空氣壓縮機集中控制方案研究

綦圣強

摘 要：本文一方面闡述汽車制造企業空壓機站集中控制的實現方法，另一方面分析了幾種集中控制系統實現方法的主要功能特點。

關鍵詞：空壓機;集中控制;LSS 系統

0引言

空氣壓縮機是一種通過壓縮氣體來提高氣體壓力或輸送氣體的動力供給設備.空壓機用途很廣，種類也很多，離心式、螺桿式空氣壓縮機以其結構簡單、工作效率高、壽命長等特點，廣泛應用于工業生產領域，但在其應用規模不斷擴大的同時，其控制方式落后，自動化程度不高，維修量大等問題也日漸突出。計算機監控技術和計算機網絡技術的發展，為人們改變空壓機控制方式，提高自動化程度提供了便利.空壓機智能集中控制系統正是這兩種技術結合的產物。

1中控解決方案Optimizer 4.0

1.1一般空壓站的控制現場

由于梯級壓力帶，能耗高，因此設定壓力每提高1bar，能耗上升7%。當機組手動控制啟停時，存在如下問題：無法實時調控，匹配用氣需求;人為操作風險;額外的人員成本;設備狀態、報警數據無記錄;無法分析用氣情況，及時調整開機臺數及設定壓力;無報警歷史數據，無法分析故障原因。

1.2 Optimizer 4.0中控解決方案

在實現系統節能方面，要根據管網壓力需求，自動控制，降低壓力帶設定;同時要減少卸載（放空），優化匹配。

在自動控制方面，要按照順序控制、成組控制、時間控制、流量控制等操作逐一進行。

在數據監測方面，要做好數據記錄、故障報警、系統檢測等工作。

1.3 Optimizer 4.0產品功能簡介

其一，單一壓力設定（降低壓力帶）。應完成如下操作：可減少梯級設定（多點設定）的帶寬，使其控制在0.5bar左右;降低機組的運行壓力，每降低1bar，可減少7%的能耗;每降低1bar，可減少13%的管網泄漏。

其二，時間控制。一方面，現場不用氣時，可定時停機至生產開始;另一方面，通過在非生產時間關閉系統，能源不會被浪費在保壓的泄漏過程中，這些泄漏通常占工廠總空氣消耗的20%。

其三，平均運行時間控制。這個功能使那些具有相同優先級的機器的運行時間相等。平衡機組的運行時間意味著這些機器可以集中進行保養服務，節省時間和保養成本。

其四，備機定時運行控制。使用綜合的順序管理功能，客戶可以讓他的備用機器在有限的時間內正常運行，例如每周2小時。通過保證備用機器的正常運行，避免了機器處于閑置狀態時出現機械故障等問題。

其五，多臺變頻機組優化運行控制。根據機組容量，優化機組加卸載;節省能源，減少卸載時間;延長上下游機組的使用壽命。

其六，多臺離心機優化運行控制。一方面，根據運行需求減少放空;另一方面，離心機優化控制至最佳運行點，實現節能最大化。

2 i-Control 智能控制系統

2.1自動壓力控制

在控制柜的觸摸屏上，用戶可以設定目標壓力范圍。ICONTROL將使空氣系統的壓力控制在設定的范圍之內。一旦ICONTROL檢測到系統壓力低于設定目標壓力下限時，就會自動按照設定的空壓機主備機運行次序加載相應的空壓機;一旦ICONTROL檢測到系統壓力高于設定目標壓力上限時，控制系統將自動按照設定的空壓機主備機運行次序卸載相應的空壓機，空壓機長時間卸載后將會自動停機，以節省能源消耗。適用ICONTROL的空壓機，用戶必須保證其具備自動重起動功能，即在長時間卸載運行后空壓機會自動停機，在接到加載信號會自動起動并加載。

2.2次序控制（主備機控制）

用戶預先在ICONTROL系統上為空壓機設定運行次序（最多8個運行次序，編號為A-G），控制系統則將根據預先確定的順序切換條件（時間或事件）進行運行順序的切換，無需操作人員的干預。

