1、编 号 ：（ ）字 号本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： 姓名： 学号： 班级： 二八年六月空压机自动控制系统设计自动化 043XX333中 国 矿 业 大 学本 科 生 毕 业 设 计姓 名： XX 学 号： 学 院： 信息与电气工程学院 专 业： 自动化 设计题目： 空压机自动控制系统设计 专 题： 指导教师： XXX 职 称： 讲师 2008 年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 信息与电气工程学院 专业年级 自动化 04-3 学生姓名 董佳 任 务 下 达 日 期 ： 2008 年 2 月 25 日毕业设计日期：2008 年 2 月 25 日至 2008 年 6
2、 月 20 日毕业设计题目：空压机自动控制系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求： 学习空压机的工作过程并掌握其监控要求； 学习并掌握施耐德 TSX 系列 PLC 的使用方法； 学习并掌握组态王软件的使用方法； 设计空压机自动监控系统； 翻译；院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字：年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论
3、及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字：年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况回 答 问 题提 出 问 题 正 确基 本正 确有 一般 性错 误有 原则 性错 误没 有回 答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要 空气压缩机是一种通过压缩气体来提高气体压力或输送气体的动力供给设备。空压机用途很广，种类也很多，螺杆式空气压缩机以其结构简单，工作效率高等特点
4、，广泛应用于工业生产领域，但在其应用规模不断扩大的同时，其控制方式落后、自动化程度不高、维修量大等问题也日渐突出。计算机监控技术和计算机网络技术的发展，为人们改变空压机控制方式，提高自动化程度提供了便利。本文就是采用了螺杆式空气压缩机，利用 PC 机对其进行远程监控，从而实现本论文所提出的空压机自动控制。论文给出了空气压缩机自动控制系统的总体设计方案、控制系统设计，程序设计及上位机监控系统设计。上层采用工业以太网(TCP/IP)，用于上位机PC 和下位机 PLC 之间的通讯，实现办公室的 PC 机网络监控;底层采用 MODBUS现场总线用于下位机与 TSX 之间的通信.系统程序设计利用 PLC
5、 编程软件PL7，依据总管压力变化，实现了空压机自动控制。该系统能够根据总管压力变化进行自动控制，使空压机维持在最佳运行状态，延长了机器的使用寿命，提高了管理水平, 控系统操作方便、报警及时、显示直观、维护方便、运行稳定、可靠;工业以太网数据传输稳定可靠，实时性高，提高了办公自动化。关键词：空压机; 可编程控制器(PLC); 自动控制ABSTRACTThe air compressor is one kind of equipments that can transform mechanical energy into gaseous energy for increasing the air
6、 pressure or transporting the gaseous energy. With the characteristic of simple structure and high efficiency , screw air compressor is widely used in industry .But the problems such as lag control mode , low automatic level and the maintenance are more and more obvious . The development of computer
