单螺杆空气压缩机的设计

毕业设计论文单螺杆空气压缩机的设计摘要 空气压缩机具有结构简单、工作可靠和操作方便等一系列独特的优点，因此在空气动力学、制冷空调及各种工艺流程中获得了广泛的应用。可编程控制器（PLC）将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计。本文介绍了空气压缩机PLC控制系统组成、保护功能、控制原理、系统通信、系统信号的采集，以及控制系统软件的设计思想。 单螺杆压缩机亦称蜗杆压缩机，采用高效带轮传动，带动主机转动进行空气压缩，通过喷油对主机内的压缩空气进行冷却，主机排出的空气和油混合气体经过粗、精两道分离，将压缩空气中的油分离出来，最后得到洁净的压缩空气。冷却器用于冷却压缩空气和油。因其在结构、力学及可靠性等方面的独特优势，广泛应用于船舶、机车、能源、国防、石油、化工、机械、食品、轻纺等行业，具有优良的可靠性能，振动小、噪声低、操作方便、易损件少、运行效率高是其最大的优点。关键词: 可编程控制器（PLC） 单螺杆空气压缩机 控制AbstractAir compressor has a simple structure, reliable and easy to operate and a series of unique advantages, so aerodynamics, refrigeration and air conditioning and a variety of process to obtain a wide range of applications. Programmable Logic Controller (PLC) to the traditional relay control technology, computer control technology and communication technology integration, specifically designed for industrial control. This article describes the composition of the air compressor PLC control system, protection, control theory, system communication, system signal acquisition and control system software design. Single-screw compressors also known as worm compressor, using high pulley drive, drive rotation to host the air compressed within the host by injection of compressed air for cooling, host the exhaust air and oil mixture through the coarse, fine 2 separation, the compressed air oil separation, and finally get clean air. Cooler for cooling compressed air and oil. Because of their structural, mechanical and reliability aspects of the unique advantages of widely used in ships, locomotives, energy, defense, petroleum, chemicals, machinery, food, textile and other industries, with high reliability, little vibration, low noise convenient operation, the vulnerability of small, high operating efficiency of its greatest strengths.Key words: single-screw air compressors, programmable logic controllers, control69目 录第1章 绪论11.1单螺杆压缩机的历史及现状11.2单螺杆空气压缩机在国内外概况与优缺点11.2.1 单螺杆空气压缩机在国内外的概况11.2.2 单螺杆空气压缩机的优点与缺点21.2.3 单螺杆空气压缩机的开发关键技术31.3 单螺杆空气压缩机的结构设计41.4 PLC的发展史6第2章 硬件设计112.1系统工作原理102.1.1系统流程及零件功能简介102.2 单螺杆空气压缩机的PLC控制系统的设计132.2.1 PLC的结构及基本配置132.2.2 可编程控制器的特点152.2.3可编程控制器的发展172.2.4可编程控制器的工作原理182.2.5控制系统PLC设计原则192.2.6 PLC的选型设计192.3 FX3U-64MT的意思及其编程元件212.4 BCD的工作原理26第3章 软件设计303.1软件流程图的软件设计303.2 软件流程图303.3 FX3U-64MT系列PLC编程语言及系统控制原理313.4 FX3U系列的基本逻辑指令363.5功能图编程语言393.6设计梯形图40第四章 维修与保养. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.1 空压机的压力调节器整定. . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.2 空气滤清器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.3 冷却器及安全阀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46. 4.3.1 冷却器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.3.2 安全阀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.4 数显温度计实验及电机过载继电器. . . . . . . . . . . . . . 47 4.4.1 数显温度计实验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 4.4.2 电机过载继电器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47结论47参考文献48致谢49附录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50第1章 绪论1.1单螺杆压缩机的历史及现状 1960年法国辛麦恩(B.Zimmern)提出了单螺杆压缩机的构想，并获得专利权，1962年试制出第一台样机，70年代初期由法国标致汽车公司正式生产投放市场。70年代末期，荷兰、英国和日本等国家先后开发生产制冷、空调用单螺杆压缩机，其形式有开启式和半封闭式两种。80年代末又推进技术，发展制造出石油、化工、矿山等行业用的压缩各种气体(包括空气、易燃易爆及有毒气体)的单螺杆压缩机。目前世界上已有英、法、美、日、荷兰等国家的厂商可以生产出不同规格单螺杆压缩机。 