1、LOGO在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：或者直接输入下面地址：http:/LOGO第第5章章 煤矿电气设备PLC控制系统设计 本章以煤炭生产中的通风、压风、排水和运输提升为背景，运用可编程技术编写了基于PLC控制的通风、压风、排水和运输提升实例，以期为学生提供一个PLC与煤矿电气控制技术完美结合的典型案例和内容。学习本章内容还可以使学生得到基于PLC的电气控制方案论证与设计等方面的训练。本章主要内容本章主要内容5.1 基于基于PLC的煤矿地面皮带机控制
2、系统设的煤矿地面皮带机控制系统设 5.1.1 煤矿皮带机简介煤矿皮带机简介 皮带机即皮带运输机（亦称胶带机、皮带输送机、带式输送机，皮带机即皮带运输机（亦称胶带机、皮带输送机、带式输送机，如图如图5-1所示）是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。它可以将所示）是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。它可以将物料在一定的输送线上从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物物料在一定的输送线上从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程，它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品料的输送流程，它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业
3、生产流程中的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。所以带式的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。在矿山的井下巷道、矿输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，得到了广泛的应用。图井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，得到了广泛的应用。图5-1 带式输送机示意图带式输送机示意图MM煤图5-1 带式输送机示意图 煤矿皮带运输机集控系统运行安全可靠与否直接影响矿煤矿皮带运输机集控系统运行安全可靠与否直接影响矿井的
4、经济效益。建立符合煤矿自身需要的地面系统是实现煤井的经济效益。建立符合煤矿自身需要的地面系统是实现煤矿生产安全、设备长期稳定运行的重要组成部分，实施并实矿生产安全、设备长期稳定运行的重要组成部分，实施并实现系统的综合保护和集中监控，也是煤矿设备现代化管理的现系统的综合保护和集中监控，也是煤矿设备现代化管理的需要。需要。煤矿皮带运输机集控系统以煤矿皮带运输机集控系统以煤矿安全规程煤矿安全规程为依据，为依据，总结矿山运输过程中所出现的事故，本着安全性高、实用性总结矿山运输过程中所出现的事故，本着安全性高、实用性强、具有先进性的特点而研制开发的新一代综合控制系统。强、具有先进性的特点而研制开发的新一
5、代综合控制系统。集控系统与网络系统一起，构成一个完整的操作、调度、监集控系统与网络系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥控。该系统可实视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥控。该系统可实现提高生产效率、降低事故率、减少故障处理时间、减少现现提高生产效率、降低事故率、减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益。场操作人员、提高经济效益。煤矿皮带运输机集控系统可实现远程和现场的的操作控煤矿皮带运输机集控系统可实现远程和现场的的操作控制。整个系统具有功能全、实时性和精度高、抗干扰能力强制。整个系统具有功能全、实时性和精度高、抗干扰能力强及可靠性好等优点，可
6、以明显提高煤矿皮带运输设备自动化及可靠性好等优点，可以明显提高煤矿皮带运输设备自动化管理水平，保证皮带运输系统合理、稳定、安全，有显著的管理水平，保证皮带运输系统合理、稳定、安全，有显著的经济效益。经济效益。5.1.2 煤矿皮带集控系统煤矿皮带集控系统 煤矿皮带集控系统是根据煤矿现场要求设计具有如下检测保护功煤矿皮带集控系统是根据煤矿现场要求设计具有如下检测保护功能：跑偏，撕裂，急停，温度，堆煤，烟雾，速度等。整个系统实现能：跑偏，撕裂，急停，温度，堆煤，烟雾，速度等。整个系统实现逆煤流启动、顺煤流停止的远程集中控制。逆煤流启动、顺煤流停止的远程集中控制。对拉线开关（急停）、跑偏故障、堆煤故障
