能量消耗和转速的关系式
Q ＝ K１n H ＝ K２n２ P ＝ QH ＝ K１nK２n２ ＝ K３n３ 式中 K１ ，K２，K３ —— 常数
n —— 电机的转速 n 可近似的表示为 n ＝ K０ f，即与供电的频率成 正比。当频率为 ５０ Ｈｚ 时，n ＝K０×５０ （ｒ ／ ｍｉｎ） ，功率 P１ ＝ K３ （K０×５０）３；当频率为 ４０ Ｈｚ 时，n ＝ K０×４０ （ｒ／ ｍｉｎ），功率 P２ ＝ K３ （K０×４０）３；则此时 P２／ P１ ＝ ５１．２％，由此可得，但电源的频率由 ５０ Ｈｚ 变为 ４０ Ｈｚ
第 ３４ 卷 ２００６ 年第 １２ 期
基于 ＰＬＣ 控制的空压机变频调速系统
论文编号：１ ０ ０ １ － ３ ９ ５ ４ （ ２ ０ ０ ６ ） １ ２ － ０ ０ ９ ４ － ０ ９ ６
基于 ＰＬＣ 控制的空压机 变频调速系统
＊ 张学燕 １ 张建峡 １ 张 田 ２
１ 贵州大学电气工程学院 贵州贵阳 ５５０００３ ２ 贵州大学矿业学院
Ｆ ２．００ Ｆ ２．０５
１
启动运行方式设定为先制动再从启
Байду номын сангаас
动频率启动
１
加减速方式设定为 ｓ 曲线加减速
Ｆ ２．０８
２
停机方式设定为减速停机 ＋ 直流制动
Ｆ ２．１３
１
选择为能耗制动
ＦＦ 组参数为通讯参数
根据 ＰＬＣ 的配置设定
ＦＦ 组参数为电机参数
根据现场使用的实际参数设定，其 余参数为变频器默认值
学在读硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动。
９９４４
Mining & Processing Equipment
基于 ＰＬＣ 控制的空压机变频调速系统
第 ３４ 卷 ２００６ 年第 １２ 期
机变频启动，转速从零开始上升，若达到预设的频率 上限值 ４８ Ｈｚ 时，延时一段时间后风包出口处的压力 仍不能达到预设的压力值 （０．５５ ￣ ０．６５ ＭＰａ），则由 ＰＬＣ 通过控制中间继电器的通断将 １＃ 空压机切换到 工频运行，同时将 ２＃ 空气压缩机切换到变频状态， 变频启动 ２＃ 空压机。若 ２＃ 空压机达到频率上限时， 延时一段时间后仍不能满足要求，再自动将 ２＃ 空压 机切换到工频运行，变频启动 ３＃ 空压机。当用风量 减小，若 ３ 台空压机同时运行时，３ ＃ 空压机变频运行 而此时变频器的频率降到频率的下限值 ２０ Ｈｚ 时，则 自动停止 １＃ 空压机，若还不能满足要求，则自动停 止 ２＃ 空压机的运行。当空压机运行的过程中出现一 级、二级气缸排气温度过高，润滑油温度过高，风包 温度过高，一级、二级压力过高及润滑油压力过高， 断水等故障时，系统会发出声光报警信号，提示有关 的工作人员及时地排除故障。
数值作为冲击疲劳裂纹形成寿命 N０．０２，试样被冲断时 的 N 值定为冲击疲劳总寿命 Nｆ，冲击疲劳裂纹扩展
＊ 作者简介：倪自飞，男，１ ９ ８ ０ 年生，江苏大丰人，硕士研 究生，主要从事高强耐磨材料的研究与应用工作。
寿命为 Nｐ＝Nｆ－N０．０２。
２ 试验结果及其分析
２．１ 不同热处理状态组织和力学性能
１．３ 变频器运行及控制参数
控制系统选用爱默生 ＥＶ２０００ 系列通用变频器， 其主要的运行和控制参数如表 １ 所示。
