空壓機聯動控制系統改造與實現

顧天林

（上海電氣集團上海電機廠有限公司，上海 200240）

上海電機廠空壓站6臺螺桿空壓機為獨立控制，各機組之間沒有控制聯系，靠人工簡單控制，無法根據現場情況進行及時調節，空壓機系統有較大量的壓縮用氣外泄，導致空壓機機組運行時有大量不必要的電量被浪費。通過聯控系統改造，加裝可編程的邏輯控制器PLC后，實現了空壓機聯動定期切換，從而合理分配資源，減少空壓機頻繁啟動，達到安全節能的目的。

1 原空壓機控制系統

1.1 常規供氣管網系統（管道壓力0.78MPa）

兩套系統為各三臺并列運行，運行空壓機將壓縮空氣送入各自的儲氣罐，然后各自進入主管網向用戶供氣。空壓機之間沒有控制上的聯系，只通過各空壓機出口的壓力變送器和設定的加卸載參數來控制各自的加載、卸載，啟停要靠人工操作。當管道壓力低于0．6MPa，人工啟動備用機組；當管道壓力高于0．78 MPa時，人工關閉其中一臺運行機組。在中間容易造成其中一臺持續加載或空載情況，這樣持續加載空壓機會出現高溫報警停機，影響正常生產；頻繁加卸載對設備損害也很大。存在問題：可見白班及夜班空壓機空載時間較高，相當于一臺40立方機組每天有一半時間處于卸載狀態下，長期處于大馬拉小車的工況下，易對設備造成損害（目前已進行維修一次），同時又浪費能源。表1為運行工況。

表1 運行工況

1.2 BBC壓縮空氣專供系統（管道壓力0.85MPa）系統

當BBC需要加壓時，在短時間內需要大量空氣，一臺15m3不能確保供氣，要再增加一臺15m3變頻機才能保證生產需要；當加壓完成后僅需要進行保壓時，保壓所需壓縮空氣量極少，僅需開啟15m3機組即可，從加壓到保壓運行時間短，空壓機啟動頻繁，對設備造成損傷很大，易造成軸承損毀，轉子損傷。BBC用氣量沒有固定時間，通過電話聯系啟動機床，同時增加了操作工人的勞動強度。

2 螺桿空壓機聯動控制改造的嘗試

2.1 空壓機聯動控制改造方案

本公司空壓機聯動控制系統，分為獨立的A、B兩組，A組由3臺空壓機組成（預留一只點將來擴容），B組由3臺空壓機組成，每組聯動調壓至目標壓力值。（如圖1、2）。

圖1 系統原理圖

空壓機聯動控制方式有單機就地、單機遠程、聯動控制。單機就地：可以壓縮機面板控制器選擇控制壓縮機設備的啟動和停止，此為最高權限。單機遠程：可以在PLC控制柜觸摸屏上選擇控制壓縮機設備的啟動和停止，但壓縮機面板控制器不進行壓縮機之間聯動聯鎖運行控制。聯動控制：根據壓力設定及邏輯規劃系統聯動開停機組。聯動系統具有故障聯鎖切換功能。當一臺運行中的壓縮機發出報警，系統發出報警，提示操作工作出響應，操作工可以將報警設備從控制序列中脫離開來作檢修，而不影響整個系統的運行；檢修完畢可以重新加入到控制序列中；當運行設備發生故障停機，系統聯動停止故障設備的運行，并投運備用設備。

圖2 系統連接示意圖

聯動系統擁有智能管理功能，能夠統計每臺的功耗及流量；按需要定制報表；良好的人機界面，可靠的數據管理；能與集控中的聯接，遠期按無人值守設計，預留遠期與集控站的接口。

2.2 聯控系統主要功能

（1）數據采集功能：空壓機運行狀態；管道壓力、流量。（2）顯示功能：以圖形、文字、棒圖、表格等動態顯示工藝流程、設備布置等，至少包括以下界面：平面工藝圖；設備布置圖；實時報警、歷史報警圖；實時數據表格、歷史數據報表。（3）報警功能：過程檢測或運動設備出現越限或故障時，流程圖上相應的圖例紅光閃動，并發出報警聲響加以提示。報警的笛聲可以通過鍵盤解除，閃動的紅光繼續保持，直至該故障消除，閃動才停止。報警對象、內容、時間應列表記錄及打印。（4）參數設定功能：通過參數設定，界面可設定；目標壓力值；空壓機聯動切換時間；報表輸出功能；運行數據上傳手機。

