煤矿螺杆式压风机控制系统设计文档格式.docx

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姓名：

学号：

学院：

专业：

设计题目：

煤矿螺杆式压风机控制系统设计

专题：

指导教师：

职称：

2010年6月徐州

中国矿业大学毕业设计任务书

毕业设计题目：

煤矿螺杆式压风机控制系统设计

毕业设计专题题目：

毕业设计主要内容和要求：

1掌握矿井螺杆式压风机的运行工艺和控制方法；

2设计一种应用PLC作为控制器的螺杆式压风机监控系统；

3掌握所用传感器的工作原理及使用方法；

4设计系统原理图；

5用PLC语言编制控制系统软件；

6翻译电气自动化方面专业外文资料约3000字。

院长签字：

指导教师签字：

中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；

②独立解决实际问题的能力；

③研究内容的理论依据和技术方法；

④取得的主要成果及创新点；

⑤工作态度及工作量；

⑥总体评价及建议成绩；

⑦存在问题；

⑧是否同意答辩等）：

成绩：

指导教师签字：

年月日

中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；

②基础理论及基本技能的掌握；

③综合运用所学知识解决实际问题的能力；

④工作量的大小；

⑤取得的主要成果及创新点；

⑥写作的规范程度；

⑦总体评价及建议成绩；

⑧存在问题；

⑨是否同意答辩等）：

评阅教师签字：

中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩

答辩情况

提出问题

回答问题

正确

基本

正确

有一般性错误

有原则性错误

没有

回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：

学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：

摘要

空气压缩机（简称空压机）是一种将机械能转变为气体的能量用来给气体增压并输送气体的流体机械。

螺杆式空压机控制方式简单，运行数据显示及时、准确，并且有些还能够根据单台空压机排气压力的变化自动的加载和卸载，大大改善了操作过程。

现场PLC控制系统选用西门子S7-300系列可编程序控制器作为控制核心。

设计采用螺杆空压机3台作为核心，另有水泵和冷却塔为压风机提供冷却循环水，三台空压机的加载和卸载控制都是自动完成的，其控制原理是根据总管压力（即三台空压机的总出口压力，它会随着井下用风量的变化而变化的变化依据约定好的排序方式实现三台空压机的轮换加载和卸载，真正实现空压机运行的自动控制。

本论文开发的空压机控制系统，在很大程度上提高了空压机的控制能力和利用率，降低了空压机的磨损程度，延长了使用寿命，得到了使用单位的充分认可。

关键词：

空气压缩机；

PLC；

自动控制；

STEP7

ABSTRACT

Aircompressor（hereinafterreferredtoasaircompressor）isakindofenergywillbeusedforthegasenergyforgasboosterandgasfluidmachinery.Screwcompressorcontrolmethodissimple,theoperationdatadisplayinatimely,accurate,andsomestillcanaccordingtoasingleaircompressorexhaustpressurevariationofautomaticloadingandunloading,hasgreatlyimprovedtheoperationprocess.

SiteselectionofPLCcontrolsystem,SiemensS7-300seriesprogrammablecontrollerascontrolcore.Designusingscrewcompressor3asthecore,coolingwaterpumpandotherwiseprovidedforwatercoolingfan,threecompressorofloadingandunloadingisautomaticallycontrolled,thecontrolprincipleisbasedonthreemainpressure（ortheaircompressortotaloutletpressure,itwillusetheundergroundwithairchangesaccordingtotheagreeduponchangesofsortingwaythreecompressorrotatetheloadingandunloading,torealizetheautomaticcontrolofaircompressorchancedone.

Thispaperdevelopedaircompressorcontrolsystem,andgreatlyimprovethecompressorcontrolabilityandefficiency,reducetheaircompressorwearandprolongthelife,theuseofunitsofthefullyrecognized.

Keywords:

Aircompressor;

ProgrammableLogicController（PLC）;

Auto-control

1绪论

1.1课题的提出

压缩空气是工业上常用的能源介质之一，是用以驱动风镐、风钻等风动机械的原动力，其最大优点是能够利用取之不尽、用之不竭的自由空气。

与电力相比，它具有以下特点：

不产生火花；

不怕超负荷;

无触电危险：

在湿度大、温度高、灰尘多的环境中能很好地工作；

风动机械排出的空气，在某种程度上有助于改善煤矿井下的通风状况。

空压机的用途很广，几乎遍及工农业、国防、科技、民用等各个领域，如矿山、冶金、煤炭、石油、化工、机械、能源、交通、水利、灌溉、原子能、航空航天技术和城市给排水、冰箱等等。

空压机从原理上分可分为容积式与动力式。

动力式空压机的原理是空气被吸入高速旋转的压缩叶轮中去，并被加速到高的速度，然后气体通过扩压器排出，气体的动能变为静压，动力式压缩机有轴流与径流两种，均用于大容积流量。

