多臺(tái)空壓機(jī)使用PLC變頻器的節(jié)能及恒壓技術(shù)改造

1、廣東省工人技師職務(wù)申請(qǐng)?jiān)u 審 論 文論文題目：多臺(tái)空壓機(jī)使用plc變頻器的節(jié)能及恒壓技術(shù)改造姓 名：楊曙明單 位：廣東省科龍配件有限公司原技術(shù)工種名稱：維修電工申 報(bào) 時(shí) 間：2011年11月廣東省人力資源和社會(huì)保障廳制多臺(tái)空壓機(jī)使用plc變頻器節(jié)能及恒壓技術(shù)改造摘要： 我公司有4臺(tái)螺桿空壓機(jī)，其操作是各自為政，互不影響。由于操作人員人手不足，經(jīng)常空壓站出現(xiàn)“無(wú)人”看守，致使空壓機(jī)經(jīng)常處于“大馬拉小車(chē)”狀態(tài)，浪費(fèi)能源。公司為節(jié)能降耗，加裝變頻器，用pid進(jìn)行恒壓控制，利用plc實(shí)現(xiàn)4臺(tái)空壓機(jī)自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)，能夠自動(dòng)根據(jù)管網(wǎng)壓力決定開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，減少了操作人員的工作量，亦達(dá)到了節(jié)能

2、效果。關(guān)鍵詞：變頻器 pid調(diào)節(jié) plc 自動(dòng)啟動(dòng) 自動(dòng)停機(jī)空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。它的用途廣泛，適用于各個(gè)行業(yè)。對(duì)于一般企業(yè)，空壓機(jī)一般都根據(jù)生產(chǎn)需求逐臺(tái)增加，因此多為分散控制，當(dāng)多臺(tái)空壓機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，如操作人員的責(zé)任心不高，易造成能源浪費(fèi)。由于我廠人員不足，空壓機(jī)一般無(wú)專門(mén)的人員值班，只由值班的電工負(fù)責(zé)開(kāi)機(jī)及停機(jī)，經(jīng)常出現(xiàn)壓力不足或開(kāi)機(jī)過(guò)量的情況，嚴(yán)重的浪費(fèi)了生產(chǎn)能源。我廠的空壓機(jī)為上海英格索蘭空壓機(jī)廠的ep200雙螺桿空壓機(jī)，其控制電路較為簡(jiǎn)單，如下圖（圖一）。按下sb2，ka1 得電，7、13接通，m1、m3吸合，y形啟動(dòng)。k

3、t1得電，5秒后，m3斷電，m2吸合，運(yùn)行。此時(shí)為空載運(yùn)行，2分鐘后，手動(dòng)按sa1，空壓機(jī)加載運(yùn)行。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，1ps動(dòng)作，13、27接通，13、29斷開(kāi)，空壓機(jī)空載運(yùn)行，同時(shí)kt2得電。如壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上15分鐘沒(méi)有下降，則13、15斷開(kāi)，空壓機(jī)自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)壓力下降到下限位時(shí)，13、27斷開(kāi)，kt2失電。13、15和13、29接通，空壓機(jī)重新啟動(dòng)。 每臺(tái)機(jī)是獨(dú)立的控制面板，各自為政，單獨(dú)操作。需要人為的根據(jù)系統(tǒng)壓力決定開(kāi)機(jī)數(shù)量，自動(dòng)化程度不高。 原空壓機(jī)系統(tǒng)工況的問(wèn)題分析： a) 主電機(jī)雖然以星三角降壓起動(dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全。 b)

4、主電機(jī)時(shí)?？蛰d運(yùn)行，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電能浪費(fèi)最為嚴(yán)重。 c) 主電機(jī)工頻起動(dòng)設(shè)備的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，所以對(duì)設(shè)備的維護(hù)量大。 d)主電機(jī)工頻運(yùn)行致使空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)噪音很大?？諌簷C(jī)節(jié)能改造的必要性：鑒于以上的原理說(shuō)明以及目前的工況分析，我們認(rèn)為對(duì)空壓機(jī)的節(jié)能改造是必要的，這樣不僅能夠節(jié)約大量的運(yùn)行費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還可以降低空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音，減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。由于許多螺桿式空壓機(jī)運(yùn)行方式是加載、減載方式。減載時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn),那么能源都被白白的浪費(fèi)了，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自身不能改變，只能通過(guò)改變電機(jī)頻率來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。變頻控制即通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)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