7、 network technique provides advantages for changing control mode of air compressor and improving automatic level . This paper is the use of the screw air compressor , using a PCs remote monitoring in order to achieve the automatic control of the screw air compressor .The paper gives the general desi
8、gn plan , control system design , software design and the computer monitoring system design .Depend on industrial Ethernet(TCP/IP), the computer can communicate with PLC to realize network- monitoring system in office . The PLC can communicate with TSX by MODBUS. System software design uses the PLC
9、programming software PL7. Based on changes in main pressure, the system achieve the automatic control of the air compressor.The system can be controlled by itself depending on final pressure and air compressor can work well . The monitoring system has advantages of simple operation ,user-friendly in
10、terface ,good reliability and high resistance against disturbance. The data can be transmitted from PLC through the industrial Ethernet with high reliably and efficiency .Keywords: Air compressor; Programmable Logic Controller(PLC); Auto-control 目 录1 绪论 11.1 课题的提出 .11.2 工业控制系统及国内外相关技术发展概况 .21.2.1 可编
11、程序控制器的发展概况 .21.2.2 现代工业控制系统的现状 .31.3 空压机监控的几种方法 .51.4 本论文的主要内容 .62 空气压缩机 .82.1 概述 .82.1.1 压缩机的分类 .82.1.2 压缩机型号说明 .92.2 活塞式空气压缩机 102.2.1 概述 102.2.2 活塞式空气压缩机工作原理 .102.2.3 活塞式空气压缩机的分类(见表 2.2.1) .102.2.4 活塞式空气压缩机的组成 112.3 螺杆式空气压缩机 .112.3.1 螺杆式空压机的工作原理 112.3.2 螺杆式空压机主要组成部分 122.3.3 螺杆压缩机常见故障及排除方法 173 可编程控
12、制器 .203.1 可编程控制器的产生和定义 203.2 可编程控制器的特点和优势 203.3 可编程控制器的工作原理 213.4 可编程序控制器的主要功能和应用 234 空压机自动控制系统结构设计 .244.1 本设计情况概述与系统具体要求 244.1.1 情况概述 244.1.2 系统具体要求 254.2 系统方案的确定 264.3 控制方式的设计 274.4 抗干扰措施 285 系统程序设计 .295.1 PL7 Micro 编程软件 295.1.1 PL7 Micro 的编程功能 295.1.2 终端/PLC 程序传送 305.1.3 PL7 Micro 的诊断功能 .305.1.4
