagramoftheoveralldesignschemeofthesystem3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1空壓機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題傳統(tǒng)的空壓機(jī)系統(tǒng)控制方式一般由電機(jī)運(yùn)行控制和控制方式的加載和卸載組成，通過(guò)接觸器的斷開(kāi)和閉合實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行控制。本設(shè)計(jì)考慮空壓機(jī)組功率小，可以選擇合適的空氣開(kāi)關(guān)，接觸器，熱繼電器和熔斷器直接啟動(dòng)空壓機(jī)。但是，電機(jī)額定電流過(guò)高，啟動(dòng)電流過(guò)大，這很容易損壞電網(wǎng)，我們需要對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)保護(hù)電路。由于電機(jī)和壓縮機(jī)的頻繁啟動(dòng)和停止，對(duì)機(jī)械部件的影響很大，且不能保持恒定的供氣壓力，這在一定程度上間接影響了產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。因此，空壓機(jī)組直接啟動(dòng)并不是對(duì)系統(tǒng)有益最好的啟動(dòng)方式。只是可以采納而已。此外，空壓機(jī)電機(jī)啟動(dòng)方式大多采用星三角啟動(dòng)，這使得空氣壓縮機(jī)在啟動(dòng)時(shí)具有較大的啟動(dòng)電流，并且在裝載和卸載時(shí)對(duì)設(shè)備的機(jī)械沖擊較大，這不僅會(huì)引起電源電壓的波動(dòng)，還會(huì)引起壓縮空氣源的大幅波動(dòng)，還會(huì)加速設(shè)備的磨損，降低設(shè)備的使用壽命。普通的空氣壓縮機(jī)不能根據(jù)壓力或氣流量的變化而自行調(diào)節(jié)，并且電機(jī)的頻繁啟動(dòng)是不被允許的，因此，若輸氣管道內(nèi)存在極少氣流時(shí)，空氣壓縮機(jī)仍然輕載運(yùn)行，產(chǎn)生不必要的能源浪費(fèi)?？諝鈮嚎s機(jī)單元由變頻器驅(qū)動(dòng)，減少電機(jī)啟動(dòng)引起的沖擊負(fù)荷，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，使啟動(dòng)電流平緩升高，以達(dá)到軟啟動(dòng)的目的，還能提高電網(wǎng)和電機(jī)的效率。同時(shí)，由于電機(jī)的工作頻率可變，空氣壓縮機(jī)根據(jù)使用的氣體量自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)速度，這減少了電動(dòng)機(jī)的頻繁裝載卸載，減少了頻繁裝卸載過(guò)程中浪費(fèi)的能源損耗，也達(dá)到了恒壓供氣的目的[5]。在控制系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，空氣壓縮機(jī)在變頻器的調(diào)速控制下啟動(dòng)停止。如果變頻器發(fā)生故障，且生產(chǎn)過(guò)程不允許空氣壓縮機(jī)停止工作。系統(tǒng)就此設(shè)定了空壓機(jī)組工頻和變頻切換啟動(dòng)功能，當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)接觸器直接供給工頻電源，使空壓機(jī)工頻啟動(dòng)正常工作。綜上分析，本設(shè)計(jì)空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可用變頻器帶動(dòng)空壓機(jī)啟動(dòng)，工頻變頻可自由切換啟動(dòng)工作，使系統(tǒng)完成相關(guān)要求并達(dá)到最優(yōu)。3.2空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)主電路圖空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由主電路和控制回路兩部分構(gòu)成，主電路包括各種等級(jí)的斷路器和交流接觸器，以及空壓機(jī)等直接與強(qiáng)電系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)主要包括PLC控制器以及其外圍電路，整個(gè)系統(tǒng)的主電路圖如下圖3-1所示。圖3-1空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主電路圖Figure3-1Maincircuitdiagramofautomaticcontrolsystemofaircompressor3.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及選型3.3.1過(guò)載保護(hù)及熱繼電器選型在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)偶爾出現(xiàn)設(shè)備或電路非正常運(yùn)行的情況導(dǎo)致電機(jī)過(guò)載運(yùn)行，出現(xiàn)電機(jī)速度降低，繞組電流增加，繞組發(fā)燙的現(xiàn)象。如果過(guò)載時(shí)間很短并且過(guò)載時(shí)電流很小時(shí)，這種過(guò)載情況可以不被保護(hù)，但如果過(guò)載電流很大且過(guò)載時(shí)間較長(zhǎng)從而導(dǎo)致電機(jī)繞組的溫升超過(guò)極限值，電機(jī)繞組溫升超過(guò)限值，這種過(guò)載情況有必要用熱繼電器進(jìn)行相關(guān)過(guò)載保護(hù)[6]。熱繼電器利用電流的熱效應(yīng)原理在電機(jī)過(guò)載時(shí)直接切斷電路，制止過(guò)載現(xiàn)象對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的損壞。將交流接觸器電磁線圈的控制電路與熱繼電器的常閉觸點(diǎn)相串聯(lián)，設(shè)定電流調(diào)節(jié)旋鈕，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)熱繼電器的額定電流使常閉觸點(diǎn)與交流接觸器保持閉合狀態(tài)。當(dāng)通過(guò)熱繼電器中的熱元件的電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，即電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象時(shí)，熱繼電器斷開(kāi)電路，完成過(guò)載保護(hù)。圖3-2JR20系列熱繼電器實(shí)物圖Figure3-2PhysicaldiagramofJR20seriesthermalrelays就空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)中空壓機(jī)組及干燥機(jī)的過(guò)載保護(hù)器件選擇如下述所示。首先確定各臺(tái)空壓機(jī)與干燥機(jī)工頻正常運(yùn)行時(shí)的額定電流值，接著就依照約為1.15倍電動(dòng)機(jī)的額定電流值選擇熱繼電器的熱元件額定電流，按照熱元件額定電流確定熱繼電器型號(hào)后，設(shè)置整定值略大于或等于電動(dòng)機(jī)額定電流。空壓機(jī)額定電流，熱元件的額定電流約為16，初步將熱繼電器型號(hào)定在JR20型系列，參考電氣產(chǎn)品選型手冊(cè)可基本選定熱元件號(hào)為6S的JR20-16型熱繼電器，需要先將熱元件的整定電流設(shè)置在16再投入空壓機(jī)系統(tǒng)中保護(hù)電路。