活塞式壓縮機PLC 控制系統的應用

曹 揚，金海波，王曉輝

（杭州杭氧壓縮機有限公司，浙江杭州 311305）

0 引言

活塞式壓縮機廣泛用于化工、冶金等行業，是主要的壓縮氣體設備。近年來，由于較低的價格、穩定的操作及簡單的維護受到用戶的歡迎，其在生產和商業活動中起著重要作用。某重型設備集團的天然氣公司近期有很多活塞式空壓機進入檢修期，系統使用PLC 實時監控壓縮機的啟動和日常運行，出現危險信號時PLC 通過檢測和傳輸設備得到實時反饋信息。PLC 在計算后執行相應的警報輸出，并作用于警報設備。當檢測到危險生產和壓縮機安全的物理信號時，PLC 立即聯鎖并停止壓縮機，執行相應的緊急處置等。同時，考慮到對自動控制系統的重大修改、性能穩定、價格低廉、功能強大，多點檢查控制設備和計算機程序控制勵磁柜取得了很好的效果，主要體現在縮短工作時間、減少成本輸出，同時有效控制精準度與質量。網絡的升級化與設備的自動化，使整個工廠以模塊化的方式逐步升級。張明[1]在重慶某能源公司的LNG 調峰儲備綜合利用示范項目中，介紹了PLC 在往復式壓縮機控制系統中的應用，主要采用PLC和觸摸屏實現對壓縮機的監控和報警。聯鎖停車和其他功能降低了系統故障率，增加了經濟和安全效益。左華[2]介紹PLC 的應用，并對活塞式空壓機的控制系統進行重組。與傳統控制器進行對比，重新對空壓機PLC 系統進行設計，主要在于軟硬件及外圍控制電路方面的設計，并糾正了一些實際操作過程中存在的問題。

1 兩種壓縮機PLC 控制系統的對比

（1）傳統壓縮機PLC 控制系統。其主要依靠高壓開關柜及電氣控制等工作，電氣控制柜內部運行主要依靠繼電器、動圈電接點壓力表等，內部組件較為復雜，操作時間會更長。傳統的壓縮機PLC 控制系統，設備比較老化，操作運轉不便，故障頻發。由于設備難以滿足社會的需求，其面臨的問題越來越多，解決問題難度不斷增加，導致額外投入的資金設備增多。傳統壓縮機PLC 控制系統不完善，設備自動化水平低，需要經常進行檢測與維護。

（2）活塞式壓縮機的PLC 控制系統。由于PLC 控制系統的升級，設備得到更新，系統得到優化，新型活塞式壓縮機廣泛應用于眾多領域。新型活塞式壓縮機在更新后，其計算功能不斷增強，數據收集及程序控制變得容易。在智能化后，網絡控制可以充當單個控制單元，方便與其他設備交換信息源，使活塞式空氣壓縮機的控制更加快捷，將PLC 作為主控制，并選擇了一個文本顯示作為參數顯示單元，可以在完成邏輯控制的同時獲取模擬信號，從而提供參數的實時顯示和錯誤消息的文本顯示。通過這種選擇和設計，壓縮機控制系統的功能更強大、結構更緊湊，部件和接線的數量也減至最少，系統發生故障的可能性大大降低，并且可以進行故障檢測和消除。

2 活塞式壓縮機PLC 的應用程序

（1）測試和維護。該程序限制了操作員僅能根據設置的程序來操作設備，如果發生錯誤的操作則會根據情況或程序自動執行。此外，通過“測試”按鈕，啟動試驗功能，屏蔽輸入及輸出信號源，避免高壓設備測試產生故障問題，以及其他設備維護的意外問題。同時，設備維護也是系統的重要部分，通過啟動“維修”選項來進行現場模擬，無需駕駛即可模擬工況，從而簡化了維護和參數調整。

（2）輔助設備控制。主機在運行過程中，輔助發動機被強制開啟，其他功被阻擋。主機不運行時可以手動啟動和停止油泵和水泵等輔助設備。當主機正常停止時，輔助發動機可以跟隨主機并以10 s 的延遲自動停止。需要注意的是，嚴禁在啟動其他輔助機器時開啟主機部分。

（3）自動排空功能。當主機在開啟以及關閉時系統會自動進行排空，可以在無負載的情況下運行和關閉主機。當主機運轉時，設備自動分為兩端以減少負荷，將負荷減少50%，如果壓力仍然很高則將負荷減少90%。為了終止減輕負荷，當設備自動或手動減輕負載時所有級別的進氣和排氣壓力保護功能均將關閉，以防止誤報警。

（4）檢測并顯示運行參數。設備操作的各種參數包括機油壓力、水壓、排氣壓力、軸承的溫度及潤滑度等，相應的壓力變送器和鉑電阻信號被傳送到PLC 的數模轉換模塊和熱阻模塊進行數字化操作，PLC 進行數字過濾、計算和范圍轉換，并顯示實時參數值。文本顯示允許將保護鏈接的信號源上載到上位機，進行實時操作控制。

（5）保護系統的建立。通過系統檢測到的參數范圍，來判斷設備的實時運行狀況，當參數值出現異常時，顯示報警信號并強制終止設備運轉。當文本顯示出錯誤信息時，可以進行相應的調整。同時，當系統設備處于斷電期間，設備內信息會完整，并在手動重置錯誤信號之前阻止引導。

