1. 原空压站电气控制系统存在的问题

（1）原控制系统工作过程

某机车车辆厂空压站原先采用继电器控制系统对5台空压机组的进行控制。每台机组均有一个起动柜实施Y－△降ya起动，系统仅有手动操作方式。在原系统中，1＃、2＃为主工作空压机组（功率各为110KW），2台空压机组按一定的周期轮流工作。3＃～5#为备用空压机组（功率各为30KW），当1＃或2＃空压机组工作而系统仍供气压力不足时，将起动其中1台乃至3台直到满足供气压力为止。

（2）原控制系统存在主要问题

①各工作机组虽然采取Y－△减压起动，但起动时的冲击电流仍较，严重的影响到了电网的稳定运行和空压站周围其它用电设备运行的可靠性、安全性；

②当主空压机组处于工频运行时，空压机运行时噪音大，对周围造成严重的声音环境污染；

③主电机工频起动对设备的冲击大，电机轴承易磨损，机械设备的维护工作量；

④主空压机组经常处于空载运行，浪费电能现象严重，很不经济；

⑤空压机组控制系统采用继电器控制，只有手动操作方式，因此控制系统工作的可靠性、安全性较差，人员操作麻烦，自动化水平低、生产效率不高。

2. 改造技术要求

实施技术改造后系统应满足的主要技术要求如下：

（1）三相异步电动机变频运行时应保持供压系统出口压力稳定，压力波动范围不能超过±0.1Mpa；

（2）控制系统可以选择在变频和工频两种工况下运行；

（3）系统采用闭环控制，具有闭环模拟量回路的调节功能；

（4）一台变频器可拖动两台主空压机组，可使用操作按钮进行切换；

（5）根据空压机组的工况要求，系统应保证拖动的交流三相异步电动机具有恒转矩的运行特性；

（6）为了防止高次谐波干扰空压机组变频器，变频器的输入端应当具有抑制电磁干扰的有效措施；

（7）在供压系统用气量较小的情况下，变频器处于低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围；

（8）考虑到控制系统今后的扩展和升级，变频器的容量和主控制器输入输出点数应当有适当的裕量，以满足将来工作状况扩展的要求。

3. 控制系统总体方案设计和控制原理简介

根据系统原先存在的问题并考虑到技术改造后的生产工艺要求和技术要求，空压机组采用PLC作为主控制器并扩展模拟量输入/输出模块，由变频器拖动主空压机组，采用触摸屏作为系统人机界面的总体设计方案。

控制系统由PLC基本单元扩展出模拟量输入/输出模块，通过压力传感器（变送器）实时检测压力值送入模拟量模块进行PLC内部的PID调节运算，然后由模拟量输出模块输出直流0～10V的电压信号至变频器，变频器的输出频率信号通过模拟量输出端子回送到PLC，构成模拟量闭环控制回路。由压力反馈测量置与压力设定值进行比较运算，经PID调节运算实时控制变频器的输出频率，从而调节三相异步电动机的转速，使供气系统空气压力稳定在压力设定值上。通过变频器PU接口的RS-485串行通信可以读入除频率外的变频器的其它运行参数，如电流、电压和功率等。

这样由PLC、变频器、三相交流异步电动机、压力传感器（变送器）等组成压力反馈闭环控制系统，能够自动地调节三相交流异步电动机的转速，使供气系统空气压力稳定在设定范围内，实现空压站的恒压控制。

控制系统的硬件选型和设计

1. 系统的主要控制要求

采用PLC控制进行空压站技术改造后，系统的主要控制要求如下：

（1）控制系统有手动和自动两种方式。在自动运行时（可预先设定变频器控制的机组，1＃或2＃机组）根据压力传感器输出的模拟电流信号（4～20mA）由PLC进行PID调节运算，控制变频器在25～50Hz之间节能地运行。

3＃～5＃机组的控制要求为：①当管道压力低于工作压力下限值（预先设定）并且变频器输出频率在上限值（可预先设定）时，经过延chi（延chi时间可设置）由PLC控制3＃、4＃其中一台机组起动，直至3＃～5＃机组全部起动；②当管道压力大于工作压力上限值（预先设定）并且变频器输出频率在下限值（可预先设定）时，经过延chi（延chi时间可设置）按照“先起先停”的原则由PLC停止3＃～5＃中已经运行的一台机组。同样，在上述工作压力和变频器输出频率两条件不变时，可继续停一台空压机组直到停完所有备用的空压机组；