5、力。原理如下:通過(guò)壓力變送器測(cè)得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較，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(dòng)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，使電動(dòng)機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。那么空壓機(jī)輸出相應(yīng)的壓縮空氣至儲(chǔ)氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。其原理如下： 為什么多臺(tái)空壓機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行只用1臺(tái)變頻器？因?yàn)橛?臺(tái)以上空壓運(yùn)行時(shí)，必定是1臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)不能穩(wěn)定氣壓，才會(huì)增開(kāi)第二臺(tái)空壓機(jī)。那么一定在1臺(tái)空壓機(jī)要全力運(yùn)行，另1臺(tái)則可通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定氣壓。當(dāng)有3臺(tái)機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，則一定有2臺(tái)機(jī)是全力運(yùn)行的，依此類(lèi)推，無(wú)論多少臺(tái)機(jī)運(yùn)行，始終是只需1臺(tái)機(jī)用來(lái)調(diào)節(jié)穩(wěn)定氣壓。如

6、用每臺(tái)都配備變頻器只能是浪費(fèi)成本。當(dāng)然，為考慮到空壓機(jī)的輪流使用率，可以1臺(tái)變頻器通過(guò)切換電路多臺(tái)機(jī)輪換使用。如圖（圖三）是兩臺(tái)空壓機(jī)輪換使用變頻器的主電路路： 。當(dāng)km1吸合，km2、km3斷開(kāi)時(shí)，1#空壓機(jī)使用工頻，此時(shí)2#空壓機(jī)可通過(guò)控制km4斷開(kāi)，km5、km6吸合使用變頻運(yùn)行。反之，也可使2#機(jī)開(kāi)工頻，1#機(jī)使用變頻。在集中控制中（見(jiàn)圖三），sa是轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng)sa11閉合時(shí)，sa12斷開(kāi)，此時(shí)kj14吸合，使km2、km3同時(shí)吸合，1#機(jī)使用變頻。（當(dāng)1#機(jī)使用變頻時(shí)，1#機(jī)工頻按鈕sb7無(wú)效，2#機(jī)變頻也不能投入） 空壓機(jī)變頻節(jié)能改造的優(yōu)點(diǎn)： 1、節(jié)能變頻器控制壓縮機(jī)與傳統(tǒng)控制的壓

7、縮機(jī)比較，能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的。根據(jù)空氣量需求來(lái)供給的壓縮機(jī)工控是經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀況。節(jié)省電費(fèi)約20%以上，約半年即可回收投入的資金。 2、運(yùn)行成本降低。傳統(tǒng)壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：初始采購(gòu)成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本大約占?jí)嚎s機(jī)運(yùn)行成本的77%。通過(guò)能源成本降低44、3%，再加上變頻起動(dòng)后對(duì)設(shè)備的沖擊減少，維護(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。 3、提高壓力控制精度，變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力，使壓縮機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機(jī)的輸出氣量隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機(jī)速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保

8、持在±0、2bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。 4、延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命。變頻器從0hz起動(dòng)壓縮機(jī)，它的起動(dòng)加速時(shí)間可以調(diào)整，從而減少起動(dòng)時(shí)對(duì)壓縮機(jī)的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機(jī)的使用壽命延長(zhǎng)。 5、降低了空壓機(jī)的噪音。根據(jù)壓縮機(jī)的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定表明，噪音與原系統(tǒng)比較下降約3至7分貝。6、此外，變頻控制能夠減少機(jī)組起動(dòng)時(shí)電流波動(dòng)，這一波動(dòng)電流會(huì)影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動(dòng)電流的峰值減少到最低程度。變頻改造注意事項(xiàng):(1) 空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，這種啟動(dòng)特

9、點(diǎn)很容易引起變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)跳過(guò)流保護(hù)的情況，建議采用具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的無(wú)速度矢量變頻器，保證既能實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的連續(xù)性，又可保證 設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行;(2) 空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間在低頻下運(yùn)行，空壓機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低，一方面使空壓機(jī)穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體潤(rùn)滑度變差，會(huì)加快磨損。所以工作下限應(yīng)不低于20hz;(3) 建議功率選用比空壓機(jī)功率大一等級(jí)的變頻器，以免空壓機(jī)啟動(dòng)出現(xiàn)頻繁跳閘的情況;(4) 壓力變送器應(yīng)測(cè)量網(wǎng)管壓力而非空壓機(jī)本身壓力，為確保變頻器不頻繁啟動(dòng)，建議盡量加大網(wǎng)管的儲(chǔ)氣量，避免壓力波動(dòng)頻繁。(5) 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)具備變頻和工頻兩套控制回路，確保變頻出現(xiàn)異常跳保護(hù)時(shí)，不影響生產(chǎn)。 控制系

