周游

（廣西經(jīng)貿(mào)集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣西南寧530022）

基于PLC的螺桿壓縮機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周游

（廣西經(jīng)貿(mào)集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣西南寧530022）

螺桿壓縮機(jī)已成為空氣動(dòng)力、制冷空調(diào)這兩個(gè)面大量廣領(lǐng)域的主要機(jī)型。電氣控制設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)螺桿壓縮機(jī)的性能好壞。以采用Scheider Twdio系列PLC為主要控制核心，對(duì)螺桿壓縮機(jī)的控制設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的闡述，分析了控制PLC硬件的選型、到PLC的點(diǎn)數(shù)分配，軟件設(shè)計(jì)、文本顯示器、設(shè)計(jì)程序等設(shè)計(jì)內(nèi)容。PLC在螺桿壓縮機(jī)控制上的應(yīng)用，大大提高壓縮機(jī)自身的自動(dòng)控制性能，達(dá)到較為理想的控制效果，是目前螺桿壓縮機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

螺桿壓縮機(jī)；PLC；流程；文本顯示器；軟件

目前，螺桿式空氣壓縮機(jī)是風(fēng)動(dòng)工具和風(fēng)動(dòng)機(jī)械的主要原動(dòng)力。主要供給礦山、建筑、冶金、機(jī)械、石油、化工、紡織、食品、醫(yī)藥、電子、煙草等工業(yè)中所需之壓縮空氣。其電氣控制部份性能的好壞，直接影響著設(shè)備運(yùn)行的可靠性及穩(wěn)定性，為提高設(shè)備的性能及穩(wěn)定性，大多數(shù)螺桿空壓機(jī)行業(yè)的企業(yè)都選用微電腦、PLC等控制方式，來(lái)監(jiān)控壓縮機(jī)的運(yùn)行（如柳二空壓縮機(jī)、柳富達(dá)壓縮機(jī)都采用施耐德PLC來(lái)監(jiān)控設(shè)備的起動(dòng)運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)等）。本文主要以Schneider TwdioPLC例，介紹一種應(yīng)用于PLC控制螺桿機(jī)的運(yùn)行方式。

1 螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)流程

圖1是整機(jī)系統(tǒng)工作流程工作流程，內(nèi)分為氣路和油路兩部分，邏輯工作過(guò)見圖2[1].

圖1 螺桿式空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)流程圖

1.1 空氣流程

風(fēng)冷螺桿空壓機(jī)的空氣流動(dòng)過(guò)程為：空氣→空氣濾清器2→減荷閥1→壓縮機(jī)18→油氣分離罐16→最小壓力閥5→空氣冷卻器9→空壓機(jī)排氣球閥（截止閥）供壓縮空氣給用戶使用（見圖1）[2]。

1.2 潤(rùn)滑油流程

潤(rùn)滑油流程：潤(rùn)滑油與空氣混合壓縮后→油分離罐分離→溫控閥→油冷卻器冷卻（或旁通）→油過(guò)濾器→噴油到壓縮機(jī)主機(jī)及各潤(rùn)滑部位潤(rùn)滑。

由空壓機(jī)的工藝要求及流程圖可看出，電氣部份需要控制及監(jiān)控的有：設(shè)備（電機(jī)）的起動(dòng)、運(yùn)行、自動(dòng)加載、卸載及自動(dòng)排污，由此可以看出設(shè)備需要控制的是：電機(jī)的星三角啟動(dòng)及運(yùn)行，電磁閥的加載與卸載及自動(dòng)排污。輸入控制的點(diǎn)數(shù)為：保護(hù)電機(jī)用的熱繼電器、防止設(shè)備反轉(zhuǎn)用的相序器、起動(dòng)、停機(jī)、手動(dòng)加載等。

1.3 螺桿壓縮機(jī)控制的工作原理

星三角啟動(dòng)的螺桿壓縮機(jī)控制的工作原理為（以75 kW螺桿壓縮機(jī)為例）：接通電源，控制電路的電氣首先進(jìn)行全方位檢測(cè)過(guò)程，如無(wú)故障，按下起動(dòng)鍵、設(shè)備即開始啟動(dòng)，星三角轉(zhuǎn)換，正常運(yùn)行30 s（可調(diào)）后，電磁閥動(dòng)作，設(shè)備進(jìn)入加載運(yùn)行，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定上限，如10BAR，電磁閥斷電，設(shè)備卸載，當(dāng)壓力下降到設(shè)定值如6BAR時(shí)，電磁閥打開加載，如此反復(fù)即為設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；如按下停止開關(guān)，設(shè)備無(wú)論在何種情況下，都進(jìn)入減荷狀態(tài)，30 s（可調(diào)）后，設(shè)備停機(jī)；輸入同時(shí)設(shè)置：急停、相序錯(cuò)誤、電機(jī)過(guò)載、風(fēng)機(jī)過(guò)載及空氣過(guò)濾器堵塞、機(jī)油過(guò)濾器堵塞、油精分離器堵塞，模擬量部分，設(shè)置壓力變送器、溫度變送器；面版顯示壓縮機(jī)的狀態(tài)、壓力、溫度、故障情況等。

