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1、 毕 业 论 文（设 计） 题 目：基于PLC的VCM压缩机自动控制系 别： 专 业： 班 级： 姓 名：指导教师： 2010年摘要：阐述PLC在VCM压缩机自动控制的实际应用。详细描述了压缩机的工艺流程及系统硬件配置、PLC程序实现的控制功能、系统保护跳车的程序解析、人机界面触摸屏的监控优点，并简单介绍了Modbus与DCS系统通讯的数据格式等。关键词：PLC螺杆压缩机氯乙烯目录1、引言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12、PLC简介- - - - - - - - - - - - - - - - -
2、- - - - - - - - - - - - -1 2.1 PLC的介绍- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 2.2 PLC的技术原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2 2.3 PLC的优点- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -33、压缩机及其工艺流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 3.1 压缩机概述- -
3、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3 3.2 压缩机的工艺流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -54、自动控制系统组成- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -5 5、系统控制功能- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 5.1 人机界面显示- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
4、 - - - -7 5.2 PLC控制程序- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -10 5.3 实现与DCS系统通信- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -106、结束语 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11主要参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12基于PLC的VCM压缩机自动控制引言：在PVC生产过
5、程中，转化来的氯乙烯气体，经VCM压缩机压缩后，再经机后冷却器冷却变为液态氯乙烯，而液态氯乙烯是下一步生产的前提条件，汽态变为液态的两个主要因素，即低温、高压。所以给氯乙烯气体加压的压缩机成为PVC生产重要的环节，加之氯乙烯气体易燃、易爆、有毒的特性，压缩机的安全正常运行就显得至关重要。 一、PLC简介 (一)、PLC的英文全称是Power Line Communication，即电力线通信。通过利用传输电流的电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.545Mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据
6、语音视频，以及电力于一体的四网合一！另外，可将房屋内的电话电视音响冰箱等家电利用PLC连接起来，进行集中控制，实现智能家庭的梦想。目前，PLC主要是作为一种接入技术，提供宽带网络最后一公里的解决方案，适用于居民小区，学校，酒店，写字楼等领域。 广义电力线通信(Power Line Communication,简称PLC)技术早在六十多年前就应用在输电线路上，用于发电厂及变电站的调度指挥通信。现在通常所说的PLC是指利用低压配电线路传输高速数据、语音、图像等多媒体业务信号的一种通信方式，主要应用于家庭Internet“宽带”接入和家电智能化联网控制，即高速数据PLC。从结构上分，PLC分为固定式
7、和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 （二）、PLC的技术原理 PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M45M之间。 PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时
8、，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。 （三）、PLC的优点 1实现成本低 由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。 2范围广 电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。 3高速率 PLC能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而4.5M45Mbps之间。远远高于拨号上网和ISDN，比ADSL更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的PLC产品正在研制
9、之中。 4永远在线 PLC属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！5便捷 不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC带来的高速网络享受！二、压缩机及其工艺流程（一）、压缩机概述 1. 概述 压缩机是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩冷凝膨胀蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。压缩机一般由壳体、电动机、缸体、活塞、控制设备 ( 启动器和热保护器 ) 及冷却系统组成。冷却方式有油冷和自然冷却两种。 一般家用冰箱和空调器的压缩机是以单相
