单螺杆空气压缩机的结构毕业设计论文说明书

第1章绪论1.1单螺杆空气压缩机的用途与市场单螺杆空气压缩机主要用于石油、化工、能源、交通、机械、冶金、矿山、建筑、医药、食品等领域。如气动工具、气动夹具、自动控制、精密测量、喷砂、喷漆、散状物料（水泥、煤粉、药粉等）的气力输送等。其中无油单螺杆压缩机因能提供洁净的能源而且节能，市场需求越来越大。

工艺用单螺杆压缩机用来压缩除空气以外的各种气体，主要用于化工生产的工艺流程中。也用作煤气、天然气的输送等。单螺杆压缩机是冷冻（空调）机的最佳机种，在军事上如潜水艇和导弹发射等也有重要用途。

在西方发达国家，螺杆式压缩机基本上取代了活塞式，市场占有率近80%，瑞典阿特拉司公司每年约生产双螺杆压缩机1.8万台，美国I-R公司每年约产0.9万台。国内1986年螺杆式压缩机仅为2%，近年来约占30%，因此市场潜力大。如前所述：外商、台商利用技术等方面的优势抢占中国市场，销售情况良好。而国内厂家则销售欠佳。由于销售情况是商业秘密，难于收集，但从生产能力可见一斑；新成立的柳州富达机械有限公司，（中意合资）年生产能力为：双螺杆压缩机0.5万台，产值逾2亿元。全国双螺杆空气压缩机的年生产能力估计在2万台以上。2002年上海复盛公司生产螺杆压缩机产值达1.5亿元，英格索兰空压机厂产值达5亿元，随着国家经济的迅速发展，单螺杆压缩机的需求量将会日趋增大。（将02年以后的情况补进去）1.2单螺杆空气压缩机的优缺点1、单螺杆空压机的优点有：①结构好单螺杆空压机的两星轮在螺杆两侧的对称位置，使单螺杆空压机不仅惯性力平衡，而且作用在螺杆上的轴向力和径向力也互相抵消，这是单螺杆压缩机设计先进最显著的特征。②效率高单螺杆压缩机在理论上不存在间隙容积，螺杆转速在3000r/min左右时，动力润滑性能优异，这就决定了单螺杆压缩机很高的工作效率。③噪音低单螺杆压缩机的齿合副由于星轮采用高分子材料，螺杆直联而无中间传动齿轮，同时箱板粘贴有吸音材料，因而运行噪音极小。④振动小单螺杆压缩机有优越的动力平衡系统，有效的遏制振动源，使机器运行极为平稳，对基础无特殊要求。⑤费用小单螺杆空压机的易损件极少，加之监控系统信息化，智能化水平高，全天无值守运行。由于力平衡性能好，主轴可工作5万小时甚至更长寿命，无故障运行时间长，运行费用比其他各类压缩机的运行费用都少。2、单螺杆空压机的缺点有：①运动部件较多单螺杆空压机有三个螺旋轴，而且螺杆和行星齿轮的刚性相差较大，运动中易变形不均匀，因而相互啮合精度难以保证，所以溶剂效率较低。②耐磨性较差目前市场上销售的单螺杆压缩机中行星齿轮均采用非金属材料，耐磨性较差，在告诉工作过程中由于磨损较大，造成内泄漏增大，因而工作一段时间后流量有较大衰减，一般3000至4000小时的运转后流量平均衰减5%-10%。所以单螺杆空压机在工业应用中的经济型极差。加上变形的不均匀引起的啮合精度难以保证还会造成整机设备的机械稳定性降低，因而故障率高，进一步限制了它的使用范围。③行星齿轮的材料不改善行星齿轮作为单螺杆压缩机的核心部件之一，其主要作用是起密封作用。选用钢制的行星齿轮，由于钢材膨胀系数大，膨胀量大，所以必须在行星齿轮与螺杆间留有较大的间隙，但又泄露多，效率低，且容易咬死造成重大故障。1.3单螺杆空气压缩机的结构设计图1-1名字单螺杆空气压缩机核心结构由专用机床精加工而成，内有1根有6条螺旋凹槽的螺杆，两侧配有1对平面结构星轮构成的工作面，螺杆旋转带动星轮在封闭的机壳内做周而复始的吸气、压缩、排气回转运动，螺杆每转动一周产生12个压缩循环。单螺杆压缩机的螺杆同时与2个星轮啮合，使螺杆受力完全平衡，又使排量增加1倍，且压缩机的体积小。单螺杆空气压缩机的工作过程分为吸气、压缩、排气三步。图1-2名字1、吸气如图图1-2(a)所示，气体通过吸气进入转子齿槽随着转子的转动，星轮依次进入与转子齿槽啮合的状态，气体随即便被吸入与转子齿槽、机壳及星轮面形成的密闭空间，即压缩腔。2、压缩如图图1-2(b)所示，随着转子的旋转，这种压缩腔的体积不断减小，即其中气体随之被压缩，直到该压缩腔的前沿转至排气口。3、排气如图图1-2(c)所示，压缩腔前沿转至排气口后便开始排气，直到压缩腔完全通过排气口，完成一个工作循环。这个系统属于高气压设备。因此系统内的气压平衡控制，压缩空气控制以及供油系统的控制成为系统控制设计的重点。除此之外，压缩机主电机，风机的过载保护，电源相序的正确（压缩机绝对不能反转）性等对空压机组的正常工作也至关重要。因此，在空压机组中设置以下的检测装置及工作状态指示装置，以确保其安全、稳定、可靠地工作。⑴压力方面在空气滤清器排气口装有真空压力开关，以防其堵塞；在油气细分离器，油过滤器中装有压差开关，以防其堵塞；为保证控制系统气压平衡，装有可调压力上下限开关；加载电磁阀控制加载和卸载。⑵温度方面在压缩机排气口装有排气超温开关；风机冷却压缩空气。⑶供油方面供油电磁阀两端装有压差发讯器，确保主机启动运行时不断供油，故障时紧急停车。⑷其他方面风机过载保护；主机过载保护；相序缺相保护。⑸工作状态指示装置正常状态指示；声光故障报警，同时显示故障代码。1.4PLC的发展史及发展方向发展史：PLC（可编程控制器）是20世纪60年代发展起来的一种新型自动化控制装置，最早是用于替代传统的继电器控制装置，功能上只有逻辑计算、计时、计数以及顺序控制等，而且只能进行开关量控制。其英文原名为“ProgrammableLogicController”，简称为PLC，中文称“可编程逻辑控制器”。后来，随着计数的进步，其控制功能已经远远超出逻辑控制的范畴，其名称也就改为“ProgrammableController”，称PC。但PC又容易与个人计算机（PersonalComputer）的简称PC产生混淆，所以近年来人们又倾向于使用PLC这一简称，中文仍然称“可编程控制器”。上世纪60年代，由于美国汽车工业需要进行大规模的技术改造和设备的更新，由传统的继电器控制装置来进行控制，不仅体积庞大、故障率高、柔性差、不灵活、耗能，而且调试困难，可靠性也差。1968年美国通用汽车公司提出使用新一代控制器的设想，从用户的角度考虑，该公司对新一代控制器提出了10点要求，为各大公司提供了明确的开发目标。次年，就由美国DEC（数字设备公司）首先研制成功了第一台可编程逻辑控制器PDP-14。差不多同时，美国MODICON公司也研制出084控制器。它们的问世，引起了全世界的瞩目，美国的其他公司和西欧、日本等工业发达国家，也相继研究开发出类似的产品。由于PLC吸取微电子技术和计算机技术的最新成果，因此发展十分迅速，从单机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个工厂的生产自动化，从柔性制造系统、工业机器人到大兴分散型控制系统，PLC均承担着重要角色。PLC技术代表了当今电气程序控制的最先进水平。通过PLC与各种单元自动化装置（如智能仪表、数字化传单装置、智能的液压和气动阀组等）以及现场总线、计算机网络系统，构成了车间和工厂自动化的完整体系。可编程控制器应用非常广泛，通过近年来对国内进行的调查，可知其在各个领域应用分布大致如下：钢铁和有色冶金35%汽车和机械制造20%轻工、视频包装、造纸16%化工、石油、工艺过程13%交通运输、矿山7%能源、电站、泵站、水处理7%科研试验、教学2%表几名称在PLC发明之前，在工业控制的顺序控制领域内，常常采用诸如继电器、鼓式开关、纸带阅读器等机械、电气式器件作为控制元件，尤其是控制继电器，在离散制造过程控制领域内，成为“开关控制系统”中最广泛使用的器件。但是，随着工业现代化的发展，生产规模越来越大，劳动生产率及产品质量的要求在不断提高，对于控制系统的可靠性也提出了更高的要求，原有“继电器控制系统”已不适应需要，究其原因是：动作缓慢；寿命短、可靠性差；体积大、耗电多；设计制造周期长、程序修改费时；不能实现与计算机对话。