多台空压机使用 PLC 变频器的节能及恒压技术改造.docx
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多台空压机使用PLC变频器的节能及恒压技术改造
广东省工人技师职务申请
评审论文
论文题目：
多台空压机使用PLC变频器的节能及恒压技术改造
姓名：
杨曙明
单位：
广东省科龙配件有限公司
原技术工种名称：
维修电工
申报时间：
2011年11月
广东省人力资源和社会保障厅制
多台空压机使用PLC变频器节能及恒压技术改造
摘要：
我公司有4台螺杆空压机，其操作是各自为政，互不影响。
由于操作人员人手不足，经常空压站出现“无人”看守，致使空压机经常处于“大马拉小车”状态，浪费能源。
公司为节能降耗，加装变频器，用PID进行恒压控制，利用PLC实现4台空压机自动联网，能够自动根据管网压力决定开机台数，提高了设备的自动化程度，减少了操作人员的工作量，亦达到了节能效果。
关键词：
变频器PID调节PLC自动启动自动停机
空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。
它的用途广泛，适用于各个行业。
对于一般企业，空压机一般都根据生产需求逐台增加，因此多为分散控制，当多台空压机并网运行时，如操作人员的责任心不高，易造成能源浪费。
由于我厂人员不足，空压机一般无专门的人员值班，只由值班的电工负责开机及停机，经常出现压力不足或开机过量的情况，严重的浪费了生产能源。
我厂的空压机为上海英格索兰空压机厂的EP－200双螺杆空压机，其控制电路较为简单，如下图（图一）。
按下SB2，KA1得电，7、13接通，M1、M3吸合，Y形启动。
KT1得电，5秒后，M3断电，M2吸合，△运行。
此时为空载运行，2分钟后，手动按SA1，空压机加载运行。
当压力达到设定值时，1PS动作，13、27接通，13、29断开，空压机空载运行，同时KT2得电。
如压力稳定在设定值上15分钟没有下降，则13、15断开，空压机自动停机。
当压力下降到下限位时，13、27断开，KT2失电。
13、15和13、29接通，空压机重新启动。
每台机是独立的控制面板，各自为政，单独操作。
需要人为的根据系统压力决定开机数量，自动化程度不高。
原空压机系统工况的问题分析：
a）主电机虽然以星三角降压起动，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。
b）主电机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费最为严重。
c）主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以对设备的维护量大。
d）主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。
空压机节能改造的必要性：
鉴于以上的原理说明以及目前的工况分析，我们认为对空压机的节能改造是必要的，这样不仅能够节约大量的运行费用，降低生产成本，同时还可以降低空压机运行时产生的噪音，减少设备维护费用。
由于许多螺杆式空压机运行方式是加载、减载方式。
减载时电机空转,那么能源都被白白的浪费了，而电动机转速自身不能改变，只能通过改变电机频率来调节转速。
变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力。
原理如下:
通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。
由变频器输出的相应频率和幅值的交流电，使电动机上得到相应的转速。
那么空压机输出相应的压缩空气至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。
其原理如下：
为什么多台空压机并网运行只用1台变频器？
因为有2台以上空压运行时，必定是1台空压机运行时不能稳定气压，才会增开第二台空压机。
那么一定在1台空压机要全力运行，另1台则可通过变频器调节电机转速稳定气压。
当有3台机同时运行时，则一定有2台机是全力运行的，依此类推，无论多少台机运行，始终是只需1台机用来调节稳定气压。
如用每台都配备变频器只能是浪费成本。
当然，为考虑到空压机的轮流使用率，可以1台变频器通过切换电路多台机轮换使用。
如图（图三）是两台空压机轮换使用变频器的主电路路：
。
当KM1吸合，KM2、KM3断开时，1#空压机使用工频，此时2#空压机可通过控制KM4断开，KM5、KM6吸合使用变频运行。
反之，也可使2#机开工频，1#机使用变频。
在集中控制中（见图三），SA是转换开关，当SA1－1闭合时，SA1－2断开，此时KJ14吸合，使KM2、KM3同时吸合，1#机使用变频。
（当1#机使用变频时，1#机工频按钮SB7无效，2#机变频也不能投入）
空压机变频节能改造的优点：
1、节能变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的。
根据空气量需求来供给的压缩机工控是经济的运行状况。
节省电费约20%以上，约半年即可回收投入的资金。
2、运行成本降低。
传统压缩机的运行成本由三项组成：
初始采购成本、维护成本和能源成本。
其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。
通过能源成本降低44、3%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。
3、提高压力控制精度，变频控制系统具有精确的压力控制能力，使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。
变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。
由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在±0、2bar范围内，有效地提高了工况的质量。
