西門子PLC及西門子變頻器用于空壓機控制

在棉紡織企業(yè)廣泛使用噴氣織機的情況下，空壓站建設(shè)是一項重要的輔助工程?？諌赫九鋫涞闹饕O(shè)備為離心式空氣壓縮機、冷凍式空氣干燥器，通過儲氣罐、連接管道和閥門等組成壓縮空氣供氣系統(tǒng)，并配套冷卻系統(tǒng)、儀表空氣系統(tǒng)，西門子PLC檢測系統(tǒng)，以實現(xiàn)空壓站為生產(chǎn)一線保證不同壓力、不同負荷的用氣需求。在此前提下確保合格的供氣品質(zhì)，滿足穩(wěn)定的氣源壓力，自動調(diào)節(jié)供氣流量等是空壓站自動控制的基本任務(wù)。隨著自動化水平的不斷提高，關(guān)于建設(shè)無人值守空壓站的討論，是一個發(fā)展過程中的必然的課題。

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SIEMENS 上海翰粵自動化系統(tǒng)有限公司

    空氣系統(tǒng)自動控制的必要性

    應(yīng)用在天紡?fù)顿Y控股有限公司棉紡一工廠的空壓站，安裝有4臺70M3/min4臺，53M3/min4臺，48M3/min2臺，43M3/min4臺離心式空壓機和1臺42.5M3/min螺桿式空壓機，配有相應(yīng)處理量的冷凍式干燥器?？諌簷C設(shè)備自身帶有的CMC控制器，能夠自動控制和保護主機的運轉(zhuǎn)，自動提示工作信息，具有故障報警和保護停機功能，能自動根據(jù)用氣量的大小加載或卸載，并配有西門子觸摸屏顯示屏供現(xiàn)場觀察各工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)，具有RS422/485通訊接口，可以實現(xiàn)與現(xiàn)場控制室計算機監(jiān)控系統(tǒng)的完整連接。

    目前，空壓站的自控系統(tǒng)通過西門子S7-300西門子PLC可編程控制器，將部分空壓機的實時運行數(shù)據(jù)通過RS422/485通訊接口采集進西門子PLC控制系統(tǒng)，并將數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場控制室的TPC1561HI上進行顯示，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表。但是沒有對空壓機進行控制。

    空壓機設(shè)備自帶的CMC控制器已經(jīng)能很好的控制單臺空壓機，但是不具備對空壓系統(tǒng)的整體調(diào)控能力。在空壓系統(tǒng)中，相對單臺空壓機的調(diào)整，空壓系統(tǒng)的整體自動調(diào)控具有更重要的意義：

    ■單臺空壓機無法保證空壓系統(tǒng)整體供氣壓力的穩(wěn)定，而空壓系統(tǒng)的整體自控可以有效保持系統(tǒng)內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定。

    ■整體的負載平衡，減少排氣放空，可以節(jié)約更多的能源，節(jié)省人力成本。

    ■可以實現(xiàn)無人操作，根據(jù)實際需要自動開機或加載空壓機以保持系統(tǒng)壓力。

    ■可以定時間斷地記錄空壓機運行數(shù)據(jù)和報警，如跳車、喘振、通訊故障、壓力等。

    在已有的西門子PLC系統(tǒng)中，沒有實現(xiàn)空壓系統(tǒng)的整體調(diào)控功能。由于空壓機自帶的CMC控制器提供了RS422/485通訊接口，所有的數(shù)據(jù)采集和控制功能都通過通訊接口來實現(xiàn)，對比原有的控制系統(tǒng)，不需要增加硬件設(shè)備的投資，只需要改進和增加控制軟件即可實現(xiàn)空壓系統(tǒng)的整體控制。

    除空壓機設(shè)備外，還可以將與空壓機配套的冷凍式干燥器集成到RS422/485網(wǎng)絡(luò)中來，實現(xiàn)空壓供氣設(shè)備的全面自控。

    空壓站其他系統(tǒng)的自動控制

    除空壓供氣系統(tǒng)外，空壓站的其他系統(tǒng)也需要進行自動控制，如水循環(huán)冷卻系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的控制方法與空壓供氣系統(tǒng)不同，主要是采用傳統(tǒng)控制模式。使用儀表采集需要的運行參數(shù)，進行數(shù)據(jù)處理和分析運算后，輸出控制信號給執(zhí)行機構(gòu)就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。

    自動控制具有以下優(yōu)點：

    ■操作簡單，可以實現(xiàn)無人值守；

    ■良好的實時調(diào)節(jié)，防止了人為因素滯后；

    ■具有高可靠性；

    ■減輕工作人員負擔；

    ■節(jié)省人力成本。

    需要控制的參數(shù)和可能的控制方式

    空壓站需要的控制需求；⑴高、低壓供氣壓力控制（機組自動開?？刂疲?；⑵系統(tǒng)自動排水控制；⑶循環(huán)水液位控制和自動加藥控制；⑷所需壓縮空氣溫度、循環(huán)水溫度等參數(shù)控制等等。

    空壓系統(tǒng)的整體自動調(diào)控一般可以使用以下2種方法之一來實現(xiàn)：

    ⑴采用西門子PLC系統(tǒng)進行通訊和控制。

    ⑵可以采用英格索蘭公司或自己編制的控制軟件。

    *種方法可靠性高，適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。當監(jiān)控計算機出現(xiàn)故障時，西門子PLC還可以按照設(shè)定的程序進行自動控制。

    第二種方法是通過控制系統(tǒng)的計算機進行單獨的分析運算進行控制，它具有較好的靈活性，但缺點是如果出現(xiàn)如計算機死機等故障時，有可能影響系統(tǒng)的正常運行。好在計算機的一般恢復(fù)往往不需要太多的時間。

    除空壓供氣系統(tǒng)自控外，空壓站可與制冷站、熱力站系統(tǒng)一起建立設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)集中控制，或與工廠控制中心聯(lián)網(wǎng)，由控制中心的控制器實時遠程監(jiān)控，實現(xiàn)真正的無人值守。

    系統(tǒng)構(gòu)成

    對于以上討論，如果需要實現(xiàn)空壓站的整體自控，又許多成熟PLC自控系統(tǒng)可以選用，現(xiàn)以ZH公司的西門子PLC自控系統(tǒng)為例。

    該自控系統(tǒng)選用西門子S7-300系列西門子PLC可編程控制器，帶有RS422/485網(wǎng)絡(luò)接口，支持MODBUS等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。該系統(tǒng)可以采用工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實施遠程聯(lián)網(wǎng)。空壓站自控設(shè)備可根據(jù)生產(chǎn)實際情況和各設(shè)備的特點，以及可能存在的問題，綜合各方面因素后確立分級控制網(wǎng)絡(luò)的實施方案，如圖1所示。

    ■硬件配置

    現(xiàn)場儀表，受控設(shè)備、執(zhí)行器、帶有串行通訊接口的設(shè)備（如空壓機，冷干機等），西門子PLC和監(jiān)控計算機。