容积式压缩机的原理是将气体封闭在一个容积中，借助缩小该封闭容积以提高压力。

空压机的主要类型包括：

离心式空压机、轴流式压缩机、活塞式压缩机、螺杆式压缩机、隔膜式压缩机、齿型压缩机、蜗旋压缩机、滑片式压缩机、液环式压缩机[1]。

目前，矿用空气压缩机主要有活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机两种。

活塞式空气压缩机由于其落后的控制方式和繁琐的操作过程，现在只有少数小煤矿还在使用。

螺杆式空气压缩机则以其结构简单、工作效率高的特点被广泛的应用于各个煤矿中，其控制方式简单，运行数据显示及时、准确，并且有些还能够根据单台空压机排气压力的变化自动的加载和卸载，大大改善了操作过程。

但随着计算机监控技术和计算机网络技术的发展，为人们改变空压机控制方式，提高自动化程度提供了便利，因此螺杆式空气压缩机的自动化程度不高、维修量大等问题也日渐突出。

压风系统是矿井生产必不可少的重要系统之一。

矿井压风系统主要由空气压缩机、压风管路、阀门、相关元件、空气过滤器、风包、冷却装置、润滑装置、安全保护装置及电气控制装置等构成。

近些年来，由于煤矿的巷道支护推广锚喷工艺；

煤巷掘进中为了杜绝因煤电钻维护不到位而造成失爆发生瓦斯或煤尘爆炸事故，也推广应用风动钻机;

为了减轻操作工人劳动强度、提高工作效率、推广应用风动扳手;

为了保证当发生瓦斯、煤尘爆炸事故、煤与瓦斯突出事故、有害气体漏出事故、矿震（冲击地压）事故后，井下现场人员的安全自救而推广使用的“压风自救”等工艺，从而对压缩气体的需求量进一步增多，压风系统的重要性越来越大。

由于空气压缩机和水泵房电机相互之间有一定的距离，给整个压风机房的操作、管理和维护带来很多不便。

另外，原控制系统为继电器---接触器控制，近年来，由于器件的寿命问题，控制系统故障明显增多，严重影响了空气压缩机的正常运行。

现场的主要问题表现在以下几点：

l、仪表、线路老化，性能不稳定，经常出现报警、停机等误操作。

2、3台空气压缩机控制柜型号不同，配件多且不统一，接线多且乱，给维护造成很多不便。

3、空气压缩机司机必须在现场监控，人工定时记录各种数据，难以满足实时性的要求，并且空气压缩机工作时噪音很大，长时间工作在这种环境给工人的健康带来很大的危害。

由于空气压缩机（以下简称空压机）生产连续性强、机械设备工艺要求较高，通过计算机控制系统能够准确地监控设备的运行状况，及时进行故障处理，保证其稳定运转。

1.2课题研究的意义

矿用空压机需要每天24小时不间断的运行，但煤矿每时的用风量又都不一样，容易造成供风压力的不稳定，常会出现“大马拉小车”的现象，为避免这种情况空压机就有一段时间工作在空载或轻载状态下，这样就加剧了设备的磨损，缩短了设备的寿命，同时也造成了部分电能的浪费。

实现空压机集中监控的目的是提高空压机的工作稳定性，实现空压机的近程监控和远程监控，使其易于操作、管理和维护。

具体表现在以下几点:

1、提高空压机运行的可靠性和稳定性适合现场的、稳定可靠的监控系统能及时准确地对故障进行报警处理，保证空压机的安全运行。

2、降低运行成本，提高生产效率对空压机运行状况进行全面监控，尽量减少空压机的缸体磨损，从而降低配件费用和运行成本，进而可以较大限度的延长维修周期，提高生产效率。

3、提高系统的自动化、智能化和人性化的水平集中监控系统实现了对空压机的近程监控和远程监控。

近程时，司机在控制柜上操作和监视现场设备的运行状况;

远程时，通过计算机便可实现对现场所有设备的监控。

另外，在计算机上还可查询各种设备的运行记录和报警记录，取代了人工定时记录，节约了人力和物力;

管理员还可以通过网络远程浏览空压机的监控画面，从而给管理带来了极大的方便，提高了整个控制系统的自动化、智能化和人性化的水平。

1.3压风机监控系统简介

在现代科学技术领域中，自动化技术与计算机技术被认为是发展最快的两个分支，自动控制技术对于工农业生产和科学技术的发展具有越来越重要的作用：

计算机控制技术对工业过程实现自动控制，提高生产效率，改善劳动强度，高产稳产，提高经济效益起到决定性作用。

计算机控制的应用领域非常广泛，控制对象从小到大，从简单到复杂。

计算机可以控制单台或单个阀门，也可以控制和管理一个车间、整个工厂、一座大厦以至整个企业。

随着电子技术、计算机技术、通信技术水平的不断提高以及工业控制规模的日益扩大，工业监控系统逐渐地成熟和完善，应用也越来越广泛。

目前，广泛应用的工业控制系统主要有：

常规集散控制系统（DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM，DCS）；

由可编程控制器PLC构成的控制系统：

由工控计算机（INDUSTRIALPERSONALCOMPUTE