空压机专用控制器在变频螺杆空压机上的应用

空压机专用控制器在变频螺杆空压机上的应用一、空压机概述空压机，全名为空气压缩机，是一种工矿企业中最常用的空气动力提供设备。通常，空压机分为螺杆式空压机、活塞式空压机等。1、传统空压机工作方式传统空压机主电机运行方式为星－三角降压起动后全压运行，基本运行方式是加载和减载，即当储气罐的压力小于加载压力时，吸气电磁阀打开吸入空气进行加压。当压力大于卸载压力时，吸气电磁阀关闭。为了保证储气罐的压力稳定在一定范围之内，系统根据所测压力的大小不断的打开关闭电磁阀，也就是通常所讲的加载和卸载。2、原系统工况存在的问题⑴主电机虽然星－三角降压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。⑵主电机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费严重。⑶主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。⑷主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作量大。二、空压机变频节能分析在管道供气系统中，最基本的控制对象是流量，供气系统的基本任务就是要满足用户对流量的需求。目前，常见的气体流量控制方式除了有上述的加、卸载供气控制方式外，近来还出现了通过变频调速技术来进行转速控制的方式，即通过改变空压机的转速来调节流量，而阀门的开度保持不变（一般保持最大开度）。在这种控制方式下，通过变频调速技术改变空压机电机的转速，空压机的供气流量可随着用气流量的改变而改变，达到真正的供需平衡，在节能的同时，也可使整个系统达到最佳工作效率。实践证明，在供气系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变空压机转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在30％以上。另外，变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对流量的平稳调节，同时减少启动冲击并延长机组及管组的使用寿命，大大减小维护工作量。三、变频螺杆空压机方案1、变频螺杆机工作原理流量是供气系统的基本控制对象，供气流量需要随时满足用气流量。在供气系统中，储气罐中的气压能够充分反映供气能力与用气需求之间的关系：若供气流量用气流量→储气管气压上升若供气流量用气流量→储气管气压下降若供气流量=用气流量→储气管气压不变所以，保持管道中的气压恒定在某一个压力值，就可保证供气能力恰好满足用气需求。变频螺杆空压机由变频器、压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。控制系统将管网压力作为控制对象，装在储气罐出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为电信号送给变频器内部的PID调节器，与压力给定值进行比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号去控制变频器的输出电压和逆变频率，调整电动机的转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。2、空压机变频改造后的效益：节约能源运行成本降低提高压力控制精度延长压缩机的使用寿命降低了空压机的噪音四、艾默生空压机专用控制器1、硬件介绍艾默生空压机专用控制器是在EC20系列PLC的软硬件平台上通过增加LCD文本显示及及按键功能后，根据空压机厂家的技术要求设计开发的专用控制器。空压机控制器集成控制与操作显示功能，其正面是显示屏及操作按钮，背面是接线端子和两个通讯口。硬件包括：开关量输入12点开关量输出8点模拟量输入通道4路PT100热电阻输入通道2路模拟量输出通道1路8个功能健，包括启动按键，停止按键，3个通用按键，2个翻页键和1个确认键提供24V电源输出供外接变送器用电。两个通信口，一个为编程口，一个为232/485接口，可以用来同变频器或上位机通讯。控制器的显示是4行文本显示器，每行可显示12个汉字，显示内容部分包括参数设置、设备状态与报警等。2、软件介绍空压机专用控制器使用专门的编程软件ControlStarForCC，可在艾默生公司网站上免费下载。其使用方法和标准的ControlStar编程软件基本一致。在控制器内部软元件中，有一部分是控制器用来存储系统状态参数以及设定值和报警信息的，这部分软元件不能用做其他用途，可参见专用控制器保留软原件地址约定介绍。五、空压机专用控制器在变频螺杆机上的应用1、空压机专用控制系统的作用：●确保合格的供气品质●满足稳定的气源压力●保证压缩机头和润滑油的工作温度在允许范围内●可实现无人值守空压站2、控制器常用输出/输出信号数字量输入：变频器故障信号、急停按钮、风机过载信号、空气过滤器阻塞、油气分离器阻塞、油过滤器阻塞、油压低信号、相序信号等数字量输出：变频器启动信号、风机、辅助风、吸气电磁阀等模拟量输入：储气罐出口压力（压力变送器信号）模拟量输出：变频器运行频率热电阻信号：机头温度（PT100热电阻）3、用户程序大致功能介绍用户可自己根据需要使用编程软件进行程序编制，大概有下面几部分内容⑴参数设定：控制器的参数可分为3部分，所有的参数都是掉电保持的。