樊全建

(山西太報傳媒有限公司印務分公司，山西 太原 030032)

螺桿空壓機是壓縮機的一種，空氣壓縮是靠裝置與殼內互相平行嚙合的陰陽轉子的齒槽之容積變化而達到。主副轉子在與它精密配合的機殼內轉動，使轉子齒槽之間的氣體不斷地產生周期性的容積變化而沿著轉子軸線，由吸入側推向排出側，完成輸送、壓縮、排氣等工作過程［1］。其產品具有規(guī)格化容易，排氣壓力有廣闊的變化范圍，消耗性零件少，結構簡單，外型美觀等優(yōu)點，有非常廣闊的應用前景。

螺桿壓縮機的電氣控制主要采用單片機方案。單片機具有性能可靠、穩(wěn)定，價格便宜的特點和優(yōu)勢，但存在不足，如單片機一旦開發(fā)定型完成，其控制資源是固定的，硬件不可擴展，軟件不可編程等。而PLC可以承擔特殊復雜螺桿壓縮機電氣控制要求。采用PLC設計螺桿壓縮機電氣控制與單片機相比，最大優(yōu)勢就是硬件控制資源的可擴展性，即螺桿壓縮機的輸入信號、輸出信號、各種不同通訊協(xié)議的接口均可按設計需求通過選擇配置而進行擴展，PLC的數字量模塊、模擬量模塊、通訊接口模塊可以隨意組合。PLC和單片機相比具有配套齊全、功能完善、適用性強、變更修改程序方便等優(yōu)點［2］。

螺桿壓縮機控制器主要有緊停按鈕、冷卻水故障、空濾壓差、油濾壓差、油分壓差、遠程啟動、遠程停機7個輸入信號。模擬量輸入信號為排氣壓力、排氣溫度兩個，有的還有噴油壓力、水溫或者油溫兩個。輸出信號主要有主接觸器、星接觸器、角接觸器、加卸載電磁閥、風機接觸器。采用了PLC設計就可方便地通過增加數字量輸入輸出模塊來滿足I/O的點數需求，然后在程序編制中將I/O點的邏輯控制關系編入程序，例如:電機溫度開關報警信號、配套后處理設備無故障信號、特殊供電電源故障信號、高壓電源故障、高壓合閘信號、排污閥控制、壓濾機控制、電氣控制柜加溫、油分桶油加溫、高壓柜運行允許等等。采用了PLC設計還可以簡單方便地解決冷卻水進口溫度、冷卻水出口溫度、冷卻水壓力、儲氣罐壓力、儲氣罐溫度、潤滑壓力、排氣出口溫度、油分罐油溫、電氣控制柜溫度、油分壓差等。設計方案就是增加模擬量模塊來滿足N路模擬量點數的需求，標準通用型的模擬量模塊只能接收4～20mA電流信號(一般均采用電流模擬量信號，其抗干擾能力強)，為此PLC標準通用型的模擬量模塊在接收熱電阻類的溫度信號時需要在模塊和熱電阻傳感器間增加溫度變送器，即將熱電阻的電阻值通過溫度變送器轉換成4～20mA的標準信號供模塊采樣。

1 分散控制系統(tǒng)(DCS)開關量輸入輸出信號

DCS是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡稱，國內一般習慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。螺桿壓縮機作為企業(yè)設備相對重要的一部分，無論是作為動力還是作為工藝用氣都會納入DCS系統(tǒng)，為此螺桿壓縮機的運行模式被要求為:壓縮機房無人值守(需定時巡視)，機組的運行、停機、加載、卸載則由中控室依據采集數據分析進行集中監(jiān)視操控。開關量DCS信號主要有:輸入有遠程啟動、遠程停機，輸出有運行指示、故障指示、預警指示，共5個。