若系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電機(jī)繞組溫升并不高時(shí)熱繼電器經(jīng)常提前動(dòng)作，可將整定電流改為18，繼續(xù)觀察，以求最佳的配合。與空壓機(jī)過(guò)載保護(hù)選型同理，通過(guò)選擇熱元件的額定電流來(lái)對(duì)熱繼電器進(jìn)行選擇，經(jīng)大約計(jì)算干燥機(jī)額定電流，熱元件的額定電流約為7.5，選定熱元件號(hào)為14R的JR20-10型熱繼電器，調(diào)整整定電流范圍為8.6~10再投入干燥機(jī)電路中使用。上圖3-2為JR20系列熱繼電器實(shí)物圖。3.3.2交流接觸器交流接觸器用于電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)和遠(yuǎn)距離控制，它通過(guò)電磁力與彈簧彈力配合控制開(kāi)關(guān)開(kāi)合。在其本身應(yīng)用就很便捷的基礎(chǔ)上，考慮到選擇的熱繼電器型號(hào)為JR20型系列，而JR20型系列熱繼電器在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到相間距離、安裝位置等因素可與CJ20型系列交流接觸器配套使用，在空壓機(jī)組的啟動(dòng)控制上起著至關(guān)重要的作用，也同時(shí)擁有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。圖3-3CJ20-16交流接觸器實(shí)物圖Figure3-3PhysicaldiagramofCJ20-16ACcontactor交流接觸器作為控制空壓機(jī)組與干燥機(jī)啟動(dòng)停止的關(guān)鍵電氣設(shè)備，在控制系統(tǒng)中有著必不可少的地位。交流接觸器具有兩種運(yùn)行狀態(tài)：失電狀態(tài)和得電狀態(tài)。在PLC技術(shù)中，交流接觸器電磁線圈的控制電路可作為電機(jī)的輸出響應(yīng)，當(dāng)輸入滿(mǎn)足條件時(shí)，對(duì)應(yīng)的交流接觸器電磁線圈輸出收到信號(hào)得電，觸點(diǎn)閉合，導(dǎo)通空壓機(jī)或干燥機(jī)的啟動(dòng)電路，使其工作運(yùn)行。上圖3-3為所選交流接觸器實(shí)物圖。3.3.3短路保護(hù)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)通常使用熔斷器，也就是我們通常所說(shuō)的保險(xiǎn)絲。熔斷器的熔體很靈敏，它會(huì)在短路故障發(fā)生時(shí)瞬間熔斷，從而斷開(kāi)電路保護(hù)電機(jī)。熔斷器必須滿(mǎn)足在電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行工作期間不應(yīng)熔斷，如果發(fā)生短路，應(yīng)立即燒斷，如若系統(tǒng)中處于允許范圍內(nèi)的電流波動(dòng)時(shí)，熔斷器不應(yīng)燒斷，當(dāng)系統(tǒng)處于持續(xù)過(guò)載狀態(tài)，電流過(guò)大時(shí)，熔斷器應(yīng)延時(shí)燒斷。螺旋式熔斷器常被用于空壓機(jī)系統(tǒng)的短路保護(hù)，按最大啟動(dòng)電流選擇單個(gè)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)的熔斷器，可用以下公式選擇：（3-1）式中--熔體額定電流；--電動(dòng)機(jī)額定電流。根據(jù)電氣產(chǎn)品選型手冊(cè)選擇空壓機(jī)短路保護(hù)熔斷器,在30左右，額定電壓380，頻率50，可基本選定型號(hào)為RL1-60-30的熔斷器作為空壓機(jī)電流保護(hù)器件。另外，對(duì)于干燥機(jī)來(lái)說(shuō)也需要熔斷器的保護(hù)，其約為20，額定電壓220，頻率50，可基本選定型號(hào)為RL1-60-20的熔斷器作為干燥機(jī)電流保護(hù)器件。下圖為RL1-60型號(hào)熔斷器。圖3-4RL1-60型熔斷器實(shí)物圖Figure3-4PhysicaldiagramofRL1-60fuse3.3.4壓力變送器壓力變送器是一種將壓力信號(hào)變換為氣動(dòng)或電動(dòng)信號(hào)，從而進(jìn)行控制和遠(yuǎn)程傳輸?shù)难b置[7]。壓力變送器中能夠感受到壓力的電氣元件通常是電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片主要以金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片為主流。當(dāng)空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)中輸氣管道內(nèi)的取壓口經(jīng)測(cè)量元件讀取壓力數(shù)值傳遞到傳感器時(shí)，電阻應(yīng)變片發(fā)生形變，與此同時(shí)，膜片上的相關(guān)電阻阻值也隨之形變而變化，其電阻變化所產(chǎn)生的輸出電壓與輸入壓力成正比。變送器外殼由精鑄不銹鋼制成，前側(cè)有一個(gè)玻璃窗，可直接讀取在數(shù)字儀表上顯示的測(cè)量值。壓力變送器的工作是由壓力傳感器與轉(zhuǎn)換電路組合完成的，壓力傳感器在控制系統(tǒng)中感受到輸氣管道內(nèi)壓縮氣體的壓力值，經(jīng)由轉(zhuǎn)換電路將模擬壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出標(biāo)準(zhǔn)的4~20電信號(hào)，能夠在調(diào)節(jié)器與指示器報(bào)警等二次儀表上起到測(cè)量、監(jiān)控與指示等作用。一般情況下，選擇壓力變送器的要求按照實(shí)際測(cè)量壓力為測(cè)量范圍的0.8進(jìn)行選擇。我們需要在空壓機(jī)出口以及儲(chǔ)氣罐進(jìn)氣口安裝壓力變送器，另外在進(jìn)入干燥機(jī)之前需要通過(guò)壓力變送器傳遞信息，使干燥機(jī)判斷是否工作。在空壓機(jī)組出氣口以及儲(chǔ)氣罐進(jìn)氣口安裝目的在于，判斷空壓機(jī)如何工作從而滿(mǎn)足儲(chǔ)氣罐內(nèi)的平衡?？諌簷C(jī)工作壓力0.7，可選擇BST6600-BB系列兩線制棒狀壓力變送器，量程0~1,供電電壓9~36VDC，輸出信號(hào)4~20。BST6600-BB系列棒狀壓力變送器實(shí)物圖如下圖3-5所示。圖3-5BST6600-BB系列壓力變送器實(shí)物圖Figure3-5PhysicaldiagramofBST6600-BBseriespressuretransmitter3.4變頻器空壓機(jī)正常工作有時(shí)會(huì)造成很多不必要的資源浪費(fèi)，是因?yàn)榭諌簷C(jī)工作在減載模式時(shí)電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，沒(méi)有任何有用功的輸出。變頻器的應(yīng)用可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題，變頻器采用調(diào)整頻率的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)速度的控制，并且空氣壓縮機(jī)的風(fēng)量主要取決于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以有效地控制系統(tǒng)中的壓力變化。