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空压机变频矢量控制节能方案
工艺概述
1、空压机是利用活塞或螺杆将空气进行压缩，用以作为动力、制冷、气体输送或其他特殊用途。
2、原空压机系统由压力开关控制进气阀及排气阀的开关，从而调整汽缸压力恒定，主电机时常空载运行。
3、空压机启动过程中，电流过大，影响电网稳定及其他用电设备的正常运行，对设备冲击大，磨损严重。
空压机
系统配置
SVF1000系列开环矢量控制变频器，电流型矢量控制，压力传感器。
系统优点
1、系统变频启动，减少了空压机磨损，降低了维护费用，保障了空压机寿命。
2、在外部停止使用时，空压机处于休眠状态，电机低频运行，当外部继续使用时，空压机返回到工作状态，节省电能达30%~50%。
3、变频器根据压力传感器信号来控制电机频率，从而根据空气使用量来控制空压机状态。
4、运行状态时可保持汽缸出气压力恒定，波动范围极小，真正实现“恒压供气”。
5、变频器具备工变频转换功能，变频器故障，也可切换到工频状态，不影响系统正常使用。
基于NA400PLC的解决方案让洗煤厂自动化更加强大可靠。
NA400可编程控制器作为公司NA系列可编程控制器家族中的重要成员，在开发研制过程中采用了工业控制领域的一系列新成果和新思想，了国外PLC的成功之处，瞄准当今PLC的新发展趋势，生产过程采用先进的生产加工工艺和精制的外观设计，相信会给您带来耳目一新的感觉。
控制功能
实现对洗煤厂设备的顺序启车、顺序停车、故障逻辑停车以及特殊要求的单台设备控制，对模拟量信号合格介质悬浮液密度、合格介质悬浮液磁性物含量、重介旋流器入口压力、合介桶液位的PID调节。
典型配置
某洗煤厂控制系统实际I/O点总计如下：
数字量I/O点数:DI 96点 DO 64点
模拟量I/O通道:AI 8点 AO 8点
PLC配置如下：
1.引言
*据印*机是印*机行业中一种常用的机型，对机器的控制精度，伺服的响应时间都有很高的要求，以前主要靠进口，成本投资比较大。近年来，随着可编程控制器（PLC）在通讯功能和高速计数以及脉冲输出功能的日益完善，性能日益提升，使得PLC＋伺服＋变频器＋触摸屏组成的整个系统在印*机上应用成为可能。国内众多的厂家都相继开发出各自的*据印*机械，繁荣了国内的印*机市场，有力的抵制了国外品牌的入侵，巩固了国产印*机的市场地位，并在性能上日益得到完善。烟台某印*机械生产厂家委托上海某厂家开发的基于西门子S7-200可编程控制器＋松下伺服＋海泰克触摸屏＋台安变频器的系统解决方案以其低廉的成本，稳定的系统配置赢得了客户的青睐，取得了良好的业绩，但也存在诸多的问题，如系统调试周期时间长，印*速度低，改变转速必须停机断电等缺陷，在此不一一细表，后文有叙。应客户要求，经过本人分析探讨，后确立了基于OMRON系统的整体解决方案，以减少和改进原系统的缺陷，提升机器的性能。
2.控制过程及存在问题
2.1 原先*据印*机的控制过程
