基于PLC的无油活塞式高压空压机控制系统_开题报告

1.国内PLC在高压空压机控制系统中的发展概况和一些面临的问题

 由于目前国内生产的大多空压机主要是以单相电机为主，特别是一些小型化民用的空压机。该类型的空压机价格便宜，制造工艺简单，产品也比较单一，而且输出压力也不高（0.8-1.0Mpa）。随着工业的发展，在气动领域里急需一种体型小，输出压力较大的空压机，目前国内生产该类型空压机的厂家少之又少。起初也有厂家尝试过利用普通的单相电机去驱动，在各个参数都确定的情况下进行样机制作，以便产生3.0Mpa的输出压力，但是通过测试发现，电机很难拖动，造成电机转速上不去，电机温升超标。

此次课题研究的机型是一款小型无油活塞式高压空压机。主要参数如下：上气压力3.0Mpa，电机功率：1500W,额定电压220V,额定电流10A，转速2400r/min,电机最终采用具有PCL控制功能的直流无刷电机。

目前遇到的技术难题有以下几点：

(1)由于气缸均采用无油润滑，对活塞环的要求很高，采用现有的一般填充聚四氟乙烯很难达到耐磨和密封的要求。这就要求在填充物里面添加一些青铜粉末，好让活塞环和缸壁具有良好的耐磨性，以提高使用寿命。

(2)曲柄与连杆安装使用的轴承寿命问题。由于国内生产技术水平有限，一般的轴承使用寿命普遍不高，而且噪音大，不耐磨。只有高精度低噪音的轴承才能满足该机型的要求，为此一般选用进口轴承。

(3)电机上的问题，采用普通单相电机在空压机处于高压力状态下（满载）会出现电机转速急剧下降，电流剧增到12A,这么高的电流对电机来说是致命的。并且出现类似“爬坡”的现象，当电机连续运行4小时候，电机机体温升高到117℃，大大超过标准要求。

    针对以上的问题点都得到了一定程度上的解决。最大问题点就是电机的定型。经过多次试验，最终采用了具有PLC自动控制的直流无刷电机，成本上虽然比一般电机高了很多，但该机型是面向高端市场，电机成本价上是可以接受的。该直流无刷电机由定子、转子、驱动控制器、相关的传感器组成。定子外形尺寸110X60(mm），电压：220V/50Hz，额定电流10A,转速：2400r/min，电机效率85%以上。经过安装测试后，没有出现以上出现的问题点，电机运行平稳，电机转速自动调节可靠。

总之，该机型的最终难点就是电机，虽然采用了具有PLC自动调速功能的控制系统，解决了问题。目前所采用的PLC控制器都是购买国外品牌的，最常用的就是西门子了。由于技术水平的差异，早在1969年PLC出现的时候，我国还处科技水停滞期，一直到70年代末改革开放后，才陆续从国外引进带有PLC的设备。到目前为止，PLC已经运用在各行各业里了。就目前来说我国的科技水平和国外对比还有一定的差距，但是随着国内综合技术水平的提高，这个差距会越来越小。     

2.国外PLC在高压空压机控制系统中的发展概况和一些面临的问题

国外生产该机型的仅有日本的日立，该机型在性能上优越，所采用的都是较为先进的技术。经过对比分析，该机型也才采用的是PLC控制的直流无刷电机，从控制器体积上来比我们的要小，自动控制响应时间短，电机转速控制精准。最大的特点就是当空压机上气压力最大时，电机的转速几乎保持恒定值，没有出现停顿，电流也不升高。整机噪音很低（低于70分贝）。