1.4 控制系統(tǒng)流程及PLC點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)

控制系統(tǒng)流程如圖2所示，控制系統(tǒng)所需輸入、輸出及模擬量點(diǎn)數(shù)列表如表1所示。

圖2 控制系統(tǒng)流程

表1 輸入、輸出及模擬量點(diǎn)數(shù)列表

2 控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Schneider Twdio PLC作為施耐德公司旗下的一款小型PLC，其開放、靈活、簡(jiǎn)易、緊湊特點(diǎn)已在各行各業(yè)發(fā)揮得淋漓盡致，根據(jù)螺桿壓縮機(jī)原理，選擇Schneider Twdio PLC來(lái)設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)[3]。

根據(jù)螺桿壓縮機(jī)的控制、工作原理所需要的點(diǎn)數(shù)要求（見表1），可選擇表2所示型號(hào)的PLC.對(duì)應(yīng)的I/O點(diǎn)數(shù)分配情況如表3所示，模擬量點(diǎn)數(shù)分配如表4所示。

表2 PLC選型

表3 I/O點(diǎn)數(shù)分配情況

表4 模擬量點(diǎn)數(shù)分配表

3 螺桿壓縮機(jī)的電路設(shè)計(jì)

3.1 電氣原理圖

根據(jù)分I/O分配表、螺桿壓縮機(jī)的工藝及電氣的相關(guān)要求，設(shè)計(jì)螺桿壓縮機(jī)PLC控制的電路，如圖3所示。

圖3 電氣控制原理圖

3.2 PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)的硬件分配及功能要求，應(yīng)用施耐德TwidoSoft程序設(shè)計(jì)軟對(duì)控制設(shè)備的啟動(dòng)、運(yùn)行、及監(jiān)控進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到相應(yīng)的運(yùn)行效果。相關(guān)程序省略，現(xiàn)就程序設(shè)計(jì)中的一些主要應(yīng)用作如下分析[4]。

3.2.1 開機(jī)檢測(cè)程序

開機(jī)檢測(cè)，即設(shè)備上電后PLC必須對(duì)設(shè)備的相關(guān)信息作出檢測(cè)，如無(wú)故障存在，才能顯示正常待機(jī)狀態(tài)，否則將在上電時(shí)顯示故障狀態(tài)，顯示屏上并顯示故障原因。如上電時(shí)，相序錯(cuò)誤，則開機(jī)檢測(cè)到相序錯(cuò)誤后設(shè)備將無(wú)法開機(jī)，并顯示故障，顯示屏上顯示出故障原因：“相序錯(cuò)誤，設(shè)備無(wú)法開機(jī)，請(qǐng)及時(shí)檢查相序！”開機(jī)檢測(cè)梯形圖如圖4所示。

圖4開機(jī)檢測(cè)

圖3 中，將所有故障狀態(tài)串聯(lián)，即只要I0.6 I0.8 I0.9…..只要有一個(gè)故障點(diǎn)動(dòng)作，%M90都會(huì)斷開，從而使主電路斷開，設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)，或在運(yùn)行中出現(xiàn)故障而停機(jī)。

3.2.2 PLC置位檢測(cè)

當(dāng)設(shè)備故障或正常停機(jī)后，設(shè)備必須全部置位，以備下一次啟動(dòng)時(shí)，程序從檢測(cè)開始運(yùn)行。%S1% S0分別為冷啟和熱啟置位，S13為初始掃描時(shí)置位。如圖5所示。

圖5 設(shè)備置位

3.2.3 模擬量的計(jì)算與顯示

設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中涉及到的模擬量——壓力和溫度，它們是隨著設(shè)備運(yùn)行變化而變化的，必須能守相應(yīng)的變送器來(lái)完成，設(shè)計(jì)中選用了常規(guī)的4～20 mA，0～16 bar的壓力變送器及0～120℃、4～20 mA的溫度變送器。PLC需要通過(guò)一系列的換算，將模擬量轉(zhuǎn)換，然后顯示在顯示屏上。溫度檢測(cè)梯形圖如圖6所示，壓力檢測(cè)梯形圖如圖7所示。

