三菱FR—A700系列變頻器在空氣壓縮機(jī)恒壓供氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：該文通過介紹空氣壓縮機(jī)的工作原理，分析空氣壓縮機(jī)能耗的原因，探索出其具有節(jié)能空問，改造成驅(qū)動核心是變頻器，壓力變化的檢測采用壓力變送器，對其中的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了恒壓供氣，具有提高控制性能、延長設(shè)備使用壽命'節(jié)約電能、減小節(jié)流損失等方面的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：變頻器 空氣壓縮機(jī) 軟硬件設(shè)計(jì) 節(jié)能

中圖分類號：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（b）-0072-01

采用并聯(lián)方式連接線路上原有的控制系統(tǒng)和該控制系統(tǒng)，相同時間內(nèi)消耗電能的大小用電度表來計(jì)量，該系統(tǒng)具有延長設(shè)備使用壽命、節(jié)約電能、提高控制性能等方面的優(yōu)勢。

1.節(jié)能原理——生產(chǎn)工藝分析

空氣壓縮機(jī)共有2臺在空氣壓縮機(jī)房中，并網(wǎng)使用，并且一用一備在正常生產(chǎn)情況下，均是132KW螺桿有油的，啟動方式采用星三角降壓方式使得供氣壓力大于用氣壓力，而廠區(qū)內(nèi)在正常情況下0.5-0.6Mpa為壓力范圍，開啟一臺設(shè)備在空氣壓縮機(jī)房中。在生產(chǎn)過程中按照生產(chǎn)工藝要求0.6mpa為設(shè)備的上限壓力定位，因?yàn)椴粩嗟淖兓挠脷饬繉?dǎo)致高壓儲氣罐中的壓力也在變化。當(dāng)壓力高于上限值的時候，空氣壓縮機(jī)不帶負(fù)載空轉(zhuǎn)的電動機(jī)并且不產(chǎn)生高壓氣體，就會自動進(jìn)行卸載工作。不斷的變化的用氣量在使得空氣壓縮機(jī)的加載和卸載不停的進(jìn)行，從而在供氣量和用氣量之間維持平衡。空氣壓縮機(jī)30s的卸載時間，電動機(jī)在卸載時為98A工作電流，24h的運(yùn)行時間。采用星三角降壓方式是原有空氣壓縮機(jī)的啟動方式；空氣壓縮機(jī)100s的加載時間，電動機(jī)在加載時為265A的工作電流。

2.分析壓縮機(jī)系統(tǒng)的耗能

在Pmin-Pmax之間空氣壓縮機(jī)使壓縮氣體的壓力來回變化，儲氣罐或者用氣設(shè)備的最大安全壓力為Pmax；最低壓力值為Pmin，即使用戶保證正常工作的最低壓力，兩者之間的關(guān)系是：P max=（1+δ）Pmin，其中6為10%-25%的百分比數(shù)值。也就是20%以上的時間該空氣壓縮機(jī)在作無用功，處于空載狀態(tài)?？諝鈮嚎s機(jī)電機(jī)在控制方式為加卸載供氣下?lián)碛泻艽蟮墓?jié)能空間。產(chǎn)生的風(fēng)壓力p與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，供電電源的頻率與產(chǎn)生氣體的流量Q都和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n成正比了。那么，當(dāng)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速時，出現(xiàn)非常顯著的節(jié)能效果，在空氣壓縮機(jī)中出現(xiàn)電機(jī)軸功率成立方下降。電機(jī)軸功率節(jié)電對比圖如圖1。

3.設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件

空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況經(jīng)過現(xiàn)場測定，我們來了解一下變頻器在空氣壓縮機(jī)恒壓供氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，控制系統(tǒng)的控制對象是儲氣罐壓力，壓力變送器YB把儲氣罐壓力P轉(zhuǎn)變成為電信號，并且被送到PID智能調(diào)節(jié)器，對比壓力P和設(shè)定值壓力P0，進(jìn)行計(jì)算差值的大小按照既定的PID控制模式，其中出現(xiàn)的控制信號被輸送到變頻調(diào)速器VVVF，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)際壓力P保持始終接近設(shè)定壓力PO，電動機(jī)的工作轉(zhuǎn)速與頻率通過變頻器來進(jìn)行控制。在該控制系統(tǒng)中，啟動空氣壓縮機(jī)電動機(jī)是通過變頻器來實(shí)現(xiàn)的，防止啟動沖擊電流帶來機(jī)械沖擊給空氣壓縮機(jī)。在控制系統(tǒng)中，原有的保護(hù)和控制系統(tǒng)被保留，同時切換功能變頻和工頻增加盜其中，對比節(jié)能效果采用接入三相電度表的方法來實(shí)現(xiàn)。硬件組成如圖2。

4.設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的軟件

PLC的PID程序設(shè)計(jì)是將壓力變送器測量的壓力和定好的壓力由EM235模數(shù)擴(kuò)展模塊來進(jìn)行比較，輸出信號的計(jì)算由PLC內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器來負(fù)責(zé)，維持供氣壓力在給定壓力值附近，通過對變頻器的輸出頻率進(jìn)行控制；比較壓力反饋和給定壓力，得到期望值和被控量氣壓的偏差；變頻器輸出的控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速的交流電頻率值由該偏差經(jīng)內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器來計(jì)算，不僅對異步電動的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，同時相應(yīng)頻率的交流電由變頻器輸出，管路壓力直到等于設(shè)定壓力，最終得到相對穩(wěn)定、比較小波動的氣壓。PID運(yùn)算指令由S7-200系列PLC中的CPU224提供，應(yīng)用時與ST EP 7-Micro/Win編程軟件設(shè)定PID控制參數(shù)通過梯形圖來實(shí)現(xiàn)后，PID運(yùn)算的完成需要執(zhí)行指令PID LOOP、TABLE?？諝鈮嚎s機(jī)恒壓供氣節(jié)能控制系統(tǒng)PLC的PID程序。

5.經(jīng)濟(jì)效益分析

空氣壓縮機(jī)恒壓供氣節(jié)能控制系統(tǒng)的增加是在不改變原有工藝技術(shù)和設(shè)備的條件下進(jìn)行的，原有的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榕月罚ǔ?4h是空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行時間，投瓷總額/月節(jié)約電費(fèi)一節(jié)電投資回報周期，如下為具體數(shù)據(jù)：月節(jié)約電費(fèi)/元=負(fù)載率×節(jié)電率×每月工作時間×電動機(jī)功率×電費(fèi)單價×每天工作時間=25%×132×24×0.9×0.60×20=8553.6每年采用空氣壓縮機(jī)恒壓供氣節(jié)能控制系統(tǒng)能夠很大程度上節(jié)省電能和電費(fèi)，具有非常明顯的節(jié)電效果。

6.結(jié)語

通過對變頻器在空氣壓縮機(jī)恒壓供氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用的原理分析、軟硬件技術(shù)設(shè)計(jì)，可以了解到該控制系統(tǒng)在使用中具有很強(qiáng)的實(shí)用價值，能夠減小節(jié)流損失、延長設(shè)備使用壽命、提高控制性能、節(jié)約電能、降低維修費(fèi)用。