中央供氣系統無線遠程集中控制改造

楊磊李曄

云南云成印務有限公司 昆明市

一、問題的提出

兩臺阿特拉斯GA30型空壓機，工作模式為一用一備。近年，隨著公司對供氣的需求量增大，先后并網并增加兩臺GA45型空壓機，由設備維護人員根據生產需求，決定空壓機的運行組合，如啟動1臺、2臺或3臺，交班時視情況進行調整或切換。因在24h連續生產過程中用氣量變化較大，用氣量小時空壓機短暫加載后即卸載，啟動頻繁；用氣量大時空壓機長時間處于加載狀態又無法卸載，不僅無法適應生產需求，而且空壓機故障率高。為此決定改造中央供氣系統，以確保為生產提供穩定、可靠的氣源。

4臺阿特拉斯GA系列空壓機（無變頻調速），單機設備已具備完備的自動控制功能，能以供氣管道的檢測氣壓作為控制對象，保持恒定的氣壓區間。4臺空壓機并網供氣后，由操作人員控制空壓機的運行組合，以啟動1～2臺為例，組合運行模式有：①運行1臺GA30時，供氣量4.5m3/min，運行功率15～30kW。②運行1臺GA45時，供氣量8m3/min，運行功率22～45kW。③運行兩臺GA30時，供氣量9m3/min，運行功率30～60kW。④運行1臺GA30和1臺GA45時，供氣量12.5m3/min，運行功率38～75kW。⑤運行兩臺GA45時，供氣量16m3/min，運行功率45～90kW。

當用氣量≤4.5m3/min時，運行1臺GA30是最理想狀態。4.5m3/min≤用氣量≤8m3/min時，運行1臺GA45是最理想狀態。8m3/min≤用氣量≤13m3/min時，運行1臺GA30和1臺GA45是最理想狀態。13m3/min≤用氣量≤16m3/min時，運行兩臺GA45是最理想狀態。

實際生產中用氣量會因生產調度變動、不同工序任務完成情況變化等因素在0～20m3/min波動，因此4臺空壓機并網供氣后，彼此不能兼顧，在生產用氣流量發生變化時，系統無法對用氣量和供氣量的變化做出正確反應，不能進行及時有效的自動調整，無法達到最佳模式運行。造成供氣量不足，空壓機長時間過負荷運轉或供氣量過大，加載卸載過于頻繁。解決這些問題的關鍵在于使整個中央供氣系統能夠自適應用氣量的變化，自動按最優組合控制空壓機設備的運行。

二、中央供氣系統改造

1.改造目標

采用遠程控制，最大程度降低設備操作強度，便于設備操作人員隨時監控管理系統運行狀態。實時記錄統計各臺設備運行數據，便于維保工作及時有效進行。系統能自適應用氣量的變化，自動調配在網空壓機以最優策略組合運行。提高設備利用率，均分負荷，確保每臺空壓機運行時間基本均衡。使空壓機故障率明顯下降，任何一臺故障待修或停機保養，不會影響整個系統的供氣能力，有效降低能耗和維保費用。

2.改造方案

對由4臺空壓機并網組成的中央供氣系統進行集中控制改造，建立智能控制系統。中央節能控制系統通過無線網絡與前端監控電腦相聯，管理人員可直接在辦公室電腦實時監控空壓機運行狀態，并對空壓機進行基本啟、停等操作，真正實現空壓機現場無人值守。

3.系統結構（圖 1）

圖1 改造后的中央供氣系統結構

PLC可根據系統總線采集的信號，自動控制空壓機啟停，并將信號傳至聯控主機，聯控主機則根據系統內各空壓機的運行情況，合理控制各空壓機以最理想狀態運行。同時，聯控主機與遠程監控主機通過無線網絡連接，操作人員可以通過遠程監控主機實時監控系統運行情況，也可根據實際情況人為干預。

4.系統控制策略

對改造后實施的系統控制策略采用智能控制方法，對網絡內的空壓機根據用氣量按設備功率、設備運行時間，以最優方法自動控制空壓機啟停。控制策略流程見圖2。

圖2 改造后的中央供氣系統控制策略流程

（1）控制策略的主要步驟。①設定系統壓力上、下限及強制停機壓力后，各臺空壓機相繼啟動，聯控主機開始讀取各空壓機數據并在觸摸屏顯示。②當系統壓力達到上限壓力時，聯控主機優先卸載運行時間相對較長且功率較高的空壓機，直至只有1臺空壓機運行。③當系統壓力低于啟動壓力時，聯控主機將優先啟動兩臺功率較小的空壓機中運行時間短的1臺，若用氣量仍不足，停1臺功率較小的空壓機，啟動兩臺功率較大的空壓機中運行時間較短的1臺；若用氣量還是不足，啟動另一臺功率小、運行時間短的空壓機；若用氣量還不足，則停1臺小空壓機，運行另一臺功率較大空壓機；若用氣量還不足，運行1臺功率大且運行時間短的空壓機，同時運行兩臺功率小的空壓機。按上述順序各空壓機逐一自動投入運行。④當系統壓力下降至不同的設定值時，聯控系統將逐一遞增地將功率較小且運行時間短的空壓機先行轉入加載運行狀態，以滿足所設定的壓力值，此后的啟動方式按前述③進行。

（2）控制策略的選擇機制。根據以上基本步驟，空壓機以較理想狀態投放運行，由于4臺空壓機功率不同，在控制空壓機啟停時，除了空壓機運行時間外，還需考慮設備用電量，具體見（1）中的③。

（3）控制策略降低故障和能耗的方法。聯控系統實時檢測系統故障，當發現系統故障后，聯控系統停止故障空壓機，同時啟動1臺處于停機狀態空壓機，系統不會因某臺空壓機故障而影響整個管網壓力及供氣能力。系統具有平衡各臺空壓機運行時間的功能，因此各臺空壓機運行時間大致相同，有效降低設備故障率。

在生產用氣流量發生變化時，系統對用氣量和供氣量的變化做出正確反應，整個中央供氣系統能夠自適應用氣量的變化，自動按最優組合控制空壓機設備運行，最大限度降低能耗。

三、改造效果

中央供氣系統無線遠程集中控制改造完畢投入運行1年來，實際運行數據表明，空壓機及聯控系統運行正常，系統可根據實際需要自動開機或加載空壓機保持系統空氣壓力穩定，有效解決了用氣量波動的自適應問題。實現操作人員遠程監控管理，工作強度減輕，管控水平提升。由于每臺空壓機都能以最優狀態運行和加載，設備故障率明顯降低，公司未再出現因中央供氣系統設備故障造成生產設備停機的情況。中央供氣系統耗能比技改前減少20%，系統各項運行指標達到技改預期目的。 W13.10-24