空气压缩机及压风管路设计

1、 空压站就是压缩空气站，由空气压缩机、储气罐（分为一级、二级储气罐）、空气处理净化设备、冷干机组成。压缩空气站在厂（矿）内的布置，应根据以下因素确定经技术经济方案。 靠近负荷中心；供电、供水合理；有扩建的可能性；避免靠近散发爆炸性、腐蚀性和有毒气体以及粉尘等有害物的场所，并位于上述场所全年风向最小频率的下风侧；压缩空气站对有噪声、振动防护要求场所的间距，应符合国家现行的有关标准规范的规定。摘 要随着社会的全面发展和进步，空气压缩机因其独特的特点在很多方面得到应用，比如风动机械的驱动、压风自救等。本课题空气压缩机及压风管路设计是根据煤炭工程学院机械工程系本科生（矿山机电方向）培养方案选题的。内容

2、包括螺杆式空压机的适用范围及研究目的、空压机在压风自救中的应用、国内外空压机的发展、空气压缩机的通则、系统流程、螺杆式空压机PLC电控系统的设计、空压机的选型及压风管路内径的选择、空压机房的布置及压风管路的设计。关键词：空压机； 压风管路； PLC；压风自救 ABSTRACTWith the overall development and progress of society, because of its unique features air compressor to get applications in many areas, such as wind-driven machine

3、ry, self wind pressure and so on. The issue of air compressors and air pressure piping design training program is based on the topic of coal College of Engineering Department of Mechanical Engineering undergraduate (mine electromechanical direction). Including the scope and research purposes screw a

4、ir compressor, air compressor used in air pressure, self-help in the development of domestic and international air compressor, air compressor General, system processes, electronically controlled screw compressor PLC system design, selection and pressure air compressor piping diameter selection, desi

5、gn layout and air pressure pipeline compressor room.Keywords: air compressor; the compressed air pipe; PLC; air pressure self-help目 录1 概括11.1使用范围及研究目的11.2空压机在煤矿生产及安全救险中的应用11.3国内外空压机的发展21.4矿用螺杆式空压机的特点22 空气压缩机的通则42.1螺杆式空压机简介42.2螺杆式空压机的构造及各零件功能42.3螺杆式空压机的工作原理(风冷)73 系统流程113.1空气流程113.2润滑油流程123.3气路控制系统144

6、 电控制系统164.1控制系统组成164.2微机控制器介绍174.3控制原理224.3PLC选型245 压风设备的选型设计255.1设计依据265.2供气量计算及压气机选型265.3压气管路内径选择285.4验算管道压力损失 306 空压机及压气管路设计306.1空压机房选址及机房设计316.2压缩机的工艺系统326.3压缩机的保护 336.4 压风管路设计33参考文献34致 谢36山西大同大学煤炭工程学院2014届本科生毕业设计1 概括1.1使用范围及研究目的螺杆式空气压缩机是一种容积式空气压缩机，空气经过压缩机压缩，体积减小，压力升高，消耗外界做的功。压缩空气膨胀以后，

7、体积增大，压力降低，并对外做功。利用压缩空气能够对外做功来驱动风动工具和机械。更重要的是利用压缩空气做动力源可以避免电火花的产生而引起爆炸，且压缩空气具有良好的柔韧性和冲击性能，能用于变负荷条件下的动力源，风动机械排出的废气还可以帮助矿井通风和降温，改善工作环境，并在同时螺杆式空压机的压气空气管道在关键时刻可起到救援效果，降低安全风险，被广泛应用于矿井。本设计的目的在于根据实际情况从空压机的选型到安装，电器控制到实现自动化，从矿井的高效到低耗，以此为出发点对压风管路进行设计。1.2空压机在煤矿生产及安全救险中的应用空压机在矿井的生产中的广泛应用主要体现在以下几个方面：（1）在瓦斯矿井中，采用压

8、缩空气作动力源可以避免由于电火花的产生而引起的爆炸，比电力源更安全。（2） 空压机驱动的气动机械（如凿岩机，风镐等）由于具有冲击性高、往返速度高可以适用于切割坚硬的岩石。（3）压缩空气有弹性和良好的抗冲击性能，可以在不同负载条件下做动力源的条件，比动力源更方便。（4）风动机械排出的废气，有助于矿井降温，改善工作环境。空压机在安全救险上的应用：在安全生产第一的现代矿井中，空气压缩机的存在尤为重要。它可以在第一时间向受困的煤矿工人提供氧气，为工人们的安全提供了保障。同时，它也能提高煤矿的工作环境，可以稀释瓦斯浓度，为矿井的安全生产提供了保证。1.3国内外空压机的发展螺杆式空气压缩机，最初是由阿尔夫

