空压机自动控制系统

1第九章空压机自动控制系统目的：1、掌握空压机工作原理与组成；2、了解空压机自动控制系统在实际中的应用。第一节概述空压机是各种工厂、筑路、矿山及建筑行业的必备设备，主要用来提供源源不断的具有一定压力的压缩空气，例如给气动阀供气，给需要一定压力气体的工艺流程提供气源。空压机有很多种类，如螺杆式空压机、活塞式空压机、离心式空压机、涡旋式空压机等等，而螺杆式空压机的市场潜力极大，并在很多行业得到广泛的运用。空气压缩机在工业化生产中有着不可或缺的地位，其主要作用是为生产提供动力----压缩空气，使机械设备完成既定功能。而如何实现对空压机的控制，也是当前空压机运用中重要课题。空压机的控制主要功能有容量控制、防喘振控制、油压控制和联锁控制等。本章节主要介绍螺杆式空压机的相关知识。空压机在其控制中采用加载—卸载阀来控制空压机的供气，由于用气设备的工作周期或是生产工艺的差别，使得用气量发生波动，有时会造成空压机频繁加载、卸载。空压机卸载后仍然工频运转，不仅浪费电能而且增加设备的机械磨损，并且加载是一个突然的过程，会对设备和电网造成较大的冲击。因此对空压机进行变频改造具有改善电机的启动和运行、减少设备的机械磨损、在一定范围内节约电能等效果。第二节螺杆式空压机工作原理和组成9.2.1工作原理以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理，如图9-1所示，螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时，较高压力的油气混合气体排出机体。采用变频器可通过改变螺杆转子转速的方式来改变排气量，当用气量发生变化时，变频器改变转速的方式调节空压机的排气量，达到排气压力恒定不变，并节约能源的目的。在空气压缩机控制系统中，采用空压机后端出气管道上安装的压力传感器来控制空气压缩机的压力。空压机启动时，加载电磁阀处于关闭状态，加载气缸不动作，变频器拖动电机空载运行，一段时间（可有控制器任意设定，在此设置为10S）后，加载电磁阀2打开，空压机带载运行。当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。如果后端用气设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力传感器发出卸载信号，加载电磁阀停止工作，进气口滤清器关闭，电机空载运行。当空压机连续运行，压缩机主体温度会升高，当温度达到一定程度时，系统设定为80℃（可有控制器根据应用环境自行设定）风机开始运行，用于降低主机工作温度。风机运行一段时间，主机温度下降，低于75℃风机停转。如图9-2所示空压机系统图：9.2.2控制系统组成及参数设置在螺杆式空压机控制系统中，主要组成有空压机专用控制器和启动器为主。如图9-3、9-4所示其接线图：349.2.2.1控制器控制器是完成对空压机运行工作时压力、时间等的控制，其基本参数有：加载时间、压力上限、压力下限、运行方式。9.2.2.2启动器启动器是实现电机启动和拖动的设施，在此主要是高压断路器。其主要参数有：空压机电机额定参数和高压电机保护跳闸系数。9.2.2.3调试a.设置控制器、启动器参数。b.上电运行空压机，观察设备是否运转正常，若有故障，则根据具体故障现象排除故障，直至设备可以正常运行。d.设备运行正常后根据实际的用气要求，调节合适的出气口压力，保持负荷稳定。与电流波动相关的参数有：控制器P、I、D参数及变频器ON09、CN08、CN15，可视实际情况调节。第三节螺杆式空压机润滑油系统9.3.1润滑油流动过程单螺杆式空压机的润滑油主要有四种功能，润滑轴承与螺杆接触表面，密封啮合副间隙，冷却压缩气体，降低噪音。油气分离器内的润滑油被高压气体压入油冷却器冷却，经机油滤清器除污垢和杂质后通过断油阀进入压缩机内。