表 １ 变频器主要运行和控制参数
参数
设置
说明
Ｆ ０．００
２
频率给定通道选择：串行口给定
Ｆ ０．０３ Ｆ ０．０４
２
运行命令选择通道：串行口运行命
令通道
０ 或 １ 根据工作现场电机的运转方向设定
位机、压力传感器、温度传感器、显示报警装置等组
成。可编程序控制器 （ Ｐ Ｌ Ｃ ） 为主控的基本单元。在本
系统中采用的是西门子 Ｓ ７ － ２ ０ ０ 可编程序控制器
ＣＰＵ２２４，本机 Ｉ／ Ｏ 点数为 １４ 入／ １０ 出 （ＰＬＣ 硬件接
线图如图 ２ 所示） 。此外，空气压缩机需要保护的项
用 拟输入端口并与设定的压力信号进行比较，通过变频 器的内部 ＰＩＤ 调节功能，控制变频器的输出频率，从
而控制空压机的运行速度。ＰＬＣ 通过检测变频器的运
行状态，自动调整空压机的运行台数，实现变频和工
频的自动切换，从而完成供气压力恒定的闭环控制。
空气压缩变频调速系统原理如图 １ 所示。
控制系统由变频器、可编程序控制器 （ Ｐ Ｌ Ｃ ） 、上
转速。
１．２ 控制过程
启动前，将变频器的机组开关置于欲工作的机 组，工作方式选择置于变频位置，将 ＰＬＣ 的控制开 关置于运行状态，按下启动按钮，机组运行。１＃ 空压
图 １ 空气压缩变频调速系统原理图
＊ 作者简介： 张学燕，女，１ ９ ８ １ 年生，山东泰安人，贵州大
图 ２ ＰＬＣ 的硬件接线图
自由通信模式进行数据的传输。
通
４ 系统优点
用
空气压缩机采用了基于 ＰＬＣ 的变频调速改造后， 具有以下明显的优点。
（１） 保证了压力的恒定。电机变频运行后保持了
风包出口压力的压力恒定，压力的波动范围控制在了 ±０．０２ ＭＰａ，从而保证了风动工具工作的可靠性。
（２） 改造后的系统具有了显著的节能效果。根据
１ 试验材料及其试验方法
试验材料为商用的 ４０Ｃｒ，直径为 φ ４０ ｍｍ，力
学性能试验取材于此棒料，进行机械加工，抗拉强度
试样加工成直径为 φ ８ ｍｍ 的标准短试样，冲击试样
加工成 １０ ｍｍ×１０ ｍｍ×５５ ｍｍ 的 Ｕ 型标准缺口试
通
样。拉伸试验在 ＷＥ－３０ 型试验机进行，不同温度下 的冲击实验均在 ＪＢ－３０／ １５ 型冲击试验机上进行，用
的时候，就可节约电能为 ４ ８ ． ８ ％ ，可见系统的节电效 果还是非常的可观的。
（ ３ ） 由于 Ｐ Ｌ Ｃ 的应用，提高了系统的控制精度和
运行稳定性，增强了抗干扰能力，动态响应变快，系 统的自动化程度得以提高，井下用风的质量得到改 善，提高了生产效率。
（４） 在系统进行了改造后空气压缩机的其它方面 的性能也得到了改善，节省了大量的人力物力，减轻 了操作人员的劳动强度，体现了基于 ＰＬＣ 变频调速
８５０ ℃ 油冷 ＋２００ ℃ 回火 １ ９３８．２ ５．９ ２４．３ ２２．３ ５１．７
图 １ 不同热处理 ４０Ｃｒ 钢的组织。正火低温回火 热处理的组织为铁素体和珠光体组织，由于形成的珠 光体较细，光学显微镜下呈黑色 （ 图 １ ａ ） ，正火高温回 火珠光体粒状化，其组织为铁素体和粒状珠光体 （图 １ｂ），淬火低温回火的组织为回火板条马氏体组织 （图 １ｃ）。
２．２ 不同热处理状态多冲疲劳起始及总寿命