10、交流电作为电源，它们的结构原理基本相同。两者使用的致冷剂有所不同。 2. 生产制造方法 压缩机是以流水线方式生产的。在机械加工车间 ( 包括铸造 ) 制造出缸体、活塞 ( 转轴 ) 、阀片、连杆、曲轴、端盖等零部件；在电机车间组装出转子、定子；在冲压车间制造出壳体等。然后在总装车间进行装配、焊接、清洗烘干，最后经检验合格包装出厂。大多数压缩机制造厂不生产启动器和热保护器，而是根据需要从市场采购。 3. 种类 目前家用冰箱和空调器压缩机都是容积式，其中又可分为往复式和旋转式。往复式压缩机使用的是活塞、曲柄、连杆机构或活塞、曲柄、滑管机构，旋转式使用的是转轴曲轴机构。 按应用范围又可分为低背压式、
11、中背压式、高背压式。低背压式 ( 蒸发温度 -35 -15 ) ，一般用于家用电冰箱、食品冷冻箱等。中背压式 ( 蒸发温度 -20 0 ) ，一般用于冷饮柜、牛奶冷藏箱等。高背压式 ( 蒸发温度 -5 15 ) ，一般用于房间空气调节器、除湿机、热泵等。 4. 规格、质量 压缩机的规格是按输入功率来划分的。一般每种规格间相差 50W 左右。另外，也有按气缸容积划分的。 压缩机主要性能指标有：输入、输出功率，性能系数，制冷量，启动电流、运转电流、额定电压、频率，气缸容积，噪音等。衡量一种压缩机的性能，主要从重量、效率和噪音三个方面的比较。 按照我国标准，其安全性能检验是依据 GB4706.17-
12、2004规定项目进行的。其中主要项目是电气强度、泄漏电流、堵转，以及过载运行试验等。 对空调器压缩机的性能检验，依据 GB57732004 中的规定进行。 另外，在产品定型及生产中发生可能影响产品性能的重大变化时，连续生产满一年或时隔一年以上再生产时，以及出厂检验结果与型式试验有较大差异时，均必须进行型式试验。 5. 包装及储运 压缩机的包装和运输可按合同规定办理。大批量进口的压缩机，一般是装入纸箱内再以集装箱装运。压缩机在包装箱内应固定牢靠，并有防潮防震措施。储运中不许倒置，并储存在通风良好的仓库中，相对湿度不能超过 80% ，不能有腐蚀性气体存在。 6. 注意事项 压缩机只有在使用时，才允
13、许拔出密封橡胶堵头。如在储运中发现堵头脱落或松动，应及时检查处理后再行保存。 电冰箱压缩机和空调器压缩机均必须进行CCC认证后，才能销售。 （二）、压缩机的工艺流程以农大德力邦科技股份有限公司的压缩机为例，农大德力邦科技股份有限公司采用氯乙烯压缩机，机组由润滑油系统、循环水系统、工艺气系统及密封气系统4部分构成。1、润滑油系统流程油泵把油箱油，一路通过油总管，保证压力在03MPa以上，送油分配器，连接于油分配器各路供油支管给一、二级各注油点各被润滑部位回油进入4个集油器，集油器到高液位打开电磁阀，回油到油箱循环；油泵另一路送高位油箱，以备紧急停电或油泵故障时供油，正常时高位油箱油从溢流管回油箱
14、循环。2、 循环水系统流程冷却水总管分别给一、二级压缩机壳体、一级出口冷却器、油冷却器、中间冷却器送入冷却水，置换热量使相应设备冷却。3、工艺气系统流程氯乙烯进一级螺杆压缩机进口，经压缩后从一级出口出，再经中间冷却器冷却后，进气液分离器分离，氯乙烯气体进入二级压缩机进口，经二级压缩后，送入氯乙烯管网。4、密封气系统流程密封气氮气经调节阀到一、二级压缩机轴封，用压差变送器测得轴封进气与出气压差值，经PLC运算处理，完成PID调节，输出420mA给气动薄膜调节阀来控制氮气流量，这样使密封气消耗量减少到最小。三、自动控制系统组成系统由人机界面触摸屏及可编程控制器PLC及现场仪表构成。1、触摸屏是人机
15、界面的一种。人机界面（Human-Computer Interface,简写HCI，又称用户界面或使用者界面）：是指人操作PLC的一个平台.该平触摸屏是PLC人机界面的一种.人通过触摸屏幕上的按钮等就可以调整参数或监视参数. 但人机界面不一定全部是触摸屏的,有的是在操作面板上安装了若干个按钮,人通过按钮来监控PLC运行.这种界面的屏幕只是用来观察参数,没有触摸操作功能. 触摸屏是人机界面,但触摸屏幕只是人机界面中的一种.人机界面还包括非触摸屏的.触摸屏采用西门子TP270 10彩色触摸屏，其操作系统Microsoft Windows CE，使用WinCC flexible或Protool编程组
16、态。可与SIMATIC$DP SIMATIC S7和SIMATIC505以及其他厂商PLC实现标准连接，配备有RS232、RS422485接口，可使用MPI、PROFIBUS DP协议传送组态及连接PLC。2、可编程控制器PLCPLC（可编程序控制器）在工业现场因其编程方便，抗干扰能力强，获得了广泛的应用。但受到内部硬件电路的限制，在运算速度、数据处理能力等方面和PC机相比，要逊色很多。因此在工业现场对复杂模型进行控制时，可以借助上位机PC来建立生产模型，通过构建 SCC监督式控制系统，让下位机PC为一DCC直接数字控制系统，实现复杂系统的控制。另外，还可通过上位机PC和下位机PC组建监控系统
17、，达到对工业现场实时监控的目的。其中关键技术为PC机和PC之间的通讯。本文首先介绍PC机与PLC的通讯种类和机制，然后就采用高级语言VB和组态软件MCGS，对完成以上二者通讯 PC机和PLC有两种通讯方式，一种是PC机做主动者，即主局，PLC为从动者，即子局。另一种是PLC为主局，而PC机为子局。无论工作在哪种方式，数据一般都采用串行方式来传输，即可通过RS232、RE422或RS485电缆线来进行信息传递。 在进行通讯时，首先将PC机和PLC传递信息的波特率设置一致。另外还要对奇偶校验位、传输数据位数和停止位进行设置。 在PC机和PLC进行通讯时，要使用命令帧和响应帧的形式来进行信息传递。