采用PLC后還可以增加輸入信號除遠程啟動、停機外，還要求遠程加載、遠程卸載、遠程急停、選擇維修等;輸出信號大致有電源指示、電機運行狀態(tài)、加卸載狀態(tài)、重故障報警、輕故障報警、卸載過久停機、排氣壓力超、排氣溫度超、三濾堵塞、冷卻水斷水、潤滑壓力低等等。眾多的特殊DCS開關量信號的要求，采用PLC設計的DCS的開關量輸入輸出信號只需配置一定量的數字量輸入輸出模塊即可。上述信號通過控制電纜來往于螺桿壓縮機和用戶中控室之間，螺桿壓縮機輸出的是本機運行狀態(tài)信息，接收到的是中控室發(fā)出的控制命令。通常做法是在螺桿壓縮機房增設總的PLC控制系統(tǒng)，對下用于對各臺螺桿壓縮機的運行信息采集存儲及發(fā)出控制命令，對上接受上位機對各臺螺桿壓縮機的運行信息集中采集及接受并轉發(fā)上位機的控制命令。例如:(1)當某臺螺桿壓縮機接收到選擇維修信號，PLC即停止該機運行并且不再接受任何啟動運行命令;(2)機旁/遠程操作切換信號用于DCS系統(tǒng)辨別該機能否執(zhí)行遠程命令，還是只限于在螺桿壓縮機旁操作;(3)卸載過久停機信號用于DCS系統(tǒng)區(qū)別該機是執(zhí)行停機命令的停機，還是卸載延時后的自動停機，前者若要啟動必須發(fā)出啟動命令，后者是排氣壓力低于加載壓力時PLC會控制螺桿壓縮機自動啟動。

2 螺桿壓縮機聯(lián)網通訊

PLC通訊上的功能應用于三個方面:(1)與人機界面的通訊，即文本顯示器或觸摸屏;(2)多臺螺桿壓縮機間的聯(lián)網通訊，用于多機系統(tǒng)中的聯(lián)控;(3)與上位機的聯(lián)網通訊，上位機既可以是機房內的總PLC系統(tǒng)，也可以是中控室的工控機(PC)。采用PLC設計螺桿壓縮機電控就能方便地解決特殊要求的聯(lián)網通訊，例如用戶要求是Profibus通訊，通訊的主從關系同上，PLC設計的硬件解決方式就是配置一塊Profibus通訊模塊(若采用S7－200的PLC，選用EM－277模塊，模塊接口標準為9針RS485口)，Profibus通訊不需編制通訊程序，只要簡單地制作一張表格，用以說明每個I/O、模擬量、寄存器內數據的具體名稱和地址即可，螺桿壓縮機的通訊地址直接在模塊上通過旋鈕開關設定，這樣上位機就可通過通訊模塊對螺桿壓縮機PLC系統(tǒng)執(zhí)行讀取和寫入了。

3 PLC與人機界面

人機界面是人與電腦之間傳遞、交換信息的媒介和對話窗口，是螺桿壓縮機電控系統(tǒng)的重要組成部分，它實現(xiàn)終端用戶的電氣技術人員及操作人員通過人機界面對螺桿壓縮機的運行進行數據的查詢、設置、變更等操作。為此PLC控制系統(tǒng)的設計同樣也要配置人機界面，人機界面通常有文本顯示器和觸摸屏兩類產品選擇。觸摸屏在人機界面中具有操控便捷、信息量大等優(yōu)點，用戶只要根據屏顯提示操作即可，觸摸屏的信息量與文本顯示器相比要大出很多。另外信息查詢中還可以設置PLC的I/O實時狀態(tài)信息表，方便用戶在螺桿壓縮機電氣故障維修時觀察I/O觸點ON還是OFF的狀態(tài)，不再用打開電氣箱門去查看PLC的I/O的LED指示燈來判斷故障。還有采用觸摸屏可以編制動態(tài)畫面、模擬儀表等電氣元件畫面，使控制界面更為生動直觀，應用日趨廣泛。

4 結論

可編程控制器由于編程方便，I/O接口模塊、通訊模塊及一些特殊功能模塊品種齊全，在有特殊要求的螺桿壓縮機和多臺壓縮機并行使用中有著不可替代的作用。安裝4臺螺桿壓縮機，兩臺 ATLAS22、一臺 ATLAS45、一臺 ATLAS75、壓縮空氣的后處理設備冷干機一臺，在使用三菱FX2N－48MR進行聯(lián)網控制后，能綜合控制每臺機器的起停時間以滿足不同時段的工作要求，定時控制水油分離器的排污時間和排污次數，節(jié)省了人力和能源消耗。

［1］劉建民，陳建軍.螺桿式空壓機運行及維護技術問答［M］.北京:中國電力出版社，2011:14.

［2］周書穎.PLC在空氣壓縮機監(jiān)測保護裝置中的應用［J］.工礦自動化，2002(6):36.