基于PLC的空压机变频联控系统研究.pdf

第 3期 总第 1 6 6期 2 01 1年 6月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENCI NEERI NC ＆ AUT0MATI ON No ．3 J u n． 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 3 0 1 4 4 ． 0 2 基于 P L C的空压机变频联控系统研究 于海龙 ，石 东东，赵 秀美 海洋石油工程股份有限公司，天津3 0 0 4 5 2 摘要 针对空压站控制 系统 自动化程度不高 、能源 浪费的现象，研究 了一种基 于 P L C及 交频调速技术控 制 空压机组的方 法。 阐述 了一种 以施 耐德 T WI D O P L C作 为核心控制器 ，与施耐德 A T V 7 1变频器 通过 Mo d b u s 通讯来控制空压机组的空压机 变频联控 系统。该 系统 稳定可靠 、自动化程度高、操作维护方便 、节能效果 明 显 。 关键词 空压 站；变频；联控 ；P L C 中 图 分类 号 T P 2 7 3 文 献 标 识 码 A O 引言 随 着 电 力 电 子 技 术 的 发 展 ，可 编 程 控 制 器 P L C 以其可靠性高、功能完善 、组合灵 活、编程 简单 以及功耗低等许多独特优点，已被广泛应用于国 民经济 的各 个控制 领域 ，尤其适 合 于抗干扰 强 、可靠 性高和机械设备启停频繁的工业场合。变频器所具有 的性能稳定、操作方便、节能效果明显等优点在调速 领域 中得到 了广泛应用 。为 了解决 空压 机组 在电气及 控制方 式上 的 问题 ，本 文 通 过 P L C控 制 技术 与变 频 调速 的结 合 ，设 计 了一 套 基 于 P L C的 空 压机 变 频 联 控系统 。 1方案设 计原则 我公 司原有 5台 G A 2 5 0型 空 压 机 ，控 制 系 统互 相独 立 ，由人工根 据管道 压力表 示数 进行 手动启停 控 制 。当系统 压力低 于最低 压力 时 ，人 工再开启 一 台空 压机 ；当系统 压力高 于最 高压力 时 ，人 工关 闭一台空 压机 。空压 机始终运行 在工 频或空 载状 态下 ，致 使空 压机 时常空载运 行 ，电能浪 费严重 。 根 据空 压 站 系 统 手 动 控 制 、工 频 运 作 存 在 的缺 点 ，并 结合 生 产工 艺要 求 ，对 其 控 制 系统 进 行 了改 造 。空 压机变频 联控 系统应 达到如 下要求 空压 站出 口压力 稳 定 ， 出 口压 力 波 动 范 围在 0 ． 0 2 MP a内； 系统应具 有变频 和 闭环 控 制 回路 ，系统 低 频运 行 时 ， 注意 电机 的噪声 和绕组 温度不 至 于过 高 ；为保证空 压 机正常运 行 ，系 统应使 空压 机主 电机在恒 转矩运行 特 性 下运行 ，各 空 压 机 启 动 和 卸 载 应 在 自动 方 式 下运 收稿 日期 2 O l O 一 1 2 - 1 6 ；修回 日期2 O l 1 - 0 2 - 0 2 作者简介于海龙 1 9 7 6 一 ， 男 ， 天津人， 工程师 ， 本科。 行 ，同时可 以在手 动方式下操作 。 2控 制 系统 工作原理 螺杆 式空压 机是 依 靠 阴 阳转 子 螺 杆 在 气 缸 内转动 ，从 而使转 子齿槽 之间的压 缩空气不 断地 产生 容 积变化 ，实现 吸气 、压 缩和排气 的全过程 。阳转子 齿被主电机驱动而旋转，运行方式为星角减压启动后 全压运行 。 根 据气压 传动基本 理论 ，在 气缸截 面积和长度不 变 的情况下 ，排气 量 q与电机转 速 n成正 比。空压机 变频调速 的基本 原理是工 作 电源输 入频率 与电机转速 成正 比例 的关 系 ，即 6 o f 1一s 一0 P 其 中 -厂 为 电机输入 频 率 ； s为 电机 转 差率 ； p为 电机 磁 极对数 。因此通过 改变 主电动机工 作 电源频率就 可改 变 电机转速 ，从 而控制 空压机 的单 位时 间排气量 ，以 达到调节管路压力的目的。空压机闭环变频控制框图 如图 1所示 。 图 1 空 压 机 闭环 变 频 控 制 框 图 3系统 硬件设计 采用 一台施 耐德变频 器 A T V 7 1 来 控制两 台空 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 l 1年第 3期 于海龙 ， 等 基 于 P L C的空压机 变频 联控 系统研究 1 4 5 压机 ，利用施 耐 德 X B T O T 2 1 1 0系列 触 摸 屏 可 以远 程 自动控 制两 台空 压机 中 的一 台进行 变频运 行 ，另外 一 台用来 工频 运行 ，当远程控 制 系统 出现 故 障时可 以本 地手 动选择 两 台空压机 中的一 台变 频运行 。 采用冗余设计思想 ，两台空压机中的任何一台都 可 以在变频 状态 下 工 作 ，也 可 以在 工频 状态 下 工 作 。 其中一台空压机故障时 ，可以 自动或者手动切换另一 台空 压机 变频 工作 ，不 影响 正常 生产 。 