（2）压力信号取自压力变送器，工作压力上下限可由PLC设置；

（3）手动工作时只有3＃、4＃、5＃机组的起、停可以通过手动按钮操作，其它工作情形和自动工作方式时一样；

（4）变频器在PID调节故障时可以使用电位器进行人工调速；

（5）人机界面要求。变频器的运行监视参数可通过RS-485串行接口，经PLC由触摸屏进行远程显示。机组的起、停延chi间可通过触摸屏修改（20～600s）。

2. 系统的硬件选型

根据控制要求和控制规模的大小，这里选用三菱公司的FX系列小型PLC作为系统的主控制器，通讯扩展板选用FX1N-485-BD，变频器选用三菱的FR-A700系列，触摸屏选用F940系列，压力传感器则选择TPT503压力传感器。

（1）系统的主控制器——FX1N-40MR。FX1N系列属于FX系列PLC中普及型的子系列，经过扩展适当的模拟量模块并使用PID指令，完全可以满足对中等规模空压站控制系统闭环模拟量的控制要求。根据系统的控制规模和对I/O点数的要求，这里系统的控制器选择的是FX1N-40MR，为继电器输出型，定做自动化控制柜，有24点开关量输入，16点开关量输出。

FX1N系列PLC在加装了通信扩展板FX1N-485-BD后，通过网线与变频器的PU接口相连后可与之进行PU接口的RS-485串行通信，变频器的运行监控参数，如电流、电压和功率等都可读入到PLC中。

（2）模拟量输入/输出模块——FX0N-3A。FX0N-3A模拟量输入/输出混合模块有两个模拟量输入通道（0～10V电压或4～20mA电流）和一个模拟量输出通道。输入通道接收模拟信号并将模拟信号转换成数字值，输出通道将内部数字值转换成对应比例的模拟信号。输入/输出通道选择的电压或电流形式由用户的接线方式决定。FX0N-3A可以连接到FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N等系列的PLC上。

FX0N-3A的分辨率为8位。FX0N-3A在PLC扩展母线上占用8个I/O点。这8个I/O点可以分配给输入或输出。所有数据传输和参数设置都是使用PLC中的FROM/TO指令，通过编程调节控制的。PLC基本单元和FX0N-3A之间的通信由光电耦合器进行保护。自动化控制柜

检查PLC常见故障是软件和硬件两大部分。建议先做一个PLC初步检查，判断PLC故障的大致范围，然后逐步缩小检查范围，直至查出具体的故障点，确定了故障的大致范围后，可以着手进行详细的PLC常见故障维修检查和处理。

1、PLC输入、输出设备的故障检查及处理

检查和处理输入和输出设备故障是PLC系统维修的主要工作之一。

①PLC输入设备的检查及处理

由于现场环境的原因，输入设备的电气元器件及连接电路易出现故障，如开关、接触器、传感器等，一是元器件本身有故障，开关、继电器、接触器的触点易打火或氧化，出现烧坏或接触不良的故障，传感器的输出信号不稳定或失灵等；二是连接线路的故障，如短路、断路，线路的绝缘下降而接地，接线端氧化或锈蚀出现接触不良。以上故障通过观察或用万用表测量，大多能发现问题，对症处理即可。

②PLC输出设备的检查及处理

首先将执行机构切至“硬操”控制状态，手动操作，观察执行机构能否正确动作。如果“硬操”不正常，应检査执行机构电气控制部分是否正常，执行机构是否卡滞，电动机、继电器、电磁阀、电动调节阀动作是否灵活。“硬操”正常，再切至“软操”，用输入信号操作来判断故障的部位。检査故障时除考虑器件本身的因素，还应检查故障是否由外部原因造成，负载过大，机械卡滞出现的过流对电气触点的影响或损坏。

2、PLC输入、输出接口电路的故障检查及处理

PLC的I/O是CPU与外部控制对象沟通信息的通道，能否正常工作，除了和输入、输出设备有关，还与连接导线、接线端子、熔丝等元件的状态有关，也是PLC使用中易出现故障的环节，I/0检查流程如图2所示。

图2 PLC系统I/O检查流程示意图

由于I/O故障极易发生，以PLC输入、输出端子排列示意图(图3)为例对故障检査方法作介绍。

图3 PLC输入、输出端子排列示意图

①输入回路的检查及处理

判断某只按钮SB、限位开关、触点等输入回路的好坏时，可在PLC非运行状态下，送电后按下任一个输入触点，使对应的PLC输入点与公共端COM被短接，触点对应的输入指示灯会亮，说明该触点及线路正常。指示灯不亮，有可能是该触点损坏，连接导线接触不良，或者断路。

