空壓機(jī)聯(lián)動控制系統(tǒng)改造與實(shí)現(xiàn)

顧天林

（上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240）

上海電機(jī)廠空壓站6臺螺桿空壓機(jī)為獨(dú)立控制，各機(jī)組之間沒有控制聯(lián)系，靠人工簡單控制，無法根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，空壓機(jī)系統(tǒng)有較大量的壓縮用氣外泄，導(dǎo)致空壓機(jī)機(jī)組運(yùn)行時(shí)有大量不必要的電量被浪費(fèi)。通過聯(lián)控系統(tǒng)改造，加裝可編程的邏輯控制器PLC后，實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)聯(lián)動定期切換，從而合理分配資源，減少空壓機(jī)頻繁啟動，達(dá)到安全節(jié)能的目的。

1 原空壓機(jī)控制系統(tǒng)

1.1 常規(guī)供氣管網(wǎng)系統(tǒng)（管道壓力0.78MPa）

兩套系統(tǒng)為各三臺并列運(yùn)行，運(yùn)行空壓機(jī)將壓縮空氣送入各自的儲氣罐，然后各自進(jìn)入主管網(wǎng)向用戶供氣?？諌簷C(jī)之間沒有控制上的聯(lián)系，只通過各空壓機(jī)出口的壓力變送器和設(shè)定的加卸載參數(shù)來控制各自的加載、卸載，啟停要靠人工操作。當(dāng)管道壓力低于0．6MPa，人工啟動備用機(jī)組；當(dāng)管道壓力高于0．78 MPa時(shí)，人工關(guān)閉其中一臺運(yùn)行機(jī)組。在中間容易造成其中一臺持續(xù)加載或空載情況，這樣持續(xù)加載空壓機(jī)會出現(xiàn)高溫報(bào)警停機(jī)，影響正常生產(chǎn)；頻繁加卸載對設(shè)備損害也很大。存在問題：可見白班及夜班空壓機(jī)空載時(shí)間較高，相當(dāng)于一臺40立方機(jī)組每天有一半時(shí)間處于卸載狀態(tài)下，長期處于大馬拉小車的工況下，易對設(shè)備造成損害（目前已進(jìn)行維修一次），同時(shí)又浪費(fèi)能源。表1為運(yùn)行工況。

表1 運(yùn)行工況

1.2 BBC壓縮空氣專供系統(tǒng)（管道壓力0.85MPa）系統(tǒng)

當(dāng)BBC需要加壓時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)需要大量空氣，一臺15m3不能確保供氣，要再增加一臺15m3變頻機(jī)才能保證生產(chǎn)需要；當(dāng)加壓完成后僅需要進(jìn)行保壓時(shí)，保壓所需壓縮空氣量極少，僅需開啟15m3機(jī)組即可，從加壓到保壓運(yùn)行時(shí)間短，空壓機(jī)啟動頻繁，對設(shè)備造成損傷很大，易造成軸承損毀，轉(zhuǎn)子損傷。BBC用氣量沒有固定時(shí)間，通過電話聯(lián)系啟動機(jī)床，同時(shí)增加了操作工人的勞動強(qiáng)度。

2 螺桿空壓機(jī)聯(lián)動控制改造的嘗試

2.1 空壓機(jī)聯(lián)動控制改造方案

本公司空壓機(jī)聯(lián)動控制系統(tǒng)，分為獨(dú)立的A、B兩組，A組由3臺空壓機(jī)組成（預(yù)留一只點(diǎn)將來擴(kuò)容），B組由3臺空壓機(jī)組成，每組聯(lián)動調(diào)壓至目標(biāo)壓力值。（如圖1、2）。