由于变频 、工 频 切换结 构费 用较 高 ，而 只用一 台空 压机 变频运 行 又 可能影 响生产 ，因此 目前 的设计 即节 省 了投资 ，又 能 满足生 产需要 。 当一台空压机被选为变频主机时，其他 4台空压 机 由施 耐德 T WI D O P L C远程控 制 自动实 现工 频运行 ， 操作 简单 ，安全 可靠 。空 压站 控制 框 图如图 2所示 。 图 2空压 站控 制框 图 整个 系统 远 程 控 制 为 触 摸 屏控 制 ，它 与 P L C通 过 Mo d b u sR S 4 8 5通讯 ，用 于显示 系统状 态信 息， 并 能对 单 台空压 机进 行控 制 。 4系统软 件设计 系统 软件设 计 主要包 括 两部分 P L C程序设 计 及 上位机程 序设 计 。图 3为控 制流程 图 。 P L C程 序设 计依据 结 构化 的软 件设计 思 想 ，将 整 个 控制 系统 的程序 划分 为 主程 序 、P I n调节 运 算 子程 序和 P L C与 变频 器 M o d b u s 通 讯 子程 序 等各 个 程 序模 块 。其 中 主程 序 包 括 系 统 初 始 化 、空 压 机 组 逻 辑 控 制 、调 用各 子程序 和 中断程 序 等模块 。 上 位机 触摸 屏 程 序根 据 功 能 要 求 设 计 了 停 机报警 、综 合 报警 、变 频 器故 障报 警 、压 力 值 显示 、 变频器 频率 显示 、报警 提 醒 画面和报 警信 息查 询等 功 能 。上 位机 主监控 界 面见 图 4 。 5 结 语 基 于 P L C的 空 压 机 变 频 联 控 系统 采 用 通 用 P L C 控制 技术 及 变频技术 ，选项合 理 、程序 先进 、设计 人 性 化 。通 过 近一年 的试 用 ，节 能效 果 明显 ，运 行成 本 降低 ，压 力 控 制 精 度 提 高 ，延 长 了压 缩 机 的 使 用 寿 命 ，降低 了设备噪声 ，得到了用户的好评。 塑二 二 I 自动 厂夏 触摸屏顺序复位 系统压力 ～ 一 ／ 1 高 t 降低频率 j 苎 ＼ ／ i 是 l 启 动另 一台 空压 机 低 提 高频率 l 墨 停止 另一台空压机 否 图 3 控 制流 程 图 图 4上 位 机 主 监 控 界面 S t u d y o n Ai r Co mpr e s s i o n S t a t i o n Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n PLC YU H a i l on g，SH I Do ng do ng，ZH AO Xi u- m e i C h i n a O f f s h o r e Oi l En g i n e e r i n g C o ．，L t d ．，T i a n j i n 3 0 0 4 5 2，Ch i n a Abs t r a c t I n v i e w o f t he l o w a u t o ma t i z a t i o n a n d e n e r g y wa s t ag e o f a i r co mp r e s s i o n s t a t i o n c o n t r o l s y s t e m ，t h i s pa pe r s t u di e d o n t h e c o n t r o l me t ho d o f a i r c o mpr e s s o r，u s i n g PL C t e c h no l o g y a n d f r e qu e n c y c o nt r o l t e c hn o l o g y ． I t i l l u s t r a t e d a n a i r c o mp r e s s i o n s t a t i o n c o n t r o l s y s t e m ， c o ns i s t i ng o f S c hn e i d e r TWI DO a n d f r e qu e n c y c o n v e r t e r wh i c h c ommu ni c a t e d b y Mo db u s ．Thi s s y s t e m i s h i gh i n a u t o ma t i o n．s t a bl e i n pe r ． f o r ma nc e，a n d a l s o e a s y t o o pe r a t e a n d ma i nt a i n．En e r g y s a v i ng e f f e c t i s o b v i o us ． Ke y wo r d sa i r s t a t i o n；f r e qu e nc y c o nv e r s i o n；c o mbi n a t i o n c o nt r o l PLC 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m