到上世纪60年代后期，虽然小型计算机已日趋完善，应用领域也在不断扩大，但小型计算机用于开关控制系统，又显然存在着“大马拉小车”的情况，这是由于小型计算机的特点决定的：编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员；需要配套非标准的外部接口，对环境和现场条件的要求过高；功能过剩，及其资源不能充分利用；造价高昂。由于生产的需要与可能性，促使人们寻求新的出路，PLC应运而生。它首先应用于美国的汽车工业，这是的PLC用固态（集成）电路来代替继电器逻辑电路，用存储器电路中的存储数位（程序）来代替继电器系统的布线，以程序来规定逻辑关系；用固态I/O电路来检测按钮和一些特点：环境适应性较强，可以使用于车间现场；有较高的可靠性和诊断能力，维修容易；基本能适应不同的制造过程所需，柔性度有了较大提高，只要改变系统中的程序即可改变控制“逻辑”，而无需改造或更换控制硬件等。自1976年以来，微处理器开始引入PLC领域，大大加强了PLC的作用，使PLC由简单地代替继电器电路，而发展为先进的控制装置。当今PLC具有先进的人-机对话手段（如键盘、CRT和语音对话），近年来由于现场总线理念的出现和相关标准的建立，以及产品的迅速发展，PLC成为现场总线的一个重要组成部分，进一步扩大了PLC的应用领域。由于PLC同时提高了功能和柔性度，使其应用迅速增长，并普及到许多其它离散零件制造工业领域。随后又扩展到与批量生产和连续生产过程有关的工业领域。随着CIMS(计算机集成制造系统)的发展，PLC当前还被人们用于工厂通信网络之中，与其他智能控制器和计算机系统一起成为计算机综合控制系统中的重要组成部分，特别是单元级和工作站级。从1969年第一台PLC问世至今，可编程控制器大约经历了三个阶段：第一阶段：开发的PLC容量较小，I/O点数小于120点。用户存储区容量在2KB左右，扫描速度为20～50ms/KB，指令较为简单，只有逻辑运算、计时、计数等，编程语言采用简单的语句表语言。使用上，主要用作开关量控制。第二阶段：PLC的容量有所扩展，I/O点数从512点至1024点，用户程序存储区扩展到8KB以上，速度也有提高，扫描速度达到5～6ms/KB，指令功能除了基本的逻辑运算、计时、计数外，还增加了算术运算指令，以及模拟量处理指令等，输入/输出类型也由纯开关量I/O，扩展为带模拟量的I/O。编程语言除了使用语句表外，还可以使用梯形图编程语言。第三阶段：进入80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的PLC得到惊人的发展，其功能远远超出了上述两阶段的产品。使PLC在概念，设计，性价比以及应用方面都有了新的突破。这一阶段的产品向大型和小型两个方面发展。大型产品的I/O点数，超过4000点，有些产品达到8000个I/O点用户存储区容量超过32KB，配置有各种智能模块(例如温度控制模块、轴定位模块、过程控制模块等)和通信模块，扫描速率也大大提高，达到0.47ms/KB，指令功能除了基本的逻辑运算、计时、计数、顺序控制外，还有算术浮点运算指令、PID调节功能指令、图形组态功能指令、网络和通信指令等。编程语言普遍采用梯形语言，同时也使用语句表和顺序功能图语言（典型的有GRAFCET语言）。为了提高系统的可靠性，设计上考虑了容错技术和冗余技术等。这一阶段的小型产品向超小型化和加强型功能发展有16点I/O,24dianI/O的整体型小型PLC在小型PLC上配置模拟量I/O、通信口、高速计数，指令上也设置有算术运算、比较指令以及PID调节指令。小型PLC使用的手握式编程器使用大面积液晶显示器，也可以用梯形图和GRAFCET语言进行编程。这一阶段PLC的软件设计也有很大改进普遍实现了软件模块化设计，在PLC产品上提供大量的通用和专用软件功能模块，用户通过简单的功能调用就可实现复杂的控制任务，给使用带来极大的方便，使用的编程器越来越完善，专用编程器实际上已经是一台个人计算机，可以实现离线编程或在线编程及监控，程序打印以及程序固化，实现图形组态，可以联网（即挂在PLC网络上），有些编程器还可以使用高级语言。除了专用编程器外，很多PLC可以使用通用的笔记本电脑实现编程，开发一些专用软件，充分利用个人计算机的能力，完成各种高级的编程功能，省却了专用编程器，既便于推广又节省投资。未来发展方向：随着计数的进步PLC的功能越来越强，应用范畴越来越广，与其他工业控制机，如分散型控制系统（DCS）的界限已经不十分明显，很多以往必须由分散型控制系统来完成的控制，现在用PLC都能实现，因此在应用上“交错”已经成为普遍的现象随着PLC应用领域的不断扩大，PLC本身也在不断发展，表现为功能越来越强性能越来越可靠，速度越来越快，及程度越来越高，使用越来越方便。(1)向小型方向发展。20世纪80年代末、90年代初推出的小型机，在元件上大都选择表面封装元件，进一步提高了产品的可靠性，且体积趋于超小型化。例如，以三菱公司的FX0、FX2系列PLC为例，FX0行的I/O点数为14点，体积最小的是100mm×80mm×47mm，却具有高技术、终端PWM等功能，其功能远远超出早期的小型PLC产品。FX2系列PLC除了有开关量I/O外，还具有模拟量输入、输出以及多种智能模块，并具有联网通信功能，扩大了小型PLC的应用范围。最新推出的小型PLC配置更加灵活，柔性更大。(2)向高速度、大容量和智能化方向发展。由于采用了微处理器或大规模集成芯片，PLC的速度大大提高。如三菱公司的A3a系列高档PLC就采用了MSP芯片，指令速度可达0.15us/步。 PLC的内存容量不断扩大，目前有的已达几MB，有些PLC已采用硬盘作为外部存储器。 智能模块与PLC的CPU并行工作，提高了PLC的速度和效率。各种智能模块的不断推出，如技术模块、PID回路控制、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些智能模块使过程控制功能大为加强，一些PLC的过程控制还具有自适应、参数自整功能，控制精度明显提高。智能化是PLC发展的主要趋势之一。(3)PLC编程工具与编程语言的多样化、高级化、标准化。PLC的编程语言目前朝着三个方向发展： ①是多种编程语言，多种语言之间并存、互补； ②是高级语言如BASIC,C,FORTRAN等； ③使编程语言标准化，从而使不同PLC的用户程序可以互相兼容。(4)向网络化方向发展。加强PLC的联网能力成为PLC的生产厂家都使自己的产品与制造自动化通信协议标准（MAP）兼容，从而不同的PLC之间可以互相通信。PLC与计算机之间的联网能进一步实现计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助设计（CAD）。(5)FAZ技术和故障诊断。为了满足某些系统那个极高可靠性和安全性的要求，一些PLC增加了其功能，如双机热备用、自动切换I/O、双机表决、I/O三重表决。 由于PLC本身具有很高的可靠性，因此80%以上的故障出现在外部设备上。为了及时诊断故障，有的公司研制了智能、可编程I/O系统或故障诊断程序，供用户了解I/O组态的状态和检测系统的故障。近年来研制推出可公共回路远距离诊断而后网络诊断技术。1.5PLC的结构及基本配置 一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块内存、电源模块、底板或机架。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：一、CPU的构成PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部的电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由振荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确的使用它就够了。