淺談plc和變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

1、<p>　　淺談PLC和變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用</p><p>　　摘 要：空氣壓縮機(jī)在礦山上主要為鑿巖機(jī)提供動力，空氣壓縮機(jī)正常才能夠打眼放炮正常的生產(chǎn)，它是礦上采礦設(shè)備中的重點(diǎn)設(shè)備。如果發(fā)生空壓機(jī)停止運(yùn)行而且短時(shí)無法恢復(fù)故障時(shí)，將會造成采礦掘進(jìn)的停工事故。空壓機(jī)電氣控制系統(tǒng)可靠性的高低將直接影響生產(chǎn)單位各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)的完成，起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)空壓機(jī)，用工頻啟動造成啟動電流大，對電網(wǎng)沖擊大

2、，電機(jī)軸承磨損大，設(shè)備維護(hù)量大；噪音大；自動化程度低，輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠人為調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)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(shè)計(jì)采用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)對活塞式空氣壓縮機(jī)的節(jié)能改造，改造后的空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)自動化程度高，節(jié)能效果顯著，實(shí)用性好。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC；變頻調(diào)速；空氣壓縮機(jī)；控制系統(tǒng) </p><p>　　中圖分類號：U464.1

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

4、;　　圖1 傳統(tǒng)空壓機(jī)（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(hù)、易操作、可監(jiān)視并且價(jià)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(hù)主要采用分離儀表，其可靠性差、集程度低、費(fèi)用高，不能有效的滿足礦山設(shè)備投入的經(jīng)濟(jì)性和安全性的要求。 </p

5、><p>　　傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)加減載時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn),能源白白的浪費(fèi)電能，利用變頻器通過壓力檢測可以改變電機(jī)頻率。從而達(dá)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(jī)的轉(zhuǎn)速來控制空壓機(jī)單位時(shí)間的出風(fēng)量，從而達(dá)到控制管路的壓力，具有明顯的節(jié)能效果?？諌簷C(jī)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(shè)定值相比

6、較，得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器作用于異步電動機(jī)的頻率值。由變頻器輸出的相應(yīng)頻率和幅值的交流電，在電動機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，原理圖2如示。 </p><p>　　圖2&#160;&#160;&#160;&#160; 空壓機(jī)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(jī)進(jìn)行自動巡回檢測控制。進(jìn)行監(jiān)控的主要參數(shù)有空壓機(jī)高低壓缸溫度、潤滑油溫度、電動機(jī)溫度、風(fēng)包溫度、出水溫度；高低壓缸壓力、風(fēng)包壓力、潤滑油壓力；高/低壓、中/后冷卻水?dāng)嗨畽z測等參數(shù)。 </p><p>　　四、基于PLC的空壓機(jī)變頻控制系統(tǒng) </p><p>　　&#160;&#160;&#160; 基于PLC的空壓機(jī)變頻控制系統(tǒng)由以下部分組成:電源，電源總開關(guān)、電

8、控箱、變頻設(shè)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(guān)量輸入、輸出模塊等組成。通過采用PLC編程來實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)電氣部分的控制。包括：風(fēng)機(jī)起動、運(yùn)行、停止、自動轉(zhuǎn)換，壓力上下限控制、設(shè)備高溫報(bào)警及故障自診斷

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

10、1處于變頻調(diào)速狀態(tài)，一段時(shí)間后中頻進(jìn)行，最后工頻運(yùn)行。現(xiàn)場壓力變送器檢測管網(wǎng)出口壓力，并與預(yù)先設(shè)定壓力上下限值比較，經(jīng)PID指令運(yùn)算，得到頻率信號，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到所需壓力的目的。停止時(shí):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(bào)警及故障自診斷:空壓機(jī)內(nèi)部設(shè)置需要監(jiān)測的量:冷卻水壓力監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、機(jī)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?yàn)榭諌簷C(jī)可以在保證出產(chǎn)所需要的最低壓力下運(yùn)行，電機(jī)輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的供氣壓力-轉(zhuǎn)速的動態(tài)匹配，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來控制，壓縮機(jī)需要多大的功率，電機(jī)就輸出多大的功率，而不必做無用功，減少了電機(jī)的實(shí)際輸入功率，達(dá)到節(jié)能目的。節(jié)能的第二方面是空壓機(jī)休止了空轉(zhuǎn)，電機(jī)不存在輕載運(yùn)行，眾多的改造資料顯示，改造節(jié)電率可達(dá)5％~25%。 </p><p>　　PLC I/O分配：輸

12、入 啟動X0停止X1復(fù)位X2 油壓低X3油壓正常X4水壓低X5水壓正常X6電機(jī)正常X7 電機(jī)過載X8電機(jī)運(yùn)行X9輸出： 電機(jī)起動繼電變頻器運(yùn)行Y0 電機(jī)起動完成Y1油壓低Y4 水壓低Y5 過載與故障Y6 電機(jī)運(yùn)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(fù)位X2 油壓低X3油壓正常X4水壓低X5水壓正常X6電機(jī)正常X7 電機(jī)過載X8電機(jī)運(yùn)行X9 </p><p>　　輸出： 電機(jī)起動繼電變頻器運(yùn)行Y0 電機(jī)起動完成Y1儲氣罐氣壓過高Y2 變頻運(yùn)行Y3 油壓低Y4 水壓低Y5 過載與