淺談plc和變頻器在空壓機節(jié)能改造中的應用

1、<p>　　淺談PLC和變頻器在空壓機節(jié)能改造中的應用</p><p>　　摘 要：空氣壓縮機在礦山上主要為鑿巖機提供動力，空氣壓縮機正常才能夠打眼放炮正常的生產，它是礦上采礦設備中的重點設備。如果發(fā)生空壓機停止運行而且短時無法恢復故障時，將會造成采礦掘進的停工事故?？諌簷C電氣控制系統(tǒng)可靠性的高低將直接影響生產單位各項生產任務的完成，起著至關重要的作用。傳統(tǒng)空壓機，用工頻啟動造成啟動電流大，對電網(wǎng)沖擊大

2、，電機軸承磨損大，設備維護量大；噪音大；自動化程度低，輸出壓力的調節(jié)是靠人為調節(jié)閥的開度來實現(xiàn)的，調節(jié)速度慢，波動大，不穩(wěn)定，精度低。針對以上存在的問題，設計采用PLC和變頻器實現(xiàn)對活塞式空氣壓縮機的節(jié)能改造，改造后的空氣壓縮機控制系統(tǒng)自動化程度高，節(jié)能效果顯著，實用性好。 </p><p>　　關鍵詞：PLC；變頻調速；空氣壓縮機；控制系統(tǒng) </p><p>　　中圖分類號：U464.1

3、41文獻標識碼：A </p><p><b>　　一、概述 </b></p><p>　　空氣壓縮機是礦山生產重要的設備之一，它生產壓縮空氣，用以帶動鑿巖機、風動裝巖機等設備及其他風動工具。其能否安全運行直接影響著礦山生產的產量和效益問題。影響其安全生產的要素主要有空壓機的超溫、超壓、斷水、斷油等因素。傳統(tǒng)空壓機例如圖1所示： </p><p>

4、;　　圖1 傳統(tǒng)空壓機（型號：4L-20/8） </p><p>　　二、PLC和變頻器的優(yōu)勢 </p><p>　　可編程控制器（PLC）可靠性高、易維護、易操作、可監(jiān)視并且價格不高這樣的控制器來代替繼電器搭成的電路。與繼電器搭的控制電路比具有非常大的優(yōu)勢。如上圖所示傳統(tǒng)的保護主要采用分離儀表，其可靠性差、集程度低、費用高，不能有效的滿足礦山設備投入的經(jīng)濟性和安全性的要求。 </p

5、><p>　　傳統(tǒng)空氣壓縮機加減載時電機空轉,能源白白的浪費電能，利用變頻器通過壓力檢測可以改變電機頻率。從而達到節(jié)效果。 </p><p>　　三、控制原理和控制功能 </p><p>　　變頻控制即通過改變電動機的轉速來控制空壓機單位時間的出風量，從而達到控制管路的壓力，具有明顯的節(jié)能效果。空壓機變頻節(jié)能系統(tǒng)原理如下:通過壓力變送器測得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設定值相比

6、較，得到偏差，經(jīng)PID調節(jié)器計算出變頻器作用于異步電動機的頻率值。由變頻器輸出的相應頻率和幅值的交流電，在電動機上得到相應的轉速，原理圖2如示。 </p><p>　　圖2&#160;&#160;&#160;&#160; 空壓機變頻系統(tǒng)原理圖 </p><p>　　采用可編程控制器（PLC）作為核心控制器，通過檢測儀器為PLC提供控制中所需要的信號參數(shù)對空壓

7、機進行自動巡回檢測控制。進行監(jiān)控的主要參數(shù)有空壓機高低壓缸溫度、潤滑油溫度、電動機溫度、風包溫度、出水溫度；高低壓缸壓力、風包壓力、潤滑油壓力；高/低壓、中/后冷卻水斷水檢測等參數(shù)。 </p><p>　　四、基于PLC的空壓機變頻控制系統(tǒng) </p><p>　　&#160;&#160;&#160; 基于PLC的空壓機變頻控制系統(tǒng)由以下部分組成:電源，電源總開關、電

8、控箱、變頻設備、PLC可編程控制器、壓力模擬變送器、傳感器、主電纜及控制線、起停按鈕等。 </p><p>　　&#160;&#160;&#160; 基于PLC的變頻控制系統(tǒng)原理圖如圖3所示。主要由PLC、觸摸顯示屏、電源、模擬量輸出模塊、開關量輸入、輸出模塊等組成。通過采用PLC編程來實現(xiàn)空壓機電氣部分的控制。包括：風機起動、運行、停止、自動轉換，壓力上下限控制、設備高溫報警及故障自診斷

9、。 </p><p>　　&#160;&#160;&#160; 起動:一臺電機M1為例如圖3所示，可以通過轉換開關選擇變頻/工頻啟動。 </p><p>　　圖3&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; 基于PLC的空壓機變頻控制系統(tǒng)原理圖 </p><p>　　運行:起動時，電機M

10、1處于變頻調速狀態(tài)，一段時間后中頻進行，最后工頻運行?，F(xiàn)場壓力變送器檢測管網(wǎng)出口壓力，并與預先設定壓力上下限值比較，經(jīng)PID指令運算，得到頻率信號，調節(jié)變頻器的輸出頻率，以調節(jié)電動機的轉速，達到所需壓力的目的。停止時:按下停止按鈕，PLC控制所有的接觸器斷開，變頻器停止工作。報警及故障自診斷:空壓機內部設置需要監(jiān)測的量:冷卻水壓力監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、機體溫度監(jiān)測、儲氣罐壓力監(jiān)測、電源電監(jiān)測等。 </p><p>　

11、　綜上所述，因為空壓機可以在保證出產所需要的最低壓力下運行，電機輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實現(xiàn)空壓機的供氣壓力-轉速的動態(tài)匹配，即電機的轉速由供氣壓力來控制，壓縮機需要多大的功率，電機就輸出多大的功率，而不必做無用功，減少了電機的實際輸入功率，達到節(jié)能目的。節(jié)能的第二方面是空壓機休止了空轉，電機不存在輕載運行，眾多的改造資料顯示，改造節(jié)電率可達5％~25%。 </p><p>　　PLC I/O分配：輸

12、入 啟動X0停止X1復位X2 油壓低X3油壓正常X4水壓低X5水壓正常X6電機正常X7 電機過載X8電機運行X9輸出： 電機起動繼電變頻器運行Y0 電機起動完成Y1油壓低Y4 水壓低Y5 過載與故障Y6 電機運行Y7 </p><p>　　PLC外部接線圖4所示。 </p><p>　　圖4&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;

13、 PLC PLC外部接線圖 </p><p>　　PLC梯形圖如下： </p><p>　　PLC I/O分配：輸入: 啟動X0停止X1復位X2 油壓低X3油壓正常X4水壓低X5水壓正常X6電機正常X7 電機過載X8電機運行X9 </p><p>　　輸出： 電機起動繼電變頻器運行Y0 電機起動完成Y1儲氣罐氣壓過高Y2 變頻運行Y3 油壓低Y4 水壓低Y5 過載與