CPU模块的外部变化就是它的工作状态的种种显示、各种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板；有内存接口，用于安装内存；有外接口，用于接外部设备。有的还有通讯接口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定其实工作方式、内存区等。二、I/O模块： PLC对外的功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或槽数限制。I/O模块继承了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反应输出锁存器状态。三、电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为220VAC或110VAC；直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。四、底板或机架：大多数模块式PLC使用底板或机架，其主要作用是：电气上，实现各模块间的联系使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。五、PLC的外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类：1. 编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统工作状况。编程器是PLC开发应用、检测运行、检查维护不可缺少的部件，但它不直接参与现场控制运行。2. 监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。3. 存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。4. 输入输出设备：用于接受信号或输出信号，一般有条码读入器，输入模拟量的电位器，打印机等。六、PLC的通信联网 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其它智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间，PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 了解了PLC的基本结构，我们在购买可编程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。1.6可编程控制器的特点⑴ 硬件可靠性高 PLC专为在工业环境的恶劣条件下应用而设计，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。 在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固、简化安装，使它易于抗振动冲击，对印刷电路板的设计、加工及焊接都采用了极为严格的工业措施，而且在电路、结构及工艺上采用了一些独特的方式。例如，在输入/输出（I/O）电路中都采用了光电隔离措施，各个I/O端口除采用常规模拟器滤波外，还加上数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了绞线机的电源电路，以防止由电源回路传入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常工作。 由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入输出的部件如传感器件、限位开关、观点开关、电磁阀、电机等外围设备上。为了及时诊断故障，有的公司研制了智能可编程控制I/O系统，供用户了解I/O状态和检测系统的故障，也有的公司研制了故障检测程序。近年来还发展了公共回路远距离诊断和网络诊断技术。⑵ 编程简单，使用方便 PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前大多数PLC均采用梯形图语言编程，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又估计大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。⑶ 接线简单，通用性好 在电信号匹配的情况下，PLC的界限只需要将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC端子连接，将接收输出信号执行控制的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子链接。接线简单、工作量少，省去了传统界限和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的逻辑关系，这种生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。 用于连接现场设备的硬件接口实际上已经设计成为PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。⑷ 可连接控制网络系统 PLC可连成为功能很强的网络系统。一般PLC网络可分为两类：一类是低俗网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500—2500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，速率为1M—10Mbps，传输距离为500—1000m⑸ 易于安装，便于维护 PLC安装简单，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间一半的地方。在从继电器控制系统改造到PLC系统的情况下，PLC小的模块使之能安装在继电器箱附近并将连线接向已有连线端，并且改换很方便，只要将PLC的输入/输出端子连向已有的接线端即可。 PLC以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是模块化的，维护时只需要更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，能显示出是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON/还是OFF，还可写编程指令来报告故障。 从以上各点可见，在工业应用中使用PLC的好处是很多的。通过使用PLC用户可获得高性能、高可靠性带来的高质量和低成本。1.7可编程控制器的工作原理(1)与计算机工作方式的区别虽然PLC本质上是一台微型计算机，其工作原理与普通计算机类似，均有微型计算机的许多特点，坍塌的工作方式与微型计算机有较大不同，具有一定的特殊性。计算机一般采用等待输入，响应处理的工作方式，如果没有输入就一直等待输入，如果键盘按下的动作或鼠标等I/O中断的触发则计算机的操作系统进行处理，转入相应的程序，一旦该程序执行结束，又进入等待状态。而PLC则采用对I/O操作，数据处理等的循环扫描的工作方式。而PLC中，用户程序使按先后顺序结束后，又返回到第一条指令。如此周而复始地不断循环刷新，故障诊断等操作。PLC运行时，用户程序中有许多操作需要执行，但CPU是不能同时执行多个操作的（对于每一个操作周期而言），只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。由于CPU运算处理速度很高，使得外部处理的结果从宏观来看似乎是同时完成的，这种分时操作的过程称作CPU对出现的扫描。