壓力換算：顯示壓力=最大壓力值X實(shí)際采樣值/4095

溫度換算：顯示溫度=最大溫度值X實(shí)際采樣值/4095

圖6 溫度換算

圖7 壓力換算

3.2.4 星三角的啟動(dòng)、檢測(cè)與運(yùn)行

設(shè)備在檢測(cè)無(wú)誤后，按下啟動(dòng)即為星三角運(yùn)行，在啟動(dòng)后的任何時(shí)間，只要檢測(cè)到故障，設(shè)備都會(huì)停機(jī)報(bào)警（見圖8）。

圖8 星三角啟動(dòng)及檢測(cè)

3.2.5 排污閥的定時(shí)排污

排污閥的定時(shí)排污可通過(guò)設(shè)置定時(shí)器完成的，如圖9所示。%TM30由顯示屏HMI設(shè)置時(shí)間（0-9999S可調(diào)），當(dāng)Q0.5輸出達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，%M21動(dòng)作，從而斷開Q0.5；%M20接通，Q0.5即接通，設(shè)備即開始排污。如此反復(fù)，完成設(shè)備的自動(dòng)排污過(guò)程。

圖9 排污定時(shí)

4 文本顯示屏的程序設(shè)計(jì)

4.1 文本顯示屏編程簡(jiǎn)介

顯示屏作為監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行的顯示終端，其顯示著整個(gè)機(jī)器的各方面運(yùn)行工作情況，為用戶提供精準(zhǔn)的故障判斷及相關(guān)的設(shè)備信息，是螺桿壓縮機(jī)對(duì)外的窗口。其與Schneider TwdioPLC通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線用MODBUS通信協(xié)議連接，精確地反饋PLC檢測(cè)到的各方面信息。顯示屏程序通過(guò)施耐德公司提供的Neza HMI Configurator 3.0編寫，直觀運(yùn)用全中文顯示[5]。

開始上電，如PLC檢測(cè)到設(shè)備無(wú)異常狀態(tài)，即設(shè)計(jì)顯示首頁(yè)，如圖10所示。

圖10 主頁(yè)面顯示

4.2 故障信息顯示舉例

當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)過(guò)載時(shí)，設(shè)備除了PLC控制其強(qiáng)制停機(jī)外，顯示屏?xí)@示出相對(duì)應(yīng)的故障信息（如圖11所示）。

圖11 停機(jī)故障原因顯示

現(xiàn)場(chǎng)提供給用戶準(zhǔn)確判別解除故障的依據(jù)。顯示屏的程序編寫較為簡(jiǎn)單化，只需將對(duì)應(yīng)的顯示頁(yè)面與PLC相對(duì)應(yīng)即可，在此不再重復(fù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

PLC在螺桿壓縮機(jī)上的應(yīng)用，大大提高了壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性，促使螺桿壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人看守，自動(dòng)化、智能化。配合顯示屏的使用，使設(shè)備的監(jiān)控更為完善，如通過(guò)本機(jī)通信模塊與上位機(jī)聯(lián)接、PLC控制的多機(jī)聯(lián)控運(yùn)行會(huì)使目前螺桿壓縮機(jī)的控制水平提高到一個(gè)新的高度，為螺桿壓縮機(jī)的全自動(dòng)化、全智能化控制提供有力的保證。

[1]刑子文.螺桿壓縮機(jī)——理論、設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：249-253

[2]LEK系列全罩式螺桿空氣壓縮機(jī)使用及維護(hù)說(shuō)明書[Z].柳州柳二空機(jī)械股份有限公司，2013：3-5.

[3]小型PLC控制器選型[Z].施耐德電氣公司，2004：6-17.

[4]Twdio可編程控制器軟件編程手冊(cè)[Z].施耐德電氣公司，2004：30-107

[5]HMI用戶手冊(cè)[Z].施耐德電氣（中國(guó)）投資有限公司NEZA產(chǎn)品部，2002：32-60.

Design of Screw Compressor Control System Based on PLC

ZHOU You
（Guangxi Economic and Trade Group Co.，Ltd.，Nanning Guangxi 530022，China）

The screw compressor has become aerodynamic the two main planes of the large area of refrigeration and air conditioning.Electrical control design is directly related to the performance of the entire screw compressor. Using the scheider twdio series PLC as the main control center，the control design of screw compressor is described in detail，the selection of PLC hardware was analyzed、to the point distribution of PLC，the software design，text display、design program，etc.PLC’s application in screw compressor control，the automatic control performance of compressor is greatly improved，achieve the ideal control effect.It is the inevitable trend of the development of screw compressor control system.

screw compressor；PLC；text display；software

TH457

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0026-03

2017-02-21

周游（1975-），男，廣東廉江人，研究生，工程師，研究方向：機(jī)械，宏觀經(jīng)濟(jì)，國(guó)內(nèi)貿(mào)易。