9、1934年瑞典在提出的，由瑞典电机公司制造的第一个原型。螺杆式空气压缩机在中国近年来取得了很大的发展，如无锡压缩股份有限公司批量生产不同规格、多品种的螺杆式空气压缩机，顺德力精密机械有限公司已经能够产生一个长寿节能单螺杆式空气压缩机。1.4矿用螺杆式空压机的特点伴随着社会的全面进步和发展，对空气压缩机有更多的需求。尤其是螺杆式空气压缩机，以其独特的特点使其的使用比例也越来越大。就其使气体压力增加的原理，螺杆压缩机与活塞式压缩机是相同的，都属于压缩型式空压机；且其主要部件的活动形式和离心式压缩机相似。因此螺杆式空压机具有这两种空压机的主要特性，故螺杆式空压机在现代矿井生产中得到广泛应用。（1）螺

10、杆式空气压缩机的优点它是一种容积式压缩机，其理论排气量和各工作部件，尤其是与转子的转速成正比关系，使压缩机的主要参数的压力和排气量的变化不会互相影响。1）故障少，维修简单，使用寿命长。2）连续的单向旋转，并且没有往复运动，惯性力小，使得速度快，运行可靠，无振动。3）在一组转子齿间，啮合点沿轴线方向前进，侧面压缩或排出体积减小，体积增大的另一侧直接进行下一个吸入过程。再加上旋转数高，齿数较多，因此压缩功能是完全连续的，吸入和排出没有往复式压缩机脉动现象，也无离心空气压缩机的喘振现象。4）由于螺杆压缩机属于容积式，这样的效果是压力上升不是由于转子速率的影响。只要转子旋转一周，就可达到预定的压缩比。

11、此外，离心式空气压缩机是不一样的，压缩过程中，有其独立的气体比例。5）螺杆压缩机的压力是靠两个转子不接触的旋转，使它能够适应湿的压缩气体和压缩液滴。6）螺杆压缩机的滑阀可控制在100%10%连续比例范围内的能量。安装在两个转子之间的壳体中的阀门，可以来回移动，通过阀芯控制在100%10%范围内，进气量的变化，不影响压缩比，不影响速度，可以控制在宽负载范围内的理想。7）因为没有通过实心转子之间的接触引起的摩擦，因此，螺杆空气压缩机除了用于无油润滑，也适用于输送润滑油到的不被污染的场合。8）螺杆压缩机体积小、重量轻、安装方便、设备简单，所以一个螺杆式空压机站的基础设施投资少。9）螺杆压缩机的制造工

12、艺要求高，不适合高压力压缩。同时，在使用螺杆式压缩机时，应特别注意在指定的方向旋转，而不应相反。10）由于存在间隙，运动件必不可少出现泄漏，效率低。同时，在螺杆式无油压缩机中，为了确保转子之间的间隙，必须使用同步齿轮；为了减少内部的温度上升，必须以增加它的速度；利用齿轮，使机械损失减少；安装管消声器消除噪声。（2）螺杆式空气压缩机的缺点1）成本高。螺杆压缩机转子的齿面是一个空间的表面，使用专用工具，专用设备加工是昂贵的。此外，螺杆式空气压缩机的气缸的加工精度也有了更高的要求，因此成本较高。2）不能用于高压场合。由于转子和轴承的刚度和其他限制的寿命，螺杆压缩机只能在中、低压力范围内使用，排气压力

13、一般不超过4.5MPa。3）不能做成迷你型。密封气体取决于螺杆压缩机的间距,一般体积大于0.2 m³/min,螺杆压缩机的性能优越。 2 空气压缩机的通则2.1螺杆式空压机简介螺杆空气压缩机是当今世界上的空气压缩机的主流，它与活塞式压缩机（相同的排气压力）相比具有很多优点例如振动小、噪声低、效率高。阴阳转子间以及转子和壳体之间的配合精度降低回流泄漏从而提高了效率；只有啮合转子，没有气缸的往复运动，减少了振动和噪声源；风冷却使得螺杆式空压机能适应不同的矿井环境；独特的润滑方式同时也带来了许多优点，凭借其自身产生的压力差，使得润滑油不断注入压缩室和轴承，使得复杂的机械结构变得简单。1注入

14、的润滑油可以在相互啮合的转子之间形成油膜,转子可以直接驱动一对转子旋转,不用使用高密度同步齿轮。2射入的润滑油能增加气密性。3润滑油吸入压缩热，所以即使压缩比达到16，机头还可控制润滑油在恶劣条件下，转子与机外之间也不会因膨胀系数不同而产生摩擦。4润滑油能减少由于高频压缩所产生的噪音。5压缩空气中的微量润滑油，对气动工具有润滑效果。2.2螺杆式空压机的构造及各零件功能螺杆式压缩机的结构如图所示。在“”形的气缸中平行放置着一对相互啮合的螺旋形转子。通常将节圆外具有的凸齿的转子称为阳转子或阳螺杆，转子具有节圆上的凹齿被定义为阴转子或内螺纹。在一般阳转子与原电机连接，由阳转子带动阴转子转动。所以阳转