扫描时一种形象化的术语，用作描述CPU是如何完成分配给它的各种任务的方式。(2)梯形图程序的扫描原理当PLC处理运行状态时，它首先执行系统程序，进行自检等工作。然后开始执行用户程序。梯形图程序的运行总是从第一个梯形级开始，按照梯形递增的方向逐个扫描，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后，在从头开始扫描，并周而复始的重复。若程序中有中断或跳转控制指令，则扫描在所在处中断或跳转执行完其他操作后再返回中断或跳转处继续扫描。顺序扫描的工作方式简单，直观，它简化了程序的设计，并为PLC的可靠运行提供了非常有用的保证。一方面，所扫描的指令被执行后，其结果马上就可以通过CPU设置的定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，从而避免了由于CPU内部故障使用程序执行进入死循环而造成故障的影响。(3)输入和输出操作数据输入和输出操作即为状态刷新。所谓输入刷新就是对PLC的输入进入一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入寄存器，输出刷新就是将刷新的运算结果送到PLC的输入端。在PLC的存储器中，有一个专门存放数据的区域。其中对应于输入端的数据区，被称为输入映像存储器。当CPU采样时，输入由缓冲区进入映像区，就是数据输入的状态刷新。当CPU输出时，就将映像区的内容输出到寄存器，这就是数据输出的状态刷新。由映像存储器中的内容构成了当前状态表。通常把输出寄存器称为“软寄存器：所谓“软继电器”实际上就是存储器中一位触发器。其0，1对应继电器的断和通，因此在传统的继电器控制系统中，输出是物理器件加导线连接而成的电路来实现的。而在PLC中，却是用微处理器和存储器来代替继电器控制线路，是通过用户程序来控制这种“继电器”的断和通，所以这种继电器称为“软继电器”。输入操作实际上是采用输入信号刷新输入状态表的内容，输出操作则是送出处理结果——按输出状态表的内容刷新输出电路，PLC在每次扫描中将会保存输入和输出状态的寄存器的内容，进行一次更新。由输入和输出操作中可以看出，在刷新期间，如输入变量状态发生变化则在本次扫描期间，PLC的输出端也会相应地发生变化，也就是说输出端对输入产生响应，但如果在本次刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描期间PLC输出保持不变，而要到下次刷新之后，输入变量才发生变化，则在本次扫描期间PLC输出保持不变，而要到下次扫描期间输出才对输入产生响应。即只有在采样（刷新）时刻，输入状态映像存储器中的内容才与输入信号（不考虑电路因惯性和滞后影响）一致。其他时间范围内输入信号的变化是不会影响输入映像存储器的内容的。在程序执行结束（或下次扫描用户程序前）PLC才将输出映像存储器的内容通过锁定器输入端上，刷新后的输入状态要保持到下次刷新为止。

第2章硬件设计2.1系统工作原理单螺杆式压缩机是一种按容积变化而工作的轴回转式压缩机。其工作原理和一般已知的活塞式压缩机类似，即待压缩的气体被吸入到一个工作室，工作室随即关闭缩小，被压缩气体在其体内经受一种多变压缩过程。当工作室内的气体达到预期的最终压力时，工作室立即与压出管接通，工作室再继续缩小时，受压缩的气体被排出至排气管道内。活塞式压缩机的工作室有一个活塞在其中做往复运动的汽缸组成，对于螺杆式压缩机其内部则有一对斜齿的转子副在与它精密配合的壳体内转动。此时，转子副齿面的相互接触所组成的接触线沿轴向方向运动。如果利用壳体在两端及外周的表面把槽空间封闭，当转子转动时，在齿槽间输送的气体体积变小，理论上可以把气体压缩至任意高的压力。空气压缩机系统由空气滤清器、卸荷阀、单螺杆压缩机、单向排气阀、油气分离器缸、油气过滤器、单向阀、供油电磁阀、加载电磁阀、压力控制阀、节流阀等组成。外界空气由空气过滤器除尘后，经卸荷阀进入压缩机主机进行压缩，在压缩腔内与润滑油混合，压缩后的混合油气经单向排气阀进入油气分离缸，在油气分离缸内分离大部分润滑油，在经过油气细分离器过滤掉残余所谓润滑油，接着经过最小压力阀，空气冷却器，空气干燥器，截止阀后，以较低的温度和较干燥的压缩空气送入使用系统，供用户使用。而润滑油主要起润滑轴承与转子接触面，密封啮合副间隙的作用，后者作用最为重要。油气缸内的润滑油在空气压力下被压入油冷却器，在油冷却器内被冷却后，再送入油过滤器滤去污垢和杂质。过滤后的润滑油在这里与油气细分离器经单向阀送来的润滑油汇合，其后共同经过供油电磁阀，分为两路。一路由主机下端喷入压缩室冷却压缩空气；另一路流到主机两端用来润滑轴承，然后聚集在压缩室底部随压缩空气排出。这些油气混合体经过单项排气阀后分别在油气分离缸和油气细分离器被分离出来，在开始下一次循环。2.1.1系统流程及零件功能简介（加上我让你们画的那张图）一、空气系统流程1、空气由空气滤清器滤去尘埃之后，经由进气阀进入压缩机机体内进行压缩，并与润滑油混合。与混合的压缩空气排入油气桶，经油气桶和油细分离器去除油后，纯净的空气经压力维持阀、后部冷却器，送入系统使用。二、气路中各组件功能说明(1)空气滤清器空气滤清器滤芯为一干式纸质过滤滤芯，其主要功能是过滤空气中的尘埃。当控制面板上空气滤清器阻塞指示灯亮时，表示空气滤清器滤芯必须清洁或更换，但压缩机仍继续运转。空气滤清器外壳为铁质或塑料，内装旋风除尘装置，可去除绝大部分灰尘，大大延长空滤芯的寿命。(2)进气阀进气阀是整个空压机空气流程机控制系统中核心元件之一。进气阀的打开或关闭的动作对应着空压机的两种运行状态：（进气阀的打开或关闭是针对阀内的进气口而言，进气阀打开即进气口打开）重车：进气阀全开，空压机满负荷运转，实现全气量输出。空车：进气阀全关，空压机无负荷运转，无压缩空气输出。空调：进气阀部分打开，空压机部分负荷运转，压缩空气输出量在0～100%之间。一般单螺杆空气压缩机采用活塞式进气阀，结构如图2-1所示，主要由上盖、底座、活塞等部分组成。当空压机运转时，只要管路压力输入，微孔就会泄放掉活塞底部的气压，活塞就会在转子旋转产生的真空吸力下往下运动，进气口打开，空气被吸入，空载压机重运转。当管口有压力时，且此压力足以克服真空吸力，则活塞受气压推动向上运动直至与上盖接触关闭进气口。空压机空载运转。管口的压力供给与否由泄放电磁阀控制。 图2-1名称(3)油气罐 油气罐的作用有两个：储存润滑油及油气第一次分离。 压缩机体排出的油气混合气首先排至油气桶，经油气罐第一次分离，绝大部分油被分离出来，沉降于油气罐底部，参与下次循环，仍含有少量油份的压缩空气将送至油细分离器。 一般空压机采用立式油气罐，油气第一次分离应用离心分离的机理，配套的油细分离器是内置的，即油细分离器置于油气罐内部。 油气罐侧装有观油镜用于观察油位，正常的油位是：机器重车运转时，油位位于油镜两条红线之间。如重车运转时发现油位高于上红线则油位过高；如重车运转时发现油位低于下红线则油位过低，建议此时应立即加油。由于停机后系统内的油回流到油气罐中，使停机时的油位可能位于上红线上方。 油气罐备有加油口，用于添加润滑油。底部有泄油口，用于排放冷凝水及换油时排放润滑油。(4)安全阀 若系统发生故障时油气罐内压力达到设定排气压力1.1倍以上时，安全阀即会打开，使压力降至设定排气压力以下。安全阀在出厂前已调整好，请勿随便调整。安全阀每半年测试一次动作是否正常。(5)油过滤器 油过滤器是一种纸质的过滤器，其功能是初期油中颗粒杂质。 当控制面板上油过滤器压差指示灯亮时，表示油过滤器阻塞，必须更换，但压缩机仍然继续运转。新机第一次运转1000小时左右的磨合期后即需要更换油过滤器，如更换不及时，将可能导致排油量不足，排气温度过高，同时因油量不足影像轴承寿命。(6)油细分离器油细分离器是单螺杆压缩机的关键元件之一，其芯部是由多层细密的玻璃纤维制成。外边有固定用的铁网保持架以及法兰、外壳等。