用户参数：用户可根据文本显示器的提示设置恒定压力、变频器启动时间、加载延时、低频运行时间、最小启动延时、风机启动温度和停止温度等所有的工作参数，在程序中需要根据这些参数来控制空压机的运行。厂家参数：包括停机压力、上限压力、下限压力、保养参数、报警参数、PID控制参数等，在查看和修改这些厂家参数需要输入密码，防止误修改。配置参数：可选择空压机是变频或工频模式，选择控制器显示内容是中文或英文，设置标准时间、定时停机功能、保养时间复位、历史数据清除等等。这些参数的查看和修改也是需要密码才能进行操作的。⑵模拟量输入/输出：采集出口压力变送器信号和压缩机头热电阻信号，经程序处理得到出口压力和机头温度，用于空压机运行控制及保护。同时输出一路标准模拟量给变频器，用来控制变频器的输出频率。⑶变频器启停控制启动方式可以有下面几种：停止信号可以有以下几种：面板上的“启动”按键面板上的“停止”按钮远程控制信号和联控信号远程控制信号或联控信号变频器自动停机后再启动各种故障停机和保养时间到停机变频器长时间低频运行自动停机为保护空压机，在用户参数里可设置一个最小启动延时，用来避免频繁的启动空压机。如果变频器长时间（这个时间可设）运行在下限频率（变频器的下限频率设定值），说明用气量很小或没有用气，控制器可自动停止变频器，达到节能的目的；待检测到的压力值低于下限压力时，控制器自动控制变频器启动并自动调节运行频率。⑷变频器运行频率计算根据设定的恒定压力值，以及采集进来的压力信号，通过PID运算，计算出变频器的运行频率，并转换为1个标准模拟量，通过控制器的模拟量输出通道给变频器。⑸风机控制通过采集进来的机头温度和设置的风机启停温度，自动控制风机的启动和停止。如果超出温度上限，将停机报警。⑹保养计划在参数中可以设置油过滤器、油气分离器、空气过滤器、电机加润滑等保养项目的时间间隔，如果接近这些时间了，控制器先是发出一个报警信号提示进行保养，若超出保养时间，则强制停机，并报警提示，待保养完成才可重新启动。⑺状态显示运行参数显示：出口压力、变频器输出频率、机头温度、变频器输出功率、电机转速、变频器输出电流、变频器输出频率、恒定压力、压力上下限、本次运行时间、累计运行时间、控制器工作时间、电机累积启动次数等运行状态显示：可根据空压机的各种工作状态显示相应的内容⑻同变频器通讯控制器同变频器通讯，读取变频器的输出频率、输出功率、输入电压、输出电压、电机转速、下限频率、故障信息等信息，用来控制空压机的运行或做显示用。⑼密码保护功能三级密码体系，分为用户密码、厂家密码和超级密码，用户密码供用户修改基本使用参数使用，厂家密码为空压机制造厂家设置重要参数以及定时功能等。⑽故障报警及故障记录故障报警包括出口压力超压、机头温度超温、温度传感器故障、压力变送器故障、各种过滤器阻塞报警、保养报警、变频器故障、变频器过流、过压、过热、欠压等故障信息，并能记录最近5次的报警内容和报警时间，以备检修时参考。六、总结EMERSON空压机专用控制器替代了传统的PLC+HMI方式。以前空压机控制器部分由触摸屏、PLC主模块、温度模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块组成，来实现空压机的运行、报警及故障诊断等功能。现在一个EMERSON空压机专用控制器即可实现所有功能。并且还具有以下优点：1、基于艾默生EC20系列小型PLC软硬件平台，融合PLC技术、电子技术，和行业中的一些专用技术，将PLC和文本显示器（人机界面）集合为一体的可编程控制器，专业性很强：一体化设计（集成控制与显示），控制功能全面，维护方便。2、能对空压机的启动、运行及各控制点进行智能化监测和控制，同时对空压机进行故障报警和保护，以及参数设置，为空压机可靠运行提供保障。3、可靠安全的保护和报警功能，确保设备安全。4、电机启动时，不会影响控制器和传感器测量精度，抗干扰能力强。5、控制器和显示文本一体化，整体性强，环境适应能力强，电磁兼容性好。6、运行状态、历史报警与故障记录5次等显示很详细。7、有报警时，自动弹出报警画面，面板上有指示灯闪烁，确认报警消除时不需停机。8、可根据用户工艺的变动随时修改，用户程序、厂家参数和配置参数设有密码保护，保护厂家设备和利益。9、强大的通讯功能，支持行业内流行的组态软件和变频器，通讯组网功能强大，预留联控功能，考虑了设备操作的可扩展性。目前在客户现场，空压机专用控制器已经同艾默生、安川、三菱、施耐德、南海华腾、英威腾、正弦等多个国内外变频器品牌成功配合使用。七、变频螺杆机注意事项1、空压机是大转动惯量负载，这种启动特点就很容易引起V/F控制方式的变频器在启动时出现跳过流保护的情况，建议选用具有高启动转矩的无速度传感器矢量变频器，保证即能实现恒压供气连续性，又保证设备可靠稳定的运行。2、空压机不允许长时间在低频下运行，当空压机的转速过低，一方面将使空压机的工作稳定性变差，另一方面也使缸体的润滑变差，会加快磨损。所以工作的下限频率应不低于20Hz。3、为了有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减小因高次谐波引起的电磁干扰，建议选用输出交流电抗器，还可以减小电机运行噪音和温升，提高电动机的稳定性。附：文本显示菜单、使用说明、内部软元件约定及接线图（配合EV2000）