15、子也被称为主动转子，阴转子也被称为从动转子。该压缩机机体孔的两端分别安装在具有一定形状和尺寸的孔口，吸气，称为吸气口，排出，称为排气口。图2-1 螺杆式压缩机结构示意图1机体机体是螺杆式空气压缩机的主要部分，它是由中间部分的气缸及两端的端盖的组成。在等于转子直径较小的机器中，通常将排气端盖或吸气端盖与奇光做成为一体，制成带端盖的整体结构，转子顺轴向装入汽缸。在转子直径较大的机器中，汽缸与吸气和排气端盖是分开的。1）端盖具有吸气/排气通道的端盖，通常分为整体结构和分体式结构的两种。端盖具有内置的轴密封，轴承，有的盖箱也可作为增速齿轮或同步齿轮。2）汽缸喷油螺杆式空压机机体大多采用单层壁结构气缸，

16、其转子包含在机体中，机体的外侧即为大气。3）机体材料该材料主要取决于排气压力的要求和压缩气体的特性，与灰铸铁作为排气压力小于2.5MPa的材料，当排气压力大于2.5MPa时可以使用钢和球墨铸铁。此外，灰铸铁可用于空气或惰性气体，铸铁或球墨铸铁可用于碳氢化合物和一些轻微的腐蚀性气体。对于腐蚀性气体，酸气和水的气体，是一种高合金钢或不锈钢。对于腐蚀性气体介质，也可用于喷涂或刷在普通铸钢材料镀上一层防腐材料。2转子转子是螺杆式空气压缩机的主要部件，其结构分为整体式和组合式。当转子直径小，用整体式，当转子结构的直径大于3500mm转子常见的结构为组合式。喷油螺杆式空压机由于排气温度较低，转子热胀不明显

17、，一般不安装密封齿。因为安装密封齿会使得螺杆式空压机的泄漏三角形面积变大，而且给生产带来困难，增加了成本。另外，当螺杆式空压机转子型线的齿顶圆附近截面非常小时，型线本身就起到齿顶密封齿的作用。常用锻件作为螺杆式空压机转子的毛坯，一般多利用中碳钢（45号钢等），有特殊要求时用40Cr等合金钢或铝合金。为了加工方便，减少成本，目前也采用QT600-3球墨铸铁。3轴承轴向力和径向力作用于螺杆式空压机的转子上。由于转子两侧所受压力不同而产生径向力，其大小取决于转子直径、长径比、内压比、及运行工况。由于转子一端是吸气压力，另一端是排气压力，再加上内压缩过程的影响产生轴向力，以及一个转子驱动另一转子等因素

18、而产生的，轴向的大小是转子直径，内压比以及运行工况的函数。因为内压缩的存在，所以使得排气端的径向力大于吸入端。转子的形状和不同的压力作用面积，使得两个啮合的转子的径向力也不同，阴转子轴承载荷的径向力最大，因此承受径向力由高到低依次为：阴转子排气端轴承，阳转子排气轴承，阴转子吸气端轴承和阳转子吸气轴承。，转子吸入侧轴承和阳转子吸力轴承。同样地，两个转子轴向力也不同轴向力之间的差别比径向力的差别大的多，阳转子所受轴向力大约是阴转子的4倍。螺杆式空压机一般用的是轴承滚动轴承和滑动轴承。螺杆式空压机设计中采用的轴承应保证转子的一端固定，另一端能够伸缩。一般情况下转子在排出侧轴向定位，在吸入侧留有较大的

19、轴向间隙，让其自由膨胀，以便保持排出端有不变的最小间隙值，使气体泄漏为最小，并避免端面磨损。喷油螺杆式空压机由于轴向力都不大，故都采用滚动轴承。承受轴向力的轴承总是放在排气端，以便得到最小的排气端面间隙。径向载荷通常用分别安装在转子两端的圆柱滚子轴承承受，在排气端的一个角接触球轴承承受轴向载荷，并对转子进行双向定位。在一些机器中，用一对背靠背安装的圆锥滚子轴承或角接触球轴承同时承受径向和轴向载荷。4轴封喷油螺杆式空压机一般采用滚动轴封，在排气端的转子工作段与轴承之间加一个轴封，以防止压缩腔的气体经过转子轴向外泄露。这种轴封只要在与轴颈相应的机体处开设特定的油槽，通入具有一定压力的密封油即达到有

20、效的轴向密封。喷油螺杆式空压机转子的外伸轴一般都设计在吸气侧，由于在利用吸气节流的方式调节空压机的气量时，外伸轴上的轴封两侧可能会有一个大气压力的压差。由于此处的轴封必须防止润滑油的漏出和未过滤空气的漏入，故在小型空压机中通常采用简单的唇形密封。大中型空压机中采用有油润滑机械密封。5内容积比调节滑阀螺杆式空压机工作过程的重要特点之一是具有内压缩过程，空压机的最佳工况是内压比等于外压比。若二者不等，无论是欠压缩还是过压缩，经济性都会降低。显然增大或减小排气孔口的尺寸，将改变齿间容积内气体同排气孔口连通的位置，从而改变内压获得变化的排气孔口，从而实现内容积比和内压比的调节。2.3螺杆式空压机的工作

