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，高新技术电气柜，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***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，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的最分辨率为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。电气柜
电气控制柜设计制作：结构与工艺篇
PLC内部许多具有不同功能的元件，这些元件是由电子电路和存储器组成的。例如，输入继电器（X）是由输入电路和输入映像寄存器组成的，输出继电器（Y）是由输出电路和输出映像寄存器组成，定时器（T）、计数器 （C）、辅助继电器（M）、状态继电器（S）、数据寄存器（D）、变址寄存器（Ⅴ、Z）等都是由存储器组成的。
为了把它何与通常的硬件元件区分开，通常把这些元件称为软元件，它们是等效抽象的模拟的元件，并非实际的物理元件。以工作过程来看，只注重元件的功能，二七区电气柜，按元件的功能给予名称，并且每个元件都是有确定的地址编号。
1、输入继电器（X）；它与PLC的输入端子相连，是PLC接收外部开关信号的大门，PLC通过输入端子将外部信号状态读入并存储在输入映像寄存器中。与输入端子连接的输入继电器是光电隔离的电子继电器，在PLC程序中其动合触点、动断触点很多很多。
例如：FX2NPLC的输入继电器采用八进制地址编号，如Xo~X7、X10~X17、X20~X27等。 PLC输入信号的接线图参考下面图示。
如把启动按钮SB1信号和停止按钮SB2信号送入到PLC，分别把其一端接到Xo求X1，另一端接到输入端的CoM场，即可把对应的按钮开关信号送入PLC中。如果SB1按钮为0FF状态，则在PLC程序中的Xo的所有触点都是保持原有状态，即动合触点保持断开，动断触点保持闭合。如果SB1按钮为0N状态，则在pLC程序中的X0的所有触点都要动作，即动断触点断开，动合触点闭合。
2、输出继电器（Y）；输出继电器与PLC的输出端子相连，高效电气柜，它是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器是用来将PLC的输出信号传送给输出单元，再由输出单元来驱动外部负载。在PLC程序中有输出继电器的线圈及其触点。 在程序中其线圈一般只出现一次，而其触点可以不受限制。其地址编号与输入继电器类似，采用八进制地址编号，如Y0~Y7、Y10~Y17、Y20~Y27等。
当PLC程序中的Y0线圈状态接通为0N时，则程序中Y0的所有触点就会动作，动合触点闭合，动断触点断开。并且在外围电路（见上图所示），Y0端子与C0M1端子会连通，则Y0所控制的负载HL1就会接通其工作电源而点亮。当程序中Y0的线圈断开为0FF时，程序中Y0的所有触点保持原来状态，动合触点断开，动断触点闭合。并且在外围电路中，Y0端子与C0M1端子会断开，则Y0所控制的负载HL1未接通，其工作电源控制的灯不亮。
学习PLC靠老师教一部分，主要靠自己动手，并且要系统的学习PLC的一系列知识。刚开始入门觉得有点难，等你尝到它的其中乐趣时，就会乐不思蜀。学习时一步一个脚印，由浅而深，由简单到复杂，技术没有捷径可走。
一、查找故障的设备
PLC的指示灯及机内设备，有益于对PLC整个控制系统查找故障。编程器是主要的诊断工具，补偿电气柜，他能方便地插到PLC上面。在编程器上可以观察整个控制系统的状态，当您去查找PLC为核心的控制系统的故障时，作为一个习惯，您应带一个编程器或笔记本。
二、基本的查找故障顺序
提出下列问题，并根据发现的合理动作逐个否定。一步一步地更换各种模块，直到故障全部排除。所有主要的修正动作能通过更换模块来完成。 除了一把螺丝刀和一个万用电表外，并不需要特殊的工具，不需要示波器，精密电压表或特殊的测试程序。
1、PWR（电源）灯亮否？
如果不亮，在采用交流电源的框架的电压输入端（98-162VAC或195-252VAC）检查电源电压；对于需要直流电压的框架， 测量+24VDC和0VDC端之间的直流电压，如果不是合适的AC或DC电源，则问题发生在PLC之外。如AC或DC电源电压正常，但PWR灯不亮，检查保险丝， 如必要的话，就更换CPU框架。