其执行元件主要有断油阀、机油过滤器、温控阀油和油气分离器，以及电气控制元件等。9.3.2断油阀断油阀分为气控断油阀和电磁阀两种，均为常闭式。主电机起动完毕后阀开启，主电机停机时阀关闭。其功能是开机时保证空压机顺利启动，防止由于堵转而损坏电气元件；停机时能迅速切断油路，防止注入空压机的螺杆油过多。9.3.3机油过滤器机油过滤器是一种纸质的过滤器，其功能是除去油中的杂质，如磨损的金属微粒、灰尘、油化合物等，过滤精度10u-15u之间，对轴承及螺杆有完善的保护作用。9.3.4温控阀温控阀的功能是维持排气温度在压力露点温度以上，开机时。润滑油温度低，此时温控阀会自动把回流的回路打开，油则不经过油冷却器进入机体内。若油温升高至60℃以上则阀慢慢打开，至70℃时全开，此时油全部经过油冷却器再进入机体内。59.3.5油气分离器螺杆式空压机油气分离器俗称油气桶或油气罐，它有储油和油气分离两种功能。底部装有视油镜，运行时应可见到油面。罐体中部有加油口，可供加油时使用。最底部有放油阀门，放油时候可将此阀门打开，把油放净平时在停机后待螺杆油稳定后，它可以把存在罐底的水通过它放出，防止积水过多，影响螺杆油的使用寿命。压缩空气中所含雾状油气经过油气分离器滤芯几乎可被完全滤去，含油量低于3ppm.油气分离器滤芯滤过的油集中在滤芯底部，再油回油管经过滤器、节流孔、回油视镜回流至压缩机内。9.3.6螺杆式空压机电气控制系统（主要器件）电动机：压缩机工作的主驱动电动机（非电机驱动除外）风扇电机：冷却风扇驱动电动机油压开关：起动50～60S后油压过低（低于0.1MP时）断电保护温度开关：起动后主机温度超温报警断电110℃报警（出厂设定100℃）PLC：可编程序控制器（包括：基本单元\模块，触摸屏）第四节常用系统介绍螺杆式空压机以其高效率、易损件少、维修简单、体积小、噪音低、无振动、长时间连续运行等优点已为广大用户所接受。目前我国工业用通用气体压缩机目前正经历着由螺杆式空压机取代活塞式压缩机产业升级过程。9.4.1AUTOSENTRY○R-ES+控制器及操作9.4.1.1AUTOSENTRY○R-ES+控制器概述GandnerDenyer螺杆式压缩机的工作系统由控制系统、电动机和启动器组成。只需要把压缩机机组与正确的电源及厂用动力管线相连（如果是水冷还需连接相应的水源）。标准的压缩机机组包括空气端、油气分离筒、油冷却系统和过滤器，以及专用电动机，启动器/控制箱，以及符合安装手册要求的控制原件。此压缩机组典型的特征是AUTOSENTRY○R-ES+控制器把所有的控制功能集成在微处理控制器中。这些控制功能包括安全、停机、压缩机调节、运行控制以及报警/维护指示器等，操作键盘和显示器为操纵员提供了一个合理的易于操作的压缩机控制系统以及工况显示。9.4.1.2AUTOSENTRY○R-ES+的操作控制器的操作依赖在键盘上选择的运行模式（下面会介绍）。启动之前，必须按下{STOP/RESET}键，把控制器置于“READY”状态（如显示器所指示的），然后，按下一操作模式键，启动压缩机。运行以后，可以随时按下某一运行模式键来改变运行模式，而且所选的运行模式会显示在显示器下行的右下角，正常条件下，可以随时按{STOP(停止)/RESET}（复位）键来停止运行，如果压缩机已经运行，那么在电动机停止前，油气分离筒内压力会首先被泄放掉。当显示器停机倒计时时到零时，6压缩机正常停机。如果面板交替显示时，按下运行模式键恢复显示“正常“状态。操作和运行中，可以按住运行模式键，实现手动卸载，可在几秒钟内使正在运行的压缩机卸载，而且按下此键可以避免加载。松开此键之后，控制器按要求恢复正常运行模式..控制器连接一个可选控制系统，可供其他人中断和重启压缩机。通过这种控制停机时，显示器上会显示“远程停机”。在任何一种运行模式下，只有在油气筒压力低于最低设置值时才会启动，如果控制器在等待油气分离筒减压，剩余压力也会一同显示。