基于PLC的螺桿壓縮機控制系統設計

周游

（廣西經貿集團有限責任公司，廣西南寧530022）

基于PLC的螺桿壓縮機控制系統設計

周游

（廣西經貿集團有限責任公司，廣西南寧530022）

螺桿壓縮機已成為空氣動力、制冷空調這兩個面大量廣領域的主要機型。電氣控制設計直接關系到整個螺桿壓縮機的性能好壞。以采用Scheider Twdio系列PLC為主要控制核心，對螺桿壓縮機的控制設計進行詳細的闡述，分析了控制PLC硬件的選型、到PLC的點數分配，軟件設計、文本顯示器、設計程序等設計內容。PLC在螺桿壓縮機控制上的應用，大大提高壓縮機自身的自動控制性能，達到較為理想的控制效果，是目前螺桿壓縮機控制系統發展的必然趨勢。

螺桿壓縮機；PLC；流程；文本顯示器；軟件

目前，螺桿式空氣壓縮機是風動工具和風動機械的主要原動力。主要供給礦山、建筑、冶金、機械、石油、化工、紡織、食品、醫藥、電子、煙草等工業中所需之壓縮空氣。其電氣控制部份性能的好壞，直接影響著設備運行的可靠性及穩定性，為提高設備的性能及穩定性，大多數螺桿空壓機行業的企業都選用微電腦、PLC等控制方式，來監控壓縮機的運行（如柳二空壓縮機、柳富達壓縮機都采用施耐德PLC來監控設備的起動運行故障監測等）。本文主要以Schneider TwdioPLC例，介紹一種應用于PLC控制螺桿機的運行方式。

1 螺桿壓縮機系統流程

圖1是整機系統工作流程工作流程，內分為氣路和油路兩部分，邏輯工作過見圖2[1].

圖1 螺桿式空氣壓縮機系統流程圖

1.1 空氣流程

風冷螺桿空壓機的空氣流動過程為：空氣→空氣濾清器2→減荷閥1→壓縮機18→油氣分離罐16→最小壓力閥5→空氣冷卻器9→空壓機排氣球閥（截止閥）供壓縮空氣給用戶使用（見圖1）[2]。

1.2 潤滑油流程

潤滑油流程：潤滑油與空氣混合壓縮后→油分離罐分離→溫控閥→油冷卻器冷卻（或旁通）→油過濾器→噴油到壓縮機主機及各潤滑部位潤滑。

由空壓機的工藝要求及流程圖可看出，電氣部份需要控制及監控的有：設備（電機）的起動、運行、自動加載、卸載及自動排污，由此可以看出設備需要控制的是：電機的星三角啟動及運行，電磁閥的加載與卸載及自動排污。輸入控制的點數為：保護電機用的熱繼電器、防止設備反轉用的相序器、起動、停機、手動加載等。

1.3 螺桿壓縮機控制的工作原理

星三角啟動的螺桿壓縮機控制的工作原理為（以75 kW螺桿壓縮機為例）：接通電源，控制電路的電氣首先進行全方位檢測過程，如無故障，按下起動鍵、設備即開始啟動，星三角轉換，正常運行30 s（可調）后，電磁閥動作，設備進入加載運行，當壓力達到設定上限，如10BAR，電磁閥斷電，設備卸載，當壓力下降到設定值如6BAR時，電磁閥打開加載，如此反復即為設備的運行狀態；如按下停止開關，設備無論在何種情況下，都進入減荷狀態，30 s（可調）后，設備停機；輸入同時設置：急停、相序錯誤、電機過載、風機過載及空氣過濾器堵塞、機油過濾器堵塞、油精分離器堵塞，模擬量部分，設置壓力變送器、溫度變送器；面版顯示壓縮機的狀態、壓力、溫度、故障情況等。

1.4 控制系統流程及PLC點數統計

控制系統流程如圖2所示，控制系統所需輸入、輸出及模擬量點數列表如表1所示。

圖2 控制系統流程

表1 輸入、輸出及模擬量點數列表

2 控制系統系統設計

Schneider Twdio PLC作為施耐德公司旗下的一款小型PLC，其開放、靈活、簡易、緊湊特點已在各行各業發揮得淋漓盡致，根據螺桿壓縮機原理，選擇Schneider Twdio PLC來設計其控制系統[3]。

根據螺桿壓縮機的控制、工作原理所需要的點數要求（見表1），可選擇表2所示型號的PLC.對應的I/O點數分配情況如表3所示，模擬量點數分配如表4所示。

表2 PLC選型

表3 I/O點數分配情況

表4 模擬量點數分配表

3 螺桿壓縮機的電路設計

3.1 電氣原理圖

根據分I/O分配表、螺桿壓縮機的工藝及電氣的相關要求，設計螺桿壓縮機PLC控制的電路，如圖3所示。

圖3 電氣控制原理圖

3.2 PLC軟件系統設計

根據對控制系統的硬件分配及功能要求，應用施耐德TwidoSoft程序設計軟對控制設備的啟動、運行、及監控進行設計，以達到相應的運行效果。相關程序省略，現就程序設計中的一些主要應用作如下分析[4]。

