變頻式螺桿空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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［摘要］空氣壓縮機(jī)站是礦山主要固定機(jī)房之一。針對(duì)螺桿空壓機(jī)變頻控制存在的問(wèn)題，應(yīng)用現(xiàn)代變頻調(diào)速和自動(dòng)控制技術(shù)，研制出螺桿空壓機(jī)站變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)站整體全自動(dòng)變頻控制，節(jié)能效果十分理想。

［關(guān)鍵詞］空壓機(jī)；變頻控制；自動(dòng)控制

引言

近年來(lái)，隨著變頻和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的礦山企業(yè)應(yīng)用空氣壓縮機(jī)（以下簡(jiǎn)稱空壓機(jī)）變頻自動(dòng)控制技術(shù)［1］。本設(shè)計(jì)以空壓機(jī)站整體為控制對(duì)象，以“恒壓”和“按輸供氣”為控制目標(biāo)，應(yīng)用現(xiàn)代變頻調(diào)速和自動(dòng)控制技術(shù)，研制出螺桿空壓機(jī)站變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)［2］，從而實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)站整體全自動(dòng)變頻控制，極大地改善了空壓機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，消除了空壓機(jī)的空載運(yùn)行，節(jié)能效果十分理想。

1自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

1.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

螺桿空壓機(jī)站變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由變頻控制單元、自動(dòng)控制單元和監(jiān)控單元等組成，如圖1所示。

1.2主要部分功能

（1）上位機(jī)（工控機(jī)）。上位機(jī)安裝于礦山集中控制中心，是集中監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件［3］。同時(shí)，上位機(jī)具有聯(lián)網(wǎng)功能，可以將監(jiān)控信息上傳至企業(yè)以太網(wǎng)，進(jìn)而與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，企業(yè)管理人員可以通過(guò)瀏覽網(wǎng)頁(yè)的方式了解各空壓機(jī)的運(yùn)行狀況。（2）可編程控制器（PLC）。PLC安裝于空壓機(jī)站機(jī)房?jī)?nèi)，作為空壓機(jī)站的現(xiàn)場(chǎng)控制核心。本設(shè)計(jì)中PLC選用三菱FX3U系列PLC［4］，通過(guò)安裝在其內(nèi)部具有通信功能的擴(kuò)展板及配置在通信網(wǎng)絡(luò)中具有FX-485PC-IF功能的擴(kuò)展模塊［5］，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的通信，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)空壓機(jī)的遠(yuǎn)程控制。（3）觸摸屏。觸摸屏安裝于現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制柜上，作為現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)對(duì)話界面。它通過(guò)與PLC通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC參數(shù)設(shè)定和對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。（4）變頻器。變頻器為空壓機(jī)的調(diào)速裝置，在PLC的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)站所有運(yùn)行空壓機(jī)全變頻覆蓋運(yùn)行模式，變頻器的配置臺(tái)數(shù)按與空壓機(jī)一對(duì)一控制方式確定。

2系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)

2.1實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)站設(shè)備的整體自動(dòng)控制

本設(shè)計(jì)將空壓機(jī)站所有空壓機(jī)納入同一個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行整體控制，利用安裝在空壓機(jī)站內(nèi)的PLC對(duì)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行綜合控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)各空壓機(jī)的啟停、供氣壓力的調(diào)節(jié)等各方面的統(tǒng)一控制。

2.2實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)站各設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控

設(shè)置在礦井控制中心的上位機(jī)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與空壓機(jī)站的PLC連接，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的數(shù)據(jù)交換。一方面，PLC將設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)傳輸至上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)或在顯示屏上顯示，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視功能；另一方面，上位機(jī)將操作人員的操作指令（或參數(shù)修改指令）通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送至PLC，通過(guò)PLC處理后，形成對(duì)空壓機(jī)站各設(shè)備的控制信號(hào)，使設(shè)備按上位機(jī)指令運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中控制功能［6-9］。

2.3實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)高效運(yùn)行

本系統(tǒng)采用運(yùn)行空壓機(jī)全變頻覆蓋控制方式，即站內(nèi)所有運(yùn)行的空壓機(jī)均為變頻控制方式。空壓機(jī)在變頻控制狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)行的每一轉(zhuǎn)均為有效做功狀態(tài)，消除了空載無(wú)效運(yùn)轉(zhuǎn)，大幅提高了運(yùn)行效率。

2.4實(shí)現(xiàn)恒壓和按需供氣功能

控制系統(tǒng)以空壓機(jī)站的供氣壓力為控制目標(biāo)，利用PLC的PID調(diào)節(jié)功能，根據(jù)供氣系統(tǒng)中用氣設(shè)備用氣量的多少對(duì)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)用氣設(shè)備的用氣量增加時(shí)，供氣管網(wǎng)中的壓力呈降低趨勢(shì)，則控制系統(tǒng)控制空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速增高，使空壓機(jī)的供氣量增加；反之，則控制系統(tǒng)控制空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，使空壓機(jī)的供氣量減少。這種調(diào)節(jié)過(guò)程保證了供氣管網(wǎng)中的供氣壓力基本不變，實(shí)現(xiàn)了恒壓和按需供氣功能。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)采用PLC控制，系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

4結(jié)論

（1）該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了礦山生產(chǎn)自動(dòng)化水平的提高。系統(tǒng)通過(guò)選用先進(jìn)、通用的硬件和軟件，所搭建的數(shù)據(jù)檢測(cè)、傳輸、處理和通訊通用平臺(tái)，可隨時(shí)并入礦井自動(dòng)化集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，為建設(shè)數(shù)字化礦山奠定了基礎(chǔ)。（2）可實(shí)現(xiàn)企業(yè)減人、節(jié)電和降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)。全自動(dòng)空壓機(jī)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的人工控制系統(tǒng)相比，實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)全自動(dòng)化操作，減少了礦山生產(chǎn)中大量輔助用工，每個(gè)礦井至少可減少輔助人員4~6人，節(jié)省了人員工資和費(fèi)用。同時(shí)，空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行后，每個(gè)空壓機(jī)站每年可以節(jié)約上百萬(wàn)度電量。（3）技術(shù)的推廣應(yīng)用降低了對(duì)環(huán)境的損害。空壓機(jī)在變頻自動(dòng)控制條件下，其油耗、噪音、溫度均大幅降低，必將減少對(duì)環(huán)境的破壞，符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策。

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作者：伍路旺 盧美鴻 單位：蘇州歐菲特電子股份有限公司