表 ２ 是 ４０Ｃｒ 不同热处理状态的冲击疲劳裂纹形 成寿命 （N０．０２） 和冲击疲劳总寿命 （Nｆ ） 及疲劳裂纹扩
不同热处理条件下 ４０Ｃｒ 组织及 多冲疲劳性能的研究
倪自飞 程巨强 刘志学 王元辉
西安工业大学材料与化工学院 陕西西安 ７１００３２
实 际应用中，许多零件或构件承受多次冲击载 荷的作用而失效，如凿岩设备中的钎杆、钎 头，锻造设备中的锤杆和锻模等的失效和多冲疲劳有 密切的关系，多次冲击疲劳性能是表征材料性能的主 要指标之一。４０Ｃｒ 是用来制造较重要的调质零件的 常用材料，也是目前凿岩钎头使用量较大的钢种之 一。本文研究了 ４０Ｃｒ 不同热处理条件下 ４０Ｃｒ 的组 织、力学性能和多次冲击疲劳性能，为这种钢的应用 提供试验依据。
Ｈ Ｒ Ｃ － １ ５ ０ 洛氏硬度仪测定试样的硬度。用 Ｎ Ｅ －
用
ＯＰＨＯＴ３ 型光学显微镜 （ Ｏ Ｍ ） 观察金相组织，腐蚀液
为 ４％ 的硝酸酒精溶液。用 Ａｍａｒａｙ－１０００Ｂ 型扫描电
子显微镜观察冲击疲劳断口型貌。冲击疲劳试样尺寸
为 １０ ｍｍ×１０ ｍｍ×１３０ ｍｍ，中间用直径为 ０．１８ ｍｍ
３ ＰＬＣ 与上位机的通讯
Ｓ７－２００ＣＰＵ 支持多样的通信协议。在本系统中 采用 Ｐ Ｐ Ｉ 通讯方式，ＰＰＩ 通讯协议是西门子专门为 Ｓ７－２００ 系列的 ＰＬＣ 开发的一个通讯协议，主要应用 于对 Ｓ７－２００ 的编程，Ｓ７－２００ 之间的通讯以及 Ｓ７－２ ０ ０ 余 ＨＭＩ 产品的通讯，可以通过 ＰＣ／ ＰＰＩ 电缆或两芯的 屏蔽双绞线进行联网，支持波特率为 ９ ． ６ Ｂ／ Ｓ 、１９．２ Ｂ／ Ｓ 和 １８．５ Ｂ／ Ｓ。
钼丝线切割 ０．５ ｍｍ 深的缺口。多次冲击疲劳试验在
ＤＳＷＯ－１５０ 冲击试验机上进行，冲击能量为 １ ２ ． ５
ｋｇ·ｍｍ，加载频率为 ４５０ 周／ 分。试验时缺口两侧预
先抛光，试验过程用分度值为 ０．００１ ｍｍ 的工具显微
镜每隔一定冲击次数后测量疲劳裂纹长度 a，并以试
样两侧裂纹平均长度 a ＝０．０２±０．００１ ｍｍ 时的冲击次
改造的优越性，具有明显的社会效益和应用前景。 （下转第 ９６ 页）
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Mining & Processing Equipment
第 ３４ 卷 ２００６ 年第 １２ 期
不同热处理条件下 ４０Ｃｒ 组织及多冲疲劳性能的研究
论文编号：１ ０ ０ １ － ３ ９ ５ ４ （ ２ ０ ０ ６ ） １ ２ － ０ ０ ９ ６ － ０ ９ ７
表 １ ４０Ｃｒ 不同热处理状态力学性能
热处理工艺
σｂ （ＭＰａ） δ５ （％） ψ（％） AＫＵ （Ｊ） ＨＲＣ
８５０ ℃ 正火 ＋２００ ℃ 回火 ９５９．７ １９．０ ４４．８ １０８．５ ２２．７
８５０ ℃ 正火 ＋５２０ ℃ 回火 ８９３．７ １８．９ ５９．８ ７４．０ ２１．２
表 １ 是 ４０Ｃｒ 不同热处理状态下的力学性能。可 以看出，４０Ｃｒ 正火低温回火后的强度要比正火高温 回火的高，同时正火低温回火材料具有极高的冲击韧 度值；油淬低温回火虽具有最高的强度，但塑性指标 下降，冲击韧度值最低，因此对于 ４ ０ Ｃ ｒ 正火低温回 火处理材料具有良好的强韧性配合。