曹 揚，金海波，王曉輝

（杭州杭氧壓縮機(jī)有限公司，浙江杭州 311305）

0 引言

活塞式壓縮機(jī)廣泛用于化工、冶金等行業(yè)，是主要的壓縮氣體設(shè)備。近年來，由于較低的價格、穩(wěn)定的操作及簡單的維護(hù)受到用戶的歡迎，其在生產(chǎn)和商業(yè)活動中起著重要作用。某重型設(shè)備集團(tuán)的天然氣公司近期有很多活塞式空壓機(jī)進(jìn)入檢修期，系統(tǒng)使用PLC 實時監(jiān)控壓縮機(jī)的啟動和日常運行，出現(xiàn)危險信號時PLC 通過檢測和傳輸設(shè)備得到實時反饋信息。PLC 在計算后執(zhí)行相應(yīng)的警報輸出，并作用于警報設(shè)備。當(dāng)檢測到危險生產(chǎn)和壓縮機(jī)安全的物理信號時，PLC 立即聯(lián)鎖并停止壓縮機(jī)，執(zhí)行相應(yīng)的緊急處置等。同時，考慮到對自動控制系統(tǒng)的重大修改、性能穩(wěn)定、價格低廉、功能強大，多點檢查控制設(shè)備和計算機(jī)程序控制勵磁柜取得了很好的效果，主要體現(xiàn)在縮短工作時間、減少成本輸出，同時有效控制精準(zhǔn)度與質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)的升級化與設(shè)備的自動化，使整個工廠以模塊化的方式逐步升級。張明[1]在重慶某能源公司的LNG 調(diào)峰儲備綜合利用示范項目中，介紹了PLC 在往復(fù)式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要采用PLC和觸摸屏實現(xiàn)對壓縮機(jī)的監(jiān)控和報警。聯(lián)鎖停車和其他功能降低了系統(tǒng)故障率，增加了經(jīng)濟(jì)和安全效益。左華[2]介紹PLC 的應(yīng)用，并對活塞式空壓機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行重組。與傳統(tǒng)控制器進(jìn)行對比，重新對空壓機(jī)PLC 系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，主要在于軟硬件及外圍控制電路方面的設(shè)計，并糾正了一些實際操作過程中存在的問題。

1 兩種壓縮機(jī)PLC 控制系統(tǒng)的對比

（1）傳統(tǒng)壓縮機(jī)PLC 控制系統(tǒng)。其主要依靠高壓開關(guān)柜及電氣控制等工作，電氣控制柜內(nèi)部運行主要依靠繼電器、動圈電接點壓力表等，內(nèi)部組件較為復(fù)雜，操作時間會更長。傳統(tǒng)的壓縮機(jī)PLC 控制系統(tǒng)，設(shè)備比較老化，操作運轉(zhuǎn)不便，故障頻發(fā)。由于設(shè)備難以滿足社會的需求，其面臨的問題越來越多，解決問題難度不斷增加，導(dǎo)致額外投入的資金設(shè)備增多。傳統(tǒng)壓縮機(jī)PLC 控制系統(tǒng)不完善，設(shè)備自動化水平低，需要經(jīng)常進(jìn)行檢測與維護(hù)。

（2）活塞式壓縮機(jī)的PLC 控制系統(tǒng)。由于PLC 控制系統(tǒng)的升級，設(shè)備得到更新，系統(tǒng)得到優(yōu)化，新型活塞式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。新型活塞式壓縮機(jī)在更新后，其計算功能不斷增強，數(shù)據(jù)收集及程序控制變得容易。在智能化后，網(wǎng)絡(luò)控制可以充當(dāng)單個控制單元，方便與其他設(shè)備交換信息源，使活塞式空氣壓縮機(jī)的控制更加快捷，將PLC 作為主控制，并選擇了一個文本顯示作為參數(shù)顯示單元，可以在完成邏輯控制的同時獲取模擬信號，從而提供參數(shù)的實時顯示和錯誤消息的文本顯示。通過這種選擇和設(shè)計，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的功能更強大、結(jié)構(gòu)更緊湊，部件和接線的數(shù)量也減至最少，系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性大大降低，并且可以進(jìn)行故障檢測和消除。

2 活塞式壓縮機(jī)PLC 的應(yīng)用程序

（1）測試和維護(hù)。該程序限制了操作員僅能根據(jù)設(shè)置的程序來操作設(shè)備，如果發(fā)生錯誤的操作則會根據(jù)情況或程序自動執(zhí)行。此外，通過“測試”按鈕，啟動試驗功能，屏蔽輸入及輸出信號源，避免高壓設(shè)備測試產(chǎn)生故障問題，以及其他設(shè)備維護(hù)的意外問題。同時，設(shè)備維護(hù)也是系統(tǒng)的重要部分，通過啟動“維修”選項來進(jìn)行現(xiàn)場模擬，無需駕駛即可模擬工況，從而簡化了維護(hù)和參數(shù)調(diào)整。

