空氣壓縮機(jī)壓力自補(bǔ)償聯(lián)動控制方案改造

湖北煙草金葉復(fù)烤有限責(zé)任公司襄陽復(fù)烤廠　夏小東　李陽　譚波

空氣壓縮機(jī)壓力自補(bǔ)償聯(lián)動控制方案改造

湖北煙草金葉復(fù)烤有限責(zé)任公司襄陽復(fù)烤廠夏小東李陽譚波

本文通過了解空壓站的現(xiàn)狀，分析了空壓站空氣壓縮機(jī)出氣量及壓力不足的原因，提出了聯(lián)動控制方式對空壓機(jī)供氣壓力進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆桨?，并對方案進(jìn)行了可行性試驗(yàn)，計(jì)算了改造過程中的線路電流是否過載，并在原有基礎(chǔ)上對硬、軟件進(jìn)行了配置和改造，對要實(shí)現(xiàn)的功能、改造后的注意事項(xiàng)以及相應(yīng)制度完善進(jìn)行了說明，取得了較好的改進(jìn)效果。

空壓機(jī)；自補(bǔ)償；聯(lián)動；PLC

1　設(shè)備現(xiàn)狀

在煙草打葉復(fù)烤行業(yè)中，閥體控制、真空回潮、設(shè)備清掃、煙箱打包等都需要用到壓縮空氣。湖北金葉復(fù)烤有限責(zé)任公司襄陽復(fù)烤廠復(fù)烤車間有兩臺英格索蘭空壓機(jī)，并配有冷凍式干燥機(jī)，主要參數(shù)如表1所示。

表1　襄陽復(fù)烤廠空壓機(jī)主要參數(shù)

螺桿空壓機(jī)的主要工作方式為啟動、停止、加載和卸載。兩臺空壓機(jī)目前在工頻下輪換獨(dú)立運(yùn)作，一主一備，主備每天輪換一次，通過外部電源開關(guān)來選擇工頻開啟哪一臺空壓機(jī)，如圖1所示。

圖1　空壓機(jī)目前的工藝流程圖

手動開啟空壓機(jī)高壓供電柜中的電源開關(guān)K1，選擇開啟1#空壓機(jī)時(shí)，閉合開關(guān)K2，斷開開關(guān)K3；選擇開啟2#空壓機(jī)時(shí)，閉合開關(guān)K3，斷開開關(guān)K2。之后，開啟干燥機(jī)電源開關(guān)K4，選擇對應(yīng)的干燥機(jī)開關(guān)K5或K6。電源供電后，由操作人員在空壓機(jī)控制面板上手動進(jìn)行開啟、關(guān)閉、加載、卸載等操作。

由于設(shè)備老化及工藝改進(jìn)等原因，該工藝流程存在不能自動切換備用空壓機(jī)［1］、壓力不足［2］、供氣量不足［3］等缺陷。通過改造空壓機(jī)控制系統(tǒng)，利用聯(lián)動控制，在壓力不足或主空壓機(jī)故障時(shí)，自動啟動備用空壓機(jī)來補(bǔ)償壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對供氣壓力和供氣量的調(diào)節(jié)。

2　控制系統(tǒng)硬件改造

在進(jìn)行改造前，先對兩臺空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)，空壓機(jī)在20Hz以下運(yùn)行時(shí)滿足不了加載要求。一臺空壓機(jī)工頻加上一臺空壓機(jī)25Hz變頻同時(shí)運(yùn)行，就足以滿足車間用氣高峰期的需求，此時(shí)的總電流約在210A左右，原有線路額定負(fù)載約為300A，滿足要求，不需更改主電纜。將低壓配電室空壓機(jī)開關(guān)柜由原來的200A更改為250A，空壓站配電柜內(nèi)主空氣開關(guān)由原來的200A更改為250A。

原有控制系統(tǒng)采用施耐德Micor系列PLC，配有16位開關(guān)量輸入模塊、16位開關(guān)量輸出模塊、4位模擬量輸入模塊、4位模擬量輸出模塊各1塊，通道都有冗余，引腳數(shù)量能夠滿足改造需求，并帶有一臺變頻器進(jìn)行工頻、變頻切換。為了降低改造成本，盡量利用原有設(shè)備，僅在控制柜上新加一個(gè)三位旋鈕開關(guān)，分別為1#機(jī)和2#機(jī)變頻準(zhǔn)備信號，在原有接觸器上添加兩個(gè)常開輔助觸點(diǎn)，分別采集1#機(jī)工頻啟動觸電信號、2#機(jī)工頻啟動觸電信號，儲氣罐壓力信號已經(jīng)接在PLC輸入口上。將兩組變頻準(zhǔn)備信號和工頻接觸器信號接至空壓機(jī)PLC，由PLC自動控制，并實(shí)現(xiàn)自鎖［4］。