原先*据印*机的控制过程是这样的：由一台主电机拖动印*机的两个滚筒（两个滚筒可印*两种颜色）单方向旋转，主电机采用变频器进行宽范围调速，主电机轴上装有旋转编码器用来测算主轴电机的速度；由一个电磁铁来控制滚筒的离压和合压。在合压情况下，滚筒压紧*据进行印*；采用伺服控制进给纸速度，以便使伺服电机的线速度和主轴电机的线速度保持一致，由于是两个滚筒，它们之间可能存在速度上的差别，采用两套伺服。当伺服电机的速度大于主轴电机的速度时，合压后将会在滚筒和伺服电机之间堆纸，当伺服电机的速度小于主轴电机的速度时，合压后纸张将被扯断，以上两种情况在系统正常工作过程中都是不允许的，即伺服电机的速度必须保持和主轴电机高度一致。系统工作之前启动变频器，待变频器速度稳定后按下印*按钮，伺服电机开始旋转，此时合压电磁阀不合压，等旋转编码器的个Z相信号到来，立即合压，开始印*。印*过程如下：在触摸屏上设定纸张的尺寸，在每一个Z相信号到来之后，伺服立即正向旋转设定尺寸＋英寸的距离，随后反向旋转2英寸，以保证纸张长度和张力平衡。要想停机，按下停止按钮，本张纸走完立即停止伺服电机的运转。
还要求：一、在走纸过程中突然停电，来电后要能继续走完这张纸。二、由于是印*机械，对印*精度要求很高，两张纸的印*起点必须一致，即PLC必须用中断来控制伺服系统，否则可导致两张纸的印*起点不同，原因是PLC循环扫描时间造成的。三、系统还要求能在走纸过程中（伺服系统运转中）能实现纸张的前后移动，即稍微变化一下纸张的位置，以使印*更完美。
选择伺服系统电机的线数：由于印*的纸张可以设定为浮点数，单位是英寸，为保证精度，必须固定伺服系统，即固定伺服系统的每转给定脉冲数，通过比较判断，我确定伺服系统每转脉冲数为4000个，原因如下：因为伺服系统每转是4英寸，0.001英寸则是1个脉冲，在每转设定4000个脉冲时，系统能**到0.001英寸，如设定为0.0005，则每进给一张纸差0.5个脉冲，会严重影响纸张的印*精度，走纸越多差别越大。如设定每转脉冲为10000，虽可以更**，但PLC需要更高的脉冲输出频率。由于固定了伺服系统的线数，要想提高系统的速度，只能提高PLC脉冲输出的频率，否则纸张设定精度就会变低，这是不允许的。
整个系统要有手动、自动、点动以及报警功能，要便于维护，触摸屏界面要求美观实用。
2.2 西门子S7-200 PLC主要存在的问题
原先采用西门子S7-200 PLC主要存在以下问题：
(1)S7-200PLC脉冲输出速率低，大频率不到30kHz，使得印*机的效率低，每小时只能达到五六千张。因为西门子PLC速度太低，导致伺服系统不能有更高的分辨率（松下伺服为每转2000个脉冲），导致纸张印*精度只有0.005，比改造后系统的高设定纸张精度差了5倍。
(2)在正常印*过程中，调整变频器速度必须停机，再改变变频器的速度，断电重新上电后方可正常运行。
(3)系统速度计算误差较大，使得单机调试时间拉长，影响设备的出厂时间。
(4)停机不够人性化，即停机之前印*的那一张因为可能没有进给完成造成纸张废掉。
3.改造选型
接手这个项目后，立即展开工作，在分析了原系统的特点并且为以后升级留下一定的余地的前提下，决定选用OMRON高性价比的CP1H-X40CDT机型。该PLC配备了40个I/O点，其中24输入，16点输出，拥有2路双向100kHz的高速计数器输入，2路双向30KHZ的高速计数器输入，4路双向100kHz的高速脉冲输出，不仅能满足当前伺服电机的要求，还为以后四色印*机的开发留下了足够的空间，使后续开发工作变得简单。
(1)确立了PLC的型号后，根据主轴电机的要求选择伺服系统，比较了多家的伺服系统，后选择了OMRON的SMARTSTEPW伺服系统。该伺服系统简便易调，特别是在线自动调整功能，方便调试，重要的是启动时间短，响应快。
(2)主轴电机由于需要调速，是三相异步电动机，从节能和可靠及经济性说只能通过变频调速，选用OMRON的3G3MV系列1.5kW变频器。该变频器具有通讯功能，支持OMRON的功能块和MODBUS-RTU功能，具有PID调节功能，性价比比较高。