13、PL7 Micro 在线帮助功能 .305.2 系统主程序设计 315.3 通信程序设计 325.3.1 Modbus 协议 325.3.2 Modbus 协议的两种模式 335.3.3 通信程序的实现 345.4 故障判断程序设计 345.5 程控程序的设计 366 上位机监控系统的设计 386.1 组态王系统 386.1.1 工程管理器 386.1.2 趋势曲线系统 396.1.3 报警和事件系统 396.1.4 系统安全管理（用户管理）系统 406.1.5 报表系统 406.2 上位机监控系统的设计 406.2.1 监控画面 416.2.2 报警系统的组态 446.2.3 用户管理 .4
14、47 总 结 .45参考文献 .46致 谢 .47附录 .48翻译部分 .59英文原文 59中文译文 60中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 1 页1 绪论1.1 课题的提出空气压缩机(简称空压机)是一种重要的动力供给设备，它通过压缩取之不尽、用之不竭的空气给外部机械提供动力。随着生产技术的不断发展，其种类日益增多，用途也越来越广泛，几乎遍及工农业、国防、科技、民用等各个领域，如机械，冶金，电子电力，医药，包装，化工，食品，采矿，纺织，交通、原子能和航空航天技术等等 1。空压机作为煤矿生产的主要设备之一，它担负着全矿风动机械和主井卸煤机械的动力供给任务，它工作的可靠性和安全性直接影响
15、着全矿的正常生产和经济效益。 煤矿安全规程第 403、404、405 条对空压机的运转均有明确的规定，因此，必须对空压机的主要技术参数进行实时监控与安全保护，以产生良好的经济效益和社会效益。目前，矿用空气压缩机主要有活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机两种。活塞式空气压缩机由于其落后的控制方式和繁琐的操作过程，现在只有少数小煤矿还在使用。螺杆式空气压缩机则以其结构简单、工作效率高的特点被广泛的应用于各个煤矿中，其控制方式简单，运行数据显示及时、准确，并且有些还能够根据单台空压机排气压力的变化自动的加载和卸载，大大改善了操作过程。但随着计算机监控技术和计算机网络技术的发展，为人们改变空压机控制方式
16、，提高自动化程度提供了便利，因此螺杆式空气压缩机的自动化程度不高、维修量大等问题也日渐突出。本文就是采用了螺杆式空气压缩机，利用 PC 机对其进行远程监控，从而实现本论文所提出的空压机自动控制。另外矿用空压机需要每天 24 小时不间断的运行，但煤矿每时的用风量又都不一样，容易造成供风压力的不稳定，常会出现“大马拉小车”的现象，为避免这种情况空压机就有一段时间工作在空载或轻载状态下，这样就加剧了设备的磨损，缩短了设备的寿命，同时也造成了部分电能的浪费。因此，针对上述情况，就迫切需要研制一种空压机智能监控系统，以提高空压机控制的自动化程度，要求该系统能够根据用风量变化实现全自动控制，并能远程设置监
17、控和报警装置，对超压等意外情况进行有效保护，以减少工作量，提高生产效率，改善工人工作环境。同时该系统的研制不仅对煤矿生产有很强的应用价值，还可以推广到农业、国防等领域中，因而课题的提出具有很强的实际应用价值。1.2 工业控制系统及国内外相关技术发展概况1.2.1 可编程序控制器的发展概况随着社会科技的进步，电气控制系统也在迅速的发展。最初的电气控制是采用继电器、接触器、按钮、行程开关等组成的继电器-接触器控制系统，这种控制系统具有使用的单一性，即根据不同的控制要求设计不同的控制线路，一旦控制要求改变势必重新设计、重新配线。但是，这种控制系统结构简单、维修方便、抗干扰能力强，所以至今在机床及许多
18、机械设备控制系统中仍广泛使用。20 世纪 60 年代，出现了一种能够根据生产工艺要求，通过改变控制程序便能达到控制目的的顺序控制器，它是通过组合逻辑元件的插接或编程来实现继电器-接触器控制线路的装置。它仍然是靠硬件手段完成自动控制任务的，体积大，功能也受到一定的限制，并没有得到普及应用。可编程序控制器 (Programmable Logic Controller)简称 PLC，是在顺序控制器基础上发展起来的以微处理器为核心的通用自动控制装置。20 世纪 60 年代后，在工业生产中迫切需要一种使用方便灵活、运行安全可靠、功能完善的新一代自动控制装置。电子技术和计算机技术的发展为此提供了有利的硬件
