变频式螺杆空压机自动控制系统设计

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［摘要］空气压缩机站是矿山主要固定机房之一。针对螺杆空压机变频控制存在的问题，应用现代变频调速和自动控制技术，研制出螺杆空压机站变频自动控制系统，实现了空压机站整体全自动变频控制，节能效果十分理想。

［关键词］空压机；变频控制；自动控制

引言

近年来，随着变频和自动控制技术的不断发展，越来越多的矿山企业应用空气压缩机（以下简称空压机）变频自动控制技术［1］。本设计以空压机站整体为控制对象，以“恒压”和“按输供气”为控制目标，应用现代变频调速和自动控制技术，研制出螺杆空压机站变频自动控制系统［2］，从而实现了空压机站整体全自动变频控制，极大地改善了空压机的运行环境，消除了空压机的空载运行，节能效果十分理想。

1自动控制系统的结构及功能

1.1系统整体结构

螺杆空压机站变频自动控制系统主要由变频控制单元、自动控制单元和监控单元等组成，如图1所示。

1.2主要部分功能

（1）上位机（工控机）。上位机安装于矿山集中控制中心，是集中监控系统的核心部件［3］。同时，上位机具有联网功能，可以将监控信息上传至企业以太网，进而与互联网相联，企业管理人员可以通过浏览网页的方式了解各空压机的运行状况。（2）可编程控制器（PLC）。PLC安装于空压机站机房内，作为空压机站的现场控制核心。本设计中PLC选用三菱FX3U系列PLC［4］，通过安装在其内部具有通信功能的扩展板及配置在通信网络中具有FX-485PC-IF功能的扩展模块［5］，实现上位机与PLC的通信，从而实现上位机对空压机的远程控制。（3）触摸屏。触摸屏安装于现场自动控制柜上，作为现场人机对话界面。它通过与PLC通信，实现对PLC参数设定和对设备运行参数的现场监控。（4）变频器。变频器为空压机的调速装置，在PLC的控制下，实现对空压机转速的调节。为实现空压机站所有运行空压机全变频覆盖运行模式，变频器的配置台数按与空压机一对一控制方式确定。

2系统主要功能实现

2.1实现对空压机站设备的整体自动控制

本设计将空压机站所有空压机纳入同一个控制系统进行整体控制，利用安装在空压机站内的PLC对多台设备进行综合控制，从而实现对站内各空压机的启停、供气压力的调节等各方面的统一控制。

2.2实现对空压机站各设备的远程集中监控

设置在矿井控制中心的上位机通过通信网络与空压机站的PLC连接，实现上位机与PLC的数据交换。一方面，PLC将设备的运行参数传输至上位机，通过上位机进行存储或在显示屏上显示，实现远程监视功能；另一方面，上位机将操作人员的操作指令（或参数修改指令）通过通信网络传送至PLC，通过PLC处理后，形成对空压机站各设备的控制信号，使设备按上位机指令运行，实现了远程集中控制功能［6-9］。

2.3实现空压机高效运行

本系统采用运行空压机全变频覆盖控制方式，即站内所有运行的空压机均为变频控制方式。空压机在变频控制状态下运行时，其运行的每一转均为有效做功状态，消除了空载无效运转，大幅提高了运行效率。

2.4实现恒压和按需供气功能

控制系统以空压机站的供气压力为控制目标，利用PLC的PID调节功能，根据供气系统中用气设备用气量的多少对空压机的转速进行调节。当用气设备的用气量增加时，供气管网中的压力呈降低趋势，则控制系统控制空压机的转速增高，使空压机的供气量增加；反之，则控制系统控制空压机的转速降低，使空压机的供气量减少。这种调节过程保证了供气管网中的供气压力基本不变，实现了恒压和按需供气功能。

3系统软件设计

整个控制系统采用PLC控制，系统控制流程如图2所示。

4结论

（1）该项技术的应用促进了矿山生产自动化水平的提高。系统通过选用先进、通用的硬件和软件，所搭建的数据检测、传输、处理和通讯通用平台，可随时并入矿井自动化集中监控系统进行监控，为建设数字化矿山奠定了基础。（2）可实现企业减人、节电和降低生产成本的目标。全自动空压机控制系统与传统的人工控制系统相比，实现了空压机全自动化操作，减少了矿山生产中大量辅助用工，每个矿井至少可减少辅助人员4~6人，节省了人员工资和费用。同时，空压机实现节能运行后，每个空压机站每年可以节约上百万度电量。（3）技术的推广应用降低了对环境的损害。空压机在变频自动控制条件下，其油耗、噪音、温度均大幅降低，必将减少对环境的破坏，符合国家环境保护政策。

［参考文献］

［1］卢美鸿，李正伟.煤矿中央水泵房自动控制系统的设计［J］.自动化技术与应用，2017（12）：126-127.

［2］孙晓磊，张全柱，邓永红.矿用变频器SPWM差模输出电压谐波分析［J］.电气传动，2015（8）：30-33.

［3］鲁忠良，付腾，傅同.一种矿井巷道断面瞬时监测系统设计［J］.工矿自动化，2015（1）：80-83.

［4］卢美鸿，刘国海，王富良.基于PLC的两电机同步系统神经网络逆控制［J］.电气传动，2007（11）：50-54.

［5］岳庆来，吴启红，唐山，等.变频器、可编程序控制器、触摸屏及组态软件综合应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［6］李正伟，卢美鸿.基于PLC控制的自动电热水装置安全保护系统设计［J］.自动化技术与应用，2018（1）：56-58.

［7］张克伟.基于PLC的煤矿井下中央泵房控制系统设计［J］.电子世界，2016（11）：55-57.

［8］贺全智，贾志斌.煤矿带式输送机软起动装置控制系统的研究［J］.山西煤炭，2008（2）：21-23.

［9］刘瑞婷，张南平，陈勇士.S7-200系列PLC自由口模式下实时通信技术研究［J］.计算机管理与发展，2006，16（12）：156-158.

作者：伍路旺 卢美鸿 单位：苏州欧菲特电子股份有限公司