经油细分离器分离后压缩空气中的含油量可控制在3ppm以下（油细分离器对蒸汽状态存在于空气中的油则无能为力，故这部分油被空气带走）。油细分离器是一次性使用的部件。 正常情况下，油细分离器芯的寿命可达4000小时。但某些因素对其使用寿命影响很大。如： ①润滑油的洁净程度。如润滑油中灰尘等杂质很多，油细分离器芯很快会被堵塞。故请特别注意环境的情节及空气滤清器的保养。 ②润滑油品质。如润滑油品质不佳或已变质，会严重影响其寿命。 一般而言，油气细分离器是否损坏可由以下方法判断： ①空气管路中所含的油份增加。 ②在油气罐与油气细分离器间装有油细分离器压差开关，当油细分离器前后压差超过设定值0.1MPa时，则压差指示灯亮，表示油细分离器已阻塞，应立即加以更换。 ③检视油压是否偏高。 ④电流是否增加。(7)泄放电磁阀 泄放电磁阀是一个两位两通常开电磁阀，常态下是开通的，当得电时关闭，得电与否信号由CPU给出。其作用是启动、停机以及空车时泄放系统内的压力。当机组在这些状态运转时，此阀断电导通，将系统内压力泄放掉。当空压机重车时此阀的点关闭，系统停止泄放。 在一般机型中，此阀控制进气阀实现机组空重车运转控制。当需要机组空载运转时，此阀断电导通，气流得以通至进气阀管口并关闭进气口而事先空车。当需要空压机重车时，此阀得电关闭，进气口打开，停止供气。(8)止回阀 止回阀位于回油管与集体之间。它允许油细分离器滤出的油单向流入机体，而防止停机后系统压力降为零以前机体内的油倒流回油细分离器（这些倒流回油细分离器的油将使机组耗油量大大增加）。(9)压差开关 机组中总共有三种过滤元件，分别是空气滤清器、油过滤器和油细分离器。这些过滤元件一旦阻塞将对机组运行造成不良影响，故机组为这三种元件分别配置了压差开关。当这些阻塞后使前后压差达到压差设定值时，压差开关动作，信号输入CPU，则控制面板上响应指示灯亮，表明该元件阻塞，应在最短的时间更换。千万不要有侥幸心理继续使用，这样极易造成机组其他故障或损坏，得不偿失。压差开关动作发讯时的压差值： 空气滤清器 -0.06MPa 油过滤器 0.18MPa 油细分离器 0.1MPa风冷式冷却系统 风冷式冷却系统包含风扇和冷却器两大部件，冷却器采用铝制板翅式换热器，风扇将冷空气强制吹向冷却器，空气在流过冷却器散热翅片时，与压缩空气或润滑油做热交换，将热量带走，达到冷却压缩空气和冷却润滑油的效果。 使用风冷型机组需注意： ① 冷空气的温度（基本等同于换进温度）很重要，不能过高，建议不超过40℃ ② 冷却器暴露于空气中,翅片上会沾上灰尘,如聚集灰尘太多,会严重影响冷却器换热 效果。故应经常用压缩空气将翅片表面的灰尘吹干净。如情况严重无法吹干净时，必须 用清洁剂清洗，清洗机组零部件时，严禁使用易燃易爆、易挥发的清洗剂。清洁时，可 拆开冷却器支架侧面的盖板，手持风枪向上吹扫。2.2单螺杆空气压缩机的PLC控制系统的设计2.2.1控制系统PLC设计原则选用PLC必须满足被控对象的控制要求；选用PLC不仅要着眼于现在，还要适当的考虑到将来发展的需要；在满足上述两个前提的情况下，力求该系统具有良好的性价比。2.2.2PLC的选型设计1、工艺要求 单螺杆空气压缩机为风动工具气动机构，气动控制及风动机械提供所需要的压缩空气。其工作过程：吸气—压缩—排气；动作顺序：吸气—星轮与转子齿槽啮合—形成压缩腔—压缩—转至排气口—排气。2、控制功能 根据所介绍的单螺杆空气压缩机控制系统应有如下功能要求： (1)连续操作。系统一旦启动，空压机的动作将自动地连续不断地周期性循环，直至系统接收到停止信号。(2)单周期操作。系统从原点开始，完成一个周期的动作后停止。 (3)复位操作。根据上述功能要求，空压机控制系统需要设计成单级控制系统，以实现对各驱动器件的控制，运行方式需要选用自动运行方式和手动运行方式。3、确定I/O点数 根据单螺杆空气压缩机的工作原理，工作过程及系统控制要求确定。(1)输入设备的量①空气滤清器排气口的真空压力开关一个。 ②油气细分离器的压力开关一个。 ③油过滤器中的压力开关一个。 ④为保护系统压力平衡的可调压力开关一个。 ⑤压缩机排气口的排气超温开关一个。 ⑥为保持供油阀不间断供油而设的压力开关一个。 ⑦风机过载保护开关一个。 ⑧主机过载保护开关一个。 ⑨逆相、欠相信号开关一个。 ⑩星、三角连接互锁开关一个。EQ\o\ac(○,11)压缩机启动按钮一个。 EQ\o\ac(○,12)压缩机停止按钮一个。 EQ\o\ac(○,13)紧急停止按钮一个。 EQ\o\ac(○,14)保证状态指示灯正常工作时的状态显示检查按钮一个。(2)输出设备的量。①控制星型启动的接触器KM1一个。②控制星型启动的接触器KM2一个。③控制主机风机得电的接触器KM3一个。④报警用的指示灯11个。⑤蜂鸣器一个。⑥4位BCD数码管所需开关量输出视采用的PLC而定，最多需要32开关量输出，采用 FX2系列PLC只需8点量输出。⑦控制加载电磁阀及供油电磁阀线圈一个，因此共需开关控制量25个。4、选择PLC根据上面的点数可知采用一台小型PLC就能满足要求。考虑到I/O各留20%～30%的备用量，应选开关量输入18点开关量30点的PLC。考虑到性价比选择三菱公司的FX2N-64MS比较合适。2.3FX2N-64MS及其编程元件FX2N-64MS的技术指标FX2N系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但他们与真实元件有很大的差别，一般称他们为“软继电器”。这些编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。他在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。一、输入继电器（X）PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC内部与输入端子连接的输入继电器X室用光电隔离的电子继电器，他的编号与界限端子编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000～X007，X010～X017,X020～X027他们一般位于机器上端。二、输出继电器（Y）PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。Y000～Y007,Y010～Y017,Y020～Y027。他们一般位于机器的下端。三、辅助继电器（M)PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常/开常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如下图的M300，他只起到一个自锁的功能。在FX2N中普遍采用M0～M499，供500个辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器，保持继电器等，在这里就不一一介绍了。 四、定时器（T）在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储期内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器(D)的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。 