《電子技術(shù)應(yīng)用》
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和利時(shí)LM系列PLC在螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要: 本文介紹由PLC和檢測(cè)儀表構(gòu)成的螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)是結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況,對(duì)螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行的改造升級(jí)。使用結(jié)果表明,該系統(tǒng)操作合理,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄和顯示方便直觀,系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。
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  摘  要 :本文介紹由PLC和檢測(cè)儀表構(gòu)成的螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)是結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況,對(duì)螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行的改造升級(jí)。使用結(jié)果表明,該系統(tǒng)操作合理,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄和顯示方便直觀,系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。

  1 引言
  螺桿式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于礦山、化工、動(dòng)力、冶金、建筑、機(jī)械、制冷等行業(yè),具有可靠性高和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),逐步替代了其他類型的壓縮機(jī)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,螺桿式壓縮機(jī)的銷售量已占所有容積式壓縮機(jī)銷售量的80%以上。今后,螺桿式壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額仍將不斷擴(kuò)大,特別是無油螺桿式壓縮機(jī)會(huì)獲得更快的發(fā)展。
  2 螺桿式壓縮機(jī)的基本工作原理
  螺桿式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣缸內(nèi)裝有一對(duì)相互嚙合的螺旋形陰陽轉(zhuǎn)子,兩個(gè)轉(zhuǎn)子都有幾個(gè)凹形齒,兩者互相反向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子之間和機(jī)殼之間的間隙僅為5~10絲,主轉(zhuǎn)子又稱陽轉(zhuǎn)子或凸轉(zhuǎn)子,由發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),其中大多數(shù)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。另一轉(zhuǎn)子又稱陰轉(zhuǎn)子或凹轉(zhuǎn)子,由主轉(zhuǎn)子通過噴油形成的油膜進(jìn)行驅(qū)動(dòng),或者由主轉(zhuǎn)子端和凹轉(zhuǎn)子端的同步齒輪驅(qū)動(dòng)。
  螺旋轉(zhuǎn)子凹槽經(jīng)過吸氣口時(shí)充滿氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子凹槽被機(jī)殼壁封閉,形成壓縮腔室。當(dāng)轉(zhuǎn)子凹槽封閉后,潤滑油被噴入壓縮腔室,起到密封、冷卻和潤滑作用。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)壓縮油氣混合物(即潤滑劑和空氣的混合物)時(shí),壓縮機(jī)室容積減少,向排氣口壓縮油氣混合物。當(dāng)壓縮腔室經(jīng)過排氣口時(shí),油氣混合物從壓縮機(jī)排出,完成一個(gè)吸氣、壓縮和排氣過程。螺桿式壓縮機(jī)的工作循環(huán)可以分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過程。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),每對(duì)相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。
  3 螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
  早期的螺桿式壓縮機(jī)自控系統(tǒng)所安裝的儀器儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)儀表箱內(nèi),無遠(yuǎn)程儀表,靠人工現(xiàn)場(chǎng)操作。通過現(xiàn)場(chǎng)的壓力開關(guān)、差壓開關(guān)和溫度開關(guān)與電氣柜配合來控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停車操作。而溫度、壓力、差壓開關(guān)和電氣的接觸器、時(shí)間繼電器等互相配合,實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的自動(dòng)保護(hù)連鎖功能,保障壓縮機(jī)平穩(wěn)安全運(yùn)行。這種控制方式的缺陷比較明顯,因?yàn)椴僮魅藛T無法詳細(xì)了解壓縮機(jī)的具體運(yùn)行狀況,而且此類儀表穩(wěn)定性較差,精度也較低。
  為了解決上述這些缺陷,本控制系統(tǒng)的硬件部分由PLC、監(jiān)測(cè)儀表、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和觸摸屏等組成。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集采用遠(yuǎn)程儀表,用壓力變送器、熱電阻來替換原來的壓力開關(guān)、差壓開關(guān)、溫度開關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)溫度計(jì),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳,提高測(cè)量精度??刂撇糠植捎肞LC和HMI,利用PLC強(qiáng)大的邏輯控制和上位機(jī)的記錄分析功能,畫面友好直觀,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中顯示和操作,完善機(jī)組安全連鎖保護(hù)功能,提高操作控制性能。既可以保障集中安全運(yùn)行,又能夠使操作人員詳細(xì)了解機(jī)組的運(yùn)行狀況。螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1  螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

  可編程控制器采用和利時(shí)公司的LM 3109,改模塊I/O包括24通道24VDC輸入/16通道繼電器輸出,最大可以擴(kuò)展7個(gè)擴(kuò)展模塊,用戶程序存儲(chǔ)空間為120K字節(jié),掉電保持區(qū)為6K字節(jié);擁有密碼保護(hù)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘;定時(shí)器計(jì)數(shù)器不限點(diǎn);基本指令340條,擴(kuò)展指令為47條;通訊接口包括一個(gè)RS232和一個(gè)RS485;支持專有協(xié)議(僅RS232)/MODBUD RTU協(xié)議/自由協(xié)議。觸摸屏用于工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)已經(jīng)報(bào)警顯示和參數(shù)設(shè)定及遠(yuǎn)程控制。
  4 螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
  螺桿式壓縮機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)由6臺(tái)電磁閥來實(shí)現(xiàn)。每臺(tái)電磁閥的開度可以為25%、50%、75%、100%。壓縮機(jī)加載時(shí),工作時(shí)間少的先開啟,然后按照25%、50%、75%、100%四個(gè)能級(jí)依次開啟。壓縮機(jī)卸載時(shí),工作時(shí)間多的先卸載,然后按照100%、75%、50%、25%四個(gè)能級(jí)依次關(guān)閉。需要注意的是,在25%能級(jí)時(shí),先關(guān)閉壓縮機(jī),延遲一定時(shí)間后再關(guān)閉25%電磁閥。螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4所示,加載和卸載流程圖如圖5所示。

 圖4 螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的主程序流程圖

圖5 螺桿式壓縮機(jī)加載和卸載流程圖

  5 結(jié)論
  本文介紹了基于和利時(shí)LM系列PLC的螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。采用此控制系統(tǒng),壓縮機(jī)的工作狀況得到了改善。特別是觸摸屏的使用,可以對(duì)壓縮機(jī)的能量級(jí)和工作狀況進(jìn)行修改,使得系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定和安全。
  參考文獻(xiàn)
  [ 1 ]  和利時(shí)LM系列PLC硬件手冊(cè)
  [ 2 ]  董天祿,螺桿式制冷機(jī)組及應(yīng)用;機(jī)械工業(yè)出版社
  作者簡介:范戰(zhàn)松,北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司,市場(chǎng)拓展部,技術(shù)支持組,技術(shù)支持工程師。

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