21、原理(风冷)螺杆式空压机的基元容积是由阳，阴转子和气缸内壁面之间形成的一对齿间容积，随着转子的旋转，基元容积的大小和空间位置都在不断的变化。螺杆式空压机的工作包括以下四个过程：1吸气过程： 图2-2 吸气过程 如图2-2，随着转子的运动,啮合的齿逐渐脱离,形成齿的空间,随着齿的扩大形成形成一定的真空室,而啮合的齿之间的体积只与进气口连接,所以气体便在压差作用下流入真空室。在随后的过程中转子旋转,阳转子的齿不断从阴转子齿槽中脱离出来,齿空间不断扩大,并保持沟通与吸嘴。随着齿轮的转动转子体积达到最大值时,体积和吸气口断开,吸入过程结束。 图2-3 封闭过程2封闭及输送过程 如图2-3，吸气终了时，

22、主副转子齿峰会与机壳密封，齿沟内的空气不在外流，此即“封闭过程”。两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动，此即“输送过程”。 图2-4 压缩过程3压缩及喷油过程如图2-4，在输送过程中，齿合面逐渐向排气端移动，是啮合面与排气口间的齿沟空间逐渐减少，齿沟内空气逐渐被压缩，压力逐渐升高，此即“压缩过程”,而压缩的同时，润滑油亦因压力差的作用喷入压缩室内与空气混合。 图2-5 排气过程4排气过程如图2-5，当转子的排气口端面与机壳相通时(此时压缩空气压力最大),被压缩之空气开始排出,直至齿峰与齿沟的啮合面移至机壳的排气端端面,此时两转子的啮合面与机壳排气口间的齿沟空间为零,

23、此即完成 “排气过程”。与此同时，转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，由此，开始一个新的压缩循环。螺杆式压缩机作为回转式压缩机的一种，在结构上具有离心式压缩机的特点，工作原理上则又属于容积式压缩机的范畴。由于以上特点，螺杆式压缩机一般应用于下列工况： 1. 流量不是很高  2. 需长周期平稳运行 3. 排气压力不高3 系统流程3.1空气流程通过空气过滤器后空气过滤除尘，经过进气卸荷阀进入主压缩室，在主压缩室压缩空气与润滑油混合。油气混合物压缩排到油气桶，在油气桶内大部分润滑油被分离出来，油分离器过滤残余润滑油，空气由最小压力阀的清洁后压缩，压缩后输入

24、系统的后冷却器。系统流程如图所示图3-1 系统流程图3.1.1 管路主要部件功能介绍A空气滤清器空气滤清器是一个干燥的滤纸，滤纸孔隙度约为10um左右。它的主要功能是过滤空气中的灰尘，防止螺杆转子被过度磨损而降低寿命，油过滤器和油分离器不通。B进气卸荷阀进气卸荷阀是一个很重要的组成部分，通过操作进入压缩机的进气量，来控排气量。卸荷阀由进气，排气节流小孔，出风口和阀门等组成。通过电磁阀系统的压力，在气缸上的比例阀，控制阀打开，关闭，直至关闭，从而改变入口的大小，控制进气。在一定范围内的空气压缩机可以实现无级容量控制，以达到降低功耗的影响。C油气桶油气桶有两种功能分别为油气分离和储油。油气混合物经

25、压缩后排至油气桶，油气桶的旋转可以使得大部分润滑油分离；储存较多的润滑油，避免热油立即参与下一个循环，有利于降低排气温度。筒体有加油孔，供加油用。D油气分离器“润滑油流程”中有油气分离器的完整说明。E最小压力阀与油气分离器出口相连，它的开口压力设定值为0.40.5Mpa，最小压力阀主要有以下功能：a起动时优先建立起润滑油所需的循环压力，确保机器的润滑。b当油气桶内空气压力大于0.4Mpa之后最小压力阀就开启，这样可以减小流过油气分离器的空气流速，保证油气分离有比较好的效果，并且这样可以避免油气分离器因压力差太大而受损。c止回功能：当停机后油气桶内压力下降时，防止管路压缩空气回流。F温度传感器温

26、度传感器是用来测量机头排气口处的排气温度，并显示在仪表盘上。它采用PT100的电阻作为敏感件，性能好、精度高。当出现失油而导致油量不足或者冷却不良等情况是，均有可能导致主机排气温度过高。当检测到得的排气温度与PLC设置的温度一样或者偏高时，空压机自动停机。3.2润滑油流程1润滑油流程说明在油气桶内的压力，将润滑油从油气桶压出，流动的气体通过温度控制阀，油冷却器冷却后再经过油过滤器除去杂质颗粒，然后分为两路，一路从机体喷雾进入压缩室，冷却压缩空气；其他所有的通过机体两端，润滑轴承组。而后各部分的润滑油在聚集于压缩室底，经排气口排出。与油混合的压缩空气排入油气桶后，绝大部分的油沉淀于油气桶的底部，

