空压机站变频调速微机监控系统.doc

空压机站变频调速微机监控系统1 引言在工业生产中，空压机的应用日趋普遍，但许多企业在空压站的操作上仍然采用人工控制、管理，尽管可能具有一定的灵活性，但是长久的人工操作所带来的缺点也非常明显：大量的能源浪费；机械设备的损坏率高；操作人员的劳动强度大，操作慢且读数不准确、不可靠；气源不稳定；历史记录不全等诸多问题。在遇到紧急情况时，解决办法单一，危险系数大。针对这些现象，笔者潜心开发出了这套空压站变频调速微机监控系统，其优越性主要有：节省能源；延长机器的寿命；实现了控制、测量、记录的全自动化，及故障报警。且读数直观，记录准确，安全保障系数大。2 空压站变频调速监控系统组成原理系统由一台pc上位机，一台可编程序控制器plc（带模拟量输入输出模块）、一台变频器、四台空压机（自带plc，模拟量输入模块）、压力传感器、流量传感器及低压电器等组成；pc机与plc之间通过rs-485总线进行通讯，协议采用siemens的 pc/ppi通讯协议。其系统组成框图如图1所示。图1 空压机站变频调速监控系统组成框图图1中，变频器对每一台空压机实施循环软启动，plc的模拟量输入通过压力传感器采集气缸内的压力值，与设定压力值进行pi调节后，由模拟量输出模块输出420ma的电流信号给变频器，以调整1号机、2号机、3号机、4号机的运行速度；其数字量输出控制信号给1、2、3和4号机内的plc，以控制空压机的启停及切换。变频器将变频参数回传给plc；压力传感器、流量传感器分别将气缸内气体压力和瞬时流量回传给plc；每个plc均配有一个td-200文本显示器，用以显示工作状态和实时参数。pc机上安装监控软件，与各plc通过rs-485总线进行通信：pc机将开机或停机信号给plc，plc将收集到的各个参数给pc机；由pc机记录各个数据，并显示实时参数，计算累计流量，自动生成历史记录和历史曲线及其报表并可通过打印机打印出来。在系统运行中，笔者采用反馈控制单闭环pi调节和异步电动机变压变频调速系统（简称vvvf系统），对1号机至和4号机分台进行连续变频调速，其结构图如图2所示。图2 反馈控制单闭环pid调节框图 3 反馈控制单闭环pi调节 图3 pi调节器压力传感器将分气缸内气体压力值送入plc中，与设定压力值（0.6mpa）进行pi调节。其pi的数学模型如图3，由于a点为虚地点，并且运算放大器的输入可忽略不计，故有：式中:=r1c1积分时间常数；比例放大倍数。pi调节器的输出信号由两部分组成：比例部分为kpuin，这部分可使调节器输出发生突跳变化，可加快系统的动态调节过程；积分部分为，在动态调节过程中，积分不止，直到消除系统静差。当uin为恒值时，pi调节器的输出为： 在系统运行过程中，当测量压力值在0.5mpa以下，plc将逐渐增加输出到变频器中控制电流使频率增大，以加快空压机的转速，使缸内的压力变大（如图4a中的ab段）；当测量压力值超过0.5mpa，逐渐接近0.6mpa时，plc将逐渐减小输出的到变频器中控制电流，减小电流频率增大的速度，以减慢空压机的速度，使气缸内的压力尽量稳定在0.6mpa（如图4a中的cd段）；图4 空压机压力调节曲线当测量压力值超过0.7mpa时，plc将输出一个较小的电流到逆变器，线性减小交流电的频率，以减慢空压机的速度，使气缸内的压力变小（如图4b中的ef段）；当测量压力值小于0.7mpa，逐渐接近0.6mpa时，plc将逐渐增大输出到逆变器的电流，减小电流频率减小的速度，以减小空压机的转速，使气缸内的压力尽量稳定在0.6mpa（如图4b中的hi段）。 4 异步电动机变压变频调速系统 系统采用可控整流器变压、逆变器变频的交直交变频装置如图5所示，将380伏，50hz的交流电转换成20hz48hz可调电压的交流电作为空压机的电源。图5 交直交变频器原理图整流器为二极管三相桥式整流器，其作用是将定压定频交流电变换为恒定直流电，并作为逆变器的直流供电电源。逆变器是大功率晶体管组成的三相桥式电路，其作用正好与整流器相反，是将直流电变换为可调电压，可调频率的交流电，它是变频器的主要组成部分。该变频器通过420ma的控制电流信号到逆变器中，均匀地改变定子供电频率，即可平滑地改变电机转速；在调速过程中，变频器从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而可高效率、宽范围和高精度的调速。在变频调速系统中，电机定子通以一定频率的交流电，则产生一定的旋转磁场，电机输出轴在旋转磁场的磁力下旋转，如下式：式中: n 电机输出轴转速；f 供电频率； s 转差率；no 旋转磁场转速；p 极对数。 由上式可以看出，当旋转磁场（no）、转差率（s）、极对数（p）都为恒值时，电机输出轴转速与供电频率之间成正比关系。5 空压站变频调速监控系统的工作流程5.1 系统工作流程系统可自动和手动。手动时：可通过控制按钮或电脑界面及现场按键来操作；自动控制：首先检测系统压力,当压力小于设定值时,用变频器启动主机,测量压力值传入plc进行pi运算后自动调节频率，当频率升为50hz，延时30s后，若测量值仍小于设定值，则变频器切换为工频运行，同时变频器启动下一台辅机，依次启动各台空压机。当压力大于设定值时，通过pi调节降低频率，当频率降为20hz，延时30s后，若测量值仍大于设定值，则变频器切换到下一正在运行的空压机进行调速，同时关闭当前机。依次关闭各台空压机。此循环由plc控制。5.2 说明为了实现设备的均衡运行，系统的主机、辅机1、辅机2、辅机3是循环变换的，当一号机组为主机运行时，二号机组为辅机1，三号机组为辅机2，四号机组为辅机3；到所有机组都停止时，再次启动则换为二号机组为主机，三号机组为辅机1，四号机组为辅机2，一号机组为辅机3；然后三号机组为主机，四号机组为主机，再回到一号机组为主机，如此循环运行。6 空压站变频调速监控系统 6.1 空压站变频调速监控系统的特点系统由异步电动机变压变频调速系统实现了空压机的变频调速；通过网络传输数据，微机进行实时监控，实现了远程控制等功能。其主要有以下特点：（1）系统可全自动或手动控制空压机的启、停及运行;（2）节省能源；（3）减少机械设备故障率，延长机器寿命；（4）提高供气质量，提高生产效率；（5）实现自动化管理,减小劳动强度,提高工作效率;（6）系统软件采用windows界面，图形显示，形象直观，操作简便；（7）实行授权管理及分级保护；（8）动态显示各设备的工作状态、参数、曲线，如压力、温度、空压机的状态等；（9）压力、设备状况等参数的多媒体报警，并可记录报警时间、原因；（10）自动生成实时、历史数据报表和曲线等；（11）系统可脱离计算机单独运行，某一设备的故障不会影响到生产，更换计算机只需重装软件即可。6.2 操作界面空压机站变频调速微机监控系统操作界面图如图6所示。图6 空压机站变频调速微机监控系统操作界面图说明：系统联动按钮为自动控制，各启动,停止按钮为手动控制。下面一排按钮为显示历史数据、实时曲线、报警记录等参数，5号为备用。7 结束语本套空压站变频调速监控系统本着“以科技服务生产”的理念,最大限度地提