(3)印*机原先用按钮指示灯和触摸屏进行操作，直观性差，不美观，应用户要求，我们为其配备了OMRON的NT5Z的黑白触摸屏作为人机界面。
这样，基于OMRON的PLC（CP1H）＋伺服(W)＋触摸屏（NT5Z）＋变频器(3G3MV)的整个系统解决方案出台。
4.系统特点
OMRON的这个系统解决方案克服了西门子S7-200的上述缺点：
(1)OMRONPLC的脉冲输出速率达到100kHz，速度是西门子S7-200的10倍，完全满足了用户提速的要求，极大的提高了印*机的速度;
(2)OMRON的变频调速是用PLC功能块通过通讯做的，不需要停机后再开机，解决了上述的第二个问题。也可以通过MODBUS-RTU功能，亦可方便的进行通信;
(3)整个系统全部采用OMRON的控制产品，调试简便,硬件和软件的兼容性好;
(4)OMRONPLC的高速计数器当前值的读取是直接读取的，在程序中直接利用高速计数器PV中断编程，来控制纸张的进给，完全可以准确定位并在按下停机按钮后走完后一张再停机，使设计更加人性化;
(5)在线纸张自动调整功能的实现。因为整个走纸过程是先正转，并且多转2英寸，可以通过减少反转的脉冲个数实现在线位置调整，每次反转后，都把反转尺寸重新设定会原值。
5.系统结构、电路图及编程
(1)系统利用CP1H作为主控制器，CP1H上面安装两个通讯接口，一个是RS232,另一个是RS485,PLC通过232端口与触摸屏进行通讯，通过485与变频器进行通讯，PLC上还有一个USB接口，用作编程和监控用，PLC的脉冲输出直接给伺服驱动器，控制伺服电机。整个系统结构如下图1：
图1 整个系统结构
(2)地址分配
地址分配如附表所示，电路图省略。
说明：程序中用到三路高速计数器，高速计数器0用来测量主轴的速度，高速计数器1用来测量主轴的Z相信号并产生中断的，高速计数器2用来显示主轴的位置，用来调整机械滚筒的位置，为厂家用。其他文章中没有介绍的信号和输出为一般开关量，比较简单，不再进行描述。
附表 地址分配表
(2)PLC编程
PLC编程包括：速度转换、功能块通讯、PLC端口的设置：PLC端口1设为NTbbbb、以便与触摸屏通讯，端口2设为串行通讯，以与变频器通讯。
图2示出PLC编程界面，图3示出速度转换梯形图，图4示出通讯梯形图。
图2 PLC编程界面
图3速度转换梯形图
图4 功能块通讯梯形图
触摸屏画面采用中英文操作，以便向国外出口。画面如图5、6所示（部分）：中文主画面(见图5)，英文主画面(见图6)。其中“正调”和“负调”是微调，按一下转动一个脉冲的位置，点动正转”和“点动反转”是手动状态的点动操作，按下“单周”伺服将进给一张纸，按下“图文行进向前”或“图文行进向后”则伺服正转或反转100个脉冲的位置。
图5 中文主画面
图6 英文主画面
6.调试概要
印*机调试主要是进给纸速度调试以及触摸屏各种显示信息的调试，理论上计算的速度并不一定完全适合现实生产，需要对速度进行现场调节，以便使机器达到佳性能。PLC方面的主要调试是功能块的通讯，使其能够满足实时性的要求。
7.结束语
实践证明：采用OMRONPLC+触摸屏＋伺服系统＋变频器的印*机系统解决方案是完全可行的，该方案造价低廉，系统稳定可靠，界面美观友好，功能齐全，通过触摸屏的操作即可在生产过程中加减速，以及查看报警，便于维护设备，增加了系统的灵活性，该系统开发成功后，受到了客户的，具有较大的市场推广价值。