空壓機(jī)變頻供氣控制管理論文_優(yōu)秀論文

1、 空壓機(jī)變頻供氣控制管理論文1引言空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛地應(yīng)用。在供水行業(yè)中, 它擔(dān)負(fù)著為水廠(chǎng)所有氣動(dòng)元件, 包括各種氣動(dòng)閥門(mén), 提供氣源的職責(zé)。因此它運(yùn)行的好壞直接影響水廠(chǎng)生產(chǎn)工藝?？諌簷C(jī)的種類(lèi)有很多, 但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。例如我廠(chǎng)使用的南京三達(dá)活塞式空壓機(jī)、美國(guó)壽力螺桿壓縮機(jī)和Atlas螺桿式空壓機(jī)都采用了這種控制方式。根據(jù)我們多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn), 該供氣控制方式雖然原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便, 但存在能耗高, 進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步, 高效低耗的技術(shù)已愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。在空壓機(jī)供氣領(lǐng)域能否應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù), 節(jié)省電能同時(shí)改善空壓

2、機(jī)性能、提高供氣品質(zhì)就成為我們關(guān)心的一個(gè)話(huà)題。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際, 我們選擇了一臺(tái)美國(guó)壽力LS-10型固定式螺桿空壓機(jī)進(jìn)行了研究。2空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式簡(jiǎn)介作者以美國(guó)壽力LS-10型固定式螺桿空壓機(jī)電控原理圖(如圖3所示)為例,對(duì)加、卸載供氣控制方式進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。SA1轉(zhuǎn)至自動(dòng)位置, 按下起動(dòng)按鈕SB2, KT1線(xiàn)圈得電, 其瞬時(shí)閉合延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合, KM3和KM1線(xiàn)圈得電動(dòng)作壓縮機(jī)電機(jī)開(kāi)始Y形起動(dòng);此時(shí)進(jìn)氣控制閥YV1得電動(dòng)作, 控制氣體從小儲(chǔ)氣罐中放出進(jìn)入進(jìn)氣閥活塞腔, 關(guān)閉進(jìn)氣閥, 使壓縮機(jī)從輕載開(kāi)始起動(dòng)。當(dāng)KT達(dá)到設(shè)定時(shí)間(一般為6秒后)其延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi), 延時(shí)閉合的動(dòng)

3、合觸點(diǎn)閉合, KM3線(xiàn)圈斷電釋放, KM2線(xiàn)圈得電動(dòng)作, 空壓機(jī)電機(jī)從Y形自動(dòng)改接成形運(yùn)行。此時(shí)YV1斷電關(guān)閉, 從儲(chǔ)氣罐放出的控制氣被切斷, 進(jìn)氣閥全開(kāi), 機(jī)組滿(mǎn)載運(yùn)行。(注:進(jìn)氣控制閥YV1只在起動(dòng)過(guò)程起作用, 而卸載控制閥YV4卻在起動(dòng)完畢后起作用。)若所需氣量低于額定排氣量, 排氣壓力上升, 當(dāng)超過(guò)設(shè)定的最小壓力值Pmin(也稱(chēng)為加載壓力)時(shí), 壓力調(diào)節(jié)器動(dòng)作, 將控制氣輸送到進(jìn)氣閥, 通過(guò)進(jìn)氣閥內(nèi)的活塞, 部分關(guān)閉進(jìn)氣閥, 減少進(jìn)氣量, 使供氣與用氣趨于平衡。當(dāng)管線(xiàn)壓力繼續(xù)上升超過(guò)壓力調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)(SP4)設(shè)定的最大壓力值Pmax(也稱(chēng)為卸載壓力)時(shí), 壓力調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)跳開(kāi), 電磁閥YV4掉

4、電。這樣, 控制氣直接進(jìn)入進(jìn)氣閥, 將進(jìn)氣口完全關(guān)閉;同時(shí), 放空閥在控制氣的作用下打開(kāi), 將分離罐內(nèi)壓縮空氣放掉。當(dāng)管線(xiàn)壓力下降低于Pmin時(shí), 壓力調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)SP4復(fù)位(閉合), YV4接通電源, 這時(shí)通往進(jìn)氣閥和放空閥的控制氣都被切斷。這樣進(jìn)氣閥重新全部打開(kāi), 放空閥關(guān)閉, 機(jī)組全負(fù)荷運(yùn)行。3加、卸載供氣控制方式存在的問(wèn)題3.1能耗分析我們知道, 加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在PminPmax之間來(lái)回變化。Pmin是最低壓力值, 即能夠保證用戶(hù)正常工作的最低壓力。一般情況下, Pmax、Pmin之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示:Pmax(1)Pmin(1)是一個(gè)百分?jǐn)?shù), 其數(shù)值大致在10%2