只要保證壓力不超過(guò)臨界值，電機(jī)就不會(huì)處于空載狀態(tài)并消耗能量。具體原理為：通過(guò)PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸氣管道內(nèi)壓力的有效控制，這樣它就不會(huì)超過(guò)臨界值。壓力變送器讀取輸氣管道內(nèi)壓縮空氣的壓力值，并將實(shí)際值與設(shè)定值進(jìn)行PID控制運(yùn)算，將結(jié)果反饋給可編程控制器PLC，從而獲得電機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行頻率，再反饋給變頻器，然后根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算并輸出合理的頻率，調(diào)節(jié)空壓機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)以改變系統(tǒng)的供氣速率，使系統(tǒng)一直處于正常運(yùn)行狀態(tài)避免輸氣管路的壓力超標(biāo)致使電機(jī)空轉(zhuǎn)運(yùn)行，減少系統(tǒng)能源損失，最終能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的節(jié)能改造[8]。為滿(mǎn)足空壓機(jī)系統(tǒng)的特性，在選擇變頻器時(shí)應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)：由于空壓機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩特性與較大的飛輪轉(zhuǎn)矩，所選的變頻器也需要有較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的恒轉(zhuǎn)矩型變頻器。為了滿(mǎn)足技術(shù)經(jīng)濟(jì)性要求，所選的變頻器應(yīng)有內(nèi)置調(diào)節(jié)器功能，否則的話(huà)就必須在變頻器外接有外置調(diào)節(jié)器。圖3-6FR-A500型變頻器實(shí)物圖Figure3-6PhysicaldiagramofFR-A500inverter本系統(tǒng)選用了FR-A500型變頻器，三菱公司出品的FR-A500型變頻器擁有內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能，且適用于與同為三菱系列的FX2N系列PLC配合使用，其實(shí)物圖如圖3-6所示。在變頻器投入控制系統(tǒng)使用之前，需要將空壓機(jī)系統(tǒng)的額定電壓、額定電流、額定功率、運(yùn)行頻率等參數(shù)輸入到變頻器中，若空壓機(jī)長(zhǎng)期于變頻器運(yùn)行的起始頻率運(yùn)行，會(huì)對(duì)電機(jī)不利。為避免這一現(xiàn)象，可將空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的變頻器輸出下限頻率設(shè)置在，頻率上限設(shè)置為。變頻器正常運(yùn)行時(shí)能夠輸出不同的頻率來(lái)使電機(jī)達(dá)到不同的轉(zhuǎn)速，從而改變空壓機(jī)的供氣速度。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可通過(guò)設(shè)定值與反饋值的比較，把比較結(jié)果反饋給PLC，通過(guò)PLC發(fā)出指令調(diào)節(jié)變頻器頻率。3.4.1變頻器控制原理控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為:（3-2）式中，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，f為電機(jī)頻率，s為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)[9]。由式(3-2)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，改變頻率即可正比改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，使用變頻器可以在0~50的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)頻率，從而調(diào)節(jié)空壓機(jī)的供氣速度，加入變頻器這一調(diào)速手段的運(yùn)用使得空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)有更高效率去達(dá)到系統(tǒng)要求。降低輸出頻率之后，電機(jī)端電壓與頻率成正比的下降，也就致使電機(jī)輸入功率降低[10]。變頻器可以依照空壓機(jī)組的負(fù)載情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓，可以減小電機(jī)產(chǎn)生的工作電流。在基于電機(jī)正常運(yùn)行且不對(duì)供氣量產(chǎn)生影響的要求上，合理的自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的用電量，以達(dá)到節(jié)能省電的目的。圖3-7變頻器閉環(huán)控制原理圖Figure3-7Inverterclosed-loopcontrolschematicdiagram根據(jù)以上對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)的分析，應(yīng)用變頻器技術(shù)控制空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到節(jié)能與系統(tǒng)最優(yōu)化的運(yùn)行模式。應(yīng)用變頻器技術(shù)控制空壓機(jī)組的方法為以輸出壓力作控制對(duì)象的恒壓閉環(huán)控制。壓力設(shè)定值可以直接在變頻器的面板上設(shè)置，實(shí)際工作壓力經(jīng)由壓力變送器將壓力信號(hào)變換為4-20的電流信號(hào)，設(shè)定值與實(shí)際值進(jìn)行PID控制運(yùn)算，PID運(yùn)算結(jié)果反饋給PLC，使變頻器調(diào)節(jié)輸出頻率從而改變電動(dòng)機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)組的自動(dòng)控制，使空壓機(jī)系統(tǒng)的儲(chǔ)氣罐內(nèi)部氣壓保持恒定額定壓力值，在滿(mǎn)足恒壓供氣的要求的基礎(chǔ)上也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的[11][12]。這種變頻器與PLC的綜合控制方式能在壓縮空氣隨機(jī)變化的情況下保證空壓機(jī)系統(tǒng)始終保持設(shè)定壓力下自動(dòng)運(yùn)行,無(wú)需人工參與調(diào)節(jié)。閉環(huán)控制原理圖見(jiàn)圖3-7。結(jié)合實(shí)際情況，為了確保安全性和可靠性，變頻調(diào)速系統(tǒng)和原有的工頻啟動(dòng)系統(tǒng)共存，并且可以隨時(shí)切換，互為備用。三臺(tái)空氣壓縮機(jī)使用一套變頻控制系統(tǒng)，變頻器帶動(dòng)兩臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行，一臺(tái)備用。工頻三相電源與變頻器帶動(dòng)電機(jī)能夠相互切換且工頻電源不會(huì)給變頻器反送電，使系統(tǒng)具有較高的可靠性。