4、延长压缩机的使用寿命。
变频器从0Hz起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。
5、降低了空压机的噪音。
根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降了空压机运行时的噪音。
现场测定表明，噪音与原系统比较下降约3至7分贝。
6、此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。
变频改造注意事项:
（1）空压机是大转动惯量负载，这种启动特点很容易引起变频器在启动时出现跳过流保护的情况，建议采用具有高启动转矩的无速度矢量变频器，保证既能实现恒压供气的连续性，又可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，空压机转速过低，一方面使空压机稳定性变差，另一方面也使缸体润滑度变差，会加快磨损。
所以工作下限应不低于20Hz;
（3）建议功率选用比空压机功率大一等级的变频器，以免空压机启动出现频繁跳闸的情况;
（4）压力变送器应测量网管压力而非空压机本身压力，为确保变频器不频繁启动，建议尽量加大网管的储气量，避免压力波动频繁。
（5）设计的系统应具备变频和工频两套控制回路，确保变频出现异常跳保护时，不影响生产。
控制系统：
采用PLC集中控制可将多台空压机按一定的顺序联系起来，共用一个传感器，当压力达到设定值时会自动逐台停机，低于下限时会自动启动。
现以我厂的4台英格索兰空压机为例说明。
我厂的空压机是老式的螺杆空压机，其控制电路图如图一。
现我用PLC控制器将4台机连成一个整体集中控制。
既提高了设备的自动化程度，减少人力开支，又可以最大的进行节能降耗。
PLC控制器接线图如下（图四：
将KJ1、KJ3、KJ5、KJ7的1对常开触点分别并接在原机（见图一）的9、11处，KJ2、KJ4、KJ6、KJ8的1对常开触点并接在原机（图一）的13、27处，1对常闭点串联在13、29处，KJ10、KJ11、KJ12、KJ13拼接在原机（图一）的29、31处。
当按下启动按钮SB1，KJ1首先吸合，即1#机空载启动，2分钟后KJ10吸合，1#机加载完成，同时KJ3吸合，即2#机空载启动。
再过2分钟后，KJ11吸合，2#完成加载，同时KJ5吸合……，依此类推，直到KJ13吸合，完成4#机加载启动。
当管路压力上升到设定的上限压力时，PS1－1动作。
当1#投入变频器运行时，PS动作对其无影响。
PS1－1动作使KJ4吸合，使原机上的KT2得电（KT2设定时间假设为10分钟），10分钟后，13、15处断开，2#机实现了自动停机。
如PS1－1继续保持在吸合状态，则KJ6吸合，3#机开始实现自动停机。
如压力开关PS1－1在10分钟之内断开，则自动停机过程终止。
当压力达到下限时，即PS1－2闭合，会每隔2分钟依次断开已吸合的KJ2、KJ4、KJ6、KJ8，使已停机的空压机自动启动，投入运行（程序图见图五）。
3、效益分析：
1）、此种控制方式只用了1台变频器，节约了3台变频器的成本。
2）、此种控制方式对设备进行了集中自动控制，减少了“大马拉小车”的能源浪费系统自动调节压力，保持压力的稳定。
以下是我公司安装后试运行的节能报告。
一、测试情况
序号
项目
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
耗电量（kwh）
131541
165655
176946
171108
6880
7280
6120
6200
2840
7080
2
产气量（m3）
727400
860900
908500
931800
44100
43000
36300
37400
17700
43900
3
单位气体耗电量
（kwh/m3）
0.181
0.192
0.195
0.184
0.156
0.169
0.169
0.166
0.160
0.161
4
单位气体金额
（元/m3）
0.136
0.144
0.146
0.138
0.117
0.127
0.126
0.124
0.120
0.121
5
节能率
-3.30%
-17.89%
-10.89%
-11.27%
-12.75%
-15.55%
-15.12%
序号
项目
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日合计
1
耗电量（kwh）
6760
7400
6600
8400
3680
6840
76080
2
产气量（m3）
44200
46900
41100
54800
22000
43200
474600
3
单位气体耗电量
（kwh/m3）
0.153
0.158
0.161
0.153
0.167
0.158
0.160
4
单位气体金额
（元/m3）
0.115
0.118
0.120
0.115
0.125
0.119
0.120
5
节能率
-19.50%
-16.96%
-15.48%
-19.32%
-11.96%
-16.67%
-15.63%
二、运行情况：
8月运行一个月，运行稳定，无异常情况。
三、节能效果：
空压站的节能控制系统是7月底安装完投入使用的，以上是空压站安装节能控制系统的测量数据。
从中可看出，空压站的节能测试从8月6日起至8月20日，平均节能率在15.63%左右。
按空压站2010年耗电量约200万度计算，每年可节电31.26万度，电费按0.75元/度，每年可节约23.45万元。
结束语：
本文是我根据实际改造自行编制，由于能力和水平有限，文中肯定会有疏忽和不足，甚至有错误的地方，恳请考评老师予以指正，不胜感激。
参考文献：
1、《上海英格索兰EP200空压机使用说明书》
2、《广东省科龙配件有限公司空压站节能报告》
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