空壓機(jī)冷卻水循環(huán)的PLC電氣控制系統(tǒng)

葉小雪

【摘 要】針對(duì)空壓機(jī)冷卻水循環(huán)的PLC電氣控制系統(tǒng)，論文對(duì)其結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行了分析，并從軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)及改進(jìn)方面的闡述，詳細(xì)敘述了PLC電力控制系統(tǒng)在空壓機(jī)冷卻水循環(huán)中起到的關(guān)鍵性作用，并對(duì)模擬量采集及轉(zhuǎn)換數(shù)值、故障報(bào)警裝置以及冷卻系統(tǒng)的出水口與進(jìn)水口之間的溫度差值進(jìn)行合理應(yīng)用，希望對(duì)PLC電氣控制系統(tǒng)更好的應(yīng)用于空壓機(jī)冷卻水循環(huán)提供參考性意見。

【Abstract】In this paper， the structure and working principle of PLC electric control system of air compressor cooling water cycle are analyzed， and the design and improvement of the system are discussed from two aspects of software design and hardware design，describes the critical role of PLC power control system in air compressor cooling water cycle， and the numerical analog acquisition and conversion， fault alarm， temperature difference between the water outlet and the water inlet device and cooling system is applied reasonably， it hopes that the PLC electrical control system is better applied to the air compressor cooling water cycle to provide reference.

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī)；冷卻水循環(huán)；PLC電氣控制；系統(tǒng)

【Keywords】 air compressor； cooling water circulation； PLC electrical control； system

【中圖分類號(hào)】TP273；TH45 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）06-0180-02

1 引言

現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用的空壓機(jī)設(shè)備是由真空泵經(jīng)過不斷改良產(chǎn)生的，在這幾百年的變遷中，空壓機(jī)出現(xiàn)了各種不同的工作形勢(shì)，究其本源，目的卻是一致的，都是希望可以更好地幫助工業(yè)生產(chǎn)以及方便人們的生活。

2 PLC電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

空壓機(jī)是現(xiàn)代社會(huì)中一種重要的能源產(chǎn)生方式，在工業(yè)生產(chǎn)乃至人們的日常生活中應(yīng)用十分廣泛，可是說遍布在生產(chǎn)生活中的各個(gè)環(huán)節(jié)。由于空壓機(jī)的缸體活塞在運(yùn)行時(shí)會(huì)因運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量的熱能，使空壓機(jī)的溫度不斷升高，這直接會(huì)影響到空壓機(jī)的工作效率，更為嚴(yán)重的時(shí)候甚至?xí)?dǎo)致空壓機(jī)的損壞，耽誤工作。因此，在空壓機(jī)進(jìn)行工作時(shí)必須保證產(chǎn)生的熱量散出，采取對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行冷卻降溫的措施。

空壓機(jī)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是其內(nèi)部的主要構(gòu)件之一，可以說空壓機(jī)中沒有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，那空壓機(jī)的壽命將會(huì)大大縮減?？諌簷C(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)主要是由空壓機(jī)的冷卻器、電動(dòng)機(jī)水泵、冷卻塔構(gòu)成，其中，水泵的作用是提供冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)力，冷卻水的主要作用是在循環(huán)的系統(tǒng)中，通過水的循環(huán)，將空壓機(jī)運(yùn)行中油與氣的熱量帶走，冷卻器是空壓機(jī)中的一種冷卻裝置，因其內(nèi)部有大量的盤管，可以達(dá)到增加空壓機(jī)冷卻面積的作用，冷卻塔的主要作用是降低冷卻水的溫度，其工作原理是將冷卻水中的熱量帶到空氣中進(jìn)行散發(fā)。其中，冷卻塔在降低水的溫度的時(shí)候，會(huì)因熱量太多而產(chǎn)生一部分的水蒸氣，這就導(dǎo)致冷卻塔中的冷卻水會(huì)逐漸減少，在空壓機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，要關(guān)注冷卻塔中冷卻水的水位情況，做到及時(shí)補(bǔ)水，否則，可能會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)中冷卻水循環(huán)系統(tǒng)不能很好的發(fā)揮作用，從而使空壓機(jī)損壞影響工業(yè)生產(chǎn)。