在系統(tǒng)中加入變頻器的應(yīng)用后運(yùn)行時(shí)，輸氣管道及儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力變化幅值明顯小于只工頻運(yùn)行時(shí)。此外，變頻控制空壓機(jī)系統(tǒng)使電機(jī)平緩啟動(dòng)，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟起軟停，降低了對(duì)系統(tǒng)的影響與沖擊，使控制系統(tǒng)中的電氣設(shè)備使用壽命增長(zhǎng)也降低了系統(tǒng)中的維修費(fèi)用。另外，由于變頻器的加入實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速，無(wú)需人工調(diào)整系統(tǒng)自行完成工作要求，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化要求。這與空壓機(jī)組系統(tǒng)傳統(tǒng)的工作模式相比，此方案節(jié)能效果更為顯著，而且壓縮空氣負(fù)荷越小，節(jié)能效果越顯著。3.4.2變頻器閉環(huán)PID控制PID控制具體是將壓力變送器測(cè)得的實(shí)際壓力值反饋到變頻器并與設(shè)定值進(jìn)行比較，以判斷是否達(dá)到控制系統(tǒng)指定要求的調(diào)節(jié)控制方法。PID控制是比例控制（P）、積分控制（I）和微分控制(D)的組合，是工業(yè)控制技術(shù)中穩(wěn)定性好、可靠性高、便捷性強(qiáng)的一項(xiàng)優(yōu)質(zhì)技術(shù)。變頻器PID控制是在Uf開(kāi)環(huán)控制的基礎(chǔ)上，引進(jìn)PID處理電路，構(gòu)成控制閉環(huán)。PID控制技術(shù)常用在空壓機(jī)組的自動(dòng)控制中。在控制中，變頻器要想進(jìn)行PID閉環(huán)控制，必須要有2個(gè)信號(hào)，就是:(1)目標(biāo)信號(hào)，也叫設(shè)定值。設(shè)定值就是需要穩(wěn)定的非電物理量換算的電量值，可由變頻器模擬控制端子給定。(2)反饋信號(hào)，即為反饋值。反饋信號(hào)一般由模擬傳感器給定?，F(xiàn)分析設(shè)備為空壓機(jī)，要求設(shè)定壓力為0.7,0.7就是目標(biāo)信號(hào)，傳感器量程選擇為0~1,輸出電壓為0~10，它可用模擬量給定，即在外部操作模式時(shí)由變頻器2、5端子間施加對(duì)應(yīng)的7電壓。反饋值通過(guò)變頻器4、5端子之間輸入信號(hào)，當(dāng)反饋值未達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，電機(jī)以上限頻率運(yùn)行,而達(dá)到或超過(guò)設(shè)定壓力時(shí)，電機(jī)降速或停止運(yùn)行[13]。即反饋電壓小于目標(biāo)電壓，升速；反饋電壓大于目標(biāo)電壓，降速；反饋電壓等于目標(biāo)電壓，恒速運(yùn)行。PID調(diào)節(jié)功能將隨時(shí)對(duì)給定值和反饋值進(jìn)行比較，從而向PLC控制器發(fā)出控制信號(hào)操控空壓機(jī)組。也就是說(shuō)，PID調(diào)節(jié)功能能根據(jù)兩者的差值使用比例P、積分I、微分D計(jì)算對(duì)壓力信號(hào)值進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到反饋值與設(shè)定值基本一致，以達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)為止。圖3-8閉環(huán)PID控制原理圖Figure3-8Schematicdiagramofclosed-loopPIDcontrol3.5儲(chǔ)氣罐眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的動(dòng)力源壓縮空氣站就是由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐與干燥機(jī)等設(shè)備組成的。其中儲(chǔ)氣罐是專(zhuān)門(mén)用于儲(chǔ)氣緩沖存放壓縮空氣的容器，在空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)中是必不可少的存在。儲(chǔ)氣罐的功能是儲(chǔ)存氣體并緩沖平衡壓力，并且還能夠分離壓縮氣體中的油和水。儲(chǔ)氣罐是壓力容器，由壓力容器指定的工廠生產(chǎn)，每個(gè)儲(chǔ)氣罐都有容器檢驗(yàn)證書(shū)和安全閥和壓力表等附件[14]。儲(chǔ)氣罐不僅能夠穩(wěn)定從活塞式空壓機(jī)組中派出的流動(dòng)壓縮氣體，還能夠加強(qiáng)輸氣管道內(nèi)壓縮空氣的穩(wěn)定性與運(yùn)輸連續(xù)性，并進(jìn)一步沉淀和分離壓縮空氣中的水和油，以確保持續(xù)供應(yīng)足夠的氣體。儲(chǔ)氣罐可以組合使用或在單個(gè)單元中使用。3.6干燥機(jī)壓縮空氣中存在水分會(huì)影響生產(chǎn)過(guò)程并損壞氣動(dòng)設(shè)備。如果不使用壓縮空氣干燥器，需要停止生產(chǎn)工作，專(zhuān)門(mén)進(jìn)行排水工作，這是浪費(fèi)時(shí)間。如果因?yàn)闆](méi)有干燥氣體導(dǎo)致設(shè)備損壞，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行大修，這是資金成本加上時(shí)間成本。因此，我們需要一臺(tái)干燥機(jī)來(lái)干燥氣體，去除水分，并輸送干燥氣體。干燥機(jī)對(duì)空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)十分重要，干燥機(jī)安裝在儲(chǔ)氣罐后，可以更充分的使儲(chǔ)氣罐起到冷卻、緩沖及排污等作用，降低了干燥機(jī)工作的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部件的充分利用，體現(xiàn)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。干燥機(jī)由干燥塔、干燥劑（氧化鋁）、安全閥、汽水分離器、PLC控制系統(tǒng)等構(gòu)成。其工作原理如下：圖3-9干燥機(jī)原理圖（1）Figure3-9Dryingmachineschematicdiagram(1)如圖3-9所示，從空壓機(jī)排出的壓縮空氣經(jīng)儲(chǔ)氣罐從1號(hào)管路進(jìn)入“B”罐，壓縮空氣中水份的會(huì)被管內(nèi)的吸附劑吸收絕大部分，其中吸附劑的主要成分為，對(duì)氣體中的水分有極強(qiáng)的吸附能力。被干燥后的空氣從“B”罐排出，其中大部分干燥空氣由2號(hào)管路送至用氣設(shè)備還有小部分干燥氣體經(jīng)3號(hào)管路流至“A”罐將所吸附的水分帶出干燥罐內(nèi)，最后經(jīng)4號(hào)管路排出到大氣中。圖3-10干燥機(jī)原理圖（2）Figure3-10Dryingmachineschematicdiagram(2)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后如圖3-10所示，“A”罐“B”罐互換工作任務(wù)，即從空壓機(jī)排出的壓縮空氣從1號(hào)管路進(jìn)入“A”罐，壓縮空氣中的水份附在罐內(nèi)吸附劑上。同上述環(huán)節(jié)相同，干燥空氣從“A”罐出來(lái)，其中大部分氣體由2號(hào)管路送至用氣設(shè)備還有小部分氣體經(jīng)3號(hào)管路流至“B”罐，在“B”罐內(nèi)干燥空氣將吸附劑上的水份吹出，經(jīng)4號(hào)管路排出。