基于PLC变频调速的空压机控制原理与节能研究.pdf

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1、万方数据2006年第6期节能(总第287期)ENERGYC]C)NSERVATION一17一基于PLC变频调速的空压机控制原理与节能研究廖子庭1，潘荣果2(1．攀钢集团北海特种铁合金公司，广西北海536000；2．南宁励驰电气科技有限公司，广西南宁530004)摘要：本文提出了基于PLC变频调速的空压机控制原理，探讨其节能方法，评价其节能效果。着重介绍了西门子MM440变频器、s7—300PLC在攀钢集团特种铁合金公司空压机站改造中的应用情况。现场运行情况表明，往复式空压机采用西门子MM440变频器进行调速节能的改造是成功的，节能效果及控制原理明显，引入PLC控制可大大提

2、高系统的自动化程度和使用灵活性，降低故障率，减少操作员的劳动强度。关键词：空压机；PLC；变频调速；节能中图分类号：TD443+．5；TM921．51文献标识码：A文章编号：1004—7948(2006)06—0017～031引言攀钢北海特种铁合金公司有一台L2—10／8型和两台L一22／8型空压机，编号为1D、2D、3D。自1995年初投人使用以来工作基本正常，但各用气分管消耗的气量不同，而且随时间变化没有规律，导致空气总管压力波动很大，以往空压机采用自耦变压器降压启动方式和有触点控制方式，因触点较多，启动电流大，故障也较频繁；常由于启动困难而造成电源空气开关跳闸；自动

3、化程度较低，对空压机的冷却水阀门、供气阀门等必须通过人为现场打开和关闭；并且不能连续调速，无法适应负荷变化，供气压力波动大，造成空压机频繁卸载、加载启动，且电机经常处在卸载空转状态，浪费了电能，长期高速运行，产生很大噪音。针对这些缺点，经过对国内外先进控制技术的分析与比较，采用基于可编程控制器(PLC)控制的全自动变频恒压调速系统(、厂、厂、伊)对空压机控制回路进行改造，可以实现过程自动控制，达到提高生产率、供气压力平稳、降低启动电流、减少故障、降低生产成本的目的。2空压机工作原理我公司配置的三台空压机(1D、2D、3D)是活塞式空压机，活塞在气缸内往复运行，周期性地改变

4、缸内的容积，从而使气缸内气体容积发生变化，并与气缸内气阀做相应的开闭动作配合，通过吸气、压缩、排气等动作，将无压或低压气体升压，经过两级加压后输送到储压罐内。供气系统由1D、2D、3D三台空压机组成并联回路工作原理如下：正常时一台2D或3D空压机就足够使总管气压控制在0．60MPa左右，已能满足我公司三家分公司(北海钢管、北海铁合金及北海汽车弹簧板)的用气需求。空压机靠储气罐的压力反馈回路、空压机气压调节机构(减压阀和压力调节器)来调节进气口阀门打开或关闭，实现压力控制在0．55～0．7MPa范围内，空压机卸载时电动机继续空载运转，运转电流在130A左右；此时能耗约占空压

5、机满载运行的50％～60％，属非经济运行，电能浪费严重。当负荷变化大时，空压机减荷阀开启很频繁，而单靠空压机调节机构并不能实现恒压调控，同时能量消耗很大。3基于PLC的变频器运行特性由于空压机的负载有别于风机、水泵和运输负载，其运行特性曲线如图1所示。图1变频器的运行特性由图1可以看出其负载特性(转速一转矩特性)类似于恒转矩特性。根据上述原则，经过多方调研与比较，最后我们选择适合空压机使用的德国西门子公司生产的MM440系列(恒转矩型)变频器，而PLC可以选用西门子$7300系列，使该系统能够满足以下工况要万方数据一18一节能ENERGYCoNSERVATl0N2006年

6、第6期(总第287期)求：(1)变频器具有过程PID控制功能，反馈及设定压力均可通过模拟量输入，可使压力波动范围满足设计要求，设定压力可调。(2)变频器具有无传感矢量控制方式，满足高转矩启动功能。(3)开机时自动打开冷却水阀门及供气阀门。(4)自动监控各空压机的油压、水压、气压、电流、电气电路等，并对异常状态自动停机报警和切换到备用机。(5)系统设计变频改造时，考虑保留原工频系统，做到一键切换两套回路。由于空压机使用PLC控制变频调速装置，采用压力闭环构成恒压供气，具有压力稳定、无电流冲击启动、无放空现象、保护功能完善、节能效果明显等优点。4基于PLC—VV、T的空压机控

7、制原理基于PLC—VwF的空压机控制原理如图2所示，空压机控制程序框图如图3所示。由于大多数情况下一台132kW的空压机已能满足生产需要，故两台空压机连锁使变频器只能和一台空压机构成连续调速系统，两台空压机其中一台有故障可自动切换到另一台空压机；保留原工频系统，做到一键切换两套回路。这样就能实现安全、简单快捷、保量生产。压力检测位置在总管处，准确反映实际用气压力，而且压力相对平稳，无突变压力冲击。PLC、变频器、压力变送器构成恒压调速系统，完成系统自动打开辅助设备(阀门等)、变频启动、状态检测、切换备用、恒压调速等功能。PLC