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制要求是相對(duì)較簡單的，這一控制系統(tǒng)采用的是兩臺(tái)水泵輪值的控制方法運(yùn)行，主要目的是防止一臺(tái)水泵長時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致故障。因此，每間隔一段時(shí)間，運(yùn)行的水泵就會(huì)自動(dòng)換成另一臺(tái)休息中的水泵進(jìn)行工作[1]。而水泵的轉(zhuǎn)速控制全部是由變頻器進(jìn)行的，通過空壓機(jī)出水口與進(jìn)水口溫度來調(diào)節(jié)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中冷卻水的進(jìn)水量，系統(tǒng)中不僅有水池低液位補(bǔ)水、對(duì)管道的壓力檢測、與水池的液位檢測的功能，還有遇到故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警等對(duì)電流或者過載的保護(hù)功能，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在保障了空壓機(jī)正常工作的同時(shí)，也保障了其使用壽命，從而達(dá)到減少損失的目的。

3 軟件、硬件的設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)空壓機(jī)對(duì)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中冷卻水的控制要求，設(shè)計(jì)的PLC電氣控制系統(tǒng)主要分為以下三個(gè)部分：模擬量參數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)換與采集、故障報(bào)警和溫差速度的控制[2]。模擬量參數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)換以及采集主要是將PLC電力控制系統(tǒng)中的模擬量通道的數(shù)據(jù)由原來的整數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換變成現(xiàn)在的雙整數(shù)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成浮點(diǎn)的實(shí)數(shù)，采集的數(shù)據(jù)則較簡單，主要就是冷卻池中的出水口溫度與進(jìn)水口溫度以及冷卻池中的水位信息。溫差速度的控制程序主要就是根據(jù)采集到的出水口溫度與進(jìn)水口溫度的差值來對(duì)空壓機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的工作進(jìn)行判斷，主要由三個(gè)階段構(gòu)成，其主要目的是控制冷卻水的水流量，將空壓機(jī)的運(yùn)行溫度控制在10攝氏度以上，20攝氏度以下。故障報(bào)警分為重事故報(bào)警與輕事故報(bào)警兩種形式，分別對(duì)應(yīng)的措施是進(jìn)行停泵和報(bào)警，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生過載事故或者短路的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)閃爍警報(bào)燈來提示工作人員，并及時(shí)對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行停止運(yùn)行的處理，當(dāng)冷卻水的液面低于正常值時(shí)，或者因其他故障發(fā)生冷卻水的斷流情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)閃爍警報(bào)燈，提醒工人注意，這種情況是不會(huì)進(jìn)行停泵處理的，只要工作人員將冷卻水補(bǔ)足，及時(shí)檢查系統(tǒng)出現(xiàn)的問題并給予解決，空壓機(jī)的警報(bào)就會(huì)關(guān)閉并恢復(fù)正常的工作。

此次設(shè)計(jì)的空壓機(jī)冷卻水循環(huán)的PLC電力控制系統(tǒng)，其程序主要是由開始進(jìn)行的變頻與工頻的選擇模式，選擇變頻模式后，系統(tǒng)啟動(dòng)變頻器，并對(duì)空壓機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的出水口溫度值與入水口溫度值進(jìn)行檢測，獲取其差值，并且對(duì)變頻泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)的選擇，若溫度的差值小于10攝氏度，變頻泵則處在低速運(yùn)行的情況，當(dāng)空壓機(jī)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的出水口與入水口的溫度差為大于10攝氏度且小于20攝氏度的時(shí)候，變頻器的運(yùn)行模式為中速運(yùn)行，與此同時(shí)，要增加冷卻水的流量來達(dá)到空壓機(jī)降溫的目的，當(dāng)空壓機(jī)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的出水口溫度與入水口溫度的差值大于20攝氏度的時(shí)候，這時(shí)的變頻器處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，且冷卻水的流量要達(dá)到最大值才能保證空壓機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。如果在空壓機(jī)的運(yùn)行中，PLC電氣控制系統(tǒng)選擇的是工頻模式，則是按照恒定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，即50Hz，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，會(huì)使用停機(jī)報(bào)警的方式，最后的結(jié)果就是程序結(jié)束運(yùn)行，直到檢修人員對(duì)故障進(jìn)行排除之后，重新連接系統(tǒng)進(jìn)行工作。