18、每次通信送出的一组数据称作“帧”。帧 可以从持有发送权的一方传出。每送出一帧，上位机或PLC就将发送权交给另一方。当接收方 收到终端（命令或响应的终字符）或分界符（分割帧的字符）信息后，就将发送权转到另一方。 在上位链接通信中，开始由上位PC机持有发送权并开始通信。响应由PLC自动返回。3、现场仪表用39个PTl00温度测点，11个压力、压差变送器测点，7个液位测点及5个压差继电器等测量压缩机运行数据，为PLC数据采集提供依据。四、系统控制功能1、人机界面显示触摸屏 通过MPI协议IF 1 B接口与PLC通讯，实现触摸屏SOLUTION动态画面的显示压缩机运行流程，实时显示各点运行数据。操作员
19、在操作室就能方便地监视设备压力、温度、液位、和电机、阀门开闭状态及更多运行参数，及时发现设备运行隐患，保证机组安全运行，并能在触摸屏画面设定PID调节参数，开关阀门、电机等设备，切换不同流程画面。如图1、图2所示。图1工艺流程总貌图2压缩机油路流程待添加的隐藏文字内容32、PLC控制程序(1)以SMATIC STEP7作为控制程序开发工具。STEP7编程软件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WINAC的编程监控和参数设置的标准工具。具有硬件配置和参数设置，通讯组态编程，测试、启动和维护、文件建档、远程诊断的功能。还具有集成其它SIMATIC软件的功能，如集成组态软件Protool
20、，触摸屏组态即可用STEP7项目中变量的符号名，简化了组态程序，极大地方便了触摸屏组态工作。(2)PLC通过扩展AI模块获得现场仪表4-20mA或电阻毫伏信号，经模数转换，获得数字量，再经CUP转换为工程值，显示于触摸屏画面。(3)依据扩展DI模块及设定值与实际值，进行逻辑运算，输出节点信号至DO扩展模块，适时的启动辅助油泵、启动条件、开闭集油器电磁阀、紧急停车等。(4)在运行期间，根据温度、压力、液位等实时值，与工艺要求设定值比较，输出高或底画面闪烁报警，输出高高或底底声光报警，及时提示操作人员，以保护机组设备及人员人身安全。(5)依据密封气压差反馈值，经PID运算后，输出4-20mA电流信
21、号给调节阀，实现闭环调节控制，保证密封气压力。同时也对一级进气压力实现PID闭环调节控制。(6)图3所示为压缩机连锁停车程序，PS508、PS509、PT510为油总管的压力测点，PS508、PS509是压力继电器的开关信号，当压力值小于015MPa时闭合；PT510是压力变送器，当压力小于015MPa时节点闭合。3个压力测点当有两个闭合时连锁停车。另外，一、二级排气压力大于设定值时连锁停车。3、实现与DCS系统通讯3.1、DSC简述DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络
22、为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS具有以下特点： (1)高可靠性 由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。 (2)开放性 DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局
23、域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。 (3)灵活性 通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库 选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。 (4)易于维护 功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。 (5)协调性 各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协
24、调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。 (6)控制功能齐全 控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。 DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。 处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算
25、机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。3.2 DSC系统的通讯实现通过CP341通讯模块与DCS系统实现Modbus通讯，CP341集成CPU处理通讯程序分担主CPU负担，DCS系统为Modbus主站，PLC为Modbus从站。通讯格式为波特率：9600，7个数据位，1个停止位，奇校验，传输物理层RS485接口。PLC提供Modbus地址及功能码给DCS系统，DCS系统依据功能码与Modbus地址读写PLC相应数据块DBx或I、Q、M等位。DCS系统组态压缩机流程画面，并依据Modbus通讯数据，动态显示
26、压缩机运行实时参数，以便于监控压缩机安全运行。五、结束语控制系统采用PLC可靠性高、抗干扰能力强、功能强大；触摸屏显示直观、清晰、操作灵敏；通讯模块CP341自集成CUP处理通讯程序。上述优越控制设备的选择使得整个压缩机控制系统达到了控制精准，安全可靠，操作方便，监控直观，通讯流畅的目的。既保证了机组设备的完好无掼，又极大的减轻了操作人员的劳动强度，同时也减少了设备的维护量，降低维修费用，切实保障了公司生产的安全、连续、平稳进行，为公司获得了较大的经济效益。参考文献1吴胜昔基于开放式控制系统的精馏塔实验装置控制系统自动化仪表，2006-22廖常初S7300400 PLC技术应用20053詹成军丘纪燕，PLC在电厂输煤系统中的应用电器时代，2006-10 4李军，张航，罗大庸PLC在垃圾焚烧炉控制中的应用电器时代，2006-11