1.2单螺杆空气压缩机在国内外概况与优缺点1.2.1 单螺杆空气压缩机在国内外的概况1、国外概况 目前只有日、美、英、法和荷兰等国家在引进法国奥费尔公司技术的基础上生产单螺杆压缩机。单螺杆冷冻机英国（Hall）公司将剖分式机体改成整体式，提高了整机的刚性与精度，设置进气线减少了油液的粘性剪切损失并提高了进气效率。所以生产的喷油单螺杆冷冻机其性能全面优于双螺杆冷冻机，但水平低于日本。日本大金公司生产的单螺杆冷冻机比该公司原生产的双螺杆冷冻机，满载时效率提高了25%，部分负载时效率提高了40%。八十年代，日本三菱公司创造了自己的高精度加工和装配技术，所生产的无油单螺杆冷冻机由于减少了油液的粘性剪切损失，比喷气单螺杆冷冻机节能5%,现在的水平又有了进一步的提高。大型无油单螺杆冷冻机的性能全面达到或超过了最节能但价格昂贵的透平式冷冻机，成为当代最好的冷冻机，也是冷冻机的发展方向，因而市场前景良好，目前仅日本能生产。由于其成本远低于透平式而售价却较高，所以单螺杆冷冻机附加值很高，经济效益和社会效益很好。2、国内概况 北一通是国内最早研制单螺杆压缩机的厂家，76年研制出样机，当时齿合副的寿命仅数十小时。该厂由于长期未能突破各项关键技术，曾经与美国CP公司达成引进单螺杆压缩机全套技术的协议，但后来美国单方面中止了合同。北一通仅得到产品样机与不齐全的图纸（缺最关键的螺杆与星轮图纸）。之后该厂又多方努力寻找引进，迄今毫无结果。温岭化工机械厂和苏北冷冻机厂先后与西安交大合作研制的单螺杆压缩机均由于长期未能解决啮合副的加工技术而放弃了研制工作。武汉空气压缩机厂和西安交大合作染指的压喷油单螺杆空气压缩机，为86年国家科委重点项目，此外七零四所舰船用喷水单螺杆空气压缩机系国防科工委重点项目，研制情况不明。国内其他单位得到北一通退休职工转让技术所生产的样机，其水平在北一通一下。关键技术单螺杆压缩机生产中最大的困难，即关键技术在于螺杆。星轮的参数设计及其优化，两啮合面得齿廓精度（加工精度和装备精度）。只要解决了这两个问题，就能大批量生产各种用途的单螺杆压缩机。（近年的情况加上）1.2.2 单螺杆空压机的优点与缺点1、单螺杆空压机的优点有：结构好单螺杆空气压缩机的量星轮在螺杆两侧的对称位置，使单螺杆空气压缩机不仅没有不平衡惯性力，而且使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。效率高单螺杆压缩机在理论上不存在余隙容积，螺杆转速在3000r/min左右时，动力润滑性能优异，这就决定了但罗噶压缩机油很高的工作效率。噪音低单螺杆压缩机的齿合副由于星轮采用高分子材料，惦记与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。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，使机器运行极为平衡，对基础无特殊要求。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：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。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，一般在3000至4000小时的运转后流量平均衰减510%。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，维修率高进一步限制了它的使用范围。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。如果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较大的间隙，不但泄露多，效率低，而且容易咬死造成重大故障。1.2.3 单螺杆压缩机的开发关键技术1、螺杆和星轮的参数优化 星轮和螺杆啮合时，星轮的工作齿面在每一瞬时的共轭接触线，除了星轮的一条直母线q外，还有因二次包络而形成的另一条轭接触线。这些瞬时接触线在对应的星轮齿有效转角范围内，形成一个连续的曲面S。曲面S的一般在母线q之上，另一半在母线q之下。但是曲面S的一大部分，只在某一瞬时，即某一转角时，实现螺杆和星轮的共轭接触。在之后（或之前），它却侵入了螺杆实体而发生实体干涉。因此，S曲面的这一部分是不可用的。曲面S的形状及特性和啮合副的参数设置有密切关系。因此我们面临了一个“最优化”的课题，它的“目标函数”是如何在有效转角范围内最大限度地令S曲面处在可用区间，以增加星轮齿侧曲面的啮合面积。从而有效地延长啮合副的寿命。2、加工精度高技能高度专用机床是加工优质螺杆、星轮必不可少的设备，是整个项目的关键，也是国外对我国封锁的重点。虽然一些专家过去认为专机传动链精度要求太高国内不可能达到。但是在当前伺服系统的广泛应用情况下，制造由最短的传动链和超高精度传动元件组成的专机是可以实现的。3、加工方法刀具在国外直线包络是单螺杆压缩机的唯一型线。这种型线的螺杆齿面不可展，不能用磨削方法加工。因此采用指形铣刀作为粗加工，车削用于精加工，是唯一可行的加工方法。星轮的加工时我国二十多年来一直未能解决的问题。现在我们从理论和实践上解决了这一难题。在星轮设计中尽一切可能增加啮合副在整个啮合转角区间内的接触面积。在我们按照计算得到的星轮齿面的三维坐标和它的一阶，二阶微分邻域特性，设计了高效率的剃刀，可以再没有理论误差的条件下，加工出精密的星轮齿曲面。4、加工技术与装配技术加工技术是单螺杆压缩机技术的核心，掌握了它就能自行研制高精度专机而不必依赖进口。负责，即使有了高精度专机也不能生产高品质的压缩机。无论加工精度多高，如果不能正确装配，以前的一切努力将前功尽弃。加工与装配精度的高低集中体现在齿面啮合情况上。啮合副应在没有跑合的情况下，实现啮合区内的全部齿面同时啮合，每个齿面的啮合总面积不低于90%。1.3 单螺杆空气压缩机的结构设计 单螺杆空气压缩机内部结构及工作原理图1-1（名称到上面去了）单螺杆空气压缩机由一个圆柱螺杆和两个对称配置的平面星轮组成齿合副，装在机壳内。螺杆螺槽、气缸和星轮齿顶面构成封闭的齿间容积。运转时，动力传到主轴上，由螺杆带动星轮旋转。气体由吸气孔空口进入螺槽内，经压缩后通过气缸上的排气空口排出。星轮的作用相当于往复式压缩机的活塞，党性轮在槽内相对移动时，封闭的齿间容积就逐渐减少。单螺杆空气压缩机的工作过程分为吸气、压缩、排气三步。图1-21、吸气如图图1-1(a)所示，气体通过吸气进入转子齿槽随着转子的传动的传动，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1-1(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1-1(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被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。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。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。供油方面供油电磁阀两端装有压差发讯器，确保主机气动运行时不断供油，其故障事紧急停车。其他方面风机过载保护；主机过载保护；相序缺相保护。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。