如果触点是好的，可用一根电线把要检查的PLC输入点与公共端COM短接，如果指示灯亮，说明线路有故障；指示灯不亮，说明此输入点已损坏。操作时要小心，不要碰到220V或110V输入端子上。

还可用万用表直流电压挡测量PLC输入端与COM端的电压来判断故障。PLC输入端与COM两端子未短接时，相当于无信号输入，大多数PLC两端子之间电压应为24V，有信号输入时，两端子之间电压应为0V。用万用表的直流电流挡，测量任一个输入端与COM端子的电流，两端子内部输入电路正常时，该通道的对应指示灯会亮，电流应在7-10mA左右，大于10mA或小于3mA，说明端子内部已损坏，该PLC需要更换或维修。

②PLC输出回路的检查及处理

PLC输出用得duo的是继电器触点输出型，只有在运行状态PLC的输出端子才有开关信号输出，相应输出端子的输出指示灯也同步点亮。脱开与外部负载电路的连接，相应端子指示灯点亮时，用万用表电阻档测量输出端子与COMx端子之间电阻值接近0Ω，说明端子内部电路处于接通状态。在非输出状态下，输出端子与COMx之间的电阻值应为无穷大。

如果PLC输出指示灯亮，所对应的电磁阀、接触器不会动作，先检查外部负载电路的供电电源是否正常；可用电笔测对应输出点的公共端子COMx，电笔不亮，对应的熔丝熔断或电源有故障。电笔亮，说明电源正常。可能是电磁阀、接触器、线路有故障。排除电磁阀，接触器、线路故障后，仍不正常，就用一根电线，一端接对应的输出公共端，另一端接触所对应的PLC输出点，如果电磁阀等仍不动作，说明输出线路有故障。电磁阀能动作，问题在PLC输出点。用万用表电压挡测量PLC输出端子与公共端COMx之间的电压应为0V。在非输出状态，即端子指示灯不亮时，输出端子与公共端COMx之间的电压值，应为外部负载电路供电电压值，说明PLC输出点正常，故障点在外围。

在信号输出状态下，输出端子电阻应为无穷大，或电压值为外部负载供电电压值；在非输出状态下，输出端子出现一定电阻值或处于短路状态，输出端子间电压值低于供电电压值或为0V，说明端子内部电路已经损坏，需要进行更换。

有时PLC输出指示灯不亮，但对应的电磁阀、接触器能动作，有可能是此输出点的触点粘连断不开，把此输出点的接线拆下，用万用表测量输出点与公共端COMx的电阻值，电阻值较小输出触点已坏，电阻无穷大触点是好的，可能是对应输出指示灯损坏。

3、PLC系统故障检查及处理

①PLC硬件故障的检查及处理

PLC的硬件故障应具有持续性和再现性的特点。因此，通断几次电源或执行几次复位操作后，故障现象仍然相同，可用备件替换来判断是不是硬件的故障。故障不再出现说明不是硬件问题，可能是瞬时供电波动或电磁干扰所致。

PLC硬件故障大多是电子元件质量不稳定或现场环境恶劣引发的，如电子元器件损坏使PLC不能正常工作，外部电压过高使电子元件损坏等；PLC系统rong易出现故障的部件是电源部件和I/O模块，电源部件出现故障会使PLC停止工作，检查电源应从外部电源开始，然后检查主机电源、扩展单元电源、传感器电源、执行器电源。电源有故障明显的就是电源指示灯不亮，先检查电源是否已连接，用万用表测量电源端是否有电压，电压是否正常，观察电源端接线是否有松动，必要时应紧固螺钉，河南自动化控制柜，如果测量有电压但PLC的电源指示灯仍不亮，只有更换电源单元。

②PLC软件故障的检查及处理

PLC大多有自诊断功能，出现模块功能错误时往往会报警，有的还能按预定程序做出反应，可通过观察PLC显示内容：观察电源、RUN、输入输出模块指示灯等显示来判断。电源正常，各指示灯也指示正常，如果输入信号正常，但系统功能不正常，如无输出或程序动作出现混乱时，可按先易后难、先软后硬的原则，先检查应用程序是否出现问题，可采用程序逻辑推断进行检查，先阅读梯形图大概了解设备工艺或操作过程;然后根据输入输出对应表及输入输出逻辑功能表，再采用反向检查法，从故障点查到PLC的对应输出继电器，反查满足其动作的逻辑关系。经验表明，查到有问题处，基本就可以排除故障了，因为设备同时有两个或两个以上的故障点是不常见的。