10、統(tǒng)：采用plc集中控制可將多臺(tái)空壓機(jī)按一定的順序聯(lián)系起來(lái)，共用一個(gè)傳感器，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)會(huì)自動(dòng)逐臺(tái)停機(jī)，低于下限時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)?，F(xiàn)以我廠的4臺(tái)英格索蘭空壓機(jī)為例說(shuō)明。我廠的空壓機(jī)是老式的螺桿空壓機(jī)，其控制電路圖如圖一。現(xiàn)我用plc控制器將4臺(tái)機(jī)連成一個(gè)整體集中控制。既提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，減少人力開(kāi)支，又可以最大的進(jìn)行節(jié)能降耗。plc控制器接線圖如下（圖四：將kj1、kj3、kj5、kj7的1對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)分別并接在原機(jī)（見(jiàn)圖一）的9、11處，kj2、kj4、kj6、kj8的1對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)并接在原機(jī)（圖一）的13、27處，1對(duì)常閉點(diǎn)串聯(lián)在13、29處，kj10、kj11、kj12、kj13拼接在

11、原機(jī)（圖一）的29、31處。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕sb1，kj1首先吸合，即1#機(jī)空載啟動(dòng)，2分鐘后kj10吸合，1#機(jī)加載完成，同時(shí)kj3吸合，即2#機(jī)空載啟動(dòng)。再過(guò)2分鐘后，kj11吸合，2#完成加載，同時(shí)kj5吸合，依此類(lèi)推，直到kj13吸合，完成4#機(jī)加載啟動(dòng)。當(dāng)管路壓力上升到設(shè)定的上限壓力時(shí)，ps11動(dòng)作。當(dāng)1#投入變頻器運(yùn)行時(shí)，ps動(dòng)作對(duì)其無(wú)影響。ps11動(dòng)作使kj4吸合，使原機(jī)上的kt2得電（kt2設(shè)定時(shí)間假設(shè)為10分鐘），10分鐘后，13、15處斷 開(kāi)，2#機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)停機(jī)。如ps11繼續(xù)保持在吸合狀態(tài)，則kj6吸合，3#機(jī)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)。如壓力開(kāi)關(guān)ps11在10分鐘之內(nèi)斷開(kāi)，則自動(dòng)

12、停機(jī)過(guò)程終止。當(dāng)壓力達(dá)到下限時(shí)，即ps12閉合，會(huì)每隔2分鐘依次斷開(kāi)已吸合的kj2、kj4、kj6、kj8，使已停機(jī)的空壓機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，投入運(yùn)行（程序圖見(jiàn)圖五）。3、效益分析： 1）、此種控制方式只用了1臺(tái)變頻器，節(jié)約了3臺(tái)變頻器的成本。 2）、此種控制方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行了集中自動(dòng)控制，減少了“大馬拉小車(chē)”的能源浪費(fèi)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力，保持壓力的穩(wěn)定。以下是我公司安裝后試運(yùn)行的節(jié)能報(bào)告。一、測(cè)試情況序號(hào)項(xiàng)目4月5月6月7月8月6日8月7日8月8日8月9日8月12日8月13日1 耗電量（kwh）131541165655176946171108 6880 7280 6120 6200 2840 7080

13、2 產(chǎn)氣量（m3）727400860900908500931800 44100 43000 36300 37400 17700 43900 3 單位氣體耗電量（kwh/m3）0.181 0.192 0.195 0.184 0.156 0.169 0.169 0.166 0.160 0.161 4 單位氣體金額（元/m3）0.136 0.144 0.146 0.138 0.117 0.127 0.126 0.124 0.120 0.121 5 節(jié)能率4-6月平均單位氣體耗電量：474142/2496800=0.19kwh/m3-3.30%-17.89%-10.89%-11.27%-12.75%-

14、15.55%-15.12%序號(hào)項(xiàng)目8月14日8月15日8月16日8月18日8月19日8月20日8月6日-20日合計(jì)1 耗電量（kwh）6760 7400 6600 8400 3680 6840 76080 2 產(chǎn)氣量（m3）44200 46900 41100 54800 22000 43200 474600 3 單位氣體耗電量（kwh/m3）0.153 0.158 0.161 0.153 0.167 0.158 0.160 4 單位氣體金額（元/m3）0.115 0.118 0.120 0.115 0.125 0.119 0.120 5 節(jié)能率-19.50%-16.96%-15.48%-19.32%-11.96%-16.67%-15.63%二、運(yùn)行情況：8月運(yùn)行一個(gè)月，運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)異常情況。三、節(jié)能效果：空壓站的節(jié)能控制系統(tǒng)是7月底安裝完投入使用的，以上是空壓站安裝節(jié)