例如，順序A為1-2-3-4-…-8; 順序B為8-1-2-3-4-…7，則當系統壓力低于設定目標壓力下限時，若當前順序為A，系統將按照1，2，3…，8的順序依次加載對應的空壓機，加載新的空壓機時;當系統壓力高于設定上限時，將按相反的次序8，7，6，…1卸載或停止對應的空壓機，從而系統的壓力將控制在設定的范圍之內。如果順序為B，則系統將按照8，1，2…，7的順序加載對壓機和按相反的次序卸載空壓機。

次序切換（相當于主備機倒機）在設定的切換時間到達時自動進行切換，或者人為進行強制切換，從而使每臺機運行時間趨與均衡。

2.3干燥機控制

ICONTROL控制干燥機有兩種控制策略。第一，干燥機分配到與之對應的空壓機一一對應聯動運行。第二，干燥機可設定固定的運行數量，設定一個主備機順序。

2.4安全控制

ICONTROL控制系統掉電不影響空壓機的運行狀態，即所有的空壓機將保持當前的狀態。

ICONTROL一檢測到空壓機的故障跳機且系統壓力低，將自動檢索當前的運行次序，起用最臨近的備用空壓機。

3載荷分配系統 Load Sharing System（LSS）

3.1? LSS系統特性

LSS 系統是基于PLC為基礎對壓縮機組群進行綜合控制的系統，自動實現壓縮機組群運行效率高效化，設備運行合理化。該系統的特性：

其一，實現每臺壓縮機運行時的最少排空或不排空，降低運行電耗;

其二，實現空壓站主管網排氣壓力的最小波動，輸出高品質壓縮空氣;

其三，確保每臺壓縮機空載運行的時間最小化，降低運行電耗;

其四，確保空壓站內每臺壓縮機均勻運行，延長設備壽命;

其五，可對同一空壓站內不同品牌的壓縮機進行節能高效運行控制;

其六，其他功能：在控制室內進行設備運行監控，運行操作，數據自動儲存，數據分析，設備狀態趨勢分析，以及為維護必要提供數據依據等。

3.2? 如何通過LSS系統實現節能

3.2.1壓縮機與載荷分配系統（LSS）

每臺壓縮機都有它自己的控制系統，但它無法獲得同一管網內其它壓縮機的準確運行狀態信息，因而無法準確回應管網氣體需求量的變化。

因此，當氣體需求量減少時，多余的氣體不得不通過放空閥（BOV）放空。

載荷分配系統（LSS）是一個由硬件和軟件組成的系統，它與各臺壓縮機的控制器相連接，并能象大腦一樣工作。

當氣體需求量變化時，LSS系統監測這個變化，并向每臺壓縮機發送信號，使每臺壓縮機處于最佳的工作狀態，從而達到節能效果。

3.2.2 LSS系統的要點

載荷分配系統（LSS）是一個最大程度地利用離心壓縮機的固有特性“喘振”的系統。換句話說，LSS系統的控制范圍是從喘振點到設計點的區間。

載荷分配系統，就是無論何時，當氣體需求量減少時，都使得經由放空閥（BOV）放空的氣體量最小化的一種壓縮機集中控制系統。

當氣體需求量突然地持續減少時，為了防止壓縮機喘振，LSS系統會通過BOV將多余的氣體排放到大氣中。該系統由于使得放空氣量最小化而實現節能。同時，該系統因減少了氣體放空，而降低了站房噪音。

結束語

一個合格的集中控制系統需要具備以下特性：一是滿足工況需求的變化，能夠集中化控制足夠數量的機組，具有豐富的控制功能;二是，安全可靠，具有可控制多種機型，工/變頻螺桿、離心機、后處理、真空泵等;三是具有完善的支持，通過更加優化的算法，發揮最佳能效。

參考文獻：

[1]柳振宇，劉玉敏.集中控制系統在空氣壓縮站節能改造中的應用[J].科技創新與應用，2014（35）：102.

[2]莊稼.空氣壓縮機集中控制系統方案設計[J].科技信息，2011（27）：529+540.