螺桿壓縮機(jī)的PLC控制

樊全建

(山西太報(bào)傳媒有限公司印務(wù)分公司，山西 太原 030032)

螺桿空壓機(jī)是壓縮機(jī)的一種，空氣壓縮是靠裝置與殼內(nèi)互相平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子的齒槽之容積變化而達(dá)到。主副轉(zhuǎn)子在與它精密配合的機(jī)殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的氣體不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化而沿著轉(zhuǎn)子軸線，由吸入側(cè)推向排出側(cè)，完成輸送、壓縮、排氣等工作過程［1］。其產(chǎn)品具有規(guī)格化容易，排氣壓力有廣闊的變化范圍，消耗性零件少，結(jié)構(gòu)簡單，外型美觀等優(yōu)點(diǎn)，有非常廣闊的應(yīng)用前景。

螺桿壓縮機(jī)的電氣控制主要采用單片機(jī)方案。單片機(jī)具有性能可靠、穩(wěn)定，價(jià)格便宜的特點(diǎn)和優(yōu)勢，但存在不足，如單片機(jī)一旦開發(fā)定型完成，其控制資源是固定的，硬件不可擴(kuò)展，軟件不可編程等。而PLC可以承擔(dān)特殊復(fù)雜螺桿壓縮機(jī)電氣控制要求。采用PLC設(shè)計(jì)螺桿壓縮機(jī)電氣控制與單片機(jī)相比，最大優(yōu)勢就是硬件控制資源的可擴(kuò)展性，即螺桿壓縮機(jī)的輸入信號、輸出信號、各種不同通訊協(xié)議的接口均可按設(shè)計(jì)需求通過選擇配置而進(jìn)行擴(kuò)展，PLC的數(shù)字量模塊、模擬量模塊、通訊接口模塊可以隨意組合。PLC和單片機(jī)相比具有配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng)、變更修改程序方便等優(yōu)點(diǎn)［2］。

螺桿壓縮機(jī)控制器主要有緊停按鈕、冷卻水故障、空濾壓差、油濾壓差、油分壓差、遠(yuǎn)程啟動(dòng)、遠(yuǎn)程停機(jī)7個(gè)輸入信號。模擬量輸入信號為排氣壓力、排氣溫度兩個(gè)，有的還有噴油壓力、水溫或者油溫兩個(gè)。輸出信號主要有主接觸器、星接觸器、角接觸器、加卸載電磁閥、風(fēng)機(jī)接觸器。采用了PLC設(shè)計(jì)就可方便地通過增加數(shù)字量輸入輸出模塊來滿足I/O的點(diǎn)數(shù)需求，然后在程序編制中將I/O點(diǎn)的邏輯控制關(guān)系編入程序，例如:電機(jī)溫度開關(guān)報(bào)警信號、配套后處理設(shè)備無故障信號、特殊供電電源故障信號、高壓電源故障、高壓合閘信號、排污閥控制、壓濾機(jī)控制、電氣控制柜加溫、油分桶油加溫、高壓柜運(yùn)行允許等等。采用了PLC設(shè)計(jì)還可以簡單方便地解決冷卻水進(jìn)口溫度、冷卻水出口溫度、冷卻水壓力、儲氣罐壓力、儲氣罐溫度、潤滑壓力、排氣出口溫度、油分罐油溫、電氣控制柜溫度、油分壓差等。設(shè)計(jì)方案就是增加模擬量模塊來滿足N路模擬量點(diǎn)數(shù)的需求，標(biāo)準(zhǔn)通用型的模擬量模塊只能接收4～20mA電流信號(一般均采用電流模擬量信號，其抗干擾能力強(qiáng))，為此PLC標(biāo)準(zhǔn)通用型的模擬量模塊在接收熱電阻類的溫度信號時(shí)需要在模塊和熱電阻傳感器間增加溫度變送器，即將熱電阻的電阻值通過溫度變送器轉(zhuǎn)換成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號供模塊采樣。

1 分散控制系統(tǒng)(DCS)開關(guān)量輸入輸出信號

DCS是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。螺桿壓縮機(jī)作為企業(yè)設(shè)備相對重要的一部分，無論是作為動(dòng)力還是作為工藝用氣都會(huì)納入DCS系統(tǒng)，為此螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)行模式被要求為:壓縮機(jī)房無人值守(需定時(shí)巡視)，機(jī)組的運(yùn)行、停機(jī)、加載、卸載則由中控室依據(jù)采集數(shù)據(jù)分析進(jìn)行集中監(jiān)視操控。開關(guān)量DCS信號主要有:輸入有遠(yuǎn)程啟動(dòng)、遠(yuǎn)程停機(jī)，輸出有運(yùn)行指示、故障指示、預(yù)警指示，共5個(gè)。