（6）手動和自動操作。在開始之前，確保根據上次停止條件準備駕駛員的定期檢查，包括駕駛許可信號的條件、輔助機器的運行條件、勵磁設備的條件、高電壓的條件、電壓設備以及是否由于故障而停止運行等，以查看驅動信號是否有效。如果有效，將向設備發出空信號并自動啟動輔助設備。例如，油泵、水泵等以執行參數超限檢測，如果滿足條件則設備啟動，否則將拒絕。啟動主機后，停止排氣信號，延遲30 s，直到所有級別的壓縮缸的進氣和排氣壓力達到限定工作條件，然后進入氣動參數保護鏈接，設備將切換到正常運行狀態。

（7）讀寫信息，檢測參數。該程序的設計還考慮了一些容錯鏈接，盡可能避免人為原因導致的故障。在參數顯示部分中，傳感電路布線的數量很多且主要分布在系統設備周圍，發生故障的可能性很高。為了滿足設備運行穩定性要求并考慮到顯示的直觀性，添加了多點檢查設備。它獨立于PLC 內部參數檢測程序，既可以獨立運行也可以同時運行，大大提高了設備運行的穩定性。

（8）手動停車和自動停車。手動停車，當駕駛員發出停車標志時，設備先排空再停止，然后依次是主機、輔助發動機自動停止。發生故障時，車輛將立即排空并停放，同時會發生聲音和視覺警報，并且根據各種類型的故障和參數，故障文本信息在文本顯示屏顯示，提醒工作人員。

3 活塞式壓縮機PLC 的應用現狀

（1）溫度和壓力信號接線的干擾問題。使用多點檢查機時，顯示值1～2 s 可能會異常，并且設備會意外停止。由于發生的可能性低，因此時間和設備條件不規則。檢查儀器，如果變送器和耐熱性且接線沒有問題，則儀器防止電磁干擾或干擾的能力很差。更換多點檢查設備，設備的檢測信號線全部用金屬軟管屏蔽，接線不靠近電機和電源線，故障排除。

（2）設備的輸入按鈕信號與PLC 相結合。設備運行環境中振動明顯，控制柜配線密集，設備由500 kW 高壓同步電機驅動，對設備主機及勵磁裝置均產生較大的電磁干擾，破壞設備的操作穩定性。為保障設備操作的完整性，程序中的輸入接觸信號都設計有200～600 m/s 的信息延遲，排除信號干擾的問題。設備的輸入按鈕信號與PLC 相結合，為設備運轉提供了一定保障。

（3）設定溫度值及時間參數。由于主要設備有不同的環境溫度和工作條件，在操作過程中設定壓力時間不同，因此安裝壓力保護裝置的時間不同。在操作過程中，保護輸入時區設定值較為嚴格，誤報現象時有發生，經驗值設定為60 s。冬夏季環境溫度差異較大，由于級別設定的不同，排氣溫度也存在很大差異。除了理論上的高溫保護外，環境溫度、壓力值、排氣溫度、冷卻量等也可以確定氣缸的熱交換條件。根據運行時間和經驗判斷冷卻器，如果周期不變則冷卻器會發生事故。

4 活塞式壓縮機PLC 的應用策略

（1）設定自定義按鈕，簡化程序。缺乏同類型設備的設計經驗，也沒有模制系統供參考，因此我們觀察到操作員的操作習慣，同時考慮了設備操作的穩定性，可靠性和直觀性。設備檢測單元范圍和故障指示器信號系統，使得設備的外圍電路復雜化，并且大多數控制器可以提供自動PLC 控制邏輯和手動控制輸入。文本顯示器上設定了自定義按鈕，因此與可編程選項結合使用時，可以完全替換外部控制按鈕的大多數功能。設定自定義按鈕，簡化了程序，例如系統設備的重疊部分。提供預設按鈕，可以合理使用設備，簡化接線線路，通過開啟或停止按鈕來實現自動化控制。

（2）注重系統的網絡集成。無論自動化水平有多高，需要未來的自動化工廠完整的智能設備管理。面對這些要求，選擇了完整的產品系列和具有強大網絡功能的可編程控制器。根據產品介紹，可以使用通信模塊直接配置當前的PLC。它是一種基于PLC 標準的工業以太網控制系統，可以通過網絡控制基本設備，使設備網絡化。系統的網絡集成不僅提高了網絡速度，還簡化了網絡層結構。

（3）增強采集和計算功能。PLC 的強大功能，模擬量采集，執行功能強大，通過合理的編程就可以完美地完成現有的各個組件。未來將嘗試由集成電路元件組成的裝置，以減小控制系統的體積并節省資金。

5 結束語

活塞式壓縮機廣泛用于化工等行業，是主要的壓縮氣體設備，近年來在生產和商業活動中發揮著重要作用。傳統的活塞式壓縮機利用數字顯示儀表和繼電器來監視和控制壓縮機的運行數據，容易導致線路分散以及故障點，降低了自動化程度以及增加了維護量。本文通過對傳統活塞式壓縮機與活塞式壓縮機PLC 進行對比，分析活塞式壓縮機PLC 的應用程序及應用現狀，探究活塞式壓縮機PLC 的應用策略。