27、其余的含油雾空气再经过油细分离器，进一步滤下剩余的油并参与下一个循环。 2喷油量的控制通过空压机喷入的油除起润滑作用外，主要用于带走空气在压缩后所产生的热量，喷油量的多少直接影响到空压机的性能。喷油量于出厂前已经由本技术师设置好，因此不能随意改变。当机头排气温度偏低或过高需要调整时，请联系公司客服。3油路主要部件功能说明A温控阀温度控制阀的主要功能是测量喷入机体的润滑油温度控制压缩机的排气温度，以避免在空气中的水蒸汽凝结乳化润滑油油。刚启动时，润滑油的温度低时，温度控制阀被关闭，油不经过冷却器直接注入机体。如果温度上升到高于70时，温度控制阀逐渐打开的路径通到油冷器，到76完全打开时，油会通过

28、油冷却器，然后喷到机体的内部。B冷却器（风冷型）油冷却器和后冷却器组成一体，它俩的结构都是板翅式。安装时要确保冷却器距离障碍物2米以上，使冷却气流能够很好的流通。但是灰尘容易覆盖翅片使得冷却效果不好，有可能出现排气温度过高而停止工作。所以应该定时清洗翅片保证有好的冷却效果。C油过滤器油过滤器是一种纸质过滤器，过滤精度在1015。它的功能是除去油中的杂质，如金属颗粒，灰尘，油脂等，保证轴承和转子的正常运行。如果油过滤器堵塞时，可引起润滑油喷射量不足，并影响轴承的使用寿命，机体排气温度高（或停止）。D油细分离器油细分离器滤芯采用多层细密的特种纤维制成，主要作用是过滤掉压缩空气中所含雾状润滑油，油颗

29、粒大小可控制在0.1um以下，含油量能够不大于3ppm。E回油单向阀油分离器过滤后的残渣，集中于过滤器的中央圆形槽，通过回油管道返回到主机，避免已分离出来的润滑油与压缩空气一起被排出机体。为了防止主压缩室的油反应，在油返回管设置一个单向阀。如果机器在运行油耗突然增大，应检查是否节流孔是否堵住。3.3气路控制系统 一般运行1开始启动前，进气卸荷阀和加载卸载阀是关闭的。启动后，空气通过进气卸荷阀从节流小孔吸入，由于有最小压力阀，油气桶慢慢建立起压力，确保润滑油注入机体润滑。2负荷运行完整的星角降压启动后，延时几秒，加载电磁阀得电开启，内部气体通过压力桶，进气卸荷阀逐渐打开，压缩机进入负荷条件。当压

30、力超过0.4Mpa，最小压力阀打开，压缩空气输出。当系统压力达到设定压力时，反比例阀开始工作，自动调节压缩机的供气量，来使得供气量等于耗气量，此即无级气量调节功能。3）卸载操作当气体不是很时小，当排气压力达到微电脑控制的上限时，将达到极限。负载电磁阀断电关闭，使进气阀的控制压力损失自动关闭，另一方面打开排气阀，油箱内的油液压力得到释放，使压缩机进入卸荷运行状态。卸载操作的保持时间达到设定上限值时，机器自动关机。当较低的系统压力降到微电脑控制器设定值，加载和运行的机器。气路控制元件功能说明A加载电磁阀 是一个两位三通常闭电磁阀。由于电磁阀的得电和失电，来控制气路的通联和中断状态，从而完成加载和卸

31、荷功能。B放空阀当卸载操作或停机时，阀被打开时，在油气桶内的压力释放，使压缩机低负荷运行，或者以确保在重新启动在空载条件。C反比例阀超过设定的压力时反比例阀起作用。此时，输入压力为高时，输出的控制压力为低，而控制压力越低时，通过进气气缸伸缩控制卸荷阀盘开度越小，空气压缩机的进气量就越少，使得空气压缩机的供气量量和空气消耗量平衡，实现无级容量调节功能。D安全阀安全阀是保障安全的部件。当气量调节系统出现故障而使得油气桶内气体压力比设定的排气压力高出约10时，安全阀自动起跳泄压，使压力降至额定排气压力以下。E压力传感器压力传感器测量油分离器的排气压力后，将测量值显示在仪表板上。根据排气压力测量的数值

32、，根据微机控制器的压力上限压力下限的设定值，使加载电磁阀电源得电或失电，从而实现加载状态和卸载状态两者的转换。F压力表压力表测量油气桶内油分离器前的压力。因为油分离器内存在最小压力阀和管路阻力所以存在压力降，压力表显示的排气压力和仪表板显示的压力相比是高的。应经常观察比较压差，当压力差超过0.12MPa后，应该及时更换油气分离器。4 电控制系统4.1控制系统组成控制系统包括以下部分：PLC（包括相应的控制模块以及触摸屏）、传感器以及所需的按钮开关、接触器、断路器等，其示意图如图4-1所示 ：图4-1 控制系统简图PLC主要包括CPU，内存，电源，和一个专门设计的输入和输出接口电路等。

