基于工業(yè)以太網(wǎng)的英格索蘭空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制與實(shí)現(xiàn)

田 海，王志升

內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古包頭 014010

1 技術(shù)改造背景

我廠英格索蘭機(jī)組共有5 套，分別安裝在兩個(gè)空壓站，其中7 號(hào)空壓站安裝2 臺(tái)，8 號(hào)空壓站安裝3 臺(tái)。這些機(jī)組在2000 年投產(chǎn)，連續(xù)使用將近10 年，隨著時(shí)間的推移，機(jī)組的電氣控制部分，如操作顯示屏的背光、液晶顯示、控制操作24V 電源等輔助配套設(shè)備不同程度的出現(xiàn)設(shè)備老化、控制不可靠的現(xiàn)象；主控制的單板機(jī)控制板，隨著時(shí)間推移、電子器件的老化，也急需備品備件的準(zhǔn)備和更換，否則會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行，甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)公司的生產(chǎn)。

2 解決問(wèn)題的方法

爭(zhēng)對(duì)上述問(wèn)題，有兩種方案可以解決。第一種，保留原控制不變，訂購(gòu)原來(lái)控制部分的主要備件單板機(jī)和操作顯示屏。此方案保證設(shè)備運(yùn)行沒(méi)有問(wèn)題，但是由于電子設(shè)備的升級(jí)換代，原來(lái)型號(hào)的備品備件廠家已經(jīng)不生產(chǎn)，只能更換升級(jí)換代的產(chǎn)品，這樣備品備件的價(jià)格較高，幾年以后，還是存在備品備件的更換和產(chǎn)品進(jìn)一步的升級(jí)換代問(wèn)題。第二種方案，保留原來(lái)控制系統(tǒng)的控制思想，用通用的西門(mén)子S7-300 PLC 代替原來(lái)單板機(jī)，用上位機(jī)代替操作面板，通過(guò)PLC 編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。此方案改造完成以后，不存在備品備件的問(wèn)題，改造用通用產(chǎn)品，升級(jí)換代不影響；應(yīng)用上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組都在上位機(jī)操作顯示，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守。

3 改造方案和改造過(guò)程

通過(guò)上述兩種方案的比較，從經(jīng)濟(jì)角度和將來(lái)維護(hù)方面考慮，選擇第二種方案，但是原來(lái)單板機(jī)的控制程序無(wú)法知道，我們只能從原來(lái)機(jī)組運(yùn)行情況和廠家提供的說(shuō)明書(shū)，去研究原來(lái)的控制過(guò)程和控制思想，將來(lái)改造后的控制可能會(huì)與原來(lái)控制不完全相同。

控制包括以下幾個(gè)方面：

1）輔助油泵控制部分

由于機(jī)組有同軸油泵，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油由同軸油泵提供，只有在機(jī)組啟動(dòng)前和機(jī)組停止運(yùn)行之后，輔助油泵才起作用。結(jié)合原來(lái)控制情況，輔助油泵控制如下：（1）密封氣壓力正常時(shí)，如果操作電送上，則輔助油泵立即啟動(dòng)；（2）密封氣壓力正常時(shí)，如果空壓機(jī)啟動(dòng)，高壓開(kāi)關(guān)反饋輔助接點(diǎn)合上，則開(kāi)始計(jì)時(shí)，延時(shí)20s 時(shí)輔助油泵停止；（3）PLC 發(fā)出空壓機(jī)停車(chē)指令時(shí)，立即啟動(dòng)輔助油泵（此時(shí)高壓開(kāi)關(guān)反饋輔助接點(diǎn)不參與控制，只要PLC 發(fā)出空壓機(jī)跳車(chē)指令，那么就啟動(dòng)輔助油泵），并開(kāi)始計(jì)時(shí)，延時(shí)30min 停止；（4）電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生低油壓報(bào)警，輔助油泵自動(dòng)投入運(yùn)行，油壓達(dá)到正常值時(shí)輔助油泵自動(dòng)停止運(yùn)行。但是輔助油泵的運(yùn)行不論什么時(shí)候都受密封氣壓力和過(guò)熱保護(hù)的連鎖保護(hù)。