应用程序储存在PLC的RAM中，其具有掉电易失的缺点，当后备电池耗净或后备供电系统发生故障时，应用程序就可能出现紊乱或丢失的情况，有时过强的电磁干扰也会引发应用程序出错，如雷电的影响。应用程序出故障，只有重新装载应用程序，因此，备份和保管好应用程序是PLC维修工作重要的一个环节。

PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

开关量的逻辑控制

这是PLC基本、广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

数据处理

现代PLC具有数学（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

哪种厂牌PLC市场占有率高。

目前还没有哪个机构能公布调研数据并得到大家的认可。

小型机：三菱FX 西门子S7-200 欧姆龙CP系列

中型机：西门子S7-300 三菱Q系列

大型机：西门子S7-400

各个行业厂商占有率不同。

不同国家的企业也不同 亚企业 三菱 欧姆龙 LG比较多。欧洲企业西门子 AB 施耐德比较多。

作为一个合格电qi工程师：三菱 西门子是必备的技能。

PLC本身是通的。精通一个在学其他的很容易了。可编程序控制器（PLC）是一种在工业中被广泛应用的自动控制元件。然而PLC应用与编程人才短缺已经成为制约我国自动控制领域发展的瓶颈。通过学习PLC可编程控制器程序设计使学员掌握可编程序控制器的工作原理和PLC控制系统硬件软件的设计方法，可编写复杂的PLC程序，为从事PLC控制系统的设计、调试和改造工作打下基础。可以独立承担相关项目的设计与开发。让您由一位电工升级为货真价实的工程师！

随着现代工业设备自动化，越来越多的工厂设备将采用PLC人机介面等自动化器件来控制，因此设备自动化程度越来越高。对设备的维护人员的技术要求越来越严格。作为一名合格的技术员，需要掌握的技能也越来越多，越来越全，以此来满足自动化的发展及要求，

学习PLC编程一点也不难。有的初学者在理论上花了很多功夫，结果半年下来还是没有把PLC搞懂，其实他们只是缺少了一些PLC的实践经验，只要再进行一些实际的梯形图编写、程序、调试等操作，增加对PLC的感性认识，很快就可以掌握PLC这项技术了。开始阶段可以先学习一种品牌的PLC，因为所有的PLC原理都是差不多的，掌握了一种PLC其它的只要翻阅一下手册也就能上手使用了。

初学时可以编一些简单的梯形图，如触点的与、或、输出等，在PLC的机器里运行一下。成功了就会增加你学习的兴趣、和信心。然后再把PLC的主要功能逐个运用一次，比如高速计数器，你可以用PLC本身的脉冲输出端接到高速计数器的输入端，下好的梯形图，打开变量观察窗口，运行程序，观察计数的值是否正确。经过了这样的实践，你基本上知道PLC到底能做哪些事情了，在实际的工控应用中就能做到胸有成竹了。

1。电工原理和电机原理一定要懂，简单的就记背也要背下来，比如马达容量1KW2A，正反转，星三角接线，电线容量。电阻，电感，电容的特性等

2。液压和气动也要掌握，比如压力换算，压力和电流的比例换算，这在有压力控制上都要用到

3。电线截面要会看，销售自动化控制柜，线拿到手就知道几平方的，还有什么电器上该用什么线，比如马达就用4线的，3根主线1根接地。从变频器上出来的要用屏蔽线。

4。机修也要会做，特别是螺丝，一看就知道用几的内角扳手或外六角扳手（别小看了它，平常维修固定螺丝是少不了它的，这样能节约时间）

5。PLC编程自己可以模拟编，简单的如红绿灯，控制小车走等

6。做人要会做，要谦虚，不可能你样样都会。

7。心态要好，保持一颗平常的心

8。平常要多干，短路保护自动化控制柜，就是在苦在累也要，这样技术才能学到手能解决实际问题，反之你只不过是纸上谈兵

对于做项目的

1。四大常用PLC要会，基本指令和功能指令要熟

2。通讯接口要懂

3。电气市场行情要熟，好的和坏的要会区分，列如买到个2手40点的PLC怎么判断它是好的呢？

4。变频器和单片机要懂，变频调速和伺服控制要懂

5。常用电器元件和传感器要知道

6。要会CAD电气制图。