7、、皮带撕裂故障、超对拉线开关（急停）、跑偏故障、堆煤故障、皮带撕裂故障、超温故障、速度故障（超速打滑和欠速保护）、烟雾故障，实现相应的温故障、速度故障（超速打滑和欠速保护）、烟雾故障，实现相应的顺序停车功能，同时将各类故障信号传输至控制中心实现监控。顺序停车功能，同时将各类故障信号传输至控制中心实现监控。为了防止误动作，当系统检测到跑偏、堆煤、速度这三种故障信为了防止误动作，当系统检测到跑偏、堆煤、速度这三种故障信号后，如果延迟一定时间后故障信号仍然存在则执行故障保护停车动号后，如果延迟一定时间后故障信号仍然存在则执行故障保护停车动作。当接收到烟雾故障信号或检测到拉线开关（急停）、皮带撕裂、作
8、。当接收到烟雾故障信号或检测到拉线开关（急停）、皮带撕裂、超温等故障信号后，立即执行故障保护停车动作。超温等故障信号后，立即执行故障保护停车动作。M3M3QF1KM1RJ1KM2RJ2M1M2QF2L1L2L3X4 X5 X6X7 X8 X9图5-2 主电路图该实验装置的具有如下功能：该实验装置的具有如下功能：（1）实现系统集中监控，实时监控设备状态和运行参数，并显示数据）实现系统集中监控，实时监控设备状态和运行参数，并显示数据曲线；曲线；（2）控制方式分集控自动）控制方式分集控自动/集控手动集控手动/就地，三种方式可转换。正常运就地，三种方式可转换。正常运行时，使用集控自动方式，设备按工艺要
9、求的顺序和流程由上位机自动行时，使用集控自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由上位机自动启停；集控手动时，可在控制面板上操作各设备，无闭锁和联动关系；启停；集控手动时，可在控制面板上操作各设备，无闭锁和联动关系；就地时，在现场按钮盒上操作；就地时，在现场按钮盒上操作；（3）启动设备前由集控台发预告信号，预告）启动设备前由集控台发预告信号，预告3秒后，若生产现场均满足秒后，若生产现场均满足集控自动启动条件，设备按顺序自动启动。现场可用停车按钮停止启动集控自动启动条件，设备按顺序自动启动。现场可用停车按钮停止启动过程；过程；（4）现场信号箱设起）现场信号箱设起/停车按钮，现场可随时停车。若设备由集
10、控启动停车按钮，现场可随时停车。若设备由集控启动，控制系统接收到现场停车信号后，可作急停处理，实施故障停车操作，控制系统接收到现场停车信号后，可作急停处理，实施故障停车操作；（5）按）按“技术规定技术规定”皮带机装设拉线开关、跑偏保护、低速保护等，皮带机装设拉线开关、跑偏保护、低速保护等，这些信号均接入集控系统，实现生产设备故障时的紧急停车和闭锁停车这些信号均接入集控系统，实现生产设备故障时的紧急停车和闭锁停车；（6）对设备故障和工艺参数的异常实时报警，并进行由指示灯提示。）对设备故障和工艺参数的异常实时报警，并进行由指示灯提示。一般故障只报警，现场发生非正常停车或严重故障时，故障设备及其上一
11、般故障只报警，现场发生非正常停车或严重故障时，故障设备及其上游设备紧急停车，下游设备则实现顺煤流延时闭锁停车。游设备紧急停车，下游设备则实现顺煤流延时闭锁停车。系统主电路如图5-2所示，控制线路如图5-3所示。PLC驱动继电器XJ1_1XJ1_2控制电源线N控制电源线手动L1控制电源线PLC_L1控制电源线NSP1ST1KM1XJ3_1 RJ1KM1LN运行指示灯KM1_1PLC驱动继电器XJ2_1XJ2_2控制电源线N控制电源线手动L1控制电源线PLC_L1SP2ST2KM2XJ4_1 RJ2KM2LN运行指示灯KM2_1图5-3 皮带运输控制回路 PLC控制系统由一台西控制系统由一台西门子
12、门子S7-224 PLC为控制为控制中心，控制所有数字和模拟中心，控制所有数字和模拟I/O模块。设备状态通过数模块。设备状态通过数字输入模块（字输入模块（DI）读入，）读入，数字输出模块（数字输出模块（DO）用于）用于设备控制，电动机的温升经设备控制，电动机的温升经红 外 测 温 传 感 器 变 为红 外 测 温 传 感 器 变 为420mA的电流信号通过的电流信号通过模拟量输入模块（模拟量输入模块（AI）读）读入。入。图5-4 PLC接线图 选用选用224XP的的CPU模块，模块，EM221型数字量输入模块，型数字量输入模块，PC/PPI编程编程/通讯电缆，通讯电缆，ZYJX-3电动机（附传