（2）輔助設(shè)備控制。主機(jī)在運行過程中，輔助發(fā)動機(jī)被強制開啟，其他功被阻擋。主機(jī)不運行時可以手動啟動和停止油泵和水泵等輔助設(shè)備。當(dāng)主機(jī)正常停止時，輔助發(fā)動機(jī)可以跟隨主機(jī)并以10 s 的延遲自動停止。需要注意的是，嚴(yán)禁在啟動其他輔助機(jī)器時開啟主機(jī)部分。

（3）自動排空功能。當(dāng)主機(jī)在開啟以及關(guān)閉時系統(tǒng)會自動進(jìn)行排空，可以在無負(fù)載的情況下運行和關(guān)閉主機(jī)。當(dāng)主機(jī)運轉(zhuǎn)時，設(shè)備自動分為兩端以減少負(fù)荷，將負(fù)荷減少50%，如果壓力仍然很高則將負(fù)荷減少90%。為了終止減輕負(fù)荷，當(dāng)設(shè)備自動或手動減輕負(fù)載時所有級別的進(jìn)氣和排氣壓力保護(hù)功能均將關(guān)閉，以防止誤報警。

（4）檢測并顯示運行參數(shù)。設(shè)備操作的各種參數(shù)包括機(jī)油壓力、水壓、排氣壓力、軸承的溫度及潤滑度等，相應(yīng)的壓力變送器和鉑電阻信號被傳送到PLC 的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和熱阻模塊進(jìn)行數(shù)字化操作，PLC 進(jìn)行數(shù)字過濾、計算和范圍轉(zhuǎn)換，并顯示實時參數(shù)值。文本顯示允許將保護(hù)鏈接的信號源上載到上位機(jī)，進(jìn)行實時操作控制。

（5）保護(hù)系統(tǒng)的建立。通過系統(tǒng)檢測到的參數(shù)范圍，來判斷設(shè)備的實時運行狀況，當(dāng)參數(shù)值出現(xiàn)異常時，顯示報警信號并強制終止設(shè)備運轉(zhuǎn)。當(dāng)文本顯示出錯誤信息時，可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。同時，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備處于斷電期間，設(shè)備內(nèi)信息會完整，并在手動重置錯誤信號之前阻止引導(dǎo)。

（6）手動和自動操作。在開始之前，確保根據(jù)上次停止條件準(zhǔn)備駕駛員的定期檢查，包括駕駛許可信號的條件、輔助機(jī)器的運行條件、勵磁設(shè)備的條件、高電壓的條件、電壓設(shè)備以及是否由于故障而停止運行等，以查看驅(qū)動信號是否有效。如果有效，將向設(shè)備發(fā)出空信號并自動啟動輔助設(shè)備。例如，油泵、水泵等以執(zhí)行參數(shù)超限檢測，如果滿足條件則設(shè)備啟動，否則將拒絕。啟動主機(jī)后，停止排氣信號，延遲30 s，直到所有級別的壓縮缸的進(jìn)氣和排氣壓力達(dá)到限定工作條件，然后進(jìn)入氣動參數(shù)保護(hù)鏈接，設(shè)備將切換到正常運行狀態(tài)。

（7）讀寫信息，檢測參數(shù)。該程序的設(shè)計還考慮了一些容錯鏈接，盡可能避免人為原因?qū)е碌墓收?。在參?shù)顯示部分中，傳感電路布線的數(shù)量很多且主要分布在系統(tǒng)設(shè)備周圍，發(fā)生故障的可能性很高。為了滿足設(shè)備運行穩(wěn)定性要求并考慮到顯示的直觀性，添加了多點檢查設(shè)備。它獨立于PLC 內(nèi)部參數(shù)檢測程序，既可以獨立運行也可以同時運行，大大提高了設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

（8）手動停車和自動停車。手動停車，當(dāng)駕駛員發(fā)出停車標(biāo)志時，設(shè)備先排空再停止，然后依次是主機(jī)、輔助發(fā)動機(jī)自動停止。發(fā)生故障時，車輛將立即排空并停放，同時會發(fā)生聲音和視覺警報，并且根據(jù)各種類型的故障和參數(shù)，故障文本信息在文本顯示屏顯示，提醒工作人員。

3 活塞式壓縮機(jī)PLC 的應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）溫度和壓力信號接線的干擾問題。使用多點檢查機(jī)時，顯示值1～2 s 可能會異常，并且設(shè)備會意外停止。由于發(fā)生的可能性低，因此時間和設(shè)備條件不規(guī)則。檢查儀器，如果變送器和耐熱性且接線沒有問題，則儀器防止電磁干擾或干擾的能力很差。更換多點檢查設(shè)備，設(shè)備的檢測信號線全部用金屬軟管屏蔽，接線不靠近電機(jī)和電源線，故障排除。

（2）設(shè)備的輸入按鈕信號與PLC 相結(jié)合。設(shè)備運行環(huán)境中振動明顯，控制柜配線密集，設(shè)備由500 kW 高壓同步