3　控制系統(tǒng)軟件改造

通過現(xiàn)場PLC中原始程序，找到原程序控制1#機(jī)和2#機(jī)變頻啟動的變量分別為%M0和%M1，改造時(shí)只需要實(shí)現(xiàn)對%M0和%M1的自動控制，工頻啟動依然為手動啟動。通過PLC采集三位開關(guān)的變頻啟動信號狀態(tài)，1#機(jī)工頻啟動觸電信號（%I1. 3）、變頻啟動信號（%I1.4），2#機(jī)工頻啟動觸電信號（%I1.5）、變頻啟動信號（%I1.7），并實(shí)現(xiàn)互鎖。通過PLC的模擬量輸入通道%IW1.3采集儲氣罐的壓力信號，并進(jìn)行比較判斷。程序流程圖如圖2所示。

圖2　聯(lián)動控制程序流程圖

當(dāng)PLC模擬模塊采集的壓力信號低于0.54MPa時(shí)，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，持續(xù)時(shí)間大于等于3min時(shí)，定時(shí)器發(fā)出動作，接通變頻啟動觸點(diǎn)，啟動變頻機(jī)；持續(xù)時(shí)間小于3min時(shí)，變頻機(jī)不啟動。變頻機(jī)啟動后，當(dāng)采集的壓力信號大于6.6Mpa時(shí)，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，持續(xù)時(shí)間超過5min時(shí)，觸動定時(shí)器，斷開2#機(jī)變頻觸電，關(guān)閉2#機(jī)，此時(shí)1#機(jī)繼續(xù)在運(yùn)行，空氣壓力在用氣高峰期可維持約1小時(shí)才會降到5.4kg以下，避免了反復(fù)啟動［6］；持續(xù)時(shí)間小于5min時(shí)，變頻機(jī)不關(guān)閉。

在運(yùn)行過程中出現(xiàn)斷電現(xiàn)象后，工頻機(jī)自動啟動，變頻機(jī)不會自動啟動，但會進(jìn)入壓力采集及判斷環(huán)節(jié)。在雙機(jī)運(yùn)行的過程中，如果工頻機(jī)出現(xiàn)故障，則變頻機(jī)由于開關(guān)信號和壓力判斷會導(dǎo)致二號機(jī)一直運(yùn)行，通過15分鐘的定時(shí)器控制變頻機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，來關(guān)閉變頻機(jī)；如果變頻機(jī)出現(xiàn)故障，工頻機(jī)正常工作，壓力不足時(shí)，由于不能正常啟動二號機(jī)，會發(fā)出報(bào)警［5］。部分程序如圖3所示。

圖3　聯(lián)動控制程序

4　總結(jié)

空壓機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)動改造后，通過實(shí)際運(yùn)用，能夠滿足生產(chǎn)需要，但是也存在一些缺陷，如氣壓過高的5min內(nèi)，排氣閥會自動排氣，造成了一定程度的浪費(fèi)，備用空壓機(jī)在低頻狀態(tài)下長期運(yùn)行，會出現(xiàn)電機(jī)噪聲大、溫度高的問題。由于空壓機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)間較短，后期又對空壓機(jī)操作及管理制度進(jìn)行了完善［7］，改造后的效果可以接受。

［1］杜鑫.雙螺桿型空壓機(jī)運(yùn)行維護(hù)應(yīng)注意的問題分析［J］.科技與企業(yè)，2014，05：35-38.

［2］黃景.螺桿式空壓機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)和故障排除探究［J］.東方企業(yè)文化，2014，07：41-43.

［3］李文華，韋蕊蕊，張益祥.改善空壓機(jī)運(yùn)行的節(jié)能技術(shù)［J］.煤礦機(jī)械，2007，08：173-174.

［4］何鳳有，鮑衛(wèi)寧，湯瑒等.給予模糊PID控制器的空壓機(jī)恒壓供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.工礦自動化，2010，01：91-93.

［5］張還.空壓機(jī)組電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ［J］.自動化儀表，2010，04：34-36.

［6］王乃斌，王寶玉，高志清，丁振康.AP1000核電機(jī)組空壓機(jī)頻繁加/卸載原因分析及處理方案［J］.節(jié)能，2015，03：75-78.

［7］郭江，黃坤，于學(xué)忠等.大型往復(fù)壓縮機(jī)綜合管理經(jīng)驗(yàn)［J］.壓縮機(jī)技術(shù)，20009，03：44-48.

夏小東，1987年出生，碩士，研究方向：設(shè)備管理與維護(hù)工作。