CN1068175A - 全自动空压站恒压变量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气压缩机站的全自动恒压变 量自动控制系统，采用压力传感器，一台可编程控制 器(或称PLC机)，一台变频调速器对多台空气压缩 机循环地实现带载软起动和调速控制。克服了现有 技术中多台压缩机(或泵)只作辅助的启、停开关的控 制，不能连续调节，不能实现多台空压机的软起动，造 成对电网、对供气压力产生冲击的缺点，提高了供气 的稳定度。

Description

本发明涉及一种变流量供气并使压力保持恒定能自动控制多台空气压缩机的控制系统。

目前国内由多台空气压缩机（简称空压机）组成的空气压缩机站（简称空压站），每台空压机都有一台电机降压起动装置，运行时，由操作工每小时巡回检查一次仪表的指示，发现总供气管压力高到一定程度就停止一台空压机的运转，发现压力下降到一定程度就手动起动一台空压机，由于不能带载起动，还需要开关阀门，操作繁琐，容易出错，并且开或关一台空压机，不仅无法连续调节供气压力，而且由于电机突然起动，对电网和空压机都有相当冲击作用，一方面增加了供电系统的容量，且消耗电能，另一方面也缩短了空压机的使用寿命和检修周期。所以，利用压力传感器检测压力及利用计算机对一台或多台空压机进行闭环自动控制，这是必然的发展趋势。美国专利4，204，808（1980.5.27）公开了一种流量控制系统，其中设置了一台可变压力的驱动泵，其余的驱动泵均是固定的，只作辅助的启、停的开关控制。美国专利4，259，038（1981.3.31）公开了一种压缩机系统，其中采用了微型计算机控制一台可变的压缩机，其余的压缩机亦都是固定并联的，只作辅助的启、停作用。中国专利公开号CN1055584A（1991.10.23）公开了一种数控随机变工况的压缩机，它将压缩机、电动机、感测、控制和变频五个部分，合成一个整体的机组，控制器采用微型计算机，通过变频来调节单台电机的转速。在这些发明中，控制器都采用微型计算机，在多台压缩机中，只有一台是可变的，其余的压缩机都是固定的。不能连续调节，不能实现多台空压机的软起动，造成对电网，对供气压力产生冲击的缺点。

本发明的目的，在于对空压站提供一种能使供气压力常年稳定在±1%的自动控制系统，利用一台变频调速器循环对多台空压机进行轮流软起动控制，克服现有技术中多台压缩机（或泵）只作辅助的启、停开关的控制，以及上述存在缺点，并且采用可编程控制器（简称PLC机），比之一般的微型计算机，在可靠性、稳定性、灵活性及扩展性等方面都有所改进。

本发明的自动控制系统是这样实现的，是由能测量供气管道内总管压力的压力传感器、一台带模拟量控制的可编程控制器或称PLC机，一台GTR型变频调速器以及能控制各开关接触器的控制电路与多台空压机组成。空压机的台数，对于本发明的控制方法，没有严格的限制和优化的选择，一般可为2-10台或更多，可根据实际情况作不同的选择。例如某空压站额定供气量是30M³/min，在人工控制系统中，可能采用8至10台6M³/min空压机，或采用2台30M³/min，以及2台6M³/min空压机，利用本发明的变频调速方法，就可选用3台15M³/min或2台30M³/min空压机。

设允许供气的最高压力为P_max，最低压力为P_min则可选一平均值 (P_max+P_min)/2 作为压力设定值，然而为了节约供气，可将设定值P₀设定在能满足供气要求的最低压力上，即P_min附近，并将此值输入PLC机内。供气管道内的实际压力P将由压力传感器转变成电信号后送至PLC机，PLC机比较P及P₀后送出控制信号到变频调速器和控制电路，控制空压机的运行台数和其中某一台空压机电机的转速，使实际压力P稳定在设定值P₀上，这样就构成了一个闭环恒压变流量自动控制系统。

自动控制系统的供电电源为50Hz交流，380V或220V三相或单相市电，或6-10KV经变压，供电采用母线形式，一般情况分两路供电，需要手动起动器控制时，可再增加一路供电，一路经变频调速器及各个开关接触器送至各台空压机，一路直接经开关接触器送至各台空压机，各台空压机均经开关接触器分别并联在上述母线上。各个开关接触器的动作分别由控制电路所控制。开车时，在PLC机的控制下，首先由变频调速器对第一台空压机供电，变频调速器的供电频率由零开始，逐步升高，使空压机电机转速逐渐加大，实行软起动，并当压力达到设定值P_o时，变频调速器的供电频率保持恒定，使第一台空压机恒定在供气管压力P₀下工作。当变频调速器供电频率上升到50Hz仍不满足供气压力要求时，由PLC机控制，变频调速器与第一台空压机的供电断开，并接通第一台空压机与市电网联接，使第一台空压机直接由市电网供电，即在满转速下工作。同时在PLC机控制下，变频调速器开始对第二台空压机实现软起动和供电，如果第二台空压机达到满转速时仍不满足用气要求，则PLC机自动将第二台空压机再联接至市电网，并使变频调速器转向第三台空压机供电，实现连续调节。所有各台空压机的电机都由同一台变频调速器由零赫兹频率开始拖动，实行带载软起动，避免了冲击电流和由于起动给空压机带来的机械冲击以及繁琐的手动操作。假设空压站共有n台空压机，供气气压达到设定值P₀时，空压机的状态是第一台至第m台由市电网供电并在满转速状态下工作，第m+1台空压机由变频调速器供电，供电频率小于50Hz，且转速随压力差值P-P_o的变动而变动，其余第m+2台至第n台空压机停机待命。如果用气量减少，变频调速器的输出频率亦随之减低，如果变频调速器输出频率到达某下限值后，供气量仍大于用气量，则PLC机自动将第一台空压机切离市电网，若第一台空压机停转后供气量仍大于用气量，则控制第二台空压机切离市电网，使第二台空压机停转。如果此时用气量大于供气量，则PLC机自动将第m+1台空压机接入市电网，而开始软动第m+2台空压机，依此类推。这样实现了在自动循环带载软起动方式下保证供气压力恒定的自动控制系统。