定时器通道范围如下：100ms定时器T0～T199；共200点，设定值：0.1～3276.7秒；10ms定时器T200～T245，共46点，设定值：0.01～327.67秒；1ms积算定时器T245～T249，共5点，设定值：0.001～32.767秒；100ms积算定时器T250～T255，共6点，设定值：0.1～3276.7秒；定时器指令符合及应用如图2-4所示：当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10ms的时钟脉冲进行累加计算，当前置于设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23秒（10*123ms＝1.23ｓ）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断或发生停电时，定位器就复位，输出触点也复位。每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累计值。如果是积算定时器，它的符合接线如图2-5所示：定时器线圈T250的驱动输入X001接通时，T250的当前值计数器对100ms的时钟脉冲进行累加计数，当该值与设定K345相等时，定时器的输出触点动作。在技术过程中，即使输入X001在接通或复电时，技术继续进行，其累计时间为34.5（100ms*345=34.5s）时触点动作。当复位输入X002接通，定时器复位，输出触点也复位。五、计数器（C）FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计时器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，几个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当前时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，出点才断开，设定值又写入，再又进入技术状态。其设定值在K1～K32767范围内有效。设定值K0与K1含义相同，即在第一次时，其输出触点就动作。通用计数器的通信号：C0～C99，共100点。保持用计数器的通道号：C100～C199，共100点。通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置更改。举个例子：由计数器输入X011每次驱动CO线圈时，计数器的当前值加1。当第十次执行线圈指令时，计数器输出触点即动作。之后即使计数器输入X011在动作，计算器的当前值保持不变。当复位输入X0110接通（ON）时，执行RST指令，计数器的当前值为0，输出点也复位。应该注意的是，计算器C100～C199，即发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。六、数据寄存器数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。FX2N中每一个数据寄存器都有16bit（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储32bit数据。通用数据寄存器D通道分配D0～D199,共200点。只要不写入其他数据，已写入得数据不会发生变化。但是有RUN——STOP时，全部数据均清零。（若特殊辅助继电器M8033已被驱动，则数据不被清零）。2）通电保持用继电器通道分配D200～D511，共312点，或D200～D999，共800点，（由机器的具体型号定）。基本上同通用数据寄存器。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与否，PLC运行与否，其内容也不会变化。然而在2台PLC作点对的通信时，D490~509被用作通信操作。3）文件寄存器通道分配D1000～D2999，共2000点。文件寄存器是在用户程序存储器（RAM、EFPROM、EPROM）内的一个存储区，以500点为一个单位，最多可在参数设置时到2000点。4）RAM文件寄存器通道分配D6000～D7999，共2000点。驱动特殊辅助继电器M8074，由于采用扫描被禁止，上述的数据寄存器可作为文件寄存器处理，用BMOV指令传输数据（写入或读出）。特殊用寄存器通道分配D8000～D8255，共256点。技术指标是PLC的重要技术参数，为了正确使用PLC在安装，接线，编程之前应首先了解PLC的技术指标，以下技术指标包括输入技术指标、输出技术指标、电源技术指标，一般技术指标,见表2-1～表2-4表2-1FX2N-64MS的输入技术指标项目DC输入AC输入输入电压DC24V10%AC100-120V10%，50/60HZ输入电压7mA/DC24V6.2mA/AC110V,60HZ工作电流ON(mA)4.53.8工作电流OFF(mA)1.51.7响应时间约10ms约30ms，不可高速输入表2-2 FX2N-64MS的输出技术指标项目项目外部电源DC5～30V最小负载——最大电阻负载0.5A/点，0.8A/点响应时间OFF→ON0.2ms最大感性负载12W/DC24V响应时间ON→OFF0.2ms最大灯负载1.5W/DC24V回路隔离光耦隔离开路漏电流0.1Ma30VDC动作显示驱动时LED灯亮表2-3 FX2N-64MS的电源技术指标项目AC电源DC电源电源电压100～240V+10%～15%24V8V允许瞬时断电时间在10ms继续工作在5ms继续工作电源熔断器250V5A5Φ20mm250V5A5Φ20mm消耗功率60W50W传感器电源DC24V460mA——表2-4FX2N-64MS的一般技术指标温度环境0-55℃（使用时），-20～70环境湿度35%-85%RH（不结露），（使用时）抗震JISC0911标准10-55HZ，振幅0.5mm抗冲击JISC0912标准3轴方向各三次抗噪声干扰最大噪声峰值1000V，脉宽1um,频率3-100HZ耐压各端子与接地端子之间AC1500V,1min绝缘电阻50MΩ以上接地第三中接地,也可浮动使用环境无腐蚀性气体,无尘埃,无导点颗粒一般来说，在统计完输入/输出设备的数量并确定PLC的机型后，应建立输入/输出地址分配表，这对于绘制PLC与输入/输出设备之间的接线图及编制用户程序都有很大帮助。表2-5 输入设备地址分配输入地址外设名称输入地址外设名称X0启动X7可调压力压差开关X1停止X10供油阀压差开关X2紧急停止X11排气超温开关X3状态显示检查X12风机过载开关X4真空开关X13主机过载开关X5油过滤压差开关X14逆相欠相信号X6油气分离压差开关X15星三角连接互锁开关表2-6 输出设备地址分配表I/O地址外设名称I/O地址外设名称Y0BCD码的1信号输出Y15报警铃Y1BCD码的2信号输出Y16运行指示Y2BCD码的4信号输出Y17空气滤清器故障Y3BCD码的8信号输出Y20排气超温Y4个位选通信号输出Y21油过滤器故障Y5十位选通信号输出Y22油气分离器故障Y6百位选通信号输出Y23供油故障Y10主机得电KM2Y24卸载超时Y11主机星形启动KM1Y25主机过载Y12主机三角形运行KM2Y26风机过载Y13加载电磁阀线圈Y27逆相、缺相Y14供油电磁阀线圈Y30紧急2.4BCD的工作原理BCD显示器（BistebeCholestericDisplay)，或称SSTCT（SuxfeceStabilizedChloestericTex-tere),统称为双稳态LCD，是当今液晶显示器的一个新兴分支。BCD显示器的特点是具有无功储存功能，即当写入一祯画面，撤销电源，显示画面仍能长时间保留在显示屏幕上。BCD显示模块由BCD-LCD和驱动电路组成。BCD显示器的驱动电路提供了LCD驱动所需的所有信号。在使用BCD显示器之前，必须了解BCD显示器的显示机理和有关特性，才能够成自己的设计思路，绘制出程序流程。为了推广BCD显示器，我们推出了BCD显示器的应用接口电路——BCD显示控制器。BCD显示控制器对客户犹如一个黑匣子，将BCD——LCD与客户系统隔离开，客户只要按照BCD显示控制器的要求连接电路，按照BCD显示控制器的指令格式写入指令码和显示数据，就可以完成系统的显示画面。