1.4 PLC的发展史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“Programmable LogicController”，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“Programmable Controller”，称PC。但PC又容易与个人计算机（Personal Computer）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胎可编程逻辑控制器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，也相机研究开发出类似的产品。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，及其资源未能充分利用；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。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，于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2050ms/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，主要用来作开关量控制。如下图：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56ms/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。如下图： 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,24dian I/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。如下图：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。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。第2章硬件设计2.1系统工作原理（加上我让你们画的那张原理图）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。 空气压缩机系统简图如图2-1机组由空气滤清器、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，冷却要所过程的作用，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，然后在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，冰雨润滑油混合。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分后，纯净的空气经压力维持阀、后部冷却器，送入使用系统。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时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0100%之间。一般单螺杆空气压缩机采用活塞式进气阀，结构如图2-2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2-2压力输入，微孔2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1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1的压力供给与否由泄放电磁阀控制。 图2-2(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使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，同时因油量不足映像轴承寿命。(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，其芯部是由多层密西的玻璃纤维制成。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尊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：润滑油的洁净程度。如润滑油中灰尘等杂志很多，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。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：空气管路中所含的油份增加。在油气罐与油气细分离器间装有一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。检视油压是否偏高。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1并关闭进气口而是先空车。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：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。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，使用手持风枪向上吹扫。2.2 单螺杆空气压缩机的PLC控制系统的设计2.2.1 PLC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。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，式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。PLC的基本结构框图如下：一、CPU的构成PLC中的CPU是PLC的核心，有神经中枢的作用，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贮用户程序和数据，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，从用户程序存贮器中逐条读取指令，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。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模块的外部变现就是它的工作状态的种种显示、种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末班或底板；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，主要式通过各种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，即受最大的底板或几家槽数限制。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，实现个模块间的联系使CPU能访问底板上的所有模块；机械上，实现个模块间的连接，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，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，我们在购买程控器是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。