□ 郭春陽 □ 周金偉 □ 蘇以元 □ 林劍波

1.廣東白云學(xué)院 機電工程學(xué)院 廣州 510080 2.中國電器科學(xué)研究院有限公司 廣州 510800

1 設(shè)計背景

在工業(yè)生產(chǎn)中,低溫環(huán)境多由制冷系統(tǒng)實現(xiàn)。壓縮機是制冷循環(huán)系統(tǒng)的核心,一旦出現(xiàn)故障,不僅會使制冷系統(tǒng)受到損害,而且會造成環(huán)境污染[1]。壓縮機在投入使用前,需要按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行堵轉(zhuǎn)、耐久性、制冷量等性能試驗[2]。壓縮機在正常運轉(zhuǎn)時,受到外界因素影響導(dǎo)致轉(zhuǎn)子卡死,轉(zhuǎn)速驟降為零,引起電流瞬間升高,此時的電流就是堵轉(zhuǎn)電流。按照國家標(biāo)準(zhǔn),堵轉(zhuǎn)試驗有三種:初級耐久性試驗、次級耐久性試驗及缺相試驗。壓縮機只有通過以上三種試驗,方可證明堵轉(zhuǎn)性能合格。傳統(tǒng)壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺采用繼電器控制系統(tǒng),繼電器控制系統(tǒng)工作效率低,易出現(xiàn)抖動現(xiàn)象[3-6],無數(shù)據(jù)自動記錄功能,無法在監(jiān)測到報警值后自動停機。以上三種不同類型的試驗均需設(shè)定壓縮機保護(hù)條件,防止由于系統(tǒng)故障引起試驗臺損壞及壓縮機堵轉(zhuǎn)引起壓縮機燒毀,保護(hù)條件一般以過電流保護(hù)為原則[7]。由于電流表自帶的報警功能不能分試驗類別設(shè)置電流報警值,每一種試驗需串聯(lián)三個電流表至回路中,才可以確保堵轉(zhuǎn)性能試驗臺的安全性,因此堵轉(zhuǎn)性能試驗臺需要配置的電流表過多。

針對繼電器控制系統(tǒng)存在的問題,筆者設(shè)計了基于可編程序控制器的壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺報警系統(tǒng)。這一系統(tǒng)以可編程序控制器為核心控制器,壓縮機回路中所配置的電流表、電壓表、壓力表、溫度表、漏電保護(hù)裝置與可編程序控制器的輸入單元X接口連接,試驗過程中測得的數(shù)值輸入可編程序控制器進(jìn)行處理。編寫邏輯控制程序,通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)不同試驗類型共用配置的電流表、電壓表、壓力表、溫度表,并動態(tài)監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況。當(dāng)試驗過程中發(fā)生故障報警時,將報警信號輸入至觸摸屏及可編程序控制器輸出單元Y接口。觸摸屏根據(jù)報警輸入信號開啟相應(yīng)的報警燈,可編程序控制器根據(jù)報警輸入信號發(fā)出停機指令,自動關(guān)停壓縮機。所有儀表監(jiān)測到的數(shù)值由可編程序控制器輸出單元Y接口輸入記錄儀,可實現(xiàn)全部數(shù)據(jù)的實時采集,便于試驗數(shù)值分析。

2 壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺

壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺如圖1所示。試驗臺由電源、可編程序控制器控制系統(tǒng)、觸摸屏、電壓表、電流表、溫度表、壓力表、控制開關(guān)及漏電保護(hù)器等組成[8]。兩工位測試平臺可同時測試兩臺壓縮機,電源為被測壓縮機提供50 Hz/60 Hz三相380 V電壓及50 Hz/60 Hz單相220 V電壓。被測三相壓縮機每相輸出電流小于120 A,被測單相壓縮機輸出電流小于125 A。電流表串聯(lián)至主回路中,電壓表并聯(lián)至主回路中,當(dāng)電流、電壓超過預(yù)設(shè)值時,信號傳送至可編程序控制器,可編程序控制器執(zhí)行報警。壓力表及溫度表串聯(lián)至主回路中,當(dāng)壓力值、溫度值超過預(yù)設(shè)值時,信號傳送至可編程序控制器,可編程序控制器執(zhí)行報警。所有測試數(shù)據(jù)均在記錄儀中保存。