BCD显示控制器接口所提供的驱动信号与STN--LCD所提供的驱动信号一样，有FLM、CP、IP、M、Di等信号。由于BCD—LCD具有存储特性，不需要像STN--LCD那样，为了维持显示画面而循环扫描，只要写入一桢显示数据，就不必再重复写入。因此，没有必要为显示器建立一定容量的存储器。而且，根据BCD--LCD的显示机理，需要长于STN--LCD的刷新时间，所以控制器对其工作时钟的要求也不高。于是，我们选用89C2051作为控制器的母片。针对接口总线的形式，我们设计了并行接口和串行接口两种BCD显示控制器，它们的引脚定义，如图2-7和图2-8所示。A.BCD显示器侧信号组（全部为输出态）FLM——行扫描信号，祯信号；CP——列数据写入脉冲信号，数据移位脉冲信号；LP——列数据锁存和行扫描移位脉冲信号，数据锁存脉冲信号；M——交流驱动信号；DISP——显示开关控制信号；D0--D7——列数据信号。B.MPU侧信号组(1)并行接口形式D0—D7——输入态，与MPU连接的数据总线；RDY——输出态，准备好信号，提示MPU可以向控制器发送信号；REQ——输入态，低电平有效，MPU指示控制器从数据总线接收数据。(2)串行接口形式RXD——数据接收端；TXD——数据发送端，控制器工作引脚；RES——复位信号，高电平复位；M——交流驱动信号； DISC——显示开关控制信号； D0－D7——列数据信号； XTAL1，XTAL2——振荡器连接端； VCU，VSS——逻辑电源端，VCU为逻辑+，VSS为逻辑地。 在应用方面，串行接口BCD显示控制器的连接方式比较简单，如果使用RS—232接口，则可以直接采用MAX232类的IC作为连接电路并行接口BCD显示控制器。由于数据线的复用，不能直接与MPU系统的数据总线连接，需要通过隔离电路或称缓冲电路与MPU系统的数据总线链接文本提供一个并行接口BCD显示控制器与ＭＰＵ的连接方式，其电路如图2-9所示。当系统MPU通过WR信号将数据写入U2时，将U3输出置“零”，U3的Q端给BCD显示控制器提供一个低电平信号，封锁了MPU的WR号，禁止数据在此输入U2。U3的Q端向系统MPU发出BUSY信号，表示MPU的操作控制器已经收到信号正在处理信号中，BCD显示控制器在REQ端为低电平时，将RDY置0”，读入U2输出的数据，然后将RDY置“１”，再次封锁U2的输出；此时U3的Q值为“1”。打开U4的“与”门，Q为“0”，即BUSY为“0”BCD显示控制器的核心是软件部分，其操作系统是比较容易实现的。控制器的大部分时间是等待系统发来的信息，然后根据这个信息，对BCD显示器进行操作。在选择比较了一些指令格式后，我们认为打印机的指令格式比较好。基本的指令格式与含义如表１所列。该BCD显示控制器的操作系统具有通用性，即通过设计参数可以适用于同一种显示机的BCD显示模块。由于BCD显示控制器的驱动列数据的位数随不同型号的BCD显示模块所示永恒的驱动器的要求而进行变化的如8位数据形式，4位数据形式，1位数据形式等，因而产生了一系列控制器。同时，BCD显示控制器应具有温度补偿功能，可以根据环境温度来修正驱动时序，实现自动补温。BCD显示控制器的操作系统功能的流程图如图4所示。操作系统将写入到控制器内部的2Ｋ程序存储器内，从而完成BCD显示控制器的全部设计。BCD显示器是基于我们多年来的技术服务经验和设计QPYD系列液晶显示器的思路提出来的。表2-7基本的指令格式与含义指令打印机格式指令格式指令代码16进制10进制全屏RESET初始化打印机ESC@1B402764一行显示数据输入打印M个曲线点ESC&mn1n2…nm1B272739设置刷新起始、结束地址设定垂直造表值ESC&n1n2n3n41B422749温度设置参数设定行间距为nESC1n1B312766注：表中m为一行数据所需的字节数； m1,n2为起始地址，16位； n3,n4为结束地址，16位；n=0-10,根据实验结果，在使用范围内设置10个温度档，在不同温度内的延时时间不同.2.5TC783A为三相相序和缺相检测电路TC783A为三相相序和缺相检测电路，可用作检测三相正弦波电压的相序和缺相状态，同时有保护功能，具有单电源，功耗小，功能强，输入阻抗高，采样方便，外接元件少等优点。使用在控制板上，对三相电压进行指示；也可在电机上使用，对电机的正反转进行控制和缺相进行保护。一．TC783A电路具备以下特点:单电源工作，电源电压9-15V。对输入正弦波电压设计为施密特检测，有效去除干扰。动态检测三相的存在，分别对三相输出指示。正反序输出指示。有过压保护的设计，外电压和内基准比较，有锁定和不锁定两种输出。二、电路框图与工作原理三相电压信号A、B、C经分压电阻网络分别进入电路1、2、3脚,通过对正弦波进行施密特检测了解信号的存在并送入缺相检测电路检测后输出指示，电路13脚为内部脉冲发生电路的外接电容约为0.1-0.15μ。三相正弦输入正常时，对应A、B、C输入1、2、3脚的输出端12、11、10脚输出为低电平；当某一相没有输入信号时，对应的输出脚上将有高电平。根据缺相检测的结果，在不缺相的情况下相序指示电路将输出相序，在三相电压信号A、B、C进入电路1、2、3脚的状态下，9脚输出高电平指示正序；而在三相电压信号A、C、B进入电路1、2、3脚的状态下，8脚输出高电平指示反序。在缺相状态下，9脚8脚皆输出低电平。TC783A内部结构原理图

电路另外还设计了保护电路，可对过流、过压信号进行检测和输出。5脚为采样输入端，输入信号与电路内的6V基准比较，并在电路6脚输出。如果采样高于6V，输出高电平。4脚对输出方式将有两种控制选择：4脚接低电平，输出为不锁定输出，即输入高输出高，输入低输出低；4脚接高电平，输出为锁定输出，这时输入高输出高，而输入低后输出仍高，需要4脚接地复位才能输出低。用户进行选择。三．管脚图与管脚功能：图几管脚图脚号符号功能脚号符号功能1AA相电压输入8FX反序输出2BB相电压输入9ZX正序输出3CC相电压输入10QC缺C输出4RE锁定/不锁选择11QB缺B输出5CV电压采样12QA缺A输出6VO输出13CX脉冲发生电容7GND地14VCC电源四、电路参数和推荐工作条件：主要电路参数推荐工作条件IDD静态电流2-4<mAVcc电源电压8—15VVAIN同步零电压1/2VccVVa电压输入Vp-p0-VccVIIN输入电流0．3<μAPi,Vr控制输入电压0-VccVIoh输出驱动电流15mAF工作频率50HZPtop最大功耗200mwT最佳工作温度-25-85℃

第3章软件设计3.1软件流程图的软件设计该系统工作之前要检查真空压力开关、压差开关、可调压力上下限开关及逆相，如果出现故障使气体不能正常进行，要报警。如未出现故障，则可启动，继续工作。启动后，如出现非紧急故障则报警LED显示故障代码。主机、风机得主机星形启动，供油阀启动，卸载超过4S加载；紧急故障及排气超过30s机组全停，气压超过上限则卸载30s。10MIN内气压低于下限值加载超过10MIN机组全停。3MIN保护重新启动。3.2软件流程图 图3-1软件流程图3.3FX2N系列PLC编程语言及系统控制原理PLC是一种工业控制计算机，不光有硬件，软件也必不可少，不同型号PLC的编程语言只能适应自己的产品，梯形图编程语言形象直观，类似电气控制继电器控制电路图，逻辑关系明确，指令语句表编程虽然不如梯形图编程语言直观，但键入方便。而梯能图编程语言和高级语言需要较多的设备。FX2N系列最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于操作，因为他只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图使梯形图编程语言形象直观。易为广大电器工作人员所接受的一种简易编程语言工具。指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统。