19、支持。1968 年，美国通用汽车公司为增强其产品在市场的竞争力，不断更新汽车型号，率先提出采用可编程序的逻辑控制器取代硬件接线的控制电路的设想，并对外招标，1969 年，第一台可编程序的逻辑控制器问世了。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，集成电路体积越来越小，功能越来越强。20 世纪 70 年代初，微处理机问世，70 年代后期，微处理机被运用到PLC 中，使 PLC 的体积大大缩小，功能大大加强 2。1969 年，美国通用汽车公司将第一台 PLC 投入到生产线中使用，取得了满意的效果，引起了世界各国的关注。继日本、德国之后，我国于 1974 年开始研制可编程逻辑控制器。目前全世界有数百家生产
20、 PLC 的广家，种类达300 多种。PLC 无论在应用范围还是控制功能上，其发展都远远超出了当时的设想和要求，它已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用。从 1969 年第一台 PLC 问世到今，可编程控制器大约经历了 3 个阶段 3:第一阶段，所开发的 PLC 容量较小，I/O 点数小于 120 点。用户存储容量中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 3 页在 2KB 左右，扫描速度为 20-50ms/KB，指令较为简单，只有逻辑运算、定时、计数等功能，编程语言采用简单的语句表语言，使用上主要用作开关量控制。第二阶段，PLC 的容量有所扩展，I/O
21、点数达到 512 点- 1024 点，用户程序存储区扩展到 8KB 以上，速度也有所提高，扫描速度达到 5-6ms/KB，指令功能除了基本的逻辑运算、定时、计数外，还增加了算术运算指令、比较指令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。第三阶段，进入 20 世纪 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、性能/价格比以及应用方面都有新的突破。这一阶段的产品向
22、大型和小型两个方向发展。大型产品的 I/O 点数超出 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和通信模块，扫描速度也大大提高，达到 0.47ms/KB，指令功能增加了算术浮点运算指令、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图语言，同时也使用语句表和顺序功能图语言。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性功能发展，有 16 点I/O、24 点 I/O 的整体型小型 PLC，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
23、运算、比较指令以及 PID 调节指令。1.2.2 现代工业控制系统的现状目前，广泛应用的工业控制系统主要有:常规集散控制系(DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM，DCS);由可编程控制器 PLC 构成的控制系统:由工控计算机(INDUSTRIAL PERSONAL COMPUTER )构成的控制系统。(l)集散控制系统DCS 是由回路仪表控制系统发展而来的，在模拟量处理、回路调节方面具有一定的优势。自 1975 年 HENEWELL 公司推出第一套 DCS 后，目前有近百家厂商生产 DCS，约有一万套 DCS 在运行。DCS 已成为大型电厂等重型企业自动控制的重要手段，而且 D
24、CS 作为生产过程的控制手段也在发生变化。DCS 将变得更有效，不受功能或范围的限制，与自动化信息系统紧密结合，成为整个信息系统的一部分。中央控制室将成为数据处理中心和管理中心，输入到中央控制室的信息将被分类，只显示少数原始数据，控制功能全部分散在现场。为使多种计算机系统互联和通信，实现机间通信协议标准化，数据信息和资源共享，DCS 将采用开放式工业计算机系统，构成网络系统，实现分级控制功能。为满足市场竞争和用户需求，DCS 吸收了 PLC 的特长，增加了逻辑运算、布尔函数等功能，可完成模拟、逻辑、顺序控制等操作。为使 DCS 和PLC 融合，在 DCS 网络上留有接口，以便直接容纳 PLC。