圖1 系統(tǒng)原理圖

空壓機(jī)聯(lián)動控制方式有單機(jī)就地、單機(jī)遠(yuǎn)程、聯(lián)動控制。單機(jī)就地：可以壓縮機(jī)面板控制器選擇控制壓縮機(jī)設(shè)備的啟動和停止，此為最高權(quán)限。單機(jī)遠(yuǎn)程：可以在PLC控制柜觸摸屏上選擇控制壓縮機(jī)設(shè)備的啟動和停止，但壓縮機(jī)面板控制器不進(jìn)行壓縮機(jī)之間聯(lián)動聯(lián)鎖運(yùn)行控制。聯(lián)動控制：根據(jù)壓力設(shè)定及邏輯規(guī)劃系統(tǒng)聯(lián)動開停機(jī)組。聯(lián)動系統(tǒng)具有故障聯(lián)鎖切換功能。當(dāng)一臺運(yùn)行中的壓縮機(jī)發(fā)出報(bào)警，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提示操作工作出響應(yīng)，操作工可以將報(bào)警設(shè)備從控制序列中脫離開來作檢修，而不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；檢修完畢可以重新加入到控制序列中；當(dāng)運(yùn)行設(shè)備發(fā)生故障停機(jī)，系統(tǒng)聯(lián)動停止故障設(shè)備的運(yùn)行，并投運(yùn)備用設(shè)備。

圖2 系統(tǒng)連接示意圖

聯(lián)動系統(tǒng)擁有智能管理功能，能夠統(tǒng)計(jì)每臺的功耗及流量；按需要定制報(bào)表；良好的人機(jī)界面，可靠的數(shù)據(jù)管理；能與集控中的聯(lián)接，遠(yuǎn)期按無人值守設(shè)計(jì)，預(yù)留遠(yuǎn)期與集控站的接口。

2.2 聯(lián)控系統(tǒng)主要功能

（1）數(shù)據(jù)采集功能：空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；管道壓力、流量。（2）顯示功能：以圖形、文字、棒圖、表格等動態(tài)顯示工藝流程、設(shè)備布置等，至少包括以下界面：平面工藝圖；設(shè)備布置圖；實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史報(bào)警圖；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表格、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。（3）報(bào)警功能：過程檢測或運(yùn)動設(shè)備出現(xiàn)越限或故障時(shí)，流程圖上相應(yīng)的圖例紅光閃動，并發(fā)出報(bào)警聲響加以提示。報(bào)警的笛聲可以通過鍵盤解除，閃動的紅光繼續(xù)保持，直至該故障消除，閃動才停止。報(bào)警對象、內(nèi)容、時(shí)間應(yīng)列表記錄及打印。（4）參數(shù)設(shè)定功能：通過參數(shù)設(shè)定，界面可設(shè)定；目標(biāo)壓力值；空壓機(jī)聯(lián)動切換時(shí)間；報(bào)表輸出功能；運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳手機(jī)。

2.3 空壓機(jī)聯(lián)動控制邏輯

PLC控制柜實(shí)時(shí)采集實(shí)際系統(tǒng)壓力（SP），將系統(tǒng)壓力的變化與用戶設(shè)定系統(tǒng)壓力期望值（SPS）進(jìn)行比較，通過智能化的邏輯判斷，對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定與平衡。

當(dāng)SP＜SPS下限，系統(tǒng)判斷當(dāng)前運(yùn)行壓縮機(jī)是否都處于加載狀態(tài)，如有壓縮機(jī)卸載中，則發(fā)出加載指令；當(dāng)壓縮機(jī)都已加載，SP＜SPS下限，系統(tǒng)聯(lián)動運(yùn)行備用壓縮機(jī)，增加排氣量，提高系統(tǒng)壓力；SPS下限＜SP＜SPS上限，系統(tǒng)維持當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

