基于PLC和变频器的螺杆压缩机恒压供气系统改造

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随着现代生产技术水平的飞速发展，对供气品质的要求也不断提高，螺杆压缩机成为当今世界空气压缩机的发展主流。在实际应用中，由于实际配置容量比实际用气量要大，气量消耗又不稳定，所以对螺杆压缩机的恒压供气、节能降耗的要求越来越高。

根据流体力学原理，风机负载的流量与电机转速成正比，压力与转速的二次方成正比，轴功率与转速的立方成正比，因此改变电动机的转速来达到调压节能具有明显效果。本课题主要利用 PLC和变频器对螺杆压缩机控制系统进行改造，消除了以往只有上、下限压力控制，频繁启动、停止、加载、卸载等现象，真正达到恒压供气、节能降耗的目的。

1 改造前的控制系统螺杆压缩机的压缩作用是由-对螺旋转子啮合而产生，压缩电机采用星三角起动，冷却风扇电机在星三角转换完成后，自动开机，压缩机开始自动加载。如果系统压力达到起跳压力设定值，空压机卸载，使功率需求降到最低，当排气压力下降到回跳压力时，系统又自动加载。系统由压力开关频繁控制进气阀和排气阀，从而调整储气罐压力恒定。

2 PLC与变频器的选型PLC与变频器种类繁多，不同种类之间功能设置差异很大，这样既给机型挑选提供了十分广阔的空间，同时又带来了-定的难度。机型选择的基本原则是在满足功能要求的前提下，力争最好的性价比，并有-定的升级空间。

日本三菱变频器是利用磁通矢量控制技术，软PWM调制原理和智能功率拈(IPM)的高性能变频器，变频输出波型更好，电机噪音更低，抗干扰性能强，内置 PID控制功能具有过电流、过载、过电压、次电压、接地过电流，输出短路、失速防止等故障保护功能。因此，选用 FR-A540系列通用变频器。

PLC在满足I/O接点需要的前提下，结合性能指标选用 FX2N-16MR系列三菱 PLC和FXON-3A模拟量拈。

3 控制系统组成及改造本系统利用压力传感器、PLC、模拟量拈、变频器组成控制系统来执行自动叵压控制。本系统采用的压缩机为 28立方 160 kw 螺杆压缩机，对原机配置的温控系统、风扇冷却系统不作变动。主要操作要求是：主机启动停止必须空载，空气压力上限是 0.8 MPa，下限是 0.4 MPa，气压自动控制目标是 0.6 MPa。工艺流程图工如图 1所示。

图 1 自动恒压控制工艺流程图本系统采用 PLC进行控制，PLC的输入输出分配表如表 1所示。

本系统的主电路如图2所示，本系统的电气控制接线图如图3所示。

收稿日期：20--01-08作者简介：章建军(1969-)，男，浙江上虞人，实验师，研究方向：机电-体化技术；金浙良(1983-)男，浙江嵊州人，讲师，研究方向：智能自动化技术。

164《装备制造技术)2013年第4期表 1 PLC的输入输出分配表PLC输入 肓号 PLC输出信号序号 输人点 代号 说明 序号 输入点 代号 说明l XO SB0 急停按钮 l YO KAl 变频器运行2 Xl SB1 起动、停止按钮 2 Y1 KA2 空压机加载3 X2 SB2 加载、卸载按钮 3 Y2 KA3 变频故障报警4 X3 变频器异常5 X4 SP1 压力表上限值6 X5 SP2 压力表下限值l 二jl-- - 2KM- - 眦 《图 2 自动恒压控制主电路图图3 自动恒压控制电气控制接线图压力传感器的模拟量控制程序设计如图 4所示。其中D110为压力传感器中采集的数据，D500为恒压设定值，D150 D156为 PID参数的设定值，D126为系统经过PID运算的输出值，用于控制变频器的运行频率。

4 结束语图4 自动恒压控制压力传感器的模拟量控制梯形图变频器的无级调速特点，通过控制器或变频内部PID调节器，能对压力实现快速调节控制，与工频运行的上下限开关控制相比，气压稳定性更高。

(2)节能。由于采用变频器实时调整电动机转速，大大减少能源的损失。

(3)启动无冲击。由于变频器本身是-个软启动装置，启动电流最大在额定电流的二倍左右，与工频启动相比，启动冲击校这种冲击不仅是对电网对整个机械系统的冲击也大大减校(4)噪音低。由于稳定运行时延时频率小于工频，机械噪音下降，机械磨损校(5)对储气罐容量要求校