13、送带），电动机（附传送带），IRTP300L 型的红外温度传感器来测量温度，型的红外温度传感器来测量温度，LJ12A3-4-Z/BY型型的接近开关来测量转速，的接近开关来测量转速，SS-168P型的烟雾报警器来检测皮带上的烟型的烟雾报警器来检测皮带上的烟雾信号，拉线开关用行程开关（西门子雾信号，拉线开关用行程开关（西门子3RG4041-6JBOO），用微），用微动开关来检测皮带的跑偏、撕裂、堆煤等故障。动开关来检测皮带的跑偏、撕裂、堆煤等故障。PLC的接线图如图的接线图如图5-4所示。所示。IRTP系列是一款经济型，高性价比红外温度传感器。不受污染系列是一款经济型，高性价比红外温度传感器。不受
14、污染，潮湿以及电磁干扰环境的影响。，潮湿以及电磁干扰环境的影响。IRTP已应用于轻工纺织，造纸已应用于轻工纺织，造纸，陶瓷，橡胶，塑料；辊筒，电机轴承温度测量；电缆接头、开关，陶瓷，橡胶，塑料；辊筒，电机轴承温度测量；电缆接头、开关柜、变压器和电气面板的故障监测等；汽车检测以及微波炉，柜、变压器和电气面板的故障监测等；汽车检测以及微波炉，HVAC，食品等行业。，食品等行业。5.1.3 部分元器件介绍部分元器件介绍1IRTP300L红外线测温传感器红外线测温传感器 IRTP300L红外线测温传感器主要技术指标：测温范围红外线测温传感器主要技术指标：测温范围0150C，响应时间，响应时间150ms
15、，距离系数，距离系数8:1，信号输出，信号输出420mA/05V/RS485，电源为，电源为DC24V，探头尺寸，探头尺寸22mm85mm，螺纹部分，螺纹部分18mm16mm。应用电路如。应用电路如图图5-5所示。所示。图5-5 红外线测温传感器与接近开关LJ12A3-4-Z/BY2接近开关接近开关 接近开关使用的是接近开关使用的是Autewell LJ12A3-4-Z/BY，如图，如图5-5所示，其特点是灵敏度高，频率响应快，重复定位精度高，瞬变过所示，其特点是灵敏度高，频率响应快，重复定位精度高，瞬变过程短，输出功率大，继电特性好，工作稳定可靠，红色程短，输出功率大，继电特性好，工作稳定可
16、靠，红色LED显示可显示可以检查传感器的状态，可替换小型开关和限位开关。以检查传感器的状态，可替换小型开关和限位开关。电源电压范围为：直流电源电压范围为：直流1030VDC、交流、交流90250VAC，检，检测距离测距离4mm，输出电流，输出电流200mA，输出模式可选，输出模式可选NPN常开、常开、NPN常闭、常闭、PNP常开、常开、PNP常闭、二线常开、二线常闭、交流常常闭、二线常开、二线常闭、交流常开、交流常闭。开、交流常闭。3烟雾报警器烟雾报警器SS-168P 烟雾报警器烟雾报警器SS-168P如图如图5-6所示，采用低功耗所示，采用低功耗 CMOS 微处理微处理器，使用光电探测方式，
17、具有特殊防潮设计，具有独立器，使用光电探测方式，具有特殊防潮设计，具有独立/联网联网/无线无线输出方式，可进行手动测试、手动复位。电路接线图如图输出方式，可进行手动测试、手动复位。电路接线图如图5-6所示。所示。图5-6 烟雾报警器SS-168P外观与接线图5.1.4 系统功能操作说明与程序系统功能操作说明与程序1系统功能操作说明系统功能操作说明 该系统有两条小型皮带机，一个控制箱；每个皮带机都有两个跑偏该系统有两条小型皮带机，一个控制箱；每个皮带机都有两个跑偏传感器，一个拉线开关，一个堆煤传感器，一个撕裂传感器；其中一号传感器，一个拉线开关，一个堆煤传感器，一个撕裂传感器；其中一号皮带机另加
18、有用于测速的接近开关，烟雾报警器，和红外测温传感器；皮带机另加有用于测速的接近开关，烟雾报警器，和红外测温传感器；上位机采用西门子的上位机采用西门子的WINCC组态软件做的监控系统。控制箱面板装有组态软件做的监控系统。控制箱面板装有控制按钮和指示灯，如图控制按钮和指示灯，如图5-7所示：所示：图5-7 皮带运输控制面板 操作过程如下：操作过程如下：1手动启动手动启动 此信号不经此信号不经PLC，完全由外，完全由外部继电器电路控制。部继电器电路控制。1号启动按钮：按一下它，则号启动按钮：按一下它，则启动启动1号皮带机，号皮带机，1号启动指示号启动指示灯变亮。灯变亮。上位机主画面的上位机主画面的1