SP＞SPS上限，系統(tǒng)卸載一臺運(yùn)行設(shè)備，以減少排氣量，降低系統(tǒng)壓力。

壓縮機(jī)連續(xù)卸載超過一定時(shí)間（可設(shè)定），系統(tǒng)聯(lián)動停止卸載壓縮機(jī)的運(yùn)行。

根據(jù)現(xiàn)場具體情況，常規(guī)供氣設(shè)定某一臺為主機(jī)，BBC設(shè)定變頻機(jī)組為主機(jī)，以達(dá)到節(jié)能要求。聯(lián)控過程中，壓力不夠時(shí)，從機(jī)按運(yùn)行時(shí)間優(yōu)先級起動（累計(jì)運(yùn)行時(shí)間短的空壓機(jī)優(yōu)先起動）。當(dāng)主機(jī)壓力在聯(lián)控壓力上下限之間時(shí)，主機(jī)根據(jù)壓力與工作壓力比較，調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率，維持壓力穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)壓力高于主機(jī)工作壓力時(shí)，主機(jī)首先降低頻率運(yùn)行，若壓力還上升，達(dá)到聯(lián)動壓力上限時(shí)，主機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)中從機(jī)卸載或停機(jī)，主機(jī)按最低頻率運(yùn)行，不會停機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)中所有從機(jī)都卸載或停機(jī)運(yùn)行時(shí)，主機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，壓力達(dá)到主機(jī)供氣卸載壓力，主機(jī)卸載運(yùn)行。

2.4 聯(lián)動控制系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)選用可編程控制器、計(jì)算機(jī)等構(gòu)成空壓站監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC技術(shù)、儀器儀表技術(shù)、組態(tài)軟件技術(shù)等達(dá)到優(yōu)質(zhì)的控制水平，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的管理目標(biāo)。

PLC選用西門子公司的S7-1200系列的高性能PLC，它是控制系統(tǒng)的核心，PLC直接采集壓力、流量等工藝參數(shù)等，并根據(jù)設(shè)定的過程控制空壓機(jī)的啟動、停止。

PLC還通過通訊接口與上位機(jī)通訊，傳遞實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控（由于現(xiàn)場按無人值守設(shè)計(jì)，可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送至總控值班室）。PLC可獨(dú)立運(yùn)行，也可受上位機(jī)干預(yù)運(yùn)行，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。

上位機(jī)與PLC通過通訊接口進(jìn)行通訊并交換數(shù)據(jù)，組態(tài)軟件生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，以豐富、動態(tài)形式顯示流程圖、測量值、趨勢圖、報(bào)警、控制等，全中文顯示，操作方便。同時(shí)組態(tài)軟件記錄保存數(shù)據(jù)，生成歷史數(shù)據(jù)，可通過歷史趨勢曲線、報(bào)表等形式查詢歷史數(shù)據(jù)。

3 改造后空壓站操作界面（如圖3、圖4、圖5）

圖3 A組空壓機(jī)主畫面

圖4 B組空壓機(jī)主畫面

上位機(jī)安裝西門子WINCC軟件，點(diǎn)擊桌面圖標(biāo)后，進(jìn)入軟件，點(diǎn)擊啟動按鈕，也可以重新啟動計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)自動啟動軟件，即可進(jìn)入如下實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面（如圖6）。

圖5 報(bào)警曲線

圖6 上位機(jī)畫面

①②③部分與觸摸屏功能相同，但只能監(jiān)視，不能控制；④部分為參數(shù)設(shè)置值。

4 螺桿空壓機(jī)聯(lián)動控制改造總結(jié)分析

改造后優(yōu)化了空壓機(jī)組及其管網(wǎng)設(shè)備，以便及時(shí)根據(jù)需求改變空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，即可以通過實(shí)時(shí)的監(jiān)控及時(shí)了解工廠的相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)，保證壓縮機(jī)工況處在經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，避免了長期處于大馬拉小車，節(jié)約能源。并且聯(lián)動控制可以減少對設(shè)備的沖擊，機(jī)組維護(hù)和維修量也隨著降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。聯(lián)動控制還降低了人工操作的作業(yè)量。從而達(dá)到空壓機(jī)省電、節(jié)能、環(huán)保、減排、降低磨損、延長壽命、安全可靠的目的。聯(lián)動控制空壓機(jī)根據(jù)管道壓力的變化輸出氣量來開啟備用機(jī)組，具有精確的壓力控制能力，使空壓機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在穩(wěn)定的變化范圍，避免了分廠壓力過低，影響產(chǎn)品質(zhì)量，有效地提高了工況的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]登?？諌簷C(jī)用戶手冊．

[2]朱家玲等編著．熱能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)[M]．

[3]陳璐．科技創(chuàng)新與應(yīng)用[J]．2014，（24）．

[4]肖漢敏．壓縮機(jī)技術(shù)[J]．2016，（4）．