▲圖1 壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺

3 報警系統(tǒng)

可編程序控制器中的輸入、輸出單元有與檢測和保護(hù)裝置連接的接口[9-11]?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^輸入單元獲取被控制設(shè)備的各種參數(shù),將各種信息電平轉(zhuǎn)換至可編程序控制器所能處理的標(biāo)準(zhǔn)電平。程序執(zhí)行結(jié)果通過輸出單元傳送至被控制設(shè)備,驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。

壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺報警系統(tǒng)如圖2所示,各保護(hù)及監(jiān)測儀表作為輸入源提供信號輸入至可編程序控制器,可編程序控制器對信號處理后用于控制壓縮機啟停及試驗啟停。觸摸屏采用GP2000型,通過RS 485通信接口與可編程序控制器連接。電流表、電壓表采用A51000型,溫度表采用SR94型,漏電保護(hù)選擇自帶漏電保護(hù)裝置的斷路器。電流表、電壓表、溫度表及漏電保護(hù)裝置均配有RS 485通信接口,與可編程序控制器的輸入單元X接口連接?？删幊绦蚩刂破鞯妮敵鰡卧猋接口連接控制開關(guān)、計時器、計數(shù)器、報警單元及記錄儀,記錄儀記錄壓縮機的試驗數(shù)據(jù)。

▲圖2 壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺報警系統(tǒng)

4 觸摸屏報警界面

可編程序控制器與觸摸屏通過RS 485通信接口連接,觸摸屏共有兩個界面。操作界面可以選擇堵轉(zhuǎn)試驗類型,設(shè)定試驗時間和試驗次數(shù),顯示試驗時間及試驗次數(shù)?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^Y接口連接的報警單元包括蜂鳴器和指示燈,檢測到故障時發(fā)出聲響并亮燈,但無法準(zhǔn)確判斷報警類型。對此,在觸摸屏中單獨設(shè)置報警界面,使報警信號通過可編程序控制器輸入觸摸屏,可以直觀地顯示報警類型,根據(jù)報警類型對故障進(jìn)行處理。點擊聲響停止按鍵,停止蜂鳴器發(fā)出的聲響。當(dāng)所有故障處理完畢后,點擊報警解除按鍵,可以進(jìn)行堵轉(zhuǎn)試驗。觸摸屏和可編程序控制器的結(jié)合使試驗臺操作簡便,可以準(zhǔn)確判斷報警并處理,提高了試驗效率。觸摸屏報警界面如圖3所示。

▲圖3 觸摸屏報警界面

5 電流報警

壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺電流報警原理如圖4所示。試驗臺共配置三個電流表,依次與三相壓縮機的U相、V相、W相串聯(lián)接入電源。電流表自帶通信接口,與可編程序控制器的X0接口連接。壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺按照國家標(biāo)準(zhǔn),需要進(jìn)行耐久性試驗及缺相試驗。在上述兩種試驗中,電流表與可編程序控制器結(jié)合使用。在耐久性試驗電流升高或降低時,判斷故障并停機。在缺相試驗U、V、W三相中缺少任意一相,且缺相電流為零時,壓縮機也能夠正常運轉(zhuǎn)。電流表屬性只存在一個電流上限值,不允許設(shè)定多個報警值。結(jié)合電流的局限性與試驗要求,筆者對輸入、輸出接口進(jìn)行分配,見表1。