25、DCS 硬件努力向小型化、多功能、封闭型模块方向发展，并进一步分散化，同时努力提高性能价格比。(2)可编程控制器系统PLC 是由继电器逻辑控制系统发展而来的，它在数字处理、顺序控制方面具有优势。PLC 是为间歇生产和机械加工而设计的一种专用计算机。PLC采用逻辑流程图和梯形图编程，具有复杂的数学运算、数据处理、统计报表、PID 控制及处理模拟量等功能，尤其是其性能价格比高，因此 PLC 己成为工业控制的主要组成部分。PLC 吸收了 DCS 的优点，在算法上增加了模拟量运算、PID 运算、累积加法运算和电机算法运算，同时还增加了各种模拟量模块及相应的补偿、滤波、校正、报警等功能。PLC 的结构向
26、网络化方向发展，PLC 的站间形成了网络，加强了通信，可由主站协调各子站进行操作管理和 CRT 集中监视。PLC 主站上可连接上位计算机，能用高级语言编程完成图形显示、趋势分析、数据管理、故障诊断和控制报警等功能。远程智能 I/O 网络是 PLC 的另一个发展重点。这是一种新型的工业计算机过程接口装置，是插板智能 I/O 技术与通信网络技术结合的产物，由前端机、通信网络和适配器组成。其特点是采用数字通信及网络隔离技术，抗干扰性强，可靠性好，还具有较完善的自检、自诊断、自复位功能，易于维护，软件和硬件的接口界面友好，采用开放式结构。PLC 和 IPC 可构成功能强大的开放式集散控制系统。(3)工
27、控计算机控制系统工控机 IP 的范围很广，这里专指以商用 IBM PC 个人计算机为基础构成的工业控制计算机。IPC 与商用计算机的区别如下:需满足工业控制实时性的要求，能实时采集数据和处理工业过程中各种参数并把各种操作分成优先等级，能响应实时中断高可靠性，能在粉尘、高温、振动和电磁干扰严重等恶劣环境下长期可靠地运行，能抗工业电网的浪涌、闪变、跌落及尖峰干扰。具有直接连接现场输入信号和控制到现场输出信号的能力。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 5 页可维护性好，便于维修，对硬、软件故障诊断的能力强。IPC 适应工业环境应用，虽然起步晚，但发展迅速，具有下列一系列优点:运算速度快，运
28、算能力强，能进行复杂的数学运算。与微处理器同步发展，更新换代快，容易升级，通用性强。硬盘和内存容量大，内存可扩展到 64MB。支持很多硬件设备，如 CD-ROM 驱动器、声卡、声音识别、光笔和磁带驱动器等。有广泛的硬件供应厂商，其部件很容易在市场上买到。具有开放的体系结构，硬件大多是通用的、标准的。软件资源丰富，品种齐全，软、硬件开发环境及有关工具丰富，有友好的用户界面和图形显示工具。由于 IPC 具有组装简便、灵活、便于使用、维护简单、性能价格比优越等特点，开放的以 IPC 为基础的控制系统将应用于模型复杂、计算量大且困难、实时性要求高的环境。1.3 空压机监控的几种方法空气压缩机作为一种通
29、用机械，为了适应用户的需要和激烈的市场竞争，研究与开发一直在广泛而深入的进行着。因此，空压机监控的方法可总结如下:(l)基于单片机的空压机监控方法该方法以单片机为核心控制器件，并配以模拟量采集模块，信号放大电路、A/D 转换电路等，并可以通过 RS485 通信与中央管理计算机相连，以便能实现集中管理 4。该方法接线简单，操作方便，成本较低，体积也小，但它也存在如下不足:资源及功能过于简单，在很多功能上(如测压、测温等)只能给出初步近似的结果，算法、原理的实现上也受一定的限制。开发平台不完善。开发软件多采用汇编语言，然而，由于汇编语言的程序设计中，编程人员要全面规划内存安排、数据调度、资源分配、
30、开入、开出管理等相关条件，并且软件开发难度大，周期长，难以移植，难以维护。同时在外界干扰的情况下，也容易出现程序跑飞，造成系统不能正常运行。外围模拟电路较多，容易受外界的干扰，尽管采取光电隔离、RC 滤波等一系列抗干扰措施，也会出现系统不稳定的情况。（2）基于 DSP 的空压机监控方法数字信号处理(Digital Signal Processing 简称 DSP)是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波等处理，以得到符合人们需要的信号形式，现在已广泛地应用于网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等领域 5。基于 DSP 的空压机监控方法主要选用通用的可编程 D
