變頻調(diào)速系統(tǒng)在空壓機運行中的應(yīng)用

王正，戴立明

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變頻調(diào)速系統(tǒng)在空壓機運行中的應(yīng)用

王正1，戴立明2

（1.江陰華西鋼鐵有限公司，江蘇 無錫 214420；2.江陰市華西和林礦業(yè)有限公司，江蘇 無錫 214400）

大型空壓機在實際運行過程中往往會出現(xiàn)風(fēng)量不穩(wěn)定的現(xiàn)象，導(dǎo)致空壓機經(jīng)常出現(xiàn)空轉(zhuǎn)或者長時間運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，而在空壓機啟停機動的過程中，瞬時的大電流會對空壓機造成沖擊作用，而這個過程中也會造成電能的極大浪費，這對整體空壓機的機械以及電氣部分造成了嚴重的影響，縮短了空壓機的使用壽命。主要針對空壓機系統(tǒng)的電器部分進行了改造，增加了變頻調(diào)速系統(tǒng)，極大提升了空壓機的運行效率，同時也實現(xiàn)了節(jié)能效果。

空壓機；變頻調(diào)速；電動機；節(jié)能降耗

大型工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，大功率的空壓機在運行過程中會消耗大量的能量，在企業(yè)的整體能耗結(jié)構(gòu)中，空壓機的能耗占了極大的比例。通常情況下，空壓機都處在長時間勻速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，而在風(fēng)量不穩(wěn)定的狀態(tài)下不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。而一般大型的工業(yè)生產(chǎn)中空壓機的功率都比較大，因此，造成的電能消耗也非常大，為了有效控制空壓機的能耗，并不斷提升企業(yè)經(jīng)濟效益，在空壓機系統(tǒng)中采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)了空壓機的軟啟停操作，有效避免了空壓機在啟停過程中造成的電網(wǎng)沖擊，同時也控制了電流沖擊對空壓機機械以及電器部分的損害，有效提升了空壓機的使用壽命。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)概述

本次空壓機改造過程中使用的變頻系統(tǒng)主要是由硬件部分和軟件部分組成，系統(tǒng)的硬件部分結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。其中P是空壓機系統(tǒng)中的壓力變送器，其主要功能是使儲氣罐中的壓力保持平衡。

圖1 空壓機變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成

由圖1可知，假設(shè)系統(tǒng)的目標信號為，值的大小與儲氣罐實際的壓力要求是相對應(yīng)的；假設(shè)為壓力的變送信號，那么變頻器實際的輸出頻率1的值就由目標信號與變送信號的差值來決定，即1=－.

如果在空壓機運行過程中出現(xiàn)了壓力值大于目標值的現(xiàn)象，那么壓力變送信號值會大于目標信號值，因此，輸出頻率1就會相應(yīng)減小，壓力值也會相應(yīng)減小，直到壓力的值與對應(yīng)的目標壓力值一致的時候就會停止，相反，如果出現(xiàn)了壓力值比目標值小的現(xiàn)象，輸出頻率1以及壓力值都會相應(yīng)增加，當壓力增加到與目標值一致的時候停止[1]。

根據(jù)上述變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行原理，需要在空壓機系統(tǒng)同時加裝變頻調(diào)速系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)，而壓力值的設(shè)定要根據(jù)空壓機實際的運行情況來設(shè)定。這樣整個空壓機系統(tǒng)的壓力信號處理和變化就可以通過PLC來進行。通過PLC對變頻調(diào)速系統(tǒng)的頻率進行給定，從而實現(xiàn)了空壓機系統(tǒng)頻率的自動調(diào)整，也就是說，空壓機的電機轉(zhuǎn)速也實現(xiàn)了自動控制，因此，空壓機在實際的運行過程中，會隨著負荷的變化來不斷調(diào)整功率的輸出，空壓機的氣壓值也會實現(xiàn)及時調(diào)整，達到了節(jié)能降耗效果。

1.2 變頻器選擇

空壓機系統(tǒng)中變頻器的選型要根據(jù)空壓機實際的使用情況來進行，本文結(jié)合某工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的空壓機進行了變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造，該公司使用的空壓機的電機型號為LS285TSC-2，其功率為22 kW，實際的運行頻率為50 Hz，工作電壓為390 V，設(shè)計額定電流值為40 A，電機實際的轉(zhuǎn)速能達到1 450 r/min[2]。結(jié)合空壓機實際的電機型號以及使用情況，可以為該空壓機配備三菱公司生產(chǎn)制造的FE-A5F30-22K型的變頻器。整個變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路原理如圖2所示。

