基于S7-200的空压机控制系统架构设计

盐城工业职业技术学院 单秀文

1 引言

许多空压机已选用了PLC来控制其运行。由于PLC本身就是为了能适应各种严苛的工业场合而设计的，采用PLC为核心的空压机控制系统可以极大地节省人力，避免因为情绪或者疲劳产生误操作，提高了整个系统的稳定安全运行性能。

2 空压机控制系统设计

本系统的结构如图2.1所示：气压传感器将储气罐的压力信号转变为电信号并且进行线性化处理，送给PLC的模拟量模块，PLC内置的PID功能将送来的电信号与设定值比较，根据差值的大小进行PID调节并产生调节信号，该信号以模拟电压形式送往变频器，变频器根据模拟电压的大小输出与之成正比的电流频率，控制电机的转速，保证压缩功率达到设定值。

图2.1 空压机控制系统

考虑到多数工业用户的实际需求，本系统使用3台异步电机去控制3台空压机，如果压力需求小于某一阀值，只要一台电机和空压机工作，即可满足用户需要；如果单台空压机压缩功率不够，由PLC判断并启动2#空压机；当功率需求很大时，三台电机以工频满负荷工作。反之，如果储蓄罐的压力值超过设定值一定程度，则根据超出程度从高到低依次关闭电机，本系统工作流程如图2.2所示。

图2.2 控制系统工作流程

3 PLC选型

本控制系统中需要用到的主令电气、气压传感器、变频器、继电器和指示灯，根据所选器件的电压、功率等级，输入信号可用24V直流信号，输出可用继电器型输出，综合考虑，选择CPU的型号为CPU224 AC/DC/Relay，为了处理气压传感器送来的模拟电流信号和控制变频器用的模拟电压型号，需要额外配备一个EM235模拟量模块。

4 控制系统软件设计思路

为了实现变频恒压控制功能，软件编程达到下面几点要求：

4.1 工频和变频之间实现互锁

各电机在自动运行方式下，工频和变频之间进行切换时要确保两者不同时动作，即同一时间内只允许一台电机变频工作，不允许多台空压机同时运行在变频状态下。

4.2 需设置供气频率

由于空压机供气时须有一定的供气频率，且在不同工作压力时的供压频率不同，因此在调节变频器输出频率及投切电机时，有一段时间的延迟。

4.3 系统处于自动运行方式时，要求变频运行时能够实现频率的自动升降调节

PLC需实时检测供气管道网的压力值，并与设定的运行压力值相比较，来调节变频器的输出频率，控制电机的转速，进而调节空压机空气压力的输出量，使供气管网压力维持稳定。PLC采用PID来调节管道网压力，并设置合适的PID参数，使系统波动时快速稳定压力，防止系统震荡等问题。

4.4 参数设置

程序中的PID控制器使用比例和积分控制，由工程经验法初步确定回路的增益和时间常数，初始比例增益参数和时间常数设置为：Kc=0.6，采样时间Ts=200ms，积分时间TI=30min。在实际系统调试运行时再做进一步修改。

5 结束语

本系统在分析空压机工作原理的基础上，设计了一个由三台独立的空压机组成的稳定压力气源系统。以PLC为控制核心、变频器为驱动，整个系统具备开发周期短、通用互换性强、抗干扰能力强、维护成本低等优点，模块式的设计布局极大地延长了生产过程中整个系统的无故障工作时间，发展空间广阔。

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