2.3 空壓機聯動控制邏輯

PLC控制柜實時采集實際系統壓力（SP），將系統壓力的變化與用戶設定系統壓力期望值（SPS）進行比較，通過智能化的邏輯判斷，對設備進行相應的調節，保證系統壓力的穩定與平衡。

當SP＜SPS下限，系統判斷當前運行壓縮機是否都處于加載狀態，如有壓縮機卸載中，則發出加載指令；當壓縮機都已加載，SP＜SPS下限，系統聯動運行備用壓縮機，增加排氣量，提高系統壓力；SPS下限＜SP＜SPS上限，系統維持當前運行狀態。

SP＞SPS上限，系統卸載一臺運行設備，以減少排氣量，降低系統壓力。

壓縮機連續卸載超過一定時間（可設定），系統聯動停止卸載壓縮機的運行。

根據現場具體情況，常規供氣設定某一臺為主機，BBC設定變頻機組為主機，以達到節能要求。聯控過程中，壓力不夠時，從機按運行時間優先級起動（累計運行時間短的空壓機優先起動）。當主機壓力在聯控壓力上下限之間時，主機根據壓力與工作壓力比較，調節運行頻率，維持壓力穩定。當系統壓力高于主機工作壓力時，主機首先降低頻率運行，若壓力還上升，達到聯動壓力上限時，主機控制網絡中從機卸載或停機，主機按最低頻率運行，不會停機。當系統中所有從機都卸載或停機運行時，主機處于運行狀態，壓力達到主機供氣卸載壓力，主機卸載運行。

2.4 聯動控制系統構成

本系統選用可編程控制器、計算機等構成空壓站監控系統，應用計算機技術、PLC技術、儀器儀表技術、組態軟件技術等達到優質的控制水平，實現先進的管理目標。

PLC選用西門子公司的S7-1200系列的高性能PLC，它是控制系統的核心，PLC直接采集壓力、流量等工藝參數等，并根據設定的過程控制空壓機的啟動、停止。

PLC還通過通訊接口與上位機通訊，傳遞實時數據，實現上位機監控（由于現場按無人值守設計，可以將實時數據傳送至總控值班室）。PLC可獨立運行，也可受上位機干預運行，是整個系統的核心。

上位機與PLC通過通訊接口進行通訊并交換數據，組態軟件生成實時數據庫，以豐富、動態形式顯示流程圖、測量值、趨勢圖、報警、控制等，全中文顯示，操作方便。同時組態軟件記錄保存數據，生成歷史數據，可通過歷史趨勢曲線、報表等形式查詢歷史數據。

3 改造后空壓站操作界面（如圖3、圖4、圖5）

圖3 A組空壓機主畫面

圖4 B組空壓機主畫面

上位機安裝西門子WINCC軟件，點擊桌面圖標后，進入軟件，點擊啟動按鈕，也可以重新啟動計算機，系統自動啟動軟件，即可進入如下實時監控畫面（如圖6）。

圖5 報警曲線

圖6 上位機畫面

①②③部分與觸摸屏功能相同，但只能監視，不能控制；④部分為參數設置值。

4 螺桿空壓機聯動控制改造總結分析

改造后優化了空壓機組及其管網設備，以便及時根據需求改變空壓機的運行狀態，即可以通過實時的監控及時了解工廠的相關運行狀態，保證壓縮機工況處在經濟的運行狀態，避免了長期處于大馬拉小車，節約能源。并且聯動控制可以減少對設備的沖擊，機組維護和維修量也隨著降低，所以運行成本將大大降低。聯動控制還降低了人工操作的作業量。從而達到空壓機省電、節能、環保、減排、降低磨損、延長壽命、安全可靠的目的。聯動控制空壓機根據管道壓力的變化輸出氣量來開啟備用機組，具有精確的壓力控制能力，使空壓機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統所需的氣量相匹配，所以它可以使管網的系統壓力變化保持在穩定的變化范圍，避免了分廠壓力過低，影響產品質量，有效地提高了工況的質量。

參考文獻：

[1]登福空壓機用戶手冊．

[2]朱家玲等編著．熱能開發與應用技術[M]．

[3]陳璐．科技創新與應用[J]．2014，（24）．

[4]肖漢敏．壓縮機技術[J]．2016，（4）．