19、号手动指示灯由红号手动指示灯由红变绿，变绿，1号电机带动皮带开始旋转。号电机带动皮带开始旋转。1号停止按钮：按一下它，则号停止按钮：按一下它，则1号皮号皮带机停止，带机停止，1号启动指示灯灭。上位号启动指示灯灭。上位机主画面的机主画面的1号手动指示灯由绿变红号手动指示灯由绿变红，1号电机连同所拖动的皮带停止旋号电机连同所拖动的皮带停止旋转转 2号启动按钮：按一下它，则启动号启动按钮：按一下它，则启动2号皮带机，号皮带机，2号启动指示灯变亮。号启动指示灯变亮。上位机主画面的上位机主画面的2号手动指示灯由红号手动指示灯由红变绿，变绿，2号电机带动皮带开始旋转。号电机带动皮带开始旋转。2号停止按钮：
20、按一下它，则号停止按钮：按一下它，则2号号皮带机停止，皮带机停止，2号启动指示灯灭。上号启动指示灯灭。上位机主画面的位机主画面的2号手动指示灯由绿变号手动指示灯由绿变红，红，2号电机连同所拖动的皮带停止号电机连同所拖动的皮带停止旋转。旋转。自动启动信号送入自动启动信号送入PLC，由内部逻辑电路控制。每条皮带机都有一个，由内部逻辑电路控制。每条皮带机都有一个启 停 按 钮 盒。其 按 钮 称 为 就 地 启 动 按 钮，就 地 停 止 按 钮。启 停 按 钮 盒。其 按 钮 称 为 就 地 启 动 按 钮，就 地 停 止 按 钮。1号就地启动按钮：按一下它，则蜂鸣器响号就地启动按钮：按一下它，则
21、蜂鸣器响3秒，然后启动秒，然后启动1号皮带机号皮带机；上位机主画面的；上位机主画面的1号自动指示灯由红变绿，号自动指示灯由红变绿，1号电机带动皮带开始旋转。号电机带动皮带开始旋转。1号就地停止按钮：按一下它，则号就地停止按钮：按一下它，则1号皮带机停止。上位机主画面的号皮带机停止。上位机主画面的1号自动指示灯由绿变红，号自动指示灯由绿变红，1号电机连同所拖动的皮带停止旋转。号电机连同所拖动的皮带停止旋转。2号就地启动按钮：按一下它，则蜂鸣器响号就地启动按钮：按一下它，则蜂鸣器响3秒，然后启动秒，然后启动2号皮带机号皮带机；上位机主画面的；上位机主画面的2号自动指示灯由红变绿，号自动指示灯由红变
22、绿，2号电机带动皮带开始旋转。号电机带动皮带开始旋转。2号就地停止按钮：按一下它，则号就地停止按钮：按一下它，则2号皮带机停止。上位机主画面的号皮带机停止。上位机主画面的2号自动指示灯由绿变红，号自动指示灯由绿变红，2号电机连同所拖动的皮带停止旋转。号电机连同所拖动的皮带停止旋转。2自动启动自动启动3全线启动全线启动 全 线 启 动 信 号 送 入全 线 启 动 信 号 送 入 P L C，由 内 部 逻 辑 电 路 控 制。，由 内 部 逻 辑 电 路 控 制。全线启动按钮：按一下它，蜂鸣器响全线启动按钮：按一下它，蜂鸣器响5秒，秒，2号皮带机启动，上位机号皮带机启动，上位机主画面的全线启动
23、指示灯由红变绿，主画面的全线启动指示灯由红变绿，2号自动指示灯由红变绿，号自动指示灯由红变绿，2号电机带号电机带动皮带开始旋转；然后蜂鸣器又响动皮带开始旋转；然后蜂鸣器又响3秒，秒，1号皮带机启动，上位机主画面的号皮带机启动，上位机主画面的1号自动指示灯由红变绿，号自动指示灯由红变绿，1号电机带动皮带开始旋转。号电机带动皮带开始旋转。全线停止按钮：按一下它，则全线停止按钮：按一下它，则1号皮带机停止。上位机主画面的号皮带机停止。上位机主画面的1号自动指示灯由绿变红，号自动指示灯由绿变红，1号电机连同所拖动的皮带停止旋转。等待号电机连同所拖动的皮带停止旋转。等待3秒，然后秒，然后2号皮带机停止。
24、上位机主画面的号皮带机停止。上位机主画面的2号自动指示灯由绿变红，号自动指示灯由绿变红，2号电机连同所拖动的皮带停止旋转。号电机连同所拖动的皮带停止旋转。4故障检测故障检测 皮带运输系统各种参数分别由相应传感器检测，把所测量的信号皮带运输系统各种参数分别由相应传感器检测，把所测量的信号送至送至PLC，由，由PLC内部逻辑电路控制。当出现故障时，故障指示灯内部逻辑电路控制。当出现故障时，故障指示灯变亮。上位机主画面相应的故障指示灯由绿变红。报警文档会出现变亮。上位机主画面相应的故障指示灯由绿变红。报警文档会出现相应的故障信息，皮带机自动停止运行。排除故障后，按复位按钮相应的故障信息，皮带机自动停
25、止运行。排除故障后，按复位按钮，则故障指示灯灭，上位机的相应故障指示灯由红变绿。当出现紧，则故障指示灯灭，上位机的相应故障指示灯由红变绿。当出现紧急情况时，拉拉线开关，则皮带机停止运行。急情况时，拉拉线开关，则皮带机停止运行。5主程序梯形图主程序梯形图 按下启动按钮，按下启动按钮，2号电机接触器号电机接触器KM2线圈接通并自锁，线圈接通并自锁，2皮带机开始皮带机开始工作，同时延时定时器工作，同时延时定时器KT1接通，接通，5S后其常开触点闭合，后其常开触点闭合，1号电机接触号电机接触器器KM1线圈闭合，线圈闭合，1号皮带机开始工作，当按下停止按钮或者两台皮带机号皮带机开始工作，当按下停止按钮或
