CN103343748A - 基于plc的多级离心式压缩机恒压控制装置 - Google Patents

基于plc的多级离心式压缩机恒压控制装置 Download PDF

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咸云飞
杨光年
王成
徐瑞
骆伟
李建华
李闻
赵禹
陈军
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Abstract

本发明是基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置，包括PLC，PLC分别通过信号线与触摸显示屏、第一AI模块、第二AI模块、DI模块、DO模块和AO模块连接；第一AI模块与震动仪、进出水温度传感器、电动机电流表连接；第二AI模块与进出口压力传感器、润滑油压力传感器、润滑油温度传感器连接；DI模块与过滤压差开关、油泵过载控制器、压缩机出口阀反馈、主电机软起控制柜、急停按钮连接；DO模块与压缩机出口阀、润滑油系统、出口导叶控制器连接；AO模块与压缩机出口放空调节阀、导叶转速调速器连接。它实现了对多级离心式压缩机系统的恒压控制，既保证了大功率压缩机组的节能运行，又能大幅降低先期投入。

Description

基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置
技术领域
 本发明涉及一种压缩机控制装置，特别是一种基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置。
背景技术
多级离心式压缩机具有体积小、流量大、重量轻、运行效率高、易损件少、输送气体无油气污染、供气均匀、运转平稳、经济性好等一系列优点。因此广泛应用于钢铁、化工、电力、造船等多个行业，在西气东输工程中全线选用的是离心式压缩机。
多级压缩机旨在输出一个恒定的气源，因此恒压输出是机组控制的重点。在用户用气量负荷不断变化的情况下能保证压缩机始终稳定节能的运行。
目前原有多级压缩机控制系统控制方式变频调速或者是出口调节阀开度来控制输出压力，喘振判断机制，为压力开关检测负压。对于变频调压，其优点是节能而且输出压力恒定性能好，缺点在于造价高，且大功率的机组对于电网的谐波影响不容忽视。对于通过出口调节阀来实现恒压输出的优点是造价低，缺点是能耗损失大，而且压力输出波动大。喘振通过单一的压力开关检测，稳定性不够。容易产生误报错报，而且一旦误报机组就会停机，容易对连续生产的厂矿企业产生较大影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理、实现了对多级离心式压缩机系统的恒压控制，既保证了大功率压缩机组的节能运行的基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置，其特点是，该控制装置包括PLC，PLC分别通过信号线与触摸显示屏、第一AI模块、第二AI模块、DI模块、DO模块和AO模块连接；
第一AI模块分别通过信号线与压缩机齿轮箱上安装的震动仪、冷却器的冷却水出口处安装的出水温度传感器、冷却器的冷却水进口处安装的进水温度传感器、压缩机的电动机电流表连接；
第二AI模块分别通过信号线与压缩机出口处安装的出口压力传感器、压缩机进口处安装的进口压力传感器、齿轮箱的润滑油压力传感器、齿轮箱的润滑油温度传感器连接；
DI模块分别通过信号线与润滑系统的过滤压差开关、润滑系统的油泵过载控制器、压缩机出口阀反馈、主电机软起控制柜、急停按钮连接；
DO模块分别通过信号线与压缩机出口阀、齿轮箱的润滑油系统、压缩机的出口导叶控制器连接；
AO模块分别通过信号线与压缩机出口放空调节阀、导叶转速调速器连接。
本发明所述的基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置中：所述的PLC的控制软件采用模块化没计，采取开闭环相结合和模糊PID控制方法。
本发明所述的基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置中：PLC上还可以设有通讯口与外部计算机进行通讯连接。
本发明多级离心式压缩机恒压控制装置的控制对象为包括压缩机、齿轮箱、电动机、冷却器、润滑油系统、进排气系统。本发明装置可适应不同功率的空气压缩机较宽广的工作范围，其控制灵活机动、匹配性强，任何工况下都能保证压缩机出口理想的空气压力，达到气压、温度、效率最佳匹配。该控制装置的核心部件是电控单元，通过I/O设备将检测信号包括进出口压力、温度、轴承振动、进油温度压力等信号送至CPU计算处理，通过返回参数计算当前机组的运行曲线，通过导叶和出口阀门联合控制保证出口压力的恒定和机组的稳定运行，同时兼顾机组的运行效率。在机组高效运行区域通过控制导叶来调节出口压力，在极限区域通过调节阀门来控制出口压力。
控制软件采用模块化没计，采取开闭环相结合和模糊PID等控制策略。为便于试验调试，电控单元还留有通讯口与外部计算机进行通讯，可以通过计算机设置控制命令或将数据传送给计算机，以便于数据存储、处理和分析。
本发明装置选用国产可编程控制模块PLC控制，它集成度高、质量可靠、技术先进、扩展方便，提供MODBUS和网络通讯接口，可方便的与计算机、触摸屏以及其它工控智能设备相连接，通过触摸屏完成对气体温度、压力、流量等信号的测量和对调节阀、伺服电机、电动油泵等生产设备的控制任务。PLC通过工业现场总线与主控制站联系，完成整个控制过程。其中，各控制实现方式如下：
（1）导叶、调节阀结合精确控制
利用模糊控制，通过现场试验得出工程数据，得出相关公式及控制算法。系统采用压缩机气压反馈参数为输入参数，用以表征压缩机的工作状态；以导叶开度为控制变量，压气机出口压力为被控变量，根据机组的运行曲线选择控制对象。在机组高效运行区域通过调节导叶来实现机组输出压力的稳定。在机组运行极限区域则通过调节阀门来实现压力调节的目的。
（2）多种恒压方式控制
机组设置了多种恒压控制方式，具体有三种：1、全恒压；2、部分恒压；3、恒压+卸载。全恒压方式是指压力输出调节实现最小供气量输出到100%输出的线性恒压调节，该方式可以实现对于压力输出恒定性要求较高的企业。对于恒压+卸载是指不同过调节阀节流来调压，供气量小于导叶控制最小供气量时，打开防空阀来卸载，该方式适应于恒压要求不是很高，同时希望可以较好的实现节能的企业。对于部分恒压方式则是钱两种方式的中间状态，当机组供气量小于导叶控制最小供气量时，通过调节阀门来实现压力恒定，当开度达到某个设定值一段时间后卸载压力。
（3）可靠的自动防喘振控制
通过多种方式综合判断系统是否处于喘振状态。首先通过系统的输出压力、电机电流、进出口温度来计算出当前系统的喘振点，控制机组的导叶和出口阀门来避免进入喘振区域。第二种方式是通过压力检测负压值来判断是否进入喘振区域。第三种方式则是通过振动值检测，振动值超过设定值认为其进入喘振区，机组停机保护。
本发明装置的控制程序设计可以采用南京南大傲拓公司的NApro作为开发工具，使用模块化设计，主要由以下几种功能块组成：系统初始化模块，信号采集、处理模块，系统控制模块，信息接收、发送模块，报警信息处理模块等。操作界面可以采用选用台湾威伦的TK6102i V2系列触摸屏作为人机界面，本机自带MODBUS接口，可直接与NA400系列PLC的串口连接，背景光平均寿命可达30000小时，分辨率800*480，满足系统对人机界面的设计要求。 
本发明装置中，进口导叶控制器可以选用直流电机驱动，采用变速控制，既保证了导叶的响应速度又能确保控制精度。该系统比较伺服系统响应速度和精度相当，但造价大幅下降。使得系统性能优越，功能丰富，提高了使用的简便性，实现更高的效益。
与现有技术相比，本发明的优点及技术效果如下：
（1）本发明实现了对多级离心式压缩机系统的恒压控制，既保证了大功率压缩机组的节能运行，又能大幅降低先期投入。在节能减排的大环境下，有望得到大规模的应用。
（2）本发明可以实现多种使用条件、复杂工况下压缩机组的平稳运行。对于危及机组运行安全的情况，及时有效的采取应对措施。
（3）采用多种的喘振判断机制，通过检测压力、震动、温度等参数变化之来对喘振现象进行预判断，实现准确、及时、有效的避免喘振危险发生。
附图说明
图1为本发明的一种控制框图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，一种基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置，该控制装置包括PLC，PLC分别通过信号线与触摸显示屏、第一AI模块、第二AI模块、DI模块、DO模块和AO模块连接；
第一AI模块分别通过信号线与压缩机齿轮箱上安装的震动仪、冷却器的冷却水出口处安装的出水温度传感器、冷却器的冷却水进口处安装的进水温度传感器、压缩机的电动机电流表连接；
第二AI模块分别通过信号线与压缩机出口处安装的出口压力传感器、压缩机进口处安装的进口压力传感器、齿轮箱的润滑油压力传感器、齿轮箱的润滑油温度传感器连接；
DI模块分别通过信号线与润滑系统的过滤压差开关、润滑系统的油泵过载控制器、压缩机出口阀反馈、主电机软起控制柜、急停按钮连接；
DO模块分别通过信号线与压缩机出口阀、齿轮箱的润滑油系统、压缩机的出口导叶控制器连接；
AO模块分别通过信号线与压缩机出口放空调节阀、导叶转速调速器连接。
实施例2，实施例1所述的基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置中：所述的PLC的控制软件采用模块化没计，采取开闭环相结合和模糊PID控制方法。
实施例3，实施例1或2所述的基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置中：PLC上还设有通讯口与外部计算机进行通讯连接。