31、SP 芯片(该芯片配置了高集成度的 ADC、flash 存储器等）为核心，配以适当的数据采集、电路预处理电路、显示屏、键盘、按钮等，利用 DSP 强大的数据处理能力实现数据的快速处理，高精度计算，以期实现对空压机各个参数实时准确的显示。同时在软件编程上，高级语言(如 C 语言)可以与汇编语言一起使用，提高了编程效率，缩短了开发周期。但 DSP 应用于空压机监控系统中也存在着一定的缺点:DSP 的成本偏高，对于简单的信号处理任务会增加系统的成本。DSP 系统中的高速时钟会带来高频干扰和电磁泄漏等问题，造成整个系统的不稳定，而且 DSP 系统消耗的功率也较大。现场数据记录、报警限制值的输入等操作也
32、不直观、不简便。同时，现场调试也比较麻烦 6。(3)基于 PLC 的空压机监控方法PLC 是专门为工业控制而设计的，它具有其它控制芯片所无法比拟的优点:可靠性高，抗干扰能力强。在硬件方面采用了电磁屏蔽、光电隔离、模拟量和数字量滤波、优化电源等措施并对元件进行了严格的筛选，在软件方面采用了警戒时钟、故障诊断、自动恢复等措施，利用后备电池对程序和数据进行保护，因此，PLC 具有其他工业控制设备更高的可靠性。其平均无故障时间（MTBF）达到(30-50 )10h。编程简单，使用方便。PLC 采用面向过程，面向问题的“自然语言” ，比如梯形图语言编程方式，非常直观，易懂易编，容易推广使用，现代的 PL
33、C 已经使用 IEC1131-3 作为编程语言标准，具有功能清晰、易于理解的特点，正在被技术人员所接纳和采用。功能强大，应用灵活。PLC 的基本功能包括数字和模拟量输入/输出、算术和逻辑运算、定时、计数、步进、移位、比较、代码转换等，还能完成 A/D，D/A 转换以及通讯网络、生产过程监控等功能。PLC 的配置、安装、使用和维护都很简单方便，PLC 标准的积木式结构与模块化的程序设计可以适应大小不同、功能复杂的控制要求，并能适应产品规格或者工艺要求的变化，从而可以节省大量的人力和物力 7。尽管 PLC 具有上述优点，但 PLC 主要是为现场控制而设计的。20 世纪90 年代末，许多 PLC 产
34、品都配备计算机通信接口，通过总线将一台或者多台PLC 相连接，将 PLC 控制性能与个人计算机的友好人机界面相结合 8，本文就是如此实现的。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 7 页1.4 本论文的主要内容本论文的主要工作包括以下几个方面:(l)研究了国内外现代控制的发展动向，并进行了阐述。同时，对目前用于空压机监控系统的几种方法进行了分析和比较。(2)给出了空压机自动控制系统的总体设计方案、硬件构成、软件组态及网络通信配置方案。(3)开发了基于组态王的上位机的远程监控软件。2 空气压缩机2.1 概述2.1.1 压缩机的分类 空气压缩机是一种压缩气体、提高气体压力或输送气体的机械。其
35、种类很多，分类方法各异，结构及工作特点各有不同，现分述如下。见图 2.1.1。压缩机容积式动力式往复压缩机 回转压缩机 透平压缩机 引射器轴驱动 自由活塞 其他类型 轴流 径流 （ 离心 ） 其他类型活塞 隔膜单轴 双轴或多轴液环 滑片回转活塞或摇摆活塞其他类型螺杆 双杆子 其他类型图 2.1.1 压缩机分类活塞式和螺杆式为多见。国内活塞式占了产量的75%，而国外螺杆式则占中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 9 页90%以上，这二种空压机各有其优缺点。螺杆压缩机由于转子型线复杂，制造成本较高，但体积小、重量轻，零件小是其优点。相同排气量的情况下，螺杆式压缩机要比活塞式价格高，其维修必
36、须要专门的知识和经验。一般来讲，由于活塞式压缩机为往复式机器，都有一定的震动。 2.1.2 压缩机型号说明1、型号说明（1）结构4L型空压机的结构4 L20/8压力代号，用工程单位制表示的额定排气压力为8Kgf/cm2，即 105 ； 981.0Pa流量代号,表示额定排气量；表示 L 系列第四种产品往复活塞压缩机结构代号见表 2.1.1；其它各类压缩机结构代号见表2.1.2；表 2.1.1 往复活塞压缩机结构代号代号 含义 代号 含义V V 型 M M 型W W 型 H H 型L L 型 D 两列对称平衡型S 扇型 DZ 对置型X 星型 ZH 自由活塞Z 立式P 卧式 ZT 整体型摩托压缩机表