3.2.1 開機檢測程序

開機檢測，即設備上電后PLC必須對設備的相關信息作出檢測，如無故障存在，才能顯示正常待機狀態，否則將在上電時顯示故障狀態，顯示屏上并顯示故障原因。如上電時，相序錯誤，則開機檢測到相序錯誤后設備將無法開機，并顯示故障，顯示屏上顯示出故障原因：“相序錯誤，設備無法開機，請及時檢查相序！”開機檢測梯形圖如圖4所示。

圖4開機檢測

圖3 中，將所有故障狀態串聯，即只要I0.6 I0.8 I0.9…..只要有一個故障點動作，%M90都會斷開，從而使主電路斷開，設備無法啟動，或在運行中出現故障而停機。

3.2.2 PLC置位檢測

當設備故障或正常停機后，設備必須全部置位，以備下一次啟動時，程序從檢測開始運行。%S1% S0分別為冷啟和熱啟置位，S13為初始掃描時置位。如圖5所示。

圖5 設備置位

3.2.3 模擬量的計算與顯示

設備在運行過程中涉及到的模擬量——壓力和溫度，它們是隨著設備運行變化而變化的，必須能守相應的變送器來完成，設計中選用了常規的4～20 mA，0～16 bar的壓力變送器及0～120℃、4～20 mA的溫度變送器。PLC需要通過一系列的換算，將模擬量轉換，然后顯示在顯示屏上。溫度檢測梯形圖如圖6所示，壓力檢測梯形圖如圖7所示。

壓力換算：顯示壓力=最大壓力值X實際采樣值/4095

溫度換算：顯示溫度=最大溫度值X實際采樣值/4095

圖6 溫度換算

圖7 壓力換算

3.2.4 星三角的啟動、檢測與運行

設備在檢測無誤后，按下啟動即為星三角運行，在啟動后的任何時間，只要檢測到故障，設備都會停機報警（見圖8）。

圖8 星三角啟動及檢測

3.2.5 排污閥的定時排污

排污閥的定時排污可通過設置定時器完成的，如圖9所示。%TM30由顯示屏HMI設置時間（0-9999S可調），當Q0.5輸出達到設定時間時，%M21動作，從而斷開Q0.5；%M20接通，Q0.5即接通，設備即開始排污。如此反復，完成設備的自動排污過程。

圖9 排污定時

4 文本顯示屏的程序設計

4.1 文本顯示屏編程簡介

顯示屏作為監控設備運行的顯示終端，其顯示著整個機器的各方面運行工作情況，為用戶提供精準的故障判斷及相關的設備信息，是螺桿壓縮機對外的窗口。其與Schneider TwdioPLC通過數據傳輸線用MODBUS通信協議連接，精確地反饋PLC檢測到的各方面信息。顯示屏程序通過施耐德公司提供的Neza HMI Configurator 3.0編寫，直觀運用全中文顯示[5]。

開始上電，如PLC檢測到設備無異常狀態，即設計顯示首頁，如圖10所示。

圖10 主頁面顯示

4.2 故障信息顯示舉例

當檢測到電機過載時，設備除了PLC控制其強制停機外，顯示屏會顯示出相對應的故障信息（如圖11所示）。

圖11 停機故障原因顯示

現場提供給用戶準確判別解除故障的依據。顯示屏的程序編寫較為簡單化，只需將對應的顯示頁面與PLC相對應即可，在此不再重復。

5 結束語

PLC在螺桿壓縮機上的應用，大大提高了壓縮機控制系統的可靠性，促使螺桿壓縮機實現了無人看守，自動化、智能化。配合顯示屏的使用，使設備的監控更為完善，如通過本機通信模塊與上位機聯接、PLC控制的多機聯控運行會使目前螺桿壓縮機的控制水平提高到一個新的高度，為螺桿壓縮機的全自動化、全智能化控制提供有力的保證。

[1]刑子文.螺桿壓縮機——理論、設計及應用[M].北京：機械工業出版社，2003：249-253

[2]LEK系列全罩式螺桿空氣壓縮機使用及維護說明書[Z].柳州柳二空機械股份有限公司，2013：3-5.

[3]小型PLC控制器選型[Z].施耐德電氣公司，2004：6-17.

[4]Twdio可編程控制器軟件編程手冊[Z].施耐德電氣公司，2004：30-107

[5]HMI用戶手冊[Z].施耐德電氣（中國）投資有限公司NEZA產品部，2002：32-60.

Design of Screw Compressor Control System Based on PLC

ZHOU You
（Guangxi Economic and Trade Group Co.，Ltd.，Nanning Guangxi 530022，China）

The screw compressor has become aerodynamic the two main planes of the large area of refrigeration and air conditioning.Electrical control design is directly related to the performance of the entire screw compressor. Using the scheider twdio series PLC as the main control center，the control design of screw compressor is described in detail，the selection of PLC hardware was analyzed、to the point distribution of PLC，the software design，text display、design program，etc.PLC’s application in screw compressor control，the automatic control performance of compressor is greatly improved，achieve the ideal control effect.It is the inevitable trend of the development of screw compressor control system.

screw compressor；PLC；text display；software

TH457

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0026-03

2017-02-21

周游（1975-），男，廣東廉江人，研究生，工程師，研究方向：機械，宏觀經濟，國內貿易。