變頻式螺桿空壓機自動控制系統(tǒng)設(shè)計

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

［關(guān)鍵詞］空壓機；變頻控制；自動控制

引言

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

1自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

1.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

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

1.2主要部分功能

（1）上位機（工控機）。上位機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，上位機具有聯(lián)網(wǎng)功能，可以將監(jiān)控信息上傳至企業(yè)以太網(wǎng)，進而與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，企業(yè)管理人員可以通過瀏覽網(wǎng)頁的方式了解各空壓機的運行狀況。（2）可編程控制器（PLC）。PLC安裝于空壓機站機房內(nèi)，作為空壓機站的現(xiàn)場控制核心。本設(shè)計中PLC選用三菱FX3U系列PLC［4］，通過安裝在其內(nèi)部具有通信功能的擴展板及配置在通信網(wǎng)絡(luò)中具有FX-485PC-IF功能的擴展模塊［5］，實現(xiàn)上位機與PLC的通信，從而實現(xiàn)上位機對空壓機的遠(yuǎn)程控制。（3）觸摸屏。觸摸屏安裝于現(xiàn)場自動控制柜上，作為現(xiàn)場人機對話界面。它通過與PLC通信，實現(xiàn)對PLC參數(shù)設(shè)定和對設(shè)備運行參數(shù)的現(xiàn)場監(jiān)控。（4）變頻器。變頻器為空壓機的調(diào)速裝置，在PLC的控制下，實現(xiàn)對空壓機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。為實現(xiàn)空壓機站所有運行空壓機全變頻覆蓋運行模式，變頻器的配置臺數(shù)按與空壓機一對一控制方式確定。

2系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

2.1實現(xiàn)對空壓機站設(shè)備的整體自動控制

本設(shè)計將空壓機站所有空壓機納入同一個控制系統(tǒng)進行整體控制，利用安裝在空壓機站內(nèi)的PLC對多臺設(shè)備進行綜合控制，從而實現(xiàn)對站內(nèi)各空壓機的啟停、供氣壓力的調(diào)節(jié)等各方面的統(tǒng)一控制。

2.2實現(xiàn)對空壓機站各設(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通過通信網(wǎng)絡(luò)與空壓機站的PLC連接，實現(xiàn)上位機與PLC的數(shù)據(jù)交換。一方面，PLC將設(shè)備的運行參數(shù)傳輸至上位機，通過上位機進行存儲或在顯示屏上顯示，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視功能；另一方面，上位機將操作人員的操作指令（或參數(shù)修改指令）通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送至PLC，通過PLC處理后，形成對空壓機站各設(shè)備的控制信號，使設(shè)備按上位機指令運行，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中控制功能［6-9］。

2.3實現(xiàn)空壓機高效運行

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

2.4實現(xiàn)恒壓和按需供氣功能

控制系統(tǒng)以空壓機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)備用氣量的多少對空壓機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。當(dāng)用氣設(shè)備的用氣量增加時，供氣管網(wǎng)中的壓力呈降低趨勢，則控制系統(tǒng)控制空壓機的轉(zhuǎn)速增高，使空壓機的供氣量增加；反之，則控制系統(tǒng)控制空壓機的轉(zhuǎn)速降低，使空壓機的供氣量減少。這種調(diào)節(jié)過程保證了供氣管網(wǎng)中的供氣壓力基本不變，實現(xiàn)了恒壓和按需供氣功能。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

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

4結(jié)論

（1）該項技術(shù)的應(yīng)用促進了礦山生產(chǎn)自動化水平的提高。系統(tǒng)通過選用先進、通用的硬件和軟件，所搭建的數(shù)據(jù)檢測、傳輸、處理和通訊通用平臺，可隨時并入礦井自動化集中監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控，為建設(shè)數(shù)字化礦山奠定了基礎(chǔ)。（2）可實現(xiàn)企業(yè)減人、節(jié)電和降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)。全自動空壓機控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的人工控制系統(tǒng)相比，實現(xiàn)了空壓機全自動化操作，減少了礦山生產(chǎn)中大量輔助用工，每個礦井至少可減少輔助人員4~6人，節(jié)省了人員工資和費用。同時，空壓機實現(xiàn)節(jié)能運行后，每個空壓機站每年可以節(jié)約上百萬度電量。（3）技術(shù)的推廣應(yīng)用降低了對環(huán)境的損害?？諌簷C在變頻自動控制條件下，其油耗、噪音、溫度均大幅降低，必將減少對環(huán)境的破壞，符合國家環(huán)境保護政策。

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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