一段時(shí)間后又如圖3-1所示,“A”罐“B”罐兩者切換并循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)著。本系統(tǒng)中空壓機(jī)組共用一臺(tái)干燥機(jī)，干燥機(jī)可通過(guò)PLC通過(guò)壓力變送器控制干燥機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。當(dāng)壓力變送器感應(yīng)干燥機(jī)進(jìn)氣管道內(nèi)壓力達(dá)到0.7時(shí)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊通道2讀取壓力信息傳遞信息給PLC，控制干燥機(jī)運(yùn)行。3.7系統(tǒng)配置在當(dāng)今時(shí)代，PLC發(fā)展很快，其結(jié)構(gòu)不斷完善，功能不斷改進(jìn)，性?xún)r(jià)比越來(lái)越高。在空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)中，會(huì)有地方對(duì)壓力信號(hào)的采集控制，將壓力信號(hào)輸入到PLC控制器中就需要模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換與壓力傳感器相匹配。另外，在這種情況下，一般在控制系統(tǒng)中的邏輯運(yùn)算應(yīng)用會(huì)較多，所以理應(yīng)選擇運(yùn)算功能較強(qiáng)的小型PLC。對(duì)于空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，選擇使用日本三菱公司產(chǎn)的FX系列PLC，F(xiàn)X系列PLC具有廣泛的適應(yīng)性，其中FX2N子系列在FX系列PLC中屬于性能較強(qiáng)、運(yùn)算速率較快的一種，可以擴(kuò)展到高達(dá)256個(gè)I/O口并具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，能夠滿(mǎn)足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。圖3-11三菱FX2N-48MR實(shí)物圖Figure3-11Mitsubishifx2n-48mrphysicalmapFX系列PLC相比于同類(lèi)型的其他型號(hào)PLC體積更小，擁有更精簡(jiǎn)的外觀、更靈敏的配置，性能好，更便于使用。另外，在FX系列PLC中占據(jù)主流應(yīng)用的FX2N型號(hào)PLC更是擁有更強(qiáng)大的功能與更快的運(yùn)行速度，它的每步基本指令執(zhí)行時(shí)間可達(dá)0.08微秒，內(nèi)置用戶(hù)存儲(chǔ)器為8KB，且具有多種特殊功能模塊完善系統(tǒng)控制[15]。本文則針對(duì)相應(yīng)控制要求選擇小型PLC，大致估算輸入輸出資源配置，I/O口需要40個(gè)左右，選用三菱FX2N-48MR。三菱FX2N-48MR需要DC24供電，應(yīng)在三相電中引出隔離變壓器變比1：1由電電關(guān)聯(lián)變成電磁關(guān)聯(lián)，隔離變壓器作為隔離電源起到保護(hù)作用，再通過(guò)開(kāi)關(guān)電源變壓器將AC220轉(zhuǎn)換成DC24實(shí)現(xiàn)給三菱PLC供電。對(duì)于隔離變壓器的要求為輸入AC380，輸出AC220，容量3，可選用XC-SG系列三相干式變壓器，三繞組殼式變壓器，工頻運(yùn)行，具有性能優(yōu)良，工作可靠，適應(yīng)性強(qiáng)以及可以長(zhǎng)期工作等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的要求為輸入AC220,輸出DC24，可選擇4NIC-K24開(kāi)關(guān)電源為可編程控制器PLC供電。圖3-12XC-SG系列隔離變壓器及4NIC-K24開(kāi)關(guān)電源實(shí)物圖Figure3-12XC-SGseriesisolationtransformerand4NIC-K24switchingpowersupplyphysicaldiagramFX2N常用的有FX2N-2AD、FX2N-4AD、FX2N-8AD模擬量輸入模塊。為了與壓力變送器輸出值4~20相匹配，所應(yīng)用的模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換器的電流輸入也應(yīng)該滿(mǎn)足4~20，考慮對(duì)控制系統(tǒng)中硬件設(shè)備與軟件編程的熟練度，此處本設(shè)計(jì)選用FN2N-4AD模塊，三菱FX2N-4AD模塊是三菱電機(jī)公司推出的一款FX2N系列PLC模擬量輸入模塊，它有CH1-CH4四個(gè)通道都可進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，電流輸入為4~20。FX2N-4AD模塊內(nèi)部圖3-13三菱FX2N-4AD及FX2N-2DA模塊實(shí)物圖Figure3-13PhysicaldrawingsofmitsubishiFX2N-4ADandFX2N-2DAmodules有32個(gè)16位的緩沖寄存器用于與主機(jī)交換數(shù)據(jù)，通過(guò)擴(kuò)展電纜與PLC主機(jī)相連，其四個(gè)通道的外部連接則根據(jù)外部輸入電壓或電流量的變化而變化。模擬量輸入模塊FX2N-4AD應(yīng)連接外接電源DC24，與可編程控制器FX2N-48MR相同。為了能將讀取到的實(shí)時(shí)壓力值反饋給變頻器，使變頻器帶動(dòng)空壓機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求，需要一個(gè)模擬量輸出模塊將反饋壓力值傳遞給變頻器。對(duì)比相關(guān)資料，可選擇FX2N-2DA模擬量輸出模塊。三菱FX2N-2DA模塊是被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一種特殊功能模塊。FX2N-2DA型模擬量輸出模塊能夠?qū)?點(diǎn)數(shù)字量變換為電流或電壓模擬量輸出，該模塊的兩個(gè)模擬輸出通道可輸出為0-10DC或4~20，與輸出特性相匹配。另外，此模塊也可被分配為PLC的輸入或輸出并占用PLC8個(gè)I/O點(diǎn)，在軟件編譯中使用FROM/TO指令與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。3.8軟件設(shè)計(jì)3.8.1功能分析及程序流程圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是利用PLC控制器與變頻器綜合應(yīng)用控制空壓機(jī)組為儲(chǔ)氣罐自動(dòng)供氣，壓縮氣體作為空壓機(jī)系統(tǒng)中的基本控制對(duì)象，空壓機(jī)打氣量需要隨時(shí)滿(mǎn)足儲(chǔ)氣罐內(nèi)的儲(chǔ)氣量。在空壓機(jī)系統(tǒng)中，壓力變送器中顯示數(shù)值能夠充分反映空壓機(jī)打氣量與儲(chǔ)氣罐內(nèi)的儲(chǔ)氣量之間的需求關(guān)系：若儲(chǔ)氣罐內(nèi)儲(chǔ)氣量不夠，氣壓較低，則認(rèn)為空壓機(jī)打氣量不足，需要繼續(xù)工作供氣；若儲(chǔ)氣罐內(nèi)儲(chǔ)氣量滿(mǎn)足條件，氣壓達(dá)到額定值0.7，則認(rèn)為空壓機(jī)打氣量足夠，停止向儲(chǔ)氣罐供氣。