控制器也会在启动延迟完成之后，再开始压缩机的初始加载。9.4.2运行模式（MODEOPERATION）9.4.2.1连续运行模式（CONSTANTMODEOPERATION）这种模式最好应用于无长周期空载运行或者出现大量空气消耗的工况。压缩机控制系统通过容调来实现产气与需求的匹配，使压缩机连续使用。控制器设置于MODULATION(容调)状态下，当空气消耗量低于压缩机排气量时，压力将上升，当压力上升到控制器的设定压力（SETPRESSURE时，控制器会操作各电磁阀TVO（旋转阀打开），TVC(旋转阀关闭)，IVO(进气阀打开)和IVC(进气阀关闭)来控制压缩机的排气量与空气系统的耗气量相匹配。当需求改变时，控制器会相应的调节压缩机，确保其以最佳状态运行。在一般及重负荷工况下，进气阀保持常开，由旋转阀控制气量；在轻负荷工况下，旋转阀完全开启，由进气阀调节气量。在及轻负荷工况下，压缩机将空载，但是油气分离筒内压缩空气不泄放。只要低于压缩机设定（SETPRESSURE）时压缩机会重新加载。控制器会把压力维持在设置压力范围内。对于没有旋转阀的压缩机机组，控制器通过操作LVO(进气阀开启)和IVC(进气阀关闭)，来使进气阀处于不同位置，从而达到使排气量和耗气量的匹配。如果控制系统设定为“加载-空载”（LOAD/UNLOAD）状态下，在系统压力达到设定压力之前，控制器会使压缩机满负载运行。随后空载（但不能放空），且不再向系统传送空气。当压力降低至设定压力(SETPRESSURE)和加载压力（RESETPRESSURE）之间时，控制器会使压缩机重新加载。当第一启动时，若系统压力高于加载压力（RESETPRESSURE）,控制器将维持压缩机控制并放掉油气筒内的压缩空气，直到系统压力降到加载压力为止。一旦压缩机加载，不管耗气量多少，油气筒会立即充满。若系统压力低于加载压力，控制系统会立即作出反应。9.4.2.2低需求运行模式（LOWDEMANDMODEOPERATION）低需求模式下，通过空载运行期间释放油气筒压力减少功率消耗，这种模式适用于带有一适量的气量储存装置或及运转时经常空载的工况，但必须避免电动机频繁启动和停机。在较大负荷的工况下，此模式与上述的连续运行模式一样。在空气量需求较小时，控制器会开启泄放阀，并完全关闭进气阀，以确保电动机负荷最小。同时，会启动计时器开始倒计时，控制压力源来自于系统压力（与工厂系统的压力一样）。当系统压力由于耗气量增加而下降到加载压力时，泄放阀关闭，控制系统恢复到正常调节状态，使系统压力维持在设定压力附近。在计算器倒计时尚未完成前，不允许泄放，此过程可以避免压缩机在一般负载时可能产生的频繁泄放及油气分离筒再次充压所需要的能量。还可以消除由于喷油压缩机的油分分离筒频繁泄放所导致的润滑油起泡及跑油问题。计时器调节范围为1到20分钟。9.4.2.3自动运行模式（AUTOMATICMODEOPERATION）这种模式提供自动启动及计时停机，适合于有长时间空载的工况（例如换班或周末时），并配有足够的气体储存装置以满足少量空气消耗工况。在中等消耗及大量消耗的工况下，与低需求运行模式相同。制动运转模式的计时器调节范围为1到20分钟。在此次期间内若气量消耗甚少，空压机处于空载运行，压缩机的驱动电动机将停止运行以节约动力消耗。控制器会保持此状况直至压力降低带来需求为止。这是一种大多数用户普遍选用的运行模式，因为它可以根据空气系统的需求以最有效的方式自动运行压缩机单元。79.4.2.4联控运行模式（SEQUENCENODEOPREATION）这种模式用于控制器之间有通讯，并只在需求经济运行时才投入使用。此模式适合于有大容量储气罐和及不同荷载。主机会依自动模式运转；附机会依其顺序依次自动运行（最多到8台）。需要更多信息，请参照本章后面介绍的联控模式用法说明。控制器间的通讯是通过一条连接到控制器线路板上的通信电缆实现的。此模式中，各压缩机的顺序必须指定，