33、它是用来实现电气部分的控制。包括：开始、运行、停止，报警和故障自我诊断。起动：2电动机M1，M2如图所示，可以通过转换开关来启动。运行：正常情况下，电机M1处于状态，电机M2处于关闭状态。温度传感器测出风包出口温度，并与给定值比较，当温度过高时操作M2的开启，直到排气温度小于风机停止温度时，风机停止。停止：按下停止按钮，PIC控制接触器停止工作，工作的变频器停止。报警和故障诊断：空气压缩机需检测的量主要包括：四个机体的温度、气体压力罐温度、冷却水的压力、润滑油压力。4.2微机控制器介绍1 基本操作1）按键说明图 4-7 100型文本显示器ON开机键：按此键电机启动运行 OFF关机键：

34、按此键电机停止运行 M确定键：修改完数据后，按此键确认数据输入  上移键：数据修改时，按此键上翻修改该数位；在菜单选择时作为选择键。  下移键：数据修改时，按此键下翻修改该数位；在菜单选择时作为选择键。  移位键/确认键：修改数据时，此键作为移位键；在菜单选择时作为确定键。 2状态显示与操作机组通电后显示如下界面： 图 4-8 机组通电后的界面5秒后显示以下主界面： 图 4-9按“”进入以下菜单选择界面： 图 4-10a运行参数查看按“” 或“”移动黑色滚动条到“运行参数”菜单后，按确认键“”后弹出下一级菜单： 图4-11再按“”弹出

35、  图 4-12如为最后一级菜单，界面不会出现黑色滚动条，按返回键“RT”返回上级菜单或主界面。如在某一界面停止操作，数秒钟后自动返回主界面。b用户参数 图 4-13再按确定键 “”弹出  图 4-14如不继续按确定键 “”即可查看用户参数。3功能及技术参数 1） 开关量：9路开关量输入，10路继电器开关量输出； 2） 模拟量：二路Pt100温度输入，二路420mA变送输入，两组三相电流输入（配套CT）；3）相序输入电压：三相380V； 4）控制器工作电源：220V、50Hz、12VA（建议使用20VA）；5）显示量程

36、60;a、油温：20150；精度：±1。b、气温：20150；精度：±1。 c、运行时间：0999999小时。 6）相序保护：当保护器检测到错相时，动作时间2s； 7)电机保护：本控制器对主电机和风扇电机均具有以上五种基本保护功能 堵转保护：起动结束后，当工作电流达到设定电流的四至八倍时，动作时间不大于0.2s；短路保护：只要检测电流达到设定电流的八倍以上时，动作时间不大于0.2s； 缺相保护：当任何一相电源缺相时,动作时间不大于2s；       

37、60;            不平衡保护：任何两相间电流相差6075%时,动作时间不大于5s；                    过载反时限保护特性(时间单位为秒)，见下表。倍数I实I设定 当电机运行电流大于或等于设定电流的1.2倍至3.0倍时按下表的过载倍数及动作

38、时间延时动作 表4-1 电机保护反时限曲线表时间参数数I实/I设1.21.31.51.62.03.0动作时间6048248518）温度保护：当检测到的实际温度大于设定温度时,动作时间2s；  9）输出继电器触点容量：250V5A；触点寿命500000次； 10）电流显示误差小于1.0%.；11）RS485通讯4控制器安装在控制柜内，控制器周围应有一定的空间方便布线。具体尺寸如下1 输入指示灯（IN）： 00、01、02、03、04、05、06、07、分别为对应输入开关量端子号20、 19、18、 17、16、15、14、13。

39、0;2 输出指示灯（OUT） 00、01、02、03、04、05、06、07、 08、09分别对应输出开关量端子号27、28、  29、30、31、35、36、37、38、39 3 电源指示：PWR灯4 运行指示：RUN灯 5 故障指示：ERR灯文本显示器接线端子： 显示面板有五个接线端子和一个显示电缆D形头，分别用于显示连接、Rs485通讯、24V电源输入。 控制器接线端子： 显示面板与控制器要用通讯电缆将它们连接。23、24、25分别为相序输入端子；7、9分别为排气温度输入端子；CT1为主电机互感器；

40、CT2为风扇电机互感器。32为输出继电器公共端COM1；27工频时控制主接触器；28工频时控制星形接触器；29控制角形接触器；30加载电磁阀；31控制冷却风机；34变频时控制变频器投入； 35控制变频风机；37控制变频器启动运行；38为故障指示；39预警指示； 40为COM2。42为摸拟地（大地），43、44为220V电源。4.3控制原理电气原理图如下图所示电气原理图1独立控制 （1）近地自动控制（启停方式：机旁；加载方式：自动）按“ON”键起动：（Y起动）控制器上电后有3秒自检，按“ON”键不能起动。自检结束后按“ON”键主机开始起动。主机起动过程为：KM3得电KM1得电 Y形起动

