空壓機組控制中PLC的應用

1 引言
空氣壓縮機作為氣動控制系統的氣源設備，其在運行過程中的穩定程度和可靠性直接關系到生產安全性。由于早期的電氣控制多為繼電器線路，長期運行容易老化，從而使靈敏度降低，在運行過程中會經常出現停機故障，給正常生產造成影響。采用可編程控制器技術改造空氣壓縮機的控制，克服了傳統的純繼電器控制電路的不足，不僅可以完成對開關量控制，還能實現對模擬量進行控制。滿足了系統對控制準確性和安全性的要求。
本文采用西門子公司的s7-300可編程控制器，對兩臺柳州柳二空機械股份有限公司（原柳州第二空氣壓縮機總廠）生產的zw-3/7型無油潤滑空氣壓縮機及其氣體干燥器進行控制。本控制系統是在原生產線控制基礎上，進行i/o口擴展從而達到空壓機的控制目的。
2 系統工作過程
2.1 空氣壓縮機組的工作過程
在設備上電開機后，系統首先對空縮機的運行條件進行檢查，當冷卻水壓力、空壓機曲軸箱油壓滿足要求時，1＃機啟動，2＃機作為備用，其啟動方式均采用y-δ起動方式，y-δ起動延時為6秒。起動后，儲氣罐開始充氣，在儲氣罐壓力達到設定值0.7mpa時空縮機進氣閥關閉，機器空運轉。當儲氣罐壓力下降到0.65mpa時，進氣閥打開，再次進行充氣。由于故障等原因使儲氣罐壓力降到設定值0.55mpa時，且1#機處于停機狀態，則2#機起動并正常運行，其運行原理同1#機相同，繼續對儲氣罐充氣。在儲氣罐壓力降到0.55mpa時，且2#機處于停機狀態，1＃機起動并正常運行。與此同時，兩臺機器的正常運行時間均為12小時，也就是說，一臺機器運行到12小時時，無論其有無故障，或是儲氣罐壓力是否低于0.55mpa，均要停機并啟動另一臺機器。
2.2 氣體干燥設備的工作原理
兩臺壓縮機共用一臺氣體干燥設備。該設備是采用柳州柳二空機械股份有限公司生產的gwu系列無熱氣體干燥器，其工作原理如圖1所示。開機后，a塔先做吸附運行，b塔做再生運行。在設定的時序控制下，進氣電磁閥a2打開a1、b1、b2均關閉，壓縮空氣經a2閥，從底部進入a塔，在向上運輸過程中，氣體中的水分被塔內吸附劑吸掉，干燥的氣體通過梭閥c進入儲氣缺罐，與此同時，在a2打開后，經延時10秒b1打開，用b塔中的殘余氣體從上到下運動，將吸附劑中的小分從b1閥帶出，經消聲器排空。其開啟的10秒時間是進行b塔脫附工作。在a2打開后延時十分鐘后b2電磁閥打開，同時a2閥關閉，b塔進行充氣，十秒后，a1閥打開，a塔中剩余氣體從上至下經a1閥，從d消聲器排出，并將a塔中水分帶出，使a塔脫附，經延時十秒a1閥關閉。此時，由于a塔中的壓力下降，b塔中的壓力上長，梭閥c將a排氣口關閉，將b排氣口打開。同理，在b2閥開啟十分鐘后，a2閥打開，b2閥關閉，延時十秒，b1閥打開，使b塔進行脫附運行。就這樣兩塔交替運行，進行對氣體的干燥。

3 系統的控制要求
3.1 空氣壓縮機的控制要求
（1） 開機前按通電源，所有安裝在中控室和現場的狀態指示燈點亮，顯示當前狀態。
（2） 按下起動按鈕，空壓機按y-δ方式起動，進氣口電磁閥打開，開始給儲氣罐充氣。另外，在起動時，不要求兩臺機器同時運行，但可選任意一臺先運行。
（3） 正在運行的機器，運行時間超過12小時或故障，備用機起動，并運行。
（4） 在運行過程中，如果發生水壓、油壓不足，立刻停機，并發出指示。
（5） 按下停止按鈕，停機。
3.2 氣體干燥器的控制要
氣體干燥器的控制與空壓機的運行同步，與空壓機的電源一并打開，其起動受空壓機的主接觸器的控制。
4 系統硬件設計
4.1 系統配置
本設計所選用的是s7-300的標準型cpu，i/o口選用sm321和sm322數字量輸入/輸出模塊及sm331模擬量輸入模塊在其三號擴展槽的第二個sm口上依次進行擴展。
4.2 擴展單元i/ｏ分配及接線
對西門子s7-300的擴展口進行分配，其接i/ｏ口定義如附表所示。

開關量信號的采集，空壓機在高速運行時，必須有很好的冷卻系統和潤滑系統，以避免運行過程中產生的熱量對機器造成損壞。所以水壓、油壓是首先要考慮的，采用壓力開關進行這些量的采集，并連接到其數字量輸入模塊sm321上，起始地址為100.0-100.3。模擬量的采集主要是用于測試儲氣罐的壓力，以控制空壓機運行。這些量需要用壓力變送器進行采集，并將0-1mpa的壓力轉換成4-20ma的電流信號送到模擬量輸入模塊sm331上，其起始地址為672-687。其硬件接線如圖2所示。

5 軟件設計
5.1 空壓機控制
依據空壓機的工作原理設計其運行程序。開機，檢查其水壓、油壓，在這些條件滿足時1#機起動，并開始正常運轉。在此要注意的是，在運動中2#機的起動，由于它一方面要受到定時器的控制，還要受到儲氣罐的壓力控制，當儲氣罐的壓力低于0.55mpa時，這說明1#機故障，所以2#機起動，但是這與1#機的初始條件相同，在開機時，儲氣罐的壓力為0，兩臺機器都可以運行，因此在這里要求通過壓力變送器和km1、km4共同對開機進行控制。km1、km4分別與壓力變送器串接進行對兩臺機器的互鎖運行控制。其主機和備用機的運行梯形圖如圖3所示，通過i672與q108.3控制1#機起動，i672與q108.0控制2#機的起動。這樣就使得，當壓力低于設定值0.55mpa時，兩臺機器不至于同時起動。

5.2 氣體干燥器系統控制

空壓機氣體干燥器系統的梯形圖如圖4所示。對氣體干燥器的控制，主要依據兩臺空壓機的起動情況而定。作為共用部分，無論那一臺機器起動都要求氣體干燥運行，因此，在氣體干燥的梯形圖中不必設計起、停按鈕，而是通過q108.0和q108.3即1#、2#機的km1、km4來完成其控制。
6 結束語
本次改造后，在空壓機在運行過程中，減少了操作人員到現場的巡回次數，可以通過在中控室直接觀察空壓機的工作狀況，對現場出現的異常情況發出的報警信號，可做出快速反應，而不是像以前那樣，等到其它氣動控制的設備出現氣壓不足報警時才發現空壓機系統有問題。經過這一年多的運行，除了設備的機械故障外，基本上沒有出現控制上面的問題，完全符合設計要求。采用可編程控制器對空壓機的控制，使其操作簡便，而且在運行過程中的安全性和穩定性也進一步得到提高。