基于LOGO!的空壓機組自動啟停與氣壓監測研究

李峰 劉雄武 周廣濤 李斌 包婧

摘 要：壓縮空氣是飛機制造中的重要能源之一，用于氣源動力控制、氣動工具驅動、氣源動力執行等場合。某飛機制造企業的壓縮氣源主要來自于空壓機組，其組成包括空壓機、干燥機、儲氣罐等重要裝置單元，目前，該空壓機組的啟動與停止完全采用人工手動控制模式，給生產制造和設備操作人員帶來了極大不便。現基于西門子LOGO！控制器，設計了一套空壓機組自動啟停控制系統，該系統附有壓力實時監測功能，可滿足各型號產品科研生產多元化的用氣需求。

關鍵詞：空壓機組;自動啟停;壓力監測

中圖分類號：TP29? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）13-0016-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.005

0??? 引言

為滿足飛機制造過程中對壓縮氣源的需求，某企業配置了空壓機組設備，其包括空壓機、干燥機、儲氣罐等重要裝置單元。即4臺某品牌型號的水冷螺桿式空壓機，主要完成壓縮氣體的制造生成;4臺某品牌型號的鼓風再生式干燥機，對生成的壓縮氣體進行過濾干燥;2個容量8 m3、承載壓力1.05 MPa的金屬罐體，實現對壓縮氣體的緩存功能，輔以冷卻水塔、軟化水系統以及油污水處理裝置，共同構成壓縮氣源的制造生成系統，壓縮氣源通過壓力管道輸送至飛機制造裝配站位供產品研制使用。

空壓機組一直都是由人工手動操作進行開啟和關閉，因生產現場作業用氣時間不同，時常出現延時開啟或遺忘關機的現象，由此會耽誤一定的生產作業時間，并造成資源能源的浪費損耗，且頻繁的人工操作給操作人員帶來了極大的工作量和操作不便。為解決人工開啟和關閉空壓機組時存在的問題，結合生產作業用氣需求，對該企業原有控制系統進行了優化升級，實現了定時自動開啟和關閉的功能，且可通過對管道氣體壓力值的監測，實現對空壓機組供氣狀態的判斷。

1??? 空壓機組自動啟停與氣壓監測系統設計

1.1??? 空壓機組自動啟停設計思想

空壓機組的定時啟停屬于典型的自動控制范疇，其設計思想是以時間信號作為觸發輸入，由中央處理器進行邏輯判斷并輸出執行信號，通過中間繼電器控制接觸器，進而實現對主回路執行器件的控制;干燥器的主要作用是對新產生的氣源進行干燥處置，系統本身具有本地控制、遠程控制和網絡控制功能，采用時間延時啟動和遠程控制的模式實現干燥器的自動啟停;空壓機組為水冷式螺桿壓縮機，對冷卻水的流量、速度和溫度有較高要求，冷卻水溫度過高會造成空壓機高溫報警而停機，故冷卻水泵與冷卻水塔和空壓機須同時啟動，以滿足氣源制造過程中循環水的冷卻降溫要求。依據自動控制系統的設計思路，中央處理器選用西門子旗下LOGO！DM16 230R模塊，帶有8個數字輸入和8個數字輸出端口，內含繼電器、時鐘和脈沖發生器以及與、或、非等功能模塊，具有經濟方便、可靠性高、抗干擾能力強等特點，完全可以滿足空壓機組自動啟停控制的需要[1]。

1.2??? 自動啟停控制系統硬件組成

結合設計思路及現場實際情況，基于LOGO！模塊功能特點，輔以中間繼電器、旋鈕選擇器和監測儀表，對空壓機自動啟停控制系統設置手動啟動和自動啟動兩種方式，并可在線和離線設置控制參數。在控制電路中，使用旋鈕選擇器可設置多個關機時間，以滿足現場不同時間關閉空壓機設備的實際需求，另外配置周末和工作日兩種時控模式，便于固定常用開機和關機時間的快速設定，以精準實現壓縮氣源的穩定供應。為實現對4臺干燥機的自動啟停控制，特在LOGO！模塊上增加拓展模塊以供干燥機裝置接入控制器系統。其硬件控制電路原理如圖1所示。

1.3??? 自動啟停控制系統軟件設計

自動啟停控制系統基于西門子LOGO！模塊實現，模塊配置LOGO！_V8.2程序系統，采用LOGO程序編輯軟件，按照當前生產現場用氣量的實際需求進行程序設計[2]，實現精準、穩定供氣。4臺空壓機采用并聯控制模式，循環交替地開啟和關閉，降低了不必要的設備磨損。其控制程序設計如圖2所示。

1.4??? 自動啟停控制系統及氣壓監測裝置

自動啟停控制系統主要分為開機操作、關機操作和氣壓監控三個部分。在開機操作中，到達預設定的開機時間，LOGO！控制器會激活當值狀態空壓機的控制點位，并開啟冷卻水系統，延遲設定的時間后激活預設定的干燥機;在自動控制模式下的關機操作中，到達預設定的關機時間，LOGO！控制器首先關閉空壓機和冷卻水泵，然后置位干燥機的控制點位關閉該干燥機;在欠壓監控裝置中，QF1斷路器日常處于連通狀態，TM1為時控開關，用于選擇監測管道氣壓的時間段，待時控開關TM1到達預設的監測時間范圍會自動閉合，欠壓報警器SP1檢測當前氣壓值，若當前氣壓低于預設值，則會觸發報警器HL1和HL2報警，用來提醒維保人員檢查空壓機組的運行狀態。圖3為氣壓監控報警電路圖。