Claims (3)

1.一种基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置，其特征在于，该控制装置包括PLC，PLC分别通过信号线与触摸显示屏、第一AI模块、第二AI模块、DI模块、DO模块和AO模块连接；
第一AI模块分别通过信号线与压缩机齿轮箱上安装的震动仪、冷却器的冷却水出口处安装的出水温度传感器、冷却器的冷却水进口处安装的进水温度传感器、压缩机的电动机电流表连接；
第二AI模块分别通过信号线与压缩机出口处安装的出口压力传感器、压缩机进口处安装的进口压力传感器、齿轮箱的润滑油压力传感器、齿轮箱的润滑油温度传感器连接；
DI模块分别通过信号线与润滑系统的过滤压差开关、润滑系统的油泵过载控制器、压缩机出口阀反馈、主电机软起控制柜、急停按钮连接；
DO模块分别通过信号线与压缩机出口阀、齿轮箱的润滑油系统、压缩机的出口导叶控制器连接；
AO模块分别通过信号线与压缩机出口放空调节阀、导叶转速调速器连接。
2.根据权利要求1所述的基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置，其特征在于，所述的PLC的控制软件采用模块化没计，采取开闭环相结合和模糊PID控制方法。
3.根据权利要求1所述的基于PLC的多级离心式压缩机恒压控制装置，其特征在于，PLC上还设有通讯口与外部计算机进行通讯连接。
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