5、5%之間。而若采用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話(huà), 則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿(mǎn)足供氣的工作壓力上, 即Pmin附近。由此可知, 在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī)較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機(jī), 所浪費(fèi)的能量主要在2個(gè)部分:(1)壓縮空氣壓力超過(guò)Pmin所消耗的能量在壓力達(dá)到Pmin后, 原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升(直到Pmax)。這一過(guò)程中必將會(huì)向外界釋放更多的熱量, 從而導(dǎo)致能量損失。另一方面, 高于Pmin的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前, 其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓至接近Pmin。這一過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。(2)卸載時(shí)調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量通常情況下, 當(dāng)壓力達(dá)到Pmax時(shí), 空壓機(jī)通過(guò)如

6、下方法來(lái)降壓卸載:關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài), 同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體作功, 但空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是要帶動(dòng)螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 據(jù)我們測(cè)算, 空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)的10%15%(這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下)。換言之, 該空壓機(jī)10%的時(shí)間處于空載狀態(tài), 在作無(wú)用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下, 空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。3.2其它不足之處(1)靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥, 使供氣量無(wú)法連續(xù)調(diào)節(jié), 當(dāng)用氣量不斷變化時(shí), 供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)。用氣精度

7、達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥, 會(huì)加速進(jìn)氣閥的磨損, 增加維修量和維修成本。(2)頻繁采用打開(kāi)和關(guān)閉放氣閥, 放氣閥的耐用性得不到保障。4恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì)針對(duì)原有供氣控制方式存在的諸多問(wèn)題, 經(jīng)過(guò)上述對(duì)比分析, 本人認(rèn)為可應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制。采用這一方案時(shí), 我們可以把管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象, 壓力變送器YB將儲(chǔ)氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給PID智能調(diào)節(jié)器, 與壓力設(shè)定值P0作比較, 并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算, 產(chǎn)生控制信號(hào)送變頻調(diào)速器VVVF, 通過(guò)變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速, 從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力P0。同時(shí), 該方案可增加工頻

8、與變頻切換功能, 并保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng), 另外, 采用該方案后, 空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來(lái)啟動(dòng), 實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng), 避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空壓機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。具體的控制系統(tǒng)流程圖如圖1所示。變頻與工頻電源的切換電路如圖2所示;空壓機(jī)電控原理圖如圖3所示;變頻調(diào)速控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖見(jiàn)圖4。5系統(tǒng)元器件的選配及系統(tǒng)的安裝與調(diào)試5.1元器件的選型(1)變頻器LS-10型固定式螺桿壓縮機(jī)電機(jī)型號(hào):LS286TSC-4, 功率22kW, 頻率50Hz, 額定電壓380V, 額定電流42A, 4極, 轉(zhuǎn)速1470r/min, 我們選用一臺(tái)“臺(tái)達(dá)牌”VFD300B43A型變頻器。因?yàn)長(zhǎng)S

9、-10型空壓機(jī)是一種大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載, 因此選用加大一級(jí)變頻器(30kW), 變頻器的外部接線(xiàn)如圖5所示。a)變頻器的主要參數(shù)l輸出:最大適用電機(jī)輸出功率30kW, 輸出額定容量45.7kVA, 輸出額定電流60A, 輸出頻率范圍0.10400Hz, 過(guò)載能力為額定輸出電流的150%, 運(yùn)行60s, 最大輸出電壓對(duì)應(yīng)輸入電源。l輸入:3相, 380460VAC, 50/60Hz, 電壓容許變動(dòng)范圍10%, 頻率容許變動(dòng)范圍5%。輸入電流60A, 采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。(2)該變頻器的主要特點(diǎn):a)采用了新一代電力元件IGBT作為驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)的核心元件, 應(yīng)用高速微處理器實(shí)現(xiàn)正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技