2??? 自動啟停控制系統功能實現

2.1??? 自動啟停控制系統整體功能

空壓機組的控制方式分為自動和手動兩種，I14為自動置位旋鈕開關，當系統處于手動啟停模式，自動啟停控制功能無效，由現場人員根據作業需要選擇任意空壓機的開機和關機時間點，并在本地模式下手動啟停任意干燥機。當系統處于自動工作方式下，每天按設定的時間定時開啟空壓機和冷卻水系統，延遲時間到達后開啟干燥機，干燥機的選擇通過旋鈕選擇器進行置位;到達預設定的關機時間時，依次關閉空壓機、冷卻水系統和干燥機，關機時間通過旋鈕開關實現多個時刻的選擇，以應對不同時間段的生產用氣需求。低壓監控裝置安裝于氣源管道，在自動模式和手動模式下都會工作，當壓力低于預設值，報警裝置會鳴笛以警示維保人員故障情況，以便及時維修排故。當空壓機組設備需要檢修或故障修復時，通過控制面板上的“自動/手動”選項置于手動模式，空壓機組不再自動開啟，可保證檢修作業人員的人身安全。

2.2??? 空壓機自動啟停輪換循環方法

為提高設備使用效能，采用4臺空壓機自動輪換的工作方式進行周期性工作。通過系統控制程序，每天開啟一臺，且循環交替自動啟停空壓機，按照生產用氣情況設定空壓機的啟動時間和關機時間，使空壓機組處于經濟高效的運行狀態。

如圖4所示，B001為周定時器，用來設定每天的開機時間，B003和B004為脈寬繼電器，以滿足兩種不同型號空壓機所需的啟動時間。UDF1模塊集成了開啟空壓機的前提條件，其內部電路如圖5所示，當i1、i2、i3（代表自動位、使能位和定時位）同時滿足條件時，空壓機才能正常自動開啟，同時為下一次循環要開啟的空壓機進行使能置位。UDF1為復位優先型模塊，r1為復位置位點，當r1為1時，即空壓機自動開啟的同時，便將上一臺空壓機進行使能復位，為下次有序循環運行做好準備，以此實現同一時刻僅有一臺空壓機具備自動控制開啟和關機的條件，且按照空壓機的程序設定順序交替循環使用。

2.3??? 干燥機自動啟停控制方法

干燥機自動啟停系統通過B045鎖存繼電器實現，S的輸入端條件是空壓機的正常開啟，R置位為干燥機關閉，B045鎖存繼電器為復位優先模塊，以保證干燥器可以自動關閉。在自動控制模式下，當任意空壓機開啟時，B045鎖存寄存器S置位為1，B045鎖存寄存器輸出為1，B046接通延時定時器開始計時，當設定的延遲時間到達，相應已經使能置位的干燥機（使能置位由I1、I2、I3、I4通過旋鈕開關選擇）執行開啟操作，當干燥機關閉時刻到達，B045鎖存繼電器R置位為1而執行復位動作，B045鎖存寄存器輸出為0，干燥機即刻停止運行。通過旋鈕選擇器分別連接4臺干燥機進行置位，每次只使用一臺干燥機，可提高干燥機的工作效能，延長其使用壽命。圖6為干燥機控制程序圖。

3??? 空壓機組自動啟停控制及氣壓監測效果

通過控制系統程序設計以及電氣線路改造，空壓機組的自動啟停控制得以實現，并可以根據使用要求設置空壓機開機和關機時間、選定工作干燥機以及對手動或自動控制模式進行選擇，減少了人為因素導致的供氣失準問題。通過氣壓監控系統可以實時監控供氣狀態，實現了供氣啟停的自動化控制和氣壓實時監測，滿足了生產多元化需要。后續還可以根據產品生產制造對壓縮氣體用氣量的需求，針對同時開啟多個空壓機和多臺干燥機進一步實施技術改造研究。

4??? 結語

基于LOGO！控制器的空壓機自動啟停控制系統，實現了空壓機組按程序設計順序自動啟停，并通過旋鈕選擇器和氣壓監測器滿足了關機時間多元化需求和供氣狀態實時監控的功能，是精準化穩定供應氣源的重要技術改進。

[參考文獻]

[1] 許明延，江俊鋒，李煉榮.LOGO！在螺桿氨壓縮機控制系統中的應用[J].電世界，2009，50（6）：11-13.

[2] 龔鶴.基于“LOGO！”PLC的電梯高舒適感變頻控制系統的設計[J].中國電梯，2021，32（9）：61-65.

收稿日期：2022-04-22

作者簡介：李峰（1985—），男，山東臨沂人，工程師，研究方向：自動化控制。