国外面临的主要问题有：

制造成本高；

产品售价是我们国内的2-3倍，在价格上没有优势；

总体上来讲，该机型有很多值得我们去借鉴的地方。那就是国外的技术比较成熟。

由于国外的整体工业水平领先于我国，早在七八十年代国外的空压机控制系统里已经初步实现了PLC的控制。特别是美国、德国、日本，这几个国家比较具有代表性。但是经过20年来的经济的饱和以及萧条，很多生产空压机的企业已经逐步转向代工，很少自主研发生产了，这个根本性的问题最终来源于中国的经济发展起来，因为中国的经济具有后发优势，科技水平也在逐步的提高当中。但是国外的整体工业实力已经在那里了。目前，世界上有plc厂商200多家，各种型号产品几千种。plc产品按地域上分成三个流派，分别是美国产品、欧洲产品、日本产品。美国：a-b（allen-bradly）、ge（generalelectric）;欧洲：德国的西门子（siemens）、法国的te（telemecanique）;日本：三菱电机（mitsubishielectric）、欧姆龙（omron）。

二、^范文提纲

1.引言

1.1国内外PLC研究概况

1.2本课题研究的背景及意义

1.3本课题研究的内容

2.空压机的概述

2.1空压机的用途及分类

2.2空压机的结构组成及工作原理

2.3活塞式空压机的特点

2.4无油空压机的优点

2.5高压空压机的优势

2.6直流无刷电机的控制原理

2.7直流无刷电机的特点

2.8直流无刷电机的优点

2.9 PLC在无刷电机中的作用

2.10 PLC在直流无刷电机中的变频调速控制系统

3. PLC的概述

3.1 PLC的基本组成

3.2 PLC的工作原理

4.元器件的选型

4.1空压机的主要技术参数

4.2直流无刷电机的主要参数

4.3变频器的参数

4.4压力传感器的主要参数

4.5故障报警装置

4.6过压（气压）保护装置

4.7温度传感器

5.PLC控制系统的硬件设计

5.1PLC元件的简介

5.2PLC元件的功能

5.3PLC元件的主要特性

PLC控制系统的软件设计

6.1 PLC通用程序的一般设计方法

6.2 PLC程序设计的步骤

6.3 PLC I/O点的分配表和外部接线图

三、总结

四、参考文献

[1] 郁永章.《化工.动力.制冷.容积式压缩机技术手册》.北京：机械工业出版社，2000

[2] 郑祖斌.《通用机械设备》. 北京：机械工业出版社，2004

[3] 活塞压缩机设计编写组.《活塞式压缩机设计》. 北京：机械工业出版社，1974

[4] 徐少明.《空气压缩机实用技术》. 北京：机械工业出版社，1994

[5] 王迪生.《活塞式压缩机结构》. 北京：机械工业出版社，1990

[6] 齐乐华.《工程材料及成型工艺基础》. 西安：西北工业大学出版社，2008

[7] 林  梅.《活塞式压缩机原理》. 北京：机械工业出版社，1987

[8] 杨惠宗.《泵与风机》. 上海：上海交通大学出版社，1992

[9]戴文进.《电机设计》，清华大学出版社 2010年6月，第1版；

[10]陈世坤.《电机设计》，机械工业出版社 2011年1月，第2版

[11]上海工业大学.《直流电机设计》，机械工业出版社 1983年2月，第1版

[12]周亮.《ZD180/35 3200kW直流电动机设计特点》，《上海大中型电机》 2009年第4期

[13]高安邦,褚雪莲,韩伟民.《PLC技术与应用理实一体化教程》. 北京: 机械工业出版社,2013.3 

[14]王卫兵.《传感器技术及其应用实例》.北京:机械工业出版社,2013.4

[15]刘文芳,方强.《西门子PLC系统综合应用技术》.北京: 机械工业出版社,2012.8

[16]周洁.《基于PLC的煤矿空压机控制系统设计》：[硕士学位^范文].河南.河南理工大学.

[17] 余先涛.《基于PLC监控的空压机变频恒压控制》[M]，2005

[18] 吉永成. 《用PLC对数台空气压缩机的控制》[M]. 机械工业出版社，2002

[19]Clark D W. The memory system of a high performance personal computer. Xerox Palo Alto Research Center, Tech Rep: CSL-81-1, 1981

[20]MC88100 RSIC Microprocessor User’s Manual (Second edition). Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1990

[21]Carreira J, Madeira H and Silva J G. Xception: A technique for the experimental evaluation of dependability in modern computers. IEEE Transactions on Software Engin.