2 系統(tǒng)主要的性能特點

整個變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制主要是由PLC、觸摸屏、上位機來共同組成，PLC系統(tǒng)選取的是西門子S7-300型，上位機和系統(tǒng)的液晶顯示器等都是由西門子生產(chǎn)制造的，為了形成更好的配套設(shè)備，監(jiān)控軟件方面也專門選擇了西門子專用的監(jiān)控軟件，這樣就能使系統(tǒng)實現(xiàn)從控制到監(jiān)控的高效銜接。 變頻器與PLC、上位機等之間的連接是通過規(guī)約的通信方式進行的。這樣在系統(tǒng)的運行過程中通過上位機就能直接了解到空壓機的實際運行狀況，以及參數(shù)、性能的變化過程，而該系統(tǒng)又實現(xiàn)了視頻監(jiān)控，因此，空壓機的每一步操作和運行過程都能被及時視頻監(jiān)控，視頻監(jiān)控的信息可以通過系統(tǒng)中的上位機來進行顯示。

圖2 空壓機變頻器調(diào)速系統(tǒng)電力原理圖

監(jiān)控系統(tǒng)不僅具備對系統(tǒng)運行狀況進行監(jiān)控的功能，同時還能實現(xiàn)系統(tǒng)運行的自診斷和監(jiān)測功能。因此，在系統(tǒng)每次運行前，監(jiān)控系統(tǒng)都會自動化對空壓機啟動狀態(tài)監(jiān)測并作出判斷，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障就會實現(xiàn)自動報警，保證設(shè)備不會出現(xiàn)帶病運行的情況。

在空壓機系統(tǒng)的監(jiān)控室內(nèi)配備了一臺專門用來進行系統(tǒng)操作的操作臺，在該操作臺上將空壓機系統(tǒng)的操作按鍵都進行了設(shè)置，同時系統(tǒng)的各種運行參數(shù)也可以通過操作臺上的儀表進行顯示。

3 實際應(yīng)用效果分析

在變頻調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動下，整個空壓機系統(tǒng)既能實現(xiàn)自動控制，也能進行脫機操作。在空壓機系統(tǒng)的監(jiān)控室內(nèi)就能實現(xiàn)系統(tǒng)的控制，同時可以在自動操作和手動操作之間進行切換，另外，操作人員還可以根據(jù)空壓機系統(tǒng)實際的運行情況，對空壓機系統(tǒng)進行啟停機的檢修操作。變頻調(diào)速系統(tǒng)改造后，系統(tǒng)整體運行產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)的污染得到了有效控制，變頻器在實際運行過程中產(chǎn)生的諧波電流不會超過5%，而其實際的功率因數(shù)卻超過了0.95，而如果系統(tǒng)在運行過程出現(xiàn)了故障，變頻柜就會將故障信號進行輸出，而該故障信號在監(jiān)控系統(tǒng)中可以進行查詢。

在空壓機系統(tǒng)的運行過程中，系統(tǒng)總排風(fēng)管的壓力以及壓力的設(shè)定值可以通過監(jiān)控系統(tǒng)進行檢測，系統(tǒng)中的PID調(diào)節(jié)器可以針對實際壓力值跟設(shè)定壓力值進行計算，利用PLC實現(xiàn)對變頻器頻率輸出的控制和調(diào)節(jié)。

實現(xiàn)變頻器啟動和停機等操作，并在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時進行故障緊急停機，與此同時，系統(tǒng)還會對變頻器的運行情況進行監(jiān)控，并對空壓機系統(tǒng)實際的運行狀況進行檢測，同步生成系統(tǒng)巡檢的歷史趨勢圖，當系統(tǒng)運行超過系統(tǒng)設(shè)置極限值的時候就會自動進行報警。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對某公司空壓機系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動控制，使系統(tǒng)運行對電網(wǎng)的高次諧波污染急劇減少，功率因數(shù)也得到了有效提升，企業(yè)實現(xiàn)了節(jié)能降耗，同時，也充分保障了空壓系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，這對企業(yè)來說具有非常重要的現(xiàn)實意義。

［1］于寶龍，張海龍，王磊.MM440變頻調(diào)速系統(tǒng)在空壓機系統(tǒng)上的應(yīng)用［J］.哈爾濱鐵道科技，2006（2）：5-7.

［2］蔡建華，于寶龍，吳晶瑩.MM440變頻調(diào)速系統(tǒng)在空壓機系統(tǒng)上的應(yīng)用［J］.哈爾濱軸承，2006（4）：54-56.

2095－6835（2018）23－0149－02

TM921.5

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.149

〔編輯：嚴麗琴〕