10、術(shù), 具有無(wú)傳感器矢量控制及電壓/頻率(V/f)控制。b)配有RS-485接口, 可與計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié), 構(gòu)成計(jì)算機(jī)監(jiān)控、群控系統(tǒng)。c)自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。e)禁止電機(jī)反轉(zhuǎn)。d)自動(dòng)調(diào)整加減速時(shí)間。f)帶過(guò)載(過(guò)熱保護(hù))。(2)PID智能控制器蘭利牌PID智能控制器一個(gè), 型號(hào):AL808, 單路輸入、輸出, 輸出為420mA模擬信號(hào), 測(cè)量精度0.2%, 廠(chǎng)家:深圳市亞特克電子有限公司。(3)壓力變送器壓力變送器一個(gè)型號(hào):DG1300-BZ-A-2-2, 量程:01Mpa, 輸出420mA的模擬信號(hào)。精確度0.5%FS。廠(chǎng)家:廣州森納士壓力儀器有限公司。1)安裝控制柜安裝在空壓機(jī)房?jī)?nèi), 與原控制柜分離,

11、 但與壓縮機(jī)之間的主配線(xiàn)不要超過(guò)30m。控制回路的配線(xiàn)采用屏蔽雙絞線(xiàn), 雙絞線(xiàn)的節(jié)距在15m以下。另外控制柜上裝有換氣裝置, 變頻器接地端子按規(guī)定不與動(dòng)力接地混用, 以上措施增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。(2)調(diào)試a)變頻器功能設(shè)定00-09設(shè)定為00(V/f電壓頻率控制)01-00最大操作頻率:設(shè)定為50Hz(對(duì)應(yīng)最大電壓380V)01-01最大頻率:設(shè)定為50Hz(等于電機(jī)額定頻率)01-07上限頻率:設(shè)定為48Hz01-08下限頻率:設(shè)定為40Hz01-09第一加速時(shí)間:設(shè)定為10S01-10第一減速時(shí)間:設(shè)定為10S02-00設(shè)定為02, 即由外部420mA輸入(ACI)02-01設(shè)定為

12、01:運(yùn)行指令由外部端子控制02-02設(shè)定為00(以減速制動(dòng)方式停止)02-04設(shè)定為01:禁止反轉(zhuǎn)02-07設(shè)定為00:ACI斷線(xiàn)時(shí)減速至0Hz06-04設(shè)定為:150%(過(guò)載保護(hù)), 其它功能遵照變頻器出廠(chǎng)設(shè)定值。b)PID參數(shù)的整定由于用于控制變頻器, 根據(jù)在不允許輸出信號(hào)頻繁變化的應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)選擇PI調(diào)節(jié)方式原則, 因此只能采用PI調(diào)節(jié)方式, 以減少對(duì)變頻器的沖擊。在對(duì)PID進(jìn)行參數(shù)整定的過(guò)程中, 我們首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法, 將比例帶設(shè)定在70%, 積分時(shí)間常數(shù)設(shè)定在60s;為不影響生產(chǎn), 我們采取改變給定值的方法使壓力給定值有個(gè)突變(相當(dāng)于一個(gè)階躍信號(hào)), 然后觀察其響應(yīng)過(guò)程(即壓力變化過(guò)

13、程)。經(jīng)過(guò)多次調(diào)整, 在比例帶P=40%, 積分時(shí)間常數(shù)Ti=12s時(shí), 我們觀察到壓力的響應(yīng)過(guò)程較為理想。壓力在給定值改變5min左右(約一個(gè)多周期)后, 振幅在極小的范圍內(nèi)波動(dòng), 對(duì)擾動(dòng)反應(yīng)達(dá)到了預(yù)期的效果。(3)調(diào)試中其他事項(xiàng)從圖4可以看出, 整套改造裝置并不改變空壓機(jī)原有控制原理, 也就是說(shuō)原空壓機(jī)系統(tǒng)保護(hù)裝置依然有效。并且工頻/變頻切換采用了電氣及機(jī)械雙重聯(lián)鎖, 從而大大的提高了系統(tǒng)的安全、可靠性。我們?cè)谡{(diào)試過(guò)程中, 將下限頻率調(diào)至40Hz, 然后用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀對(duì)空壓機(jī)電機(jī)的溫升及管路的油溫進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間、嚴(yán)格的監(jiān)測(cè), 電機(jī)溫升約36之間, 屬正常溫升范圍, 油溫基本無(wú)變化(以上數(shù)據(jù)均為以原有工頻運(yùn)行時(shí)相比較)。所以40Hz下限頻率運(yùn)行對(duì)空壓機(jī)機(jī)組的工作并無(wú)多大的影響。6結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)一系列的反復(fù)調(diào)整, 最終系統(tǒng)穩(wěn)定在40.542.5Hz的頻率范圍, 管線(xiàn)壓力基本保持在0.62Mpa, 供氣質(zhì)量得到提高。改造后空壓機(jī)的運(yùn)行安全、可靠, 同時(shí)達(dá)到