如此，通過(guò)PLC技術(shù)與變頻器技術(shù)綜合控制空壓機(jī)組的運(yùn)行，控制空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)中輸氣管道內(nèi)的氣流量，達(dá)到恒壓供氣的目的，保證儲(chǔ)氣罐內(nèi)的儲(chǔ)氣量維持在額定值附近。設(shè)計(jì)空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)的安全可靠，設(shè)置了可以自由切換的手動(dòng)與自動(dòng)兩種啟停方式。按下指定手動(dòng)開(kāi)關(guān)，可以啟動(dòng)或停止對(duì)應(yīng)空壓機(jī)，即使系統(tǒng)在正常運(yùn)行下，若是手動(dòng)強(qiáng)制使空壓機(jī)停止工作，則空壓機(jī)系統(tǒng)就必須停止運(yùn)行，此時(shí)自動(dòng)控制不在調(diào)整電機(jī)重新啟動(dòng)。當(dāng)然，若非極特殊情況，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)手動(dòng)停止空壓機(jī)運(yùn)行。在自動(dòng)控制運(yùn)行方式，沒(méi)有任何人工手動(dòng)操作，空壓機(jī)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算聯(lián)合PLC控制器自動(dòng)控制空壓機(jī)自動(dòng)啟停。在空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)中以空壓機(jī)A、B工作為例，其自動(dòng)控制子程序流程框圖如下圖3-14所示：圖3-14空壓機(jī)A、B自動(dòng)控制子程序流程圖Figure3-14FlowchartofautomaticcontrolsubroutineofaircompressorAandB3.8.2I/O口分配根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，可以列出輸入資源配置（如表3-1所示）和輸出資源配置（如表3-2所示）表3-1空壓機(jī)控制系統(tǒng)的輸入資源配置表Table3-1tableofinputresourceconfigurationofaircompressorcontrolsystem序號(hào)變量輸入地址說(shuō)明In1SB1X000啟動(dòng)In2SB2X001停止In3SB3X002啟動(dòng)空壓機(jī)AIn4SB4X003啟動(dòng)空壓機(jī)BIn5SB5X004啟動(dòng)空壓機(jī)CIn6FR1X005空壓機(jī)A過(guò)載保護(hù)In7FR2X006空壓機(jī)B過(guò)載保護(hù)In8FR3X007空壓機(jī)C過(guò)載保護(hù)In9FR4X010干燥機(jī)過(guò)載保護(hù)表3-2空壓機(jī)控制系統(tǒng)的輸出資源配置表Table3-2outputresourceconfigurationtableofaircompressorcontrolsystem序號(hào)變量輸出地址說(shuō)明Out1KM1Y000空壓機(jī)A工頻啟動(dòng)Out2KM2Y001空壓機(jī)A變頻啟動(dòng)Out3KM3Y002空壓機(jī)B工頻啟動(dòng)Out4KM4Y003空壓機(jī)B變頻啟動(dòng)Out5KM5Y004空壓機(jī)C工頻啟動(dòng)Out6KM6Y005空壓機(jī)C變頻啟動(dòng)Out7HL1Y006過(guò)載報(bào)警指示燈Out8KM7Y007干燥機(jī)運(yùn)行指示燈Out9KA1Y010變頻器運(yùn)行3.8.3PLC外圍I/O口接線圖空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)電路如下：圖3-15PLC外圍I/O口接線圖Figure3-15PLCperipheralI/Ointerfacewiringdiagram3.8.4系統(tǒng)主程序梯形圖根據(jù)上述對(duì)系統(tǒng)的分析，可選擇符合本空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC控制器的編程軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程。介于本系統(tǒng)使用的是三菱FX系列型號(hào)的PLC，在軟件編譯時(shí)可使用三菱電機(jī)公司推出的三菱綜合PLC編程軟件GXWorks2來(lái)完成這個(gè)系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計(jì)[16]。GXWorks2軟件同傳統(tǒng)的GXDeveloper軟件一樣，都是專(zhuān)用于三菱PLC設(shè)計(jì)、調(diào)試與維護(hù)的編程工具，只是GXWorks2軟件在相比之下變得更加容易使用，功能與操作性能都得到了提高。以下列出梯形圖分部程序，完整的梯形圖程序見(jiàn)附錄C。首先，如圖3-16所示。啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，M10得電、變頻器運(yùn)行。M10為啟動(dòng)中繼，相當(dāng)于中間繼電器，在系統(tǒng)中有著中間控制作用。將電流信號(hào)4-20寫(xiě)入4AD通道設(shè)置上，把讀取的實(shí)時(shí)值放在數(shù)據(jù)寄存器D100、D101中。若位于通道2的壓力數(shù)據(jù)D101達(dá)到0.7，干燥機(jī)就開(kāi)始運(yùn)行干燥壓縮氣體。圖3-16系統(tǒng)啟動(dòng)梯形圖Figure3-16Systemstartupladderdiagram圖3-17設(shè)定值反饋值存儲(chǔ)數(shù)據(jù)梯形圖Figure3-17Setvaluefeedbackvaluestoragedataladderdiagram如圖3-17所示，把讀取的實(shí)時(shí)壓力值轉(zhuǎn)換成0~1以?xún)?nèi)的工程值存入D104數(shù)據(jù)寄存器中，把設(shè)定值0.7轉(zhuǎn)換成PID運(yùn)算的整數(shù)，依照PID控制的設(shè)置輸出運(yùn)算，使存入D122中作為PID運(yùn)算設(shè)定值壓力，同時(shí)，實(shí)時(shí)壓力即反饋值也應(yīng)被轉(zhuǎn)換成PID運(yùn)算的整數(shù)存入D142中，接下來(lái)啟動(dòng)PID控制運(yùn)算。如圖3-18所示，運(yùn)行后先啟動(dòng)一個(gè)空壓機(jī)然后從AB開(kāi)始定時(shí)8小時(shí)循環(huán)。D50表示啟動(dòng)幾臺(tái)空壓機(jī)的數(shù)據(jù)，D400表示定時(shí)循環(huán)：等于0表示空壓機(jī)AB工作；等于1表示空壓機(jī)BC工作；等于2表示空壓機(jī)CA工作。另外，如果一臺(tái)空壓機(jī)工頻運(yùn)行8秒后仍然達(dá)不到要求，應(yīng)該增加最多一臺(tái)空壓機(jī)。圖3-18增加空壓機(jī)運(yùn)行梯形圖Figure3-18Addaircompressoroperationladderdiagram如圖3-19所示，若是空壓機(jī)低于工頻運(yùn)行8秒后，壓力仍然大于設(shè)定值，應(yīng)該減少至少一臺(tái)空壓機(jī)。圖3-19減少空壓機(jī)運(yùn)行梯形圖Figure3-19Reduceaircompressoroperationladderdiagram如圖3-20所示梯形圖程序解決了空壓機(jī)兩兩分組分時(shí)輪換工作的問(wèn)題，空壓機(jī)組運(yùn)行后T8定時(shí)半小時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)16次，完成空壓機(jī)組的每8小時(shí)分時(shí)輪換工作。