26、者两台皮带机有故障（跑偏、堆煤，撕裂、过速、温升）时，有故障（跑偏、堆煤，撕裂、过速、温升）时，1号电机接触器号电机接触器KM1线圈线圈断开，断开，1号皮带机停止运转，同时停止延时器号皮带机停止运转，同时停止延时器KT2接通，延时接通，延时5S后，其后，其常闭触点断开，常闭触点断开，2号电机接触器断开，号电机接触器断开，2号皮带机停止工作。梯形图如图号皮带机停止工作。梯形图如图5-8所示。所示。图5-8 皮带运输控制系统梯形图 温升信号温升信号I1.0、I1.1是经温度传感器转是经温度传感器转变后，输出的逻辑结果变后，输出的逻辑结果即开关信号，即：当温即开关信号，即：当温度大于度大于100时，
27、输出时，输出逻辑高电平信号，此时逻辑高电平信号，此时I0.1、I0.2常闭触点常闭触点断开，从而起到保护作断开，从而起到保护作用；当温度小于用；当温度小于100时，输出逻辑低电平信时，输出逻辑低电平信号，此时号，此时I0.1、I0.2常闭触点无动作。常闭触点无动作。PLC I/O符号分配如表符号分配如表5-1所示：所示：序号符号地址数据类型注释1启动I0.0BOOL2停止I0.1BOOL31号左跑偏I0.2BOOL41号右跑偏I0.3BOOL51号堆煤I0.4BOOL61号撕裂I0.5BOOL71号过速I0.6BOOL81号烟雾I0.7BOOL91号温升I1.0BOOL102号温升I1.1BO
28、OL112号左跑偏I1.2BOOL122号右跑偏I1.3BOOL132号堆煤I1.4BOOL142号撕裂I1.5BOOL152号过速I1.6BOOL表5-1 PLC端口配置表5.2 基于基于PLC的煤矿空气压缩机监控系统设计的煤矿空气压缩机监控系统设计5.2.1 空气压缩机简介空气压缩机简介 空气压缩机（简称空压机）是一种利用电动机将气空气压缩机（简称空压机）是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩气体具有一定压力的设体在压缩腔内进行压缩并使压缩气体具有一定压力的设备。作为基础工业装备，空压机在冶金、机械制造、矿备。作为基础工业装备，空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺
29、等几乎所有的工业行业都山、电力、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。有广泛的应用。1空压机的用途空压机的用途 随着科学技术的发展，压缩机的用途越来越广，把随着科学技术的发展，压缩机的用途越来越广，把空气作为传递力能的介质，其动力用途主要有以下几空气作为传递力能的介质，其动力用途主要有以下几方面：方面：1)传统的空气动力：风动工具，凿岩机、风镐、气动传统的空气动力：风动工具，凿岩机、风镐、气动扳手，气动喷砂，一般扳手，气动喷砂，一般0.61.5Mpa；2)仪表控制及自动化装置，如加工中心的刀具更换等，仪表控制及自动化装置，如加工中心的刀具更换等，一般一般0.6Mpa；3)车辆制动
30、，门窗启闭，一般车辆制动，门窗启闭，一般0.20.6MPa；4)喷气织机中用压缩空气吹送纬纱以代替梭子，一般喷气织机中用压缩空气吹送纬纱以代替梭子，一般0.10.2MPa；5)食品、制食品、制药药工工业业，利用，利用压缩压缩空空气搅气搅拌拌浆浆液，液，般般0.20.6Mpa；6)大型船用柴油机的起大型船用柴油机的起动动，一般，一般2.56.0Mpa；7)风风洞洞实验实验、地下通道、地下通道换气换气、金、金属属冶冶炼炼，一般，一般6.010Mpa；8)油井油井压压裂裂15Mpa；9)高压空气爆破采煤高压空气爆破采煤80Mpa；10)武器系统，导弹发射、鱼雷发射一般武器系统，导弹发射、鱼雷发射一般
31、150300Mpa；11)轮胎充气，一般轮胎充气，一般0.200.25Mpa；12)喷漆，一般喷漆，一般0.30.6 Mpa；13)吹瓶机，一般吹瓶机，一般3.04.5 Mpa。2空空压压机的机的类类型型 空空气压缩气压缩机的机的种类种类很多，按工作原理可分很多，按工作原理可分为为容容积积式式压缩压缩机，往机，往复复式式压缩压缩机，离心式机，离心式压缩压缩机，容机，容积积式式压缩压缩机的工作原理是机的工作原理是压缩气压缩气体的体的体体积积，使，使单单位体位体积内气积内气体分子的密度增加以提高体分子的密度增加以提高压缩压缩空空气气的的压压力；力；离心式离心式压缩压缩机的工作原理是有一机的工作原理