改造保持以上控制不變，在空壓機(jī)機(jī)旁面板加手動(dòng)控制輔助油泵卡子，卡子有三個(gè)位置，開(kāi)/自動(dòng)/停；輔助油泵隨時(shí)可以手動(dòng)控制啟動(dòng)和停止。輔助油泵的開(kāi)和停在組態(tài)畫(huà)面有相應(yīng)色變顯示，綠色為油泵運(yùn)行，紅色為油泵停止。

優(yōu)點(diǎn)：在空壓機(jī)空投時(shí)，輔助油泵開(kāi)關(guān)卡子打到開(kāi)的位置，輔助油泵在高壓開(kāi)關(guān)反饋輔助接點(diǎn)合上20s 不會(huì)停止運(yùn)行，PLC 不會(huì)發(fā)低油壓跳車(chē)，可以延長(zhǎng)設(shè)備調(diào)試時(shí)間；在正常運(yùn)行時(shí)，卡子打到自動(dòng)位置。

2）空壓機(jī)啟動(dòng)

空壓機(jī)啟動(dòng)條件主要包括：操作電開(kāi)關(guān)是否合上；密封氣壓力是否正常；油溫是否正常；油壓是否正常；入口閥開(kāi)度是否為0°；放散閥是否為100°；儀控允許；閥門(mén)切換在自動(dòng)位置。當(dāng)啟動(dòng)條件滿足，按下機(jī)旁啟動(dòng)按鈕，空壓機(jī)啟動(dòng)。

改造保持以上控制不變，在上位機(jī)增加開(kāi)車(chē)保護(hù)程序和相應(yīng)起車(chē)條件的色變顯示，綠色為條件滿足，紅色為條件不滿足。當(dāng)啟動(dòng)條件全部具備時(shí)，上位機(jī)的“空壓機(jī)啟動(dòng)按鈕”由“灰色”不可操作，變成“白色”可以操作，機(jī)旁的“允許啟動(dòng)”燈亮，這時(shí)空壓機(jī)允許啟動(dòng)，按下空壓機(jī)啟動(dòng)按鈕（機(jī)旁的啟動(dòng)按鈕或上位機(jī)上的啟動(dòng)按鈕，兩處操作沒(méi)有區(qū)別，上位機(jī)啟動(dòng)按鈕有二次確認(rèn)），空壓機(jī)啟動(dòng)。

3）空壓機(jī)停止

空壓機(jī)停車(chē)條件包括：機(jī)旁急停按鈕，大于空壓機(jī)聯(lián)鎖跳車(chē)值，密封氣壓力低。

改造在上位機(jī)增加了停車(chē)保護(hù)程序和空壓機(jī)故障跳車(chē)報(bào)警顯示，使空壓機(jī)運(yùn)行更安全。上位機(jī)空壓機(jī)停車(chē)的回路包括：1）上位機(jī)通過(guò)檢測(cè)，PLC 聯(lián)鎖跳車(chē)模塊發(fā)出指令，空壓機(jī)停車(chē)；2）按下上位機(jī)空壓機(jī)停車(chē)按鈕（有二次確認(rèn)），空壓機(jī)停車(chē)；3）PLC 發(fā)出空壓機(jī)啟動(dòng)指令，延時(shí)5s，如果高壓開(kāi)關(guān)反饋輔助接點(diǎn)沒(méi)有閉合，PLC 解除啟動(dòng)指令，發(fā)出“啟動(dòng)器故障”的跳車(chē)信號(hào)；4）空壓機(jī)啟動(dòng)后，延時(shí)10s 后，判斷運(yùn)行電流，，當(dāng)電流沒(méi)有衰減到175A 以下，發(fā)出“啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)”的跳車(chē)命令?？諌簷C(jī)跳車(chē)后，需要按下跳車(chē)復(fù)位按鈕才可以解除跳車(chē)信號(hào)。

4）入口閥和放散閥的控制部分

入口閥初始狀態(tài)為全關(guān)狀態(tài)，放散閥初始狀態(tài)為全開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)發(fā)出啟動(dòng)命令后，檢測(cè)到高壓開(kāi)關(guān)合上的信號(hào)后，入口閥馬上打開(kāi)到12°。以后兩閥的控制以加載和卸載控制來(lái)完成。