采用PLC后還可以增加輸入信號除遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停機(jī)外，還要求遠(yuǎn)程加載、遠(yuǎn)程卸載、遠(yuǎn)程急停、選擇維修等;輸出信號大致有電源指示、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、加卸載狀態(tài)、重故障報(bào)警、輕故障報(bào)警、卸載過久停機(jī)、排氣壓力超、排氣溫度超、三濾堵塞、冷卻水?dāng)嗨櫥瑝毫Φ偷鹊取１姸嗟奶厥釪CS開關(guān)量信號的要求，采用PLC設(shè)計(jì)的DCS的開關(guān)量輸入輸出信號只需配置一定量的數(shù)字量輸入輸出模塊即可。上述信號通過控制電纜來往于螺桿壓縮機(jī)和用戶中控室之間，螺桿壓縮機(jī)輸出的是本機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息，接收到的是中控室發(fā)出的控制命令。通常做法是在螺桿壓縮機(jī)房增設(shè)總的PLC控制系統(tǒng)，對下用于對各臺螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)行信息采集存儲及發(fā)出控制命令，對上接受上位機(jī)對各臺螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)行信息集中采集及接受并轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)的控制命令。例如:(1)當(dāng)某臺螺桿壓縮機(jī)接收到選擇維修信號，PLC即停止該機(jī)運(yùn)行并且不再接受任何啟動(dòng)運(yùn)行命令;(2)機(jī)旁/遠(yuǎn)程操作切換信號用于DCS系統(tǒng)辨別該機(jī)能否執(zhí)行遠(yuǎn)程命令，還是只限于在螺桿壓縮機(jī)旁操作;(3)卸載過久停機(jī)信號用于DCS系統(tǒng)區(qū)別該機(jī)是執(zhí)行停機(jī)命令的停機(jī)，還是卸載延時(shí)后的自動(dòng)停機(jī)，前者若要啟動(dòng)必須發(fā)出啟動(dòng)命令，后者是排氣壓力低于加載壓力時(shí)PLC會(huì)控制螺桿壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。

2 螺桿壓縮機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊

PLC通訊上的功能應(yīng)用于三個(gè)方面:(1)與人機(jī)界面的通訊，即文本顯示器或觸摸屏;(2)多臺螺桿壓縮機(jī)間的聯(lián)網(wǎng)通訊，用于多機(jī)系統(tǒng)中的聯(lián)控;(3)與上位機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通訊，上位機(jī)既可以是機(jī)房內(nèi)的總PLC系統(tǒng)，也可以是中控室的工控機(jī)(PC)。采用PLC設(shè)計(jì)螺桿壓縮機(jī)電控就能方便地解決特殊要求的聯(lián)網(wǎng)通訊，例如用戶要求是Profibus通訊，通訊的主從關(guān)系同上，PLC設(shè)計(jì)的硬件解決方式就是配置一塊Profibus通訊模塊(若采用S7－200的PLC，選用EM－277模塊，模塊接口標(biāo)準(zhǔn)為9針RS485口)，Profibus通訊不需編制通訊程序，只要簡單地制作一張表格，用以說明每個(gè)I/O、模擬量、寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)的具體名稱和地址即可，螺桿壓縮機(jī)的通訊地址直接在模塊上通過旋鈕開關(guān)設(shè)定，這樣上位機(jī)就可通過通訊模塊對螺桿壓縮機(jī)PLC系統(tǒng)執(zhí)行讀取和寫入了。

3 PLC與人機(jī)界面

人機(jī)界面是人與電腦之間傳遞、交換信息的媒介和對話窗口，是螺桿壓縮機(jī)電控系統(tǒng)的重要組成部分，它實(shí)現(xiàn)終端用戶的電氣技術(shù)人員及操作人員通過人機(jī)界面對螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢、設(shè)置、變更等操作。為此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同樣也要配置人機(jī)界面，人機(jī)界面通常有文本顯示器和觸摸屏兩類產(chǎn)品選擇。觸摸屏在人機(jī)界面中具有操控便捷、信息量大等優(yōu)點(diǎn)，用戶只要根據(jù)屏顯提示操作即可，觸摸屏的信息量與文本顯示器相比要大出很多。另外信息查詢中還可以設(shè)置PLC的I/O實(shí)時(shí)狀態(tài)信息表，方便用戶在螺桿壓縮機(jī)電氣故障維修時(shí)觀察I/O觸點(diǎn)ON還是OFF的狀態(tài)，不再用打開電氣箱門去查看PLC的I/O的LED指示燈來判斷故障。還有采用觸摸屏可以編制動(dòng)態(tài)畫面、模擬儀表等電氣元件畫面，使控制界面更為生動(dòng)直觀，應(yīng)用日趨廣泛。

4 結(jié)論

可編程控制器由于編程方便，I/O接口模塊、通訊模塊及一些特殊功能模塊品種齊全，在有特殊要求的螺桿壓縮機(jī)和多臺壓縮機(jī)并行使用中有著不可替代的作用。安裝4臺螺桿壓縮機(jī)，兩臺 ATLAS22、一臺 ATLAS45、一臺 ATLAS75、壓縮空氣的后處理設(shè)備冷干機(jī)一臺，在使用三菱FX2N－48MR進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制后，能綜合控制每臺機(jī)器的起停時(shí)間以滿足不同時(shí)段的工作要求，定時(shí)控制水油分離器的排污時(shí)間和排污次數(shù)，節(jié)省了人力和能源消耗。

［1］劉建民，陳建軍.螺桿式空壓機(jī)運(yùn)行及維護(hù)技術(shù)問答［M］.北京:中國電力出版社，2011:14.

［2］周書穎.PLC在空氣壓縮機(jī)監(jiān)測保護(hù)裝置中的應(yīng)用［J］.工礦自動(dòng)化，2002(6):36.