32、是有一个个或多或多个个旋旋转转叶叶轮轮（叶片通常在（叶片通常在侧侧面）使面）使气气体加速，使体加速，使气气体分子具有的体分子具有的动动能能转转化化为气为气体的体的压压力能，力能，从从而提高而提高压缩压缩空空气气的的压压力，主力，主气气流是流是径径向的。往向的。往复复式式压缩压缩机机(也也称称活塞活塞式式压缩压缩机机)的工作原理是直接的工作原理是直接压缩气压缩气体，体，当气当气体体达达到一定到一定压压力后排出。力后排出。其其压缩压缩元件是一元件是一个个活塞，在活塞，在气气缸缸内内作往作往复运动复运动。现现在常用的空在常用的空气压缩气压缩机三机三种种基本基本类类型的包括：往型的包括：往复复式、回式
33、、回转转式、离心式。以下式、离心式。以下简单讨论这简单讨论这三三种类种类型的空型的空压压机。机。1）往）往复复式空式空压压机机 往往复复式空式空压压机是机是变变容式容式压缩压缩机，机，这种压缩这种压缩机机将将封封闭闭在一在一个个密密闭闭空空间内间内的空的空气气逐次逐次压缩压缩（缩缩小其体小其体积积）从从而提高其而提高其气压气压。往。往复复式式空空压压机以机以气气缸缸内内的一的一个个活塞作活塞作为压缩为压缩位移的原件位移的原件来来完成以上的完成以上的压压缩过缩过程。往程。往复复式空式空压压机有机有喷喷油和无油油和无油两种两种，具有，具有压压力和力和气气量的广量的广泛泛选择选择余地。余地。2）回）
34、回转转式空式空气压缩气压缩机机 排排气气量范量范围为围为0.85m3/min 85m3/min，最普通的回，最普通的回转转式空式空压压机机是是单级喷单级喷油螺杆式空油螺杆式空压压机，机，这种压缩这种压缩机在机腔机在机腔内内有有两个转两个转子，通子，通过转过转子子来压缩来压缩空空气气，内内部部没没有有阀门阀门。这种这种空空压压机一般机一般为为油冷，油冷，这这种种油起到了密封的作用。回油起到了密封的作用。回转转式空式空压压机是机是连续连续工作制，也可工作制，也可设计设计成成风风冷或水冷机冷或水冷机组组。由于。由于结构简单结构简单易易损损件少，回件少，回转转式螺杆空式螺杆空压压机机很容易很容易维护维
35、护，操作，操作，并并具有安装具有安装灵灵活的特点。活的特点。3）离心式空）离心式空气压缩气压缩机机 排排气气量范量范围为围为11.2m3/min 420m3/min，离心式空，离心式空压压机是一机是一动动力型空力型空压压机，通机，通过过旋旋转转的的涡轮涡轮完成能量的完成能量的转换转换，转转子通子通过过改改变变空空气气的的动动能和能和压压力力来实现来实现以上的以上的转换转换。由。由静静止的止的扩压扩压器降低空器降低空气气的的流速流速来实现动来实现动能向能向压压力的力的变换变换。离心式空离心式空压压机是无油空机是无油空压压机，机，运运动齿轮动齿轮的的润润滑油由滑油由轴轴密封和空密封和空气气隔离。离
36、心式是隔离。离心式是连续连续工工况况式式压缩压缩机，移机，移动动件很少，特件很少，特别别适用于大适用于大气气量无油的要求。离心式空量无油的要求。离心式空压压机机是水冷式的，典型机是水冷式的，典型机组组包括后冷却器和所有的控制装置。包括后冷却器和所有的控制装置。活塞式空活塞式空压压机适用的机适用的压压力范力范围围大，特大，特别别适用于适用于压压力力较较高的中小高的中小流量流量场场合。目前仍是合。目前仍是应应用广泛的一用广泛的一种种空空压压机。螺杆式、离心式空机。螺杆式、离心式空压压机机运转运转平平稳稳，排，排气气均均匀匀。用于。用于气压传动气压传动是是较较新的具有新的具有发发展前途展前途的空的空
37、压压机。螺杆式适用于低机。螺杆式适用于低压压力，中小流量的力，中小流量的场场合，离心式合，离心式则则适适用于低用于低压压力大流量的力大流量的场场合。合。3空空压压机的机的选择选择 选择选择空空压压机是根据机是根据气动气动系系统统所需要的工作所需要的工作压压力和流量力和流量两个两个主要主要参数参数，空，空压压机的机的额额定定压压力力应应略高于略高于气动气动系系统统的工作的工作压压力。力。目前，一般目前，一般气动气动系系统统的工作的工作压压力力为为0.50.8Mpa，可，可选选用用额额定排定排气压气压力力为为0.71Mpa的低的低压压空空压压机。特殊需要机。特殊需要时时，也可，也可选选用中用中压压