圖3-20空壓機(jī)組分時(shí)輪換工作梯形圖Figure3-20Ladderdiagramoftime-sharingrotationofaircompressorunits如圖3-21所示，圖為啟動(dòng)后空壓機(jī)A工頻及變頻運(yùn)行情況，當(dāng)循環(huán)到空壓機(jī)AB運(yùn)行且只有A運(yùn)行時(shí)，以及作為空壓機(jī)BC運(yùn)行時(shí)的后備需要啟動(dòng)時(shí)，空壓機(jī)A會(huì)工頻啟動(dòng)。當(dāng)然，手動(dòng)啟動(dòng)空壓機(jī)A也能夠直接起動(dòng)空壓機(jī)。另外，當(dāng)循環(huán)到空壓機(jī)AB運(yùn)行且基本滿(mǎn)足儲(chǔ)氣罐壓力要求時(shí)，以及空壓機(jī)CA工作且空壓機(jī)C工頻運(yùn)行仍未達(dá)到要求時(shí)，需要空壓機(jī)A變頻啟動(dòng)。空壓機(jī)B、C與之同理。圖3-21空壓機(jī)A工頻變頻運(yùn)行梯形圖Figure3-21TrapezoiddiagramofaircompressorAoperatingwithpowerfrequencyconversion圖3-22所示為當(dāng)空壓機(jī)A、B、C以及干燥機(jī)處于過(guò)載狀態(tài)時(shí)，應(yīng)觸發(fā)過(guò)載警示燈，作為整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)作用。圖3-22過(guò)載報(bào)警梯形圖Figure3-22Overloadalarmladderdiagram3.8.5系統(tǒng)仿真在GXWorks2軟件中編輯程序后，也可在該軟件中進(jìn)行系統(tǒng)模擬仿真。打開(kāi)程序，點(diǎn)擊“調(diào)試”→“模擬開(kāi)始/停止”，軟件處理完后，即進(jìn)入模擬運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行時(shí)，可以選中輸入繼電器觸點(diǎn)，點(diǎn)右鍵→調(diào)試→當(dāng)前值改變，在彈出的界面上，可以改變輸入繼電器的工作狀態(tài)。也可以使用同樣的方法假設(shè)讀取模擬量壓力的數(shù)值，即改變相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)值，從而達(dá)到驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否可行的目的。點(diǎn)擊模擬仿真后，軟件界面首先寫(xiě)入PLC，完成后，顯示如下界面。如圖3-23所示。圖3-23仿真初始界面Figure3-23Initialinterfaceofsimulation圖3-24仿真閉合總開(kāi)關(guān)圖示Figure3-24Diagramofsimulatedclosedmainswitch隨后選中輸入繼電器觸點(diǎn)，使總開(kāi)關(guān)閉合，系統(tǒng)投入運(yùn)行。如圖3-24所示。通過(guò)改變相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)的取值，從而假設(shè)實(shí)際取到的壓力值。假設(shè)實(shí)際取值0.7，依照FX2N-4AD的輸出運(yùn)算，那么D100、D101中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為1400，同時(shí)干燥機(jī)滿(mǎn)足條件開(kāi)始運(yùn)行。此時(shí)，循環(huán)到空壓機(jī)AB工作，由于已經(jīng)達(dá)到儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力的要求，不需要任何空壓機(jī)工頻情況下運(yùn)行，只有空壓機(jī)A變頻啟動(dòng)。如圖3-25所示。圖3-25實(shí)際壓力0.7仿真示意圖Figure3-25Simulationdiagramofactualpressure0.7如圖3-26所示，假設(shè)實(shí)際壓力沒(méi)有達(dá)到0.7，D100、D101存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為1000，即實(shí)際壓力為0.5，干燥機(jī)不滿(mǎn)足運(yùn)行條件。并且在此條件下，當(dāng)循環(huán)到空壓機(jī)AB工作時(shí)，空壓機(jī)A應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)工頻啟動(dòng)，而空壓機(jī)B也滿(mǎn)足變頻啟動(dòng)的條件。圖3-26實(shí)際壓力0.5仿真示意圖Figure3-26Simulationdiagramofactualpressure0.5在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，定時(shí)器與計(jì)數(shù)器一直在循環(huán)工作，保證了空壓機(jī)組的每8小時(shí)分時(shí)輪換工作機(jī)制。下圖為空壓機(jī)BC運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)空壓機(jī)已經(jīng)工作6小時(shí)的狀況。另外，通過(guò)假設(shè)空壓機(jī)B過(guò)載運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)載信號(hào)指示燈的導(dǎo)通，能夠?qū)崟r(shí)報(bào)警，保證了保護(hù)電路的正常運(yùn)行。其仿真結(jié)果如下圖3-27所示。圖3-27空壓機(jī)分時(shí)輪換工作及過(guò)載報(bào)警仿真示意圖Figure3-27Simulationdiagramoftime-sharingrotationandoverloadalarmofaircompressor4觸摸屏觸摸屏技術(shù)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代時(shí)，隨著當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，這一新的人機(jī)交互作用技術(shù)逐漸被人們廣泛應(yīng)用。觸摸屏簡(jiǎn)稱(chēng)為GOT,又稱(chēng)為電子操作面板，能夠使用戶(hù)在觸摸屏顯示畫(huà)面上直觀的看到對(duì)控制系統(tǒng)中的各元件的監(jiān)視與各個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)的變化。利用觸摸屏技術(shù)，用戶(hù)只需要簡(jiǎn)單地用手指輕輕觸碰觸摸顯示屏上的圖文或開(kāi)關(guān)按鈕就能實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)的操作，使整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)更為直觀，對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操控更加簡(jiǎn)易方便[17]。觸摸檢測(cè)組件與觸摸屏控制器作為觸摸屏的主要組成部分。前者能夠接收觸摸信息與確認(rèn)觸摸位置，在顯示器前將檢測(cè)到的信息發(fā)送給后者。