（1）加載

點(diǎn)擊加載按鈕，首先檢測(cè)電機(jī)電流，若電機(jī)電流為正常的空載電流，則比較出口壓力與設(shè)定壓力，若小于設(shè)定壓力，則入口閥開(kāi)始打開(kāi)，這時(shí)電機(jī)電流開(kāi)始上升，只要出口壓力小于設(shè)定壓力，入口閥一直打開(kāi)，若電流達(dá)到節(jié)流下限175A 時(shí)，入口閥保持不動(dòng)，放散閥開(kāi)始關(guān)閉，直到全關(guān)。當(dāng)放散閥全關(guān)后，出口壓力還是小于設(shè)定壓力，繼續(xù)打開(kāi)入口閥，這時(shí)還在檢查壓力和電流比較，壓力不夠，繼續(xù)開(kāi)閥，當(dāng)電流到電流上限205A 時(shí)，無(wú)論壓力是否滿足，入口閥不在打開(kāi)，完成加載。

（2）卸載

點(diǎn)擊卸載按鈕或空壓機(jī)有跳車(chē)命令或當(dāng)檢測(cè)到喘振繼電器動(dòng)作時(shí)，發(fā)出卸載命令，放散閥全開(kāi)，入口閥關(guān)到12°。

改造保持以上控制不變，在上位機(jī)增加了加載按鈕保護(hù)程序和閥門(mén)的手/自動(dòng)切換。當(dāng)空壓機(jī)啟動(dòng)延時(shí)10 秒后，電流已經(jīng)衰減到160A 以下，也就是啟動(dòng)成功后，“加載”按鈕，才由“灰色”不可操作，變?yōu)椤鞍咨痹试S操作，這時(shí)才可以加載。手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式，通過(guò)上位機(jī)的選擇開(kāi)關(guān)選擇。當(dāng)選到“手動(dòng)”時(shí)，可以對(duì)上位機(jī)對(duì)入口閥和放散閥進(jìn)行校驗(yàn)。選到“自動(dòng)”時(shí)，閥門(mén)由PLC 的PID 控制模塊調(diào)節(jié)。

5）空壓機(jī)喘振

空壓機(jī)自帶喘振檢測(cè)裝置，當(dāng)空壓機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，喘振裝置發(fā)跳車(chē)信號(hào)。

改造控制有所變化，由于沒(méi)有空壓機(jī)的喘振曲線數(shù)據(jù)，入口閥和放散閥的控制不能和全來(lái)的控制完全一樣，設(shè)備經(jīng)常在加載時(shí)發(fā)生喘振跳車(chē)，所以控制改為：當(dāng)空壓機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，喘振裝置發(fā)卸載信號(hào)，同時(shí)把入口閥和放散閥調(diào)節(jié)間隔時(shí)間延長(zhǎng)，閥門(mén)調(diào)節(jié)延緩。

6）其它

原空壓機(jī)機(jī)旁面板為單通道讀取數(shù)據(jù)，而且每次只能讀一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，空壓機(jī)為四級(jí)壓縮，點(diǎn)比較多，讀起來(lái)非常麻煩。

改造后各點(diǎn)參數(shù)值在上位機(jī)顯示，圖形畫(huà)面形象易懂，數(shù)據(jù)易讀，維護(hù)非常直觀。在上位機(jī)還增加了報(bào)警記錄，各點(diǎn)的趨勢(shì)，并且歸檔，可以調(diào)出任何時(shí)候的短期歷史歸檔或長(zhǎng)期歷史歸檔，對(duì)空壓機(jī)的運(yùn)行情況深入了解，防患于未然。

由于設(shè)備噪聲非常大，PLC 采用以太網(wǎng)傳輸模式，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

4 結(jié)論

改造完成后，輔助油泵控制、機(jī)組啟動(dòng)、各種跳車(chē)保護(hù)和報(bào)警、加載運(yùn)行都沒(méi)有問(wèn)題，運(yùn)行良好。

這次改造我們不僅學(xué)習(xí)了空壓機(jī)的工藝，而且對(duì)其他機(jī)組的改造也積累的寶貴的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，設(shè)備在備件上也解決了斷貨的狀況，為我廠的降本增效作出貢獻(xiàn)。