41、状态 延时时间到（Y转换时间）， KM3失电（KM2、KM3互锁），KM2得电电机形运行，起动结束。起动过程中，所有电磁阀一直失电，实现空车起动。自动运行控制： 电机起动到状态后，延时一段时间后，加载电磁阀得电，空压机开始加荷，汽罐压力开始升高。当气压升高超过设定高限压力时（卸载压力值），加载电磁阀失电，卸放电磁阀得电，空压机空车运行。如果在规定的时间内（空车时间内），气压又降低于设定的低限压力（加载压力值），加载电磁阀又得电，卸放阀失电，压缩机正常压缩空气，提高气罐压力。如果在空车时间内，气罐压力没有降到低限压力，控制器将自动停止电机工作，实现空车过久自动停机。

42、只有当压力降到低限压力，电机自动按起动过程起动运行，如此往复循环。在自动状态下手动加载/卸载 在自动状态下，设备处于卸载状态，按一下“M”加载，如果压力高于卸载压力，加载电磁阀点动一下后回到卸载状态；如果压力低于卸载压力，加载电磁阀得电直到供气压力大于卸载压力后重新回到卸载状态。设备处于加载状态，按一下“M”卸载，如果压力高于加载压力，加载电磁阀失电直到供气压力小于加载压力后重新回到加载状态；如果压力低于加载压力，此时卸载不起作用。正常停机： 按“OFF”键，加载电磁阀失电，延时一段时间（停机延时）后，电机接触器失电，主机和风扇电机停止运转。只有按“ON”键才能重新起动。&

43、#160;防频繁起动控制 按“OFF”停机、空车过久停机、故障停机使电机停转时不能马上起动电机，需有一定延 时，本控制器在各种停机状态下时间显示窗口倒记时显示剩余延时时间（如90秒），只有延时时间为零时才能起动电机。2 风机温度控制当排气温度高于风机启动温度和主电机有电流时，KM4风扇电机运行；当排气温度低于风机停机温度，风扇电机停止运行。3 故障停机与紧急停机 当机组在运行过程中出现电气故障或排气高温等故障时控制器立即停止电机运行需排除故障，故障状态解除后才能重新起动电机。如遇紧急情况，按下紧急停机按钮SB0切断接触器电源。4.3PLC选型根据主电路和控制电路的

44、设计，可统计出本系统共有2台电机、2个电磁阀、7个压力传感器、2个温度传感器，以及启动停止等开关控制信号共11个，共有41个I/O点，它们构成了PLC的控制对象。电机的启动由开关量控制，PLC模拟量模块输出420mA电流作为变频器的控制端输入，进行气压的恒压控制。同时，需要考虑PLC与变频器的通讯接口的匹配问题。根据被控对象的I / O点数，扫描速度，自诊断功能，以及系统的应用领域，经济性，采集数据类型，由程序存储器的大小和其他因素所需的数据考虑，本次的PLC的选择是西门子S7-200系列产品。根据本系统的工作要求，系统采用模拟量传感器HM23Y型压力变送器检测系统各处的压力；采用Pt100铂

45、热电阻作为测量温度的传感器以检测各处的温度。 HM23Y型压力变送器的测量范围00.5220Mpa、供电电源一般为24V、信号输出420mA。Pt100铂热电阻测量范围为-50180。5 压风设备的选型设计5.1设计依据1我矿设计生产生产能力力为1.2Mt/a,最大班入井人数：82人。如图表5-1-1气动机具配置表，通过计算选择空压机型号、台数，确定输气管路直径。2根据安监总煤行（2007）167号文件和煤矿安全规程规定。 表5-1 气动机具配置表 名称数量（台）耗气量()工作压力/使用地点混凝土喷射机2 580.4采掘工作面气体式掘岩机1 470.5采掘工作面 气动锚杆机2 340.5采掘工

46、作面 因本矿井属高瓦斯矿井，除井下风动工具使用压缩空气外，根据煤矿安全规程的有关规定，还必须在采掘工作面附近及工作面回风系统中有人作业的地点，设置供给压缩空气设施的避难峒室或压风自救系统。因此本设计采用地面集中空压机站向井下风动工具和压风自救系统供风。5.2供气量计算及压气机选型1计算矿井所需的供气量全矿供气量是变化的，一般以三班中可能出现的最大用气量一班为依据，即最大班次确定为早班，最大同时使用气动机具台数为：混凝土喷射机2台（耗气量2×8=16），气体式掘岩机1台（耗气量7×1=7），气动锚杆机2台（耗气量4×2=），最大班入井人数82，每个人的耗气量不少于0