程序：PLC指令的有序集合，PLC运行时进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。梯形图：梯形图是通过连线把PLC的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），已建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，已进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例：它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个END指令，用以结束程序。图与助记符的对应关系：助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）：先上后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为：地址指令变量0000LDX0000001ORX0100002ANDX0010003OUTY0000004END反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定得对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD,AND,OR）对应于接点，互锁指令(IL、ILC)可看成总开关，等等。这样，原有的机电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。有了这个对应关系，用PLC程序代表继电器逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。梯形图编程语言简称梯形图。它形象直观实用，电气技术人员容易接受，是目前用的最多的一种编程语言。梯形图与电气控制系统中常用的继电器，接触器，控制电路的形式相同。梯形图和继电器接触器电气控制的逻辑含义是相同的，但表达方法却有本质区别，PLC梯形图中的继电器、定时器、计数器、物理继电器、物理定时器、物理计数器，这些器件实际上是存储器中的存储位，称作软继电器，相应的位为1状态表示继电器线圈通电或常开接点闭合或常闭接点断开，如图3-3所示： 图3-3 软件相应的位状态图X是输入继电器与PLC输入端子相连，是PLC接受外部信号的端口，其线圈常开接点、常闭接点为传统物理继电器表示方法一样，Y是输入继电器，Y的外部输出接点连接到PLC的输出端子上，是PLC用来传送信号到外部负载的元件，每一个输出继电器，只有一个外部的常开接点而内部的软接点无论常开还是常闭，都可无限次使用。图3-4 软件接点使用图在图中，启动按钮QA是一个常开按钮，停止按钮TA是一个常开按钮。按下启动按钮QA，继电器C的线圈通电，其常开触点C闭合，由于常开触点C与启动按钮并联，所以及时松开开始按钮，已经闭合的常开触点仍能使继电器的线圈继续通电，这个常开触点称作自锁触点。停止时按下停止按钮，使继电器的线圈失电而停止动作。图B是一个功能完全与图A相同的PLC梯形图，其左右两边电源线，与左电力轨相联的是输出的控制线路，常开触点X0、Y0以及常闭触点X1组成；与右电力轨相联的是输出线圈Y0（或逻辑线圈），从左到右各触点都处于“闭合”状态的路径（也称作为控制线路的逻辑运算结果“1”）。则区域其相联的输出线圈（或逻辑线圈）被切断，即将I/O映相区中该输出线圈（或逻辑线圈）的位置“0”。在图3-3（b）中的X0、X1分别为PLC的第二个开关输入，输出端X0为PLC的一个输出线圈，输出端Y0与继电器C相联，如图3-4所示。原来启动按钮、停止按钮经过硬件接线连接实现对继电器C的通、断电控制。当PLC投入运行后，按下启动按钮QA，输入X0处于“闭合”状态，而输入X1仍处于“断开”状态，在输入采样阶段，CPU将输入X0、X1的状态读入到I/O映相区中，即将X0对应的位为1在输出刷新端，输出端Y0闭合从而使与输出端Y0相联的继电器C的线圈通电。下一个扫描周期，由于与常开触点X0并联的Y0也闭合，因此即使松开启动按钮QA，是常开触点X0断开，该梯形图的控制线路还存在一条从左到右各触点都处于闭合的状态的路径，因此，输出线圈Y0仍然被接通，在输入采样阶段，将其状态读入到I/O映相区中对应的位上。在用户程序执行阶段，扫描到该梯形图时，由于常闭触点X1断开，使控制线路中没有影响区中Y0对应的位置0。在输出刷新阶段，输出端Y0断开，从而使其相联接的继电器C的线圈失电。尽管从图所示的继电器线路图和PLC的梯形图看来，二者之间几乎完全相同，但是由于二者的逻辑运算方式不同，继电器线圈图采用硬逻辑并行运行方式，PLC采用扫描用户程序的串行方式，因此二者的控制线圈不是在所有的Q情况下都能一一对应的。例：如果将图3-5所示的继电器线路图中，当G、E、B、D各触点都闭合时，继电器C的线圈可以通电，但是PLC的梯形图中却不允许出现这样一条含有逆向流通的触点的路径。应此，用户必须经过布尔代数的演算，消除控制线路中出现的逆向流通路径。图3-5 PLC与外设的连接图尽管从图所示的继电器线路图和PLC的梯形图看来，二者几乎完全相同，但是由于二者的逻辑预算方式不同，继电器线路图采用硬逻辑并行运行方式，PLC采用扫描用户程序的串联方式，因此二者的控制线路不是在所用情况下都能一一对应的。例：如果将图3-6所示的继电器线路图中，当G、E、B、D各触点都闭合时，继电器C的线圈可以通电，但是PLC得梯形图中却不允许出现这样一条含有逆向流通的触点的路径。应此，用户必须经过布尔代数的演算，消除控制线路中出现的逆向流通路径。从图的继电器线路图中，可以知道只要当场来触点A、B、D或A、E、F或G、F或G、E、B都闭合时，继电器C的线圈就会通电。因此，可以用下式表达线圈C与各触点之间的逻辑关系：C=A*B*D+A*E*F+G*E*B*D根据布尔代数的分配率，始终可以表示成：C=A*(B*D*E*F)+(F*E*B*D)根据式，可以编制出满足图控制要求的梯形图，如图所示。在图中所示的梯形图中其控制线路做四条路径，只要其中一条从左到右触点都处于闭合状态的路径，则与其相连的线圈C被接通，反之亦反。梯形图的控制线路采用两种触点构成：常开触点和常闭触点，应根据控制要求来确定。相同地址的触点在用户程序中可以无限次使用。一般来说，PLC的逻辑线路图和输出线圈的数量是有限的，相同地址的输出线圈不能重复使用，否则指令虽然执行各种复杂的操作或运算，但是他们仍能保持梯形图的基本特点，指令在提醒图的右侧增加了一个功能块，勇于表达参与运算的有关操作数，如图所示，或者将与右电力轨相连的输出线圈或逻辑线圈改为特殊功能指令块。在图的表示法中，与左电力轨相联的是有触电构成的控制线路，与右电力轨相连的是特殊功能逻辑线圈，MV表示该梯形图是一条执行传递数据的特殊功能梯形图，0300表示该特殊功能逻辑线圈的地址“0”时不执行传输数据的操作；当其控制线路的逻辑运算结果为“1”时将原寄存器内的数据传送到目的寄存器中去。这种特殊功能指令的表示法在美国生产的PLC中使用较普遍，例如，美国西屋公司生产的PLC就采用这种梯形图的表示法。3.4FX2N系列的基本逻辑指令 这是编程语言是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程语言方式，用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描述出来，并通过编程器送到PLC中去，需要指出的是，不同厂家的PLC指令表使用的助记符并不相同，因此，一个相同功能的梯形图书写的语句表并不相同。三菱公司FX系列型指令语句如下：基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各种型