后者將檢測(cè)到的相關(guān)信息轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)并發(fā)送至PLC的CPU中，從而接受指令，執(zhí)行任務(wù)。使用觸摸屏技術(shù)監(jiān)視并操控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可直接用手指或其他物體點(diǎn)擊觸摸屏相關(guān)按鈕對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確且極為便捷的操控。觸摸屏技主要有大致如下幾點(diǎn)特點(diǎn)：（1）取代了鍵盤(pán)和鼠標(biāo)。（2）結(jié)實(shí)耐用，可以在惡劣的環(huán)境下工作。（3）輸入設(shè)備完全整合到顯示器中，節(jié)省占地空間。（4）操作界面菜單設(shè)置簡(jiǎn)單明確，提高了人員操作的精準(zhǔn)度，避免了對(duì)控制系統(tǒng)的誤操作。4.1觸摸屏類(lèi)型觸摸屏的類(lèi)型可按照其傳輸信息的介質(zhì)和工作原理分成四種類(lèi)型：電阻式、紅外線式、電容式及超聲波式觸摸屏。在這四種類(lèi)型中，自二十一世紀(jì)以來(lái)，電阻式觸摸屏每年均保持在了所有類(lèi)型中用戶(hù)需求最多的一款觸摸屏，在觸控技術(shù)中占據(jù)主導(dǎo)地位。目前全球觸控面板的供應(yīng)以日本和美國(guó)為主，日本擅長(zhǎng)于電阻式技術(shù)，主要用于電子手冊(cè)PDA、WAP手機(jī)等。美國(guó)的觸控市場(chǎng)涉及了光學(xué)式、電容式、紅外線式及超聲波式等多種技術(shù)，主要應(yīng)用于公眾資訊系統(tǒng)、游戲機(jī)、辦公用品及金融等領(lǐng)域。下面將簡(jiǎn)要的介紹上述的觸摸屏類(lèi)型。電阻式觸摸屏的屏幕部分是多層復(fù)合膜，復(fù)合膜與顯示器的表面非常兼容并且通過(guò)壓力感測(cè)來(lái)控制。這款觸摸屏可以在惡劣的環(huán)境中使用，但觸覺(jué)和透光程度低，適合不直接用手指觸摸界面操控的場(chǎng)合。電阻式觸摸屏對(duì)壓力敏感，需要強(qiáng)度才能響應(yīng)。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠精確定位，適合編輯文檔，缺點(diǎn)是靈敏度不如電容式觸摸屏那么高。電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)保護(hù)功能很強(qiáng)，不懼怕外界環(huán)境對(duì)觸控技術(shù)的影響，惡劣環(huán)境下仍能精確觸摸位置。由于電容式觸摸屏中影響電容的因素很多，導(dǎo)致其穩(wěn)定性相比于電阻式略差些。電容式觸摸屏具有靜電敏感性，需要導(dǎo)體觸摸屏幕才能響應(yīng)，用手指輕觸摸屏幕即可識(shí)別。該類(lèi)型非常靈敏，但不能準(zhǔn)確定位，例如，在編輯文檔時(shí)，點(diǎn)擊單詞或標(biāo)點(diǎn)符號(hào)并不容易。紅外線式觸摸屏通過(guò)觸摸者遮擋紅外線的位置確定其界面坐標(biāo)，也就是觸摸位置。靜電干擾影響不到該類(lèi)型，因此能夠適應(yīng)某些艱苦環(huán)境。而超聲波式觸摸屏與紅外觸摸屏工作原理類(lèi)似，當(dāng)觸摸屏幕時(shí)，超聲波在接觸點(diǎn)上會(huì)被阻擋，該類(lèi)型觸摸屏則以此為條件來(lái)確定坐標(biāo)。超聲波觸摸屏不適合在惡劣環(huán)境中工作。4.2觸摸屏界面設(shè)計(jì)三菱觸摸屏來(lái)到中國(guó)市場(chǎng)已經(jīng)有了幾十年的發(fā)展歷史，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的整合，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和客戶(hù)的選擇形成了最優(yōu)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其中老牌產(chǎn)品GOT-A900系列以及GOT-F900系列的弱點(diǎn)逐漸體現(xiàn)，也因此GOT1000系列觸摸屏在市場(chǎng)中的優(yōu)勢(shì)凸顯出來(lái)，占據(jù)主要市場(chǎng)。GOT1000系列觸摸屏分有高性能機(jī)型GT15系圖4-1三菱GT1155-QSBD型觸摸屏實(shí)物圖Figure4-1MitsubishiGT1155-QSBDtouch-screenphysicaldiagram列、基本功能機(jī)型GT11系列與超小型機(jī)型GT10系列三種系列的機(jī)型。出于本系統(tǒng)的要求基本功能機(jī)型能夠滿(mǎn)足，可選擇GT1155型觸摸屏GT1155-QSBD作為連接PLC的人機(jī)界面，其機(jī)型簡(jiǎn)潔且功能強(qiáng)大，顯示尺寸為5.7英寸，256色TFT液晶顯示，分辨率320×240，STN彩色型顯示設(shè)備，面板顏色為黑，電源接DC24，內(nèi)置3標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存。觸摸屏與FX系列可編程序控制器的程序連接器連接，在觸摸屏內(nèi)能夠顯示各個(gè)空壓機(jī)以及干燥機(jī)的運(yùn)行工況、能夠在屏內(nèi)顯示輸氣管道內(nèi)的實(shí)時(shí)壓力值是設(shè)計(jì)觸摸屏界面的目的。上圖為三菱GT1155-QSBD型觸摸屏實(shí)物圖。本系統(tǒng)中觸摸屏使用GTDesigner3軟件設(shè)計(jì)界面并用GTSimulator3軟件對(duì)觸摸屏界面進(jìn)行仿真，主要界面包括系統(tǒng)運(yùn)行顯示界面以及系統(tǒng)運(yùn)行操作界面，兩界面可相互切換。在GTDesigner3軟件中選擇GOT11系列觸摸屏，由于控制系統(tǒng)使用FX2N系列PLC，故連接機(jī)器設(shè)置選擇“MELSEC-FX”這一項(xiàng)。進(jìn)入畫(huà)面設(shè)計(jì)界面后，即可開(kāi)始對(duì)觸摸屏的背景、按鈕、文本等進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫(huà)面設(shè)計(jì)完成之后，觸摸屏按鈕對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)梯形圖程序的輸入輸出地址，先使PLC梯形圖編程軟件GXWorks2處于仿真狀態(tài)，然后打開(kāi)GTSimulator3仿真軟件，點(diǎn)開(kāi)對(duì)應(yīng)工程文件，讀取全部監(jiān)視數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)PLC與觸摸屏技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用仿真，點(diǎn)擊操控畫(huà)面中的啟動(dòng)按鈕后，程序?qū)搭A(yù)期的任務(wù)要求進(jìn)行。圖4-2空壓機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行顯示界面Figure4-2Displayinterfaceofautomaticcontrolsystemofaircompressorunit在系統(tǒng)運(yùn)行顯示界面中用指示燈的亮滅顯示出各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行情況以及過(guò)載報(bào)警信息，下圖顯示信息為觸摸屏仍然是以模擬在FX2N-4AD模塊中通道實(shí)