37、 2.1.2 其它各类压缩机结构代号结构代号 压缩机或机组名称 结构代号 压缩机或机组名称G 隔膜压缩机 YH 液环压缩机GJ 机械驱动隔膜压缩机 HY 回转活塞或摇摆活塞压缩机LG 螺杆压缩机 F 固定风冷容积式压缩机OG 蜗杆压缩机 Y 移动的容积式压缩机机组HP 滑片压缩机 C 车装压缩机机组 为加注结构代号,是指在其相应的压缩机或机组的结构代号之后,应加注字母代号2.2 活塞式空气压缩机2.2.1 概述活塞式空压机是目前使用最多的空气压缩机。与其它类型的空压机相比较，其特点是：工作压力范围广，从低压到高压都能达到，工作可靠且效率高。其主要缺点是：外形尺寸和重量比较大；往复运动件产生的震
38、动大；易损零件较多。2.2.2 活塞式空气压缩机工作原理活塞式空压机是由电动机带动皮带轮通过联轴器直接驱动曲轴，带动连杆与活塞杆，使活塞在压缩机气缸内作往复运动，完成吸入、压缩、排出等过程,将无压或低压气体升压，并输出到储压罐内。其中，活塞组件，活塞与汽缸内壁及汽缸盖构成容积可变的工作腔，在曲柄连杆带动下，在汽缸内作往复运动以实现汽缸内气体的压缩。 2.2.3 活塞式空气压缩机的分类(见表 2.2.1)表 2.2.1 活塞式空气压缩机分类分类方法 名称 说 明按排气量分微 型小 型中 型大 型1mmin 以下110mmin20100mmin100mmin 以上按排气压力分低 压 中 压 高 压
39、（210）10Pa（a=5 ）（10100）10Pa（a=5）（1001000）10Pa（a=5）按气缸排列卧 式立 式角 式气缸水平放置气缸垂直放置各气缸之间有一定夹角，如 L 型、V 型、W 型中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 11 页2.2.4 活塞式空气压缩机的组成从组成机构的构造特点、作用可大致分为四部分。（一）压缩机件包括气缸体、缸头、活塞组、进气阀组、排气阀组等部件。其作用是形成压缩容积、防止空气泄漏、利用活塞的往复运动，完成进气、压缩、排气过程。（二）传动机构包括连杆组，曲轴组、飞轮等部件。其作用是传递动力，迫使气缸内活塞作往复运动。并带动一些辅助装置如冷却用风扇、
40、油泵等工作。（三）辅助装置包括冷却用风扇、水泵、压缩空气冷却器；滑润用油泵、气路系统中的储气罐（俗称风包） 、安全阀、空气滤清器、油气分离器等部件。（四）控制装置包括调速器、减荷阀、调压器等部件、其作用是使管路系统中压缩空气保持一定压力，并能自动调整柴油机的供油量与空压机的负荷相适应。使空压机的排气量与压缩空气的消耗量趋近平衡。油温、油压、排气温度保护装置，它能保证当油压低于允许范围，油温、排气温度高于允许范围时，能自动停机。2.3 螺杆式空气压缩机2.3.1 螺杆式空压机的工作原理在空压机机壳内装有一对转子（见图 2.3.1） ，阳转子具有四个齿，而阴转子具有六个齿，故阳转子的转速为阴转子转
41、速的 1倍。动力机带动阳转子旋转，而阴转子被阳转子带动反方向旋转。进排气口分别设在机壳的两端，机按压缩级数单 极双 极多 极压缩比 28压缩比 750（用于低、中压）压缩比 50 以上（用于高压）按作用次数单 作 用多 作 用活塞往复运动一次（两个冲程）完成一次压缩过程活塞往复运动一次（两个冲程）完成二次压缩过程壳与转子的配合间隙、阳转子与阴转子的啮合间隙都很小。1.吸气完了 2.压缩开始 3.压缩终了 4.排气图 2.3.1 螺杆式空气压缩机当相互啮合的转子在旋转时，使处于转子齿槽与机壳内壁之间的空腔产生周期性的容积变化。空气从进气口被吸入，由于阴阳转子的啮合，迫使空气沿着转子轴线方向移至排
42、气口。在移动的过程中空气被压缩，压力逐渐增加到一定数值时，齿槽的末端正好对正排气口，高压的空气便从排气口排出。阴转子转动一圈六个齿槽各对正排气口即排气六次。虽然每次排气量很少，但转子高速旋转时，每分钟的排气量就很多。如 LGY20-10/7 型螺杆空压机，当阳转子在 3776r/min 工作时，每分钟的排气量可达到 10m（按吸气状态计算） ，排气压力达 70010Pa。为了有效地密封转子之间及转子与机壳之间的间隙和润滑摩擦表面，并且为了吸收空气在压缩时所产生的部分热量，在机壳进气口一端有喷油孔。工作时通过油泵喷出的油雾与吸入的空气混合在一起，一同进入机体内起润滑、冷却、密封作用。排出后通过油