作为一种保护措施，以上所说系统还可增加一台起动器，实行手动控制任一台空压机的起动。此时空压机通过起动器起动，然后自动联接至市电网，所有空压机共用一台起动器。作为一个完整并实用的系统，上述系统还可增加保护和报警设备，使之具有过压自停、无水自停、过流自停、变频故障自停、开关接触器故障自停等自动保护和报警功能。

还应说明的是多台空压机的变频调速，由于转速低于额定转速时，会使油压不足，使空压机不能正常运转，这是目前空压站未能推广变频调速的主要原因之一。本方案的又一独特之处是采用了原油路系统及其油压控制附件，不增加设备，仍能满足在不同转速下的供油要求。

还应指出本系统的核心控制采用了带模拟量控制的强弱电结合设计的PLC机，节省了常规控制计算机复杂的接口、驱动线路，直接控制接触器线圈，模块化结构，便于扩展，联线简单，具有高可靠性、高抗工业干扰的特点。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1为本发明空压站恒压变量自动控制系统的结构方框图。图中以空压站由三台空压机组成为例，A₁、A₂、A₃为空压机，P是压力传感器，PLC是可编程控制器，VVVF是变频调速器，K是控制电路及开关接触器，S是手动控制起动器。

图2为空压站恒压自动控制系统控制电路部分主回路示意图，图中仍以三台空压机为例，A₁、A₂、A₃为空压机，Q₁₁、Q₁₂、Q₁₃……Q₃₃是开关接触器，VVVF是变频调速器，S是手动起动，卅表示三相交流电。开始工作时，Q₁₁吸合，A₁由VVVF供电，当频率上升到50Hz仍不满足供气时，Q₁₁断开，Q₁₂吸合，A₁由市电网供电，同时，PLC控制Q₂₁吸合，A₂由VVVF带动工作，依此类推。本发明的实施例已在北京第二毛纺厂空压站试验成功。

本发明的特点是高效节能，节电率可达20%-40%，恒压自控，连续调节，高可靠性，高抗工业干扰，可利用单台变频调速器控制多台空压机，变频调速器的功率只相当于单台空压机的功率（目前最大功率为280KW），空压机的台数为2-10台，或更多，空压机自动循环停车，带载软起动，无电气和机械冲击，可以全自动运行，提高了供气的稳定度，降低了操作工人的劳动强度，结构紧凑，占地面积小，由于系统中最昂贵的变频调速器的利用率高，从而降低了整个系统的价格，并可附加人工/自动无扰动切换功能。本发明不仅可用于空压站，而且还能推广应用到煤气站、氨压缩站、污水处理站等自动控制系统。

Claims (6)

1、一种空气压缩机站的全自动恒压变量自动控制系统，由压力传感器控制器、一台GTR型变频调速器、能控制各个开关接触器的控制电路和多台空气压缩机及其油压控制附件和相应的供电线路组成，其特征为采用一台可编程控制器(或称PLC机)一台变频调速器，对多台空气压缩机循环地实现带载软起动和调速控制。

2、按权利要求1的空气压缩机站的自动恒定变量自动控制系统，其特征为所说的循环带载软起动和调速控制方式是：开车时在PLC机的控制下首先接通第一台空气压缩机，由变频调速器对第一台压缩机由零赫芝频率开始供电，当变频调速器的供电频率上升到50Hz仍不能满足供气压力要求时，由PLC机控制，变频调速与第一台压缩机与市电网直接联接，同时将变频调速器转接至第二台压缩机，对第二台压缩机实行变频供电，如果第二台压缩机达到满转速时仍不满足用气需要，则可编程控制器PLC和控制电路自动将第二台空气压缩机亦接至市电网，同时使变频调速器开始对第三台空气压缩机供电，依此类推，实行连续调节;如果变频调速器输出频率降到某下限值后供气量仍大于用气量，则系统自动将第一台压缩机切离市电网，若第一台空气压缩机停转后，供气量仍大于用气量，则控制第二台压缩机切离市电网，如果此后用气量大于供气量，则系统又自动将变频调速器转接至下一台压缩机，依次类推，所有各台空压机的电动机都由同一台变频调速器由零赫兹频率开始拖动，实现自动循环、软起动调速控制。

3、按权利要求1的空气压缩机站的自动恒压变量自动控制系统，其特征为所述的可编程控制器PLC是一种强、弱电结合设计的、带模拟量控制的模块化的可编程控制器（PLC）。

4、按权利要求1的空气压缩机站的自动恒压变量自动控制系统，其特征为所述供电线路采用多组母线形式，一路直接供电，一路经变频调速器供电，另可加一路手动起动供电，供电电压为220V和380V变流50Hz，也可以是6-10KV。

5、按权利要求1的空气压缩机站的自动恒压变量自动控制系统，其特征为所说的被控制的压缩机台数，根据需要可以选择为2-10台。

6、按权利要求1的空气压缩机站的自动恒压变量自动控制系统，其特征为在所说的系统上，可加入一台起动器，实行对任一台空气压缩机的手动起、停，还可对各台压缩机的工作状态，实行监测和保护。