47、.3；由系统布置图查的压气官网全长L=5812米，取管路漏气系数为;风动机械磨损耗气量增加系数；海拔修正系数。（1)2台混凝土喷射机的实际耗气量为： （5-1） 1.20×1.15×1×2×8×1 22.08 (2)1台气体式掘岩机的实际耗气量为： （5-2） 1.20×1.15×1×1×7×1 9.66 （3)2台气动锚杆机的实际耗气量为： （5-3） 1.20×1.15×1×2×4×1 11.04（4)矿井中工作人员的实际耗气量为： （5-4

48、） 0.382 24.6因故矿井总供气量为式中： a1沿管路全长的漏气系数；  a2气动机具磨损后，耗气量增加的系数，一般取1.101.15；  海拔高度修正系数；  n一天中可能出现的最大用气量时，使用的同型号起动机具的台数； q气动机具的耗气量；  k同型号气动机具的同时工作系数。2 估算空压机必须的出口压力 地面空压机房到最远工作面的距离为3199m，取每公里管长损失为0.03MPa。3种气动机具中，气动锚杆机的额定压力最高为0.5MPa，根据下式计算空压机必要的出口压力为：  P=Pe+P+0.1 （5-5） =0.5+0.0

49、3×3.199+0.1 =0.70MPa式中:P空压机必要的出口压力，；  Pe所用气动机具中最大的额定工作压力，；       P矿井达产时，输气管道中最远一路的所有压力损失3 选择空气压缩机的型式及台数根据计算的空气压缩机站的供气量Q和估算空气压缩机的出口压力p,和各种空气压缩机的优缺点比较，查阅空气压缩机产品样本，选用LG-44/8G空气压缩机2台，1台工作，1台备用，主要技术参数见表5-2 表5-2 LG-44/8G型空气压缩机主要技术参数表 电机功率250KW排气量44排气压力0.8MPa转速1485r/

50、min外形尺寸3700×2200×2200 5.3压气管路内径选择压气管路布置如图5-3图 5-3 压风管路布置图1主管管径计算按煤炭工业矿井设计规范规定，压缩空气管道干管管径应按矿井服务年限内最远采区供气距离确定；采区管道管径可按矿井达到设计生产能力时，采区内供气最远距离计算。根据流体动力学的压力损失，压风管路内径计算如下： （5-6） = =132.3式中Q通过管路的供气量，l管路计算长度，取最远长度，；根据计算，地面、副斜井和集中运输大巷敷设主管，主管选取标准管径为159×4.5的无缝钢管，满足空压机工作供气要求。2干管压力损失计算： （5-7）式中：该管段

51、的标准管径，0.150m； 考虑局部损失在内的该管段折算长度，,m； m; 42.783支管管径计算： 根据作业程序先后，随着掘进辅设管路，掘进完成移交生产后，随着回采工作面的推进回收管路。回采工作面作业人数多，按回采工作面人数需风量计算管径： （5-8） =108.6式中 Q急救风量，按82人计算 24.6； 支管管路计算长度，3317m；根据以上计算，回采面运输顺槽和回风顺槽、备用工作面运输顺槽、回风大巷、集中回风大巷、回风石门掘进面敷设支管，支管选取标准管径为133×4的无缝钢管，随着掘进铺设管路，随着回采回收管路。4支管压力损失计算： （5-9）式中：该管段的标准管

52、径，0.1m； 考虑局部损失在内的该管段折算长度，,m； m; 24.65.4验算管道压力损失 最远端管道压力损失为： ,故满足要求。6 空压机及压气管路设计6.1空压机房选址及机房设计一、空气压缩机室定位的基础1、避免空气压缩机室附近出现爆炸性，腐蚀性以及有毒气体和粉尘和其他有害物质，而且空压机房所在地方应位于全年风向最小频率的下风侧；2、空气压缩机室和有噪声，振动防护要求的地方的距离，应与国家现行标准的规定相一致；3、空压机房的朝向，应使机器具有良好的自然通风，并应减少太阳照射；4、空压机所在的房间应该为独立的建筑物；5、空气压缩机室与机梁底之间的距离，符合设备拆装起吊和通风的要

53、示，其净高不宜小于4m； 6、隔音室和控制室应设观察窗，窗台上的水平不超过0.8m。二、空压机房位置 根据上面布局原则，在工业领域中辅助生产区布置压风机房，远离副井30m以上，符合安全，环保，消防规定。 三、空压机房的布置 1、螺杆式空气压缩机之间的通道的宽度，应根据设备运行的要求、拆卸和运输来确定，其净距不小于下表的间距。 表6-1 机器间通道的净距（m）  名  称  空气压缩机排气量Q（）Q1010Q40Q40 机器间的主要通道单排布置1.52.0双排布置 1.5 2.0空气压缩机组之间或空气压缩机与辅设备之间的通道 1.01.52.0空气压缩机组与墙之间的通道0.81.21.52、空气压缩机房出口不得小于2个； 3、单台排气量为44，不专门设置检修用的起重设备。4、空气压缩机组的联轴器和皮带传动部分，必须装设安全防护设施；