▲圖4 電流報警原理

表1 輸入、輸出接口分配

耐久性試驗中,壓縮機應(yīng)該在規(guī)定時間內(nèi)完成堵轉(zhuǎn)試驗。這一試驗中,壓縮機的電流值應(yīng)為額定電流值,通過電流表測得壓縮機電流值,并判定試驗臺是否正常運轉(zhuǎn)。當(dāng)電流高于所設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)值時,即可判定測試系統(tǒng)處于故障狀態(tài),可編程序控制器接收到電流表發(fā)出的過電流信號,執(zhí)行壓縮機停機程序,保護(hù)器斷開。電流表串聯(lián)于壓縮機回路中,在試驗過程中發(fā)現(xiàn)電流表檢測電流不同步,三個電流表存在檢測時間上的細(xì)微偏差,兩個電流表讀取到電流的時間偏差長于0.2 s。這種偏差雖然不影響檢測結(jié)果,但是由于可編程序控制器掃描速度快于0.2 s,檢測到一個電流表有升高值馬上做出過電流保護(hù)判斷,另外一個電流表也讀取到升高值時,可編程序控制器已經(jīng)發(fā)出停機指令。耐久性試驗報警梯形圖如圖5所示。根據(jù)筆者以往試驗經(jīng)驗,選擇0.8 s作為壓縮機保護(hù)器斷開的時間界限,設(shè)置兩個電流表持續(xù)0.8 s過電流時判斷壓縮機處于故障。如果0.8 s時保護(hù)器沒有斷開回路,依然過電流,那么可以說明壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺處于故障運行狀態(tài)。

▲圖5 耐久性試驗報警梯形圖

缺相試驗時,將三相壓縮機中的U相、V相、W相人為斷開一相,剩下兩相連接至壓縮機,人為干擾進(jìn)行堵轉(zhuǎn)試驗。由于缺少一相,壓縮機運轉(zhuǎn)后電流瞬間升高,保護(hù)器斷開,兩個電流表顯示堵轉(zhuǎn)電流值,缺相電流表顯示電流為零,可編程序控制器根據(jù)兩個電流表電流升高次數(shù)來記錄壓縮機堵轉(zhuǎn)次數(shù)。缺相試驗梯形圖如圖6所示。

▲圖6 缺相試驗梯形圖

斷開V相試驗時,檢測U相電流作為故障判斷依據(jù),去掉V相電流所對應(yīng)的輸入端X10。斷開W相試驗時,檢測V相電流為故障判斷依據(jù),去掉W相電流所對應(yīng)的輸入端X11。同理,斷開U相試驗時,檢測W相電流為故障判斷依據(jù),去掉U相電流所對應(yīng)的輸入端X0。

6 數(shù)據(jù)記錄

可編程序控制器程序編寫完成后,進(jìn)行堵轉(zhuǎn)試驗。壓縮機堵轉(zhuǎn)試驗時間比較長,若要正確分析壓縮機的試驗情況,數(shù)據(jù)采集及其重要。傳統(tǒng)的人工采集方式效率低,將電流、電壓、溫度信號由可編程序控制器輸入記錄儀,進(jìn)而將試驗中的所有數(shù)據(jù)保存下來,便于分析。記錄儀采用DX1020型無紙記錄儀,記錄儀通道分配見表2,可對電流值、電壓值、溫度值進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。所記錄的試驗數(shù)據(jù)曲線如圖7所示,試驗表明約1.5 h內(nèi)電壓值始終保持在220 V±5 V,電流值在壓縮機運行期間保持在120 A±5 A,其間無報警出現(xiàn),證明程序可行,未出現(xiàn)誤判斷報警的現(xiàn)象。

▲圖7 試驗數(shù)據(jù)曲線

表2 記錄儀通道分配

7 結(jié)束語

壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺采用所設(shè)計的基于可編程序控制器的報警系統(tǒng),可準(zhǔn)確判斷試驗故障,及時停止試驗臺運轉(zhuǎn),提高壓縮機堵轉(zhuǎn)性能試驗臺的測試效率,使壓縮機保持在良好的工況下運行。

[9] 王瑞豐,田夢君,陳華.觸摸屏結(jié)合PLC在壓縮機性能測試系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化,2006,28(4):58-60.