38、（110Mpa）、高）、高压压（10100 Mpa）甚至超高）甚至超高压压的（的（100Mpa）以）以上的空上的空压压机。流量机。流量则则需要由需要由现场现场使用情使用情况计况计算确定。算确定。5.2.2 螺杆式空螺杆式空气压缩气压缩机机概概述述 螺杆式空螺杆式空气压缩气压缩机是机是喷喷油油单级双单级双螺杆螺杆压缩压缩机，采用高效机，采用高效带轮带轮(或或轴轴器器)传动传动，带动带动主机主机转动进转动进行空行空气压缩气压缩，通，通过喷过喷油油对对主机主机压缩压缩腔腔进进行冷却和行冷却和润润滑，滑，压缩压缩腔排出的空腔排出的空气气和油混合和油混合气气体体经过经过粗、精粗、精两两道道分离，分离，将
39、压缩将压缩空空气气中的油分离出中的油分离出来来，最后得到，最后得到洁净洁净的的压缩压缩空空气气。螺杆式空螺杆式空气压缩气压缩机的核心部件是机的核心部件是压缩压缩机主机，是容机主机，是容积积式式压缩压缩机机中的一中的一种种，空，空气气的的压缩压缩是靠装置于机是靠装置于机壳内壳内互相平行互相平行啮啮合的合的阴阳转阴阳转子子的的齿齿槽之容槽之容积变积变化而化而达达到。到。转转子在子在与它与它精密配合的机精密配合的机壳内转动壳内转动使使转转子子齿齿槽之槽之间间的的气气体不体不断断地地产产生周期性的容生周期性的容积变积变化而沿着化而沿着转转子子轴线轴线，由吸入由吸入侧侧推向排出推向排出侧侧，完成吸入、，
40、完成吸入、压缩压缩、排、排气气三三个个工作工作过过程。程。1螺杆空螺杆空压压机原理机原理简简介介 螺杆空螺杆空气压缩气压缩机（如机（如图图5-9所示）具有所示）具有结构简单结构简单、工作可靠及操、工作可靠及操作方便等一系列作方便等一系列独独特的特的优优点，因而自点，因而自诞诞生之日起就受到工生之日起就受到工业业界的广界的广泛重泛重视视。按螺杆的。按螺杆的数数目分目分为双为双螺杆空螺杆空压压机和机和单单螺杆空螺杆空压压机，按机，按压缩压缩过过程中是否有程中是否有润润滑油滑油参与参与分分为为无油螺杆空无油螺杆空压压机和机和喷喷油螺杆空油螺杆空压压机。机。经过经过多年的多年的发发展，螺杆空展，螺杆空
41、压压机在机在160m3/min的流量和小于等于的流量和小于等于20Barg的的压压力范力范围内围内得到广泛得到广泛应应用，在用，在欧欧、美、日等西方、美、日等西方经济发达经济发达地地区区的占有率已的占有率已经经接近接近100%（几乎完全取代活塞式空（几乎完全取代活塞式空气压缩气压缩机），而其中的机），而其中的99%以上是以上是双双螺杆螺杆空空气压缩气压缩机。机。图5-9 双螺杆空气压缩机内部结构示意图 双双螺杆空螺杆空气压缩气压缩机机图图5-9所示，工作所示，工作时时，一，一个转个转子按子按顺时针转动顺时针转动，一，一个转个转子按逆子按逆时针转动时针转动，在相互，在相互啮啮合的合的过过程中，空
42、程中，空气气被被压缩压缩到所需要的到所需要的压压力。力。双双螺螺杆杆压缩压缩机具有机具有极极高的机械可靠性和高的机械可靠性和优优良的良的动动力平衡性，机力平衡性，机组组重量重量轻轻、震、震动动小、小、噪噪声声低、易低、易损损件少、操作及件少、操作及维维修亦十分方便、修亦十分方便、运运行效率高是其最大的行效率高是其最大的优优点，点，双双螺杆螺杆压缩压缩机于机于20世世纪纪70年代已年代已趋趋于成熟和完善，于成熟和完善，并获并获得了得了极极大的市大的市场场成功，成功，是目前市是目前市场场中的主中的主导产导产品。品。目前，目前，国内国内外知名的外知名的压缩压缩机生机生产产企企业业生生产产的螺杆空的螺
43、杆空压压机均机均为双为双螺杆空螺杆空气压缩气压缩机，而在市机，而在市场场中中销销售的螺杆空售的螺杆空压压机中，机中，99%以上均以上均为双为双螺杆空螺杆空气气压缩压缩机。机。2螺杆杆式空螺杆杆式空压压机的工作原理机的工作原理 如如图图5-10所示，空所示，空气压缩气压缩机机从从外界大外界大气气中吸入空中吸入空气气，通，通过滤网进过滤网进行行预预过滤进过滤进入机箱入机箱内内部再通部再通过进气过滤过进气过滤器器过滤过滤，进进入多功能入多功能进气进气控制控制阀阀，接着接着进进入入转转子室子室进进行行压缩压缩，转转子由子由马达驱动马达驱动。精确控制一定量的。精确控制一定量的压缩压缩机油持机油持续续不不
44、断断地注入地注入转转子室子室，对对旋旋转转的螺杆的螺杆进进行行润润滑冷却，滑冷却，并并起到密起到密封作用。封作用。压缩压缩完完毕毕后，含油的空后，含油的空气气被排出机被排出机头头，经过经过法法兰连兰连接直接接直接进进入入油油气气分离器分离器（微米（微米级级玻玻纤滤纤滤料料层过滤层过滤）、）、将将油油与压缩与压缩空空气气分离，被分离，被分离出分离出来来的油在油冷却器的油在油冷却器中被冷却，流中被冷却，流经经油油过滤过滤器器重新回到注入口。重新回到注入口。分离后的分离后的压缩压缩空空气气通通过过旋入式精旋入式精细细油油气气分离器分离器，过滤过滤掉部分油掉部分油质质，使，使压缩压缩空空气气中的含油量