2、PWR（电源）灯亮否？
如果亮，检查显示出错的代码，对照出错代码表的代码定义，做相应的修正。
3、RUN（运行）灯亮否？
如果不亮，检查编程器是不是处于PRG或LOAD位置，或者是不是程序出错。如RUN灯不亮，而编程器并没插上，或者编程器处于RUN方式 且没有显示出错的代码，则需要更换CPU模块。
4、BATT（电池）灯亮否？
如果亮，则需要更换锂电池。由于BATT灯只是报警信号，即使电池电压过低，程序也可能尚没改变。更换电池以后， 检查程序或让PLC试运行。如果程序已有错，在完成系统编程初始化后，将录在磁带上的程序重新装入PLC。
5、在多框架系统中，如果CPU是工作的，可用RUN`继电器来检查其它几个电源的工作。如果RUN继电器未闭合(高阻态)，按上面讲的第yi步检查AC或DC电源如AC或DC电源正常而继电器是断开的，则需要更换框架。
三、一般查找故障步骤
其他步骤于用户的逻辑知识有关。下面的一些步骤，实际上只是较普通的，对于您遇到的特定的应用问题，尚修改或调整。查找故障的工具就是您的感觉和经验。首先，插上编程器，并将开关打到RUN位置，然后按下列步骤进行。
1、如果PLC停止在某些输出被激励的地方，一般是处于中间状态，则查找引起下一步操作发生的信号（输入，定时器，线川，鼓轮控制器等）。 编程器会显示那个信号的ON/OFF状态。
2、如果输入信号，将编程器显示的状态与输入模块的LED指示作比较，结果不一致，则更换输入模块。入发现在扩展框架上有多个模块要更换， 那么，在您更换模块之前，应先检查I/O扩展电缆和它的连接情况。
3、如果输入状态与输入模块的LED指示指示一致，就要比较一下发光二极管与输入装置（按钮、限位开关等）的状态。入二者不同，测量一下输入 模块，如发现有问题，需要更换I/O装置，现场接线或电源；否则，要更换输入模块。
5、如信号是线川，没有输出或输出与线川的状态不同，就得用编程器检查输出的驱动逻辑，并检查程序清单。检查应按从有到左进行， 找出第yi个不接通的触点，如没有通的那个是输入，就按***和第三步检查该输入点，如是线川，就按第四步和第五步检查。要确认使主控继电器步影响逻辑操作。
6、如果信号是定时器，而且停在小于999.9的非零值上，则要更换CPU模块。
7、如果该信号控制一个计数器，首先检查控制复位的逻辑，然后是计数器信号。按上述2到5部进行。
四、更换系统的步骤
1、更换框架
（1）切断AC电源 ；如装有编程器，拔掉编程器 。
（2）从框架右端的接线端板上，拔下塑料盖板，拆去电源接线。
（3）拔掉所有的I/O模块。如果原先在安装时有多个工作回路的话，不要搞乱IU/O的接线，并记下每个模块在框架中的位置，以便重新插上时不至于搞错。
（4）如果CPU框架，拔除CPU组件和填充模块。将它放在安全的地方，以便以后重新安装.
（5）卸去底部的二个固定框架的螺丝，松开上部二个螺丝，但不用拆掉。
（6）将框架向上推移一下，然后把框架向下拉出来放在旁边。
（7）将新的框架 从顶部螺丝上套进去，
（8）装上底部螺丝，将四个螺丝都拧紧。
（9）插入I/O模块，注意位置要与拆下时一致。
如果模块插错位置，将会引起控制系统危险的或错误的操作，但不会损坏模块。
（10）插入卸下的CPU和填充模块。
（11）在框架右边的接线端上重新接好电源接线，再盖上电源接线端的塑料盖。
（12）检查一下电源接线是否正确，然后再通上电源。仔细地检查整个控制系统的工作，确保所有的I/O模块位置正确，程序没有变化。
2、CPU模块的更换
（1）切断电源，如插有编程器的话，把编程器拔掉。
（2）向中间挤压CPU模块面板的上下紧固扣，使它们脱出卡口。
（3）把模快从槽中垂直拔出。
（4）首先将印刷线路板对准底部导槽。将新的CPU模块插入底部导槽。
（5）轻微的晃动CPU模块，使CPU模块对准顶部导槽。
（6）把CPU模块插进框架，直到二个弹性锁扣扣进卡口。
（7）重新插上编程器，并通电。
（8）在对系统编程初始化后，把录在磁带上的程序重新装入。检查一下整个系统的操作。
3、I/O模块的更换
（1）切断框架和I/O系统的电源。
（2）卸下I/O模块接线端上塑料盖。拆下有故障模块的现场接线。
（3）如果CPU上装着EPROM存储器，把EPROM拔下，装在新的CPU上。
（4）垂直向上拔出i/o模块。