3.2 硬件設(shè)計(jì)

空壓機(jī)冷卻水循環(huán)的PLC電力控制系統(tǒng)主要是由PLC、外圍檢測、變頻器等部件組成的，空壓機(jī)冷卻水循環(huán)的PLC電力控制系統(tǒng)的主電路是用來控制水泵的供電的，此次所簡述的冷卻水泵是用變頻器控制，在電路的運(yùn)行過程中，對(duì)于冷卻水泵的過載保護(hù)是通過熱繼電器達(dá)到的，變頻器由兩個(gè)接觸器構(gòu)成，分別承載著變頻器的工頻和變頻的轉(zhuǎn)換，中間連接熱繼電器，其主要目的是對(duì)變頻器的速度控制與變頻器的啟停控制，從而形成對(duì)空壓機(jī)冷卻水循環(huán)的PLC電力控制系統(tǒng)的八段速與三段速控制，與此同時(shí)，變頻器的應(yīng)用還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中故障的顯示與故障的復(fù)位等功能。在空壓機(jī)冷卻水循環(huán)的PLC電力控制系統(tǒng)中，變頻器與繼電器的應(yīng)用可以說是至關(guān)重要的，有了變頻器與繼電器的使用，空壓機(jī)的冷卻水循環(huán)的PLC電力控制系統(tǒng)可以達(dá)到事半功倍的效果[4]。

PLC電力控制系統(tǒng)中的電路主要用于對(duì)冷卻水泵的供電與控制方面，其中，作為控制方面的作用即是運(yùn)行水泵中實(shí)現(xiàn)變頻器工頻與變頻的轉(zhuǎn)換、故障燈的警報(bào)系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)以及對(duì)冷卻水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)[5]。在設(shè)計(jì)PLC電力控制系統(tǒng)電路的時(shí)候，首先要做到的就是對(duì)PLC的硬件要進(jìn)行選型，主要的要求是硬件的開關(guān)要能夠滿足輸入輸出點(diǎn)的控制要求，開關(guān)的輸出信號(hào)有九個(gè)，主要是變頻器的啟停繼電器、變頻/工頻繼電器和速度繼電器、系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的警報(bào)裝置、復(fù)位繼電器等；其輸入信號(hào)包括十二個(gè)，主要是變頻器的運(yùn)行故障信號(hào)和變頻/工頻的轉(zhuǎn)換開關(guān)、冷卻循環(huán)水的水流信息信號(hào)等。

4 結(jié)語

本文首先闡述了空壓機(jī)的歷史情況以及現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r，強(qiáng)調(diào)其在工業(yè)發(fā)展中的重要性，其次，詳細(xì)介紹了PLC電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理，在此基礎(chǔ)之上，對(duì)空壓機(jī)冷卻水循環(huán)的PLC電氣控制系統(tǒng)中的軟件及硬件方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過軟件的模擬量參數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)換與采集、故障報(bào)警和溫差速度的控制方面進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，在硬件方面通過對(duì)PLC、外圍檢測、變頻器等部件方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到更好地將PLC電力控制系統(tǒng)應(yīng)用于空壓機(jī)冷卻水循環(huán)中的目的。

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