2.2.2 可编程控制器的特点硬件可靠性高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，以防止由电源回路串入的干扰信号；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以及传感器件、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租金按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。编程简单，使用方便用为即实现自动控制，常使用汇编语言，难以掌握，要求使用者，有一定的计算机硬件和软件知识。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方式，既集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。这种面向控制过程，面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的编程语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的几点控制设备来说，这种时耗是微不足道的。接线简单，通用性好在电信号匹配的情况下，PLC的界限之需要将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC端子连接，将接受输出信号执行控制人物的执行元件（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。这种性能是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，并易于排出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。可连接为控制网络系统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5002500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信出阿叔速率为1M10Mbps，传输距离为5001000m，网点上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，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小的模块饥饿哦故使之能安装在继电器箱附近并将连线接向已有线段，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。在PLC系统的安装中，远程输入/输出站安放在最优地点。远程I/O站通过同轴电缆或双绞线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，远程子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC工程商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术员的现场安装时间。从一开始，PLC便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之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，能知识不见是否正常工作，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。2.2.3可编程控制器的发展随着PLC应用领域的不断扩大，PLC本身也在不但发展，表现为功能越来越强性能越来越可靠，速度越来越快，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100mm80mm47mm，却具有告诉技术、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： 是多种编程语言，多种语言之间并存、互补； 是高级语言如BASIC,C,FORTRAN等； 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容错技术和故障诊断。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增加了容错功能，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%以上的顾展出现在外部设备上。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。2.2.4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，但它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。在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，他首先执行系统程序，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，知道程序结束。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，则扫描在另所在处中断或跳转执行完其他操作后在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，被称为输入影像存储器。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立刻响应，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。2.2.5控制系统PLC设计原则(1) 选用PLC必须满足被控对象的控制要求；(2) 选用PLC不仅要着眼于现在，还有适当的考虑到将来发展的需要；(3) 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。2.2.6 PLC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，直至系统接收到停运信号。(2)单周期操作。系统从原点开始，造的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，运行方式需要选用在的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)输入设备的量空气滤清器排气口的真空压力开关一个。油气细分离器的压力开关一个。油过滤器中的压力开关一个。为保护系统压力平衡的可调压力开关一个。压缩机排气口的排气超温开关一个。为保持供油阀不间断供油而设的压力开关一个。风机过载保护开关一个。主机过载保护开关一个。逆相、欠相信号开关一个。星、三角连接互锁开关一个。压缩机启动按钮一个。压缩机停止按钮一个。紧急停止按钮一个。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。控制星型启动的接触器KM1一个。控制星型启动的接触器KM2一个。控