45、只有中的含油量只有13mg/m3，然后，然后经过经过最小最小压压力止回力止回阀阀回到回到空空气气冷却器冷却器冷却，冷却后的冷却，冷却后的压缩压缩空空气经过气经过一一个个截止截止阀进阀进入用入用气气系系统统/储储气气罐。注油系罐。注油系统统能能够够确保确保压缩压缩机良好的冷却及机良好的冷却及润润滑油的最小舒适耗量，滑油的最小舒适耗量，在在气气缸壁上形成的一缸壁上形成的一层层薄薄的油膜可以防止金薄薄的油膜可以防止金属属部件之部件之间间直接接直接接触触而造而造成磨成磨损损，温温控控阀阀在整在整个运个运行行过过程中控制正常的油程中控制正常的油温温，保，保证证螺杆式螺杆式压缩压缩机机在所有的在所有的运运
46、行行阶阶段都以最佳的段都以最佳的温温度工作。度工作。压缩压缩机的机的润润滑油是直接加注到滑油是直接加注到压缩压缩机吸机吸气气口的空口的空气气中的，中的，润润滑油在高滑油在高温温高高压压下下与与空空气长气长期接期接触触，从从上面所述的螺杆式空上面所述的螺杆式空气压缩气压缩机的工作机的工作状态状态和和润润滑滑油的行程可以看出，在此油的行程可以看出，在此过过程中程中压缩压缩机油起到机油起到润润滑、冷却、密封的作用，滑、冷却、密封的作用，润润滑部件包括滑部件包括转转子、子、轴轴承、承、轴轴承密封、承密封、驱动齿轮驱动齿轮等，等，压缩压缩机油同机油同时时在循在循环过环过程程中中带带走走压缩产压缩产生的生
47、的热热量，密封量，密封两个两个相互旋相互旋转转转转子子与壳与壳体之体之间间的微小配合的微小配合间间隙。隙。因因为压缩为压缩机油在整机油在整个过个过程中的冷却作用比程中的冷却作用比较较重要，以至于部分重要，以至于部分OEM制造商制造商直接直接将压缩将压缩机油机油称为称为冷却冷却剂剂。1进气过滤进气过滤器器 2多功能多功能进气进气控控制制阀阀 3注油管路注油管路 4压缩压缩机机机机头头/转转子室子室 5油油气预气预分离器罐分离器罐 6精精细细油油气气分离器分离器 7最小最小压压力止回力止回阀阀 8油冷却器油冷却器 9压缩压缩空空气气冷却器冷却器 10油油过滤过滤器器 11温温控控阀阀 12清洁清洁
48、口口图5-10 螺杆式空气压缩机的结构图 冷却用水最好使用冷却用水最好使用软软水，以避免水中的水，以避免水中的钙镁钙镁等离子因高等离子因高温温而起化而起化学学反反应应，在冷却器中在冷却器中结结成水垢，影成水垢，影响响冷却器的冷却器的传热传热效果。若使用冷却水塔循效果。若使用冷却水塔循环环系系统统，则则水中水中须须定期加定期加软软化化剂剂，以，以维维持水持水质质的的清洁清洁。5.2.3 软启动软启动器的器的应应用用 笼笼形形异异步步电动电动机是机是应应用最广泛的用用最广泛的用电设备电设备，由于，由于电动电动机直接机直接启动时启动时的冲的冲击电击电流很大，所以采用流很大，所以采用许许多多种种降降压
49、启动压启动方式。早期的方式有串方式。早期的方式有串联电联电抗或抗或电电阻器阻器动动，或使用自耦，或使用自耦变压变压器、星器、星-三角三角转换转换等降等降压启动压启动方式。方式。从从20世世纪纪70年年代起，工程上代起，工程上开开始推广利用晶始推广利用晶闸闸管交流管交流调压调压技技术术制作的制作的软启动软启动器。器。软启动软启动可以使可以使电动电动机机启启停自如，停自如，减减少空少空转转，有，有节节能作用，能作用，软启动软启动器器还还具有下列具有下列优优点：点：减减少冲少冲击击力，延力，延长设备寿长设备寿命；命；根据不同根据不同负载选负载选用不同的用不同的启动启动方式方式以提高加以提高加/减减速
50、特性；速特性；保保护护功能全面；功能全面；提高可靠性；提高可靠性；通通过过修改修改参数参数，匹配不同的匹配不同的负载对负载对象；象；智能化，可以智能化，可以与与PLC等相互通等相互通讯讯。软启动软启动器以体器以体积积小，小，转转矩可以矩可以调节调节、启动启动平平稳稳冲冲击击小小并并具有具有软软停机功能停机功能等等优优点得到了越点得到了越来来越多的越多的应应用，大有取代用，大有取代传统传统的自耦的自耦减压减压、星三角等、星三角等启动启动器的器的趋势趋势。一般一般30或者或者37KW以下推荐可以直接以下推荐可以直接启动启动，37KW以上或者小以上或者小电电机但是机但是超超过变压过变压器容量器容量3