43、气分离器，使压缩空气与润滑油分开。这样润滑油可循环使用。2.3.2 螺杆式空压机主要组成部分(一)传动压缩机件见图 2.3.2，在机壳内部通过滚动轴承 4、5 和 11 装有阴转子 8，与阴转子啮合的阳见转子 7 也是用滚动轴承装在机壳内。在阳转子的右端（动力输入端）用键固定有小齿轮 19，与小齿轮啮合的大齿轮是用滚动轴承装在机壳内，与大齿轮连成一体的传动轴伸出端，用键装有橡胶弹性联轴节 17。联轴节的外圈与动力机的输出轴相连接。动力机的动力通过弹性联轴节带动大齿轮转动，大齿轮带动小齿轮转动而起增速作用，速比为 1：2.6。小齿轮将动力传递给主动的阳转子，阴转子则跟中国矿业大学 2008 届本
44、科生毕业设计 第 13 页随阳转子进行旋转。若原动机的转速若为 1500r/min 则阳转子的转速可达3770r/min。 转子外缘与机壳的径向间隙一般为 0.060.09mm。转子与机壳排气端面的间隙为 0.060.08mm。与进气端面的间隙为 0.240.46mm。齿顶与齿根的啮合间隙为 0.120.16mm。由此可见其配合间隙是比较精密的，它是由加工精度和正确的装配来保证的。当两个转子转动时，空气通过空气滤清器，减荷阀进入机体内，不断被吸入到阴转子的每一个齿槽中。相啮合的齿前端容积逐渐减小，气体压力增加，到规定的压缩比时，恰与排气口接通，完成压缩、排气过程。工作时每分钟排气上万次，因而气
45、流平稳、脉动小。由于阴、阳转子与机壳三者之间均有精密间隙，而转子之间为滚动摩擦，因而使用寿命长、故障少。(二)润滑冷却系润滑冷却系主要元件有主、副油泵（齿轮式）滤油器（过滤式） 、油冷却器（风冷） 、风扇等。油泵和风扇分别由阴转子和阳转子伸出轴上的联轴节 2 1 带动（图 2.3.2） 。图 2.3.2 螺杆压缩机1风扇联轴节；2油泵联轴节；3锁母；4滚动轴承；5滚柱轴承；6机壳；7阴转子；8阳转子；9阳转子端盖；10阴转子端盖；11滚柱轴承；12支管；13圆锥滚柱轴承；14大齿轮；15圆锥滚柱轴承；16压盖：17联轴节；18接筒；19小齿轮图 2.3.3 油路系统示意图1风冷式油冷却器；2风
46、扇；3副油泵；4主油泵；5减荷阀；6压缩机；7储气罐；8油气分离器；9滤油器；10油压表图 2.3.3 中主油泵 4 将汇集在油气分离器 8 底部的润滑油不断输送到油冷却器 1 中进行冷却，再通过滤油器 9 过滤，然后进入空压机机壳下部的油路中，其中一路油是连续地喷入到开始压缩的工作容积中。喷入的油雾与压缩空气混合一同由排气口排出，通过一个单向阀以高速旋转的形式进入油气分离器 8。在这里绝大部分的油被离心力自压缩空气中分离出来，很少一部分油随压缩空气进到储气罐 7。在储气罐中再经过一个羊毛绒精滤芯将其余的油除去，使润滑油得到充分的回收。积存在储气罐底部的油从前后两个回油管靠位能和副油泵抽回到油
47、气分离器 8 中。另外一部分油从机壳油路右端通过油管喷到增速齿轮上，以润滑齿轮工作表面及滚动轴承。润滑后的油通过机壳上的小孔流入空压机的进气腔中；还有一部分油通到排气端转子轴颈处，因转子轴颈上加工有油槽，通入压力油后起密封作用。此处的油部分通向风扇轴承进行润滑，流出的低压油借助副油泵 3 抽回到压力较高的油气分离器中去。主油泵排出的压力油路上，接有油压表 10，可指示主油泵的工作情况。通向减荷阀 5 的油路，其作用见操纵控制系统。在油泵、油冷却器、滤油器中均装有旁通阀，起安全保护作用。如油泵的压力上升到超过允许数值时（80010Pa） ，油泵中的旁通阀即自动开启，使油从排油口流到吸油口，防止油
48、压继续上升。当油冷却器中的油压上升过高，其旁通阀自行开启，油不经冷却器直接通向滤油器，在冬天或工作环境气温较低中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 15 页时，可以利用这个旁通阀不使油通过油冷却器，这样会加快温度上升到正常工作温度。滤油器上的旁通阀作用是当滤油器阻塞、或冷天起动油粘度很大时，旁通阀被压力油顶开，不经过滤芯而直接流到各润滑点去，以免缺油而发生故障。如长时间因滤芯阻塞，旁通阀打开，润滑油未经过滤会大大降低空压机的使用寿命，因此，必须定期清洗滤油器。(三)气路系统气路系统组成部分见图 2.3.4 。空气经过综合式滤清器清除吸入空气中的尘埃后，再通过减荷阀 2，进入机壳内的压缩部分。被转子压缩后排出的空气，经过机壳上的排气口，通过单向阀 7（单向阀的作用是防止在工作时停车。造成高压的空气倒流到机壳中去） 。从单向阀通过的压缩空气进入油气分离气 8 ，从油气分器出来的压缩空气再进入到储气从单向阀通过的压缩空气进入油气分离器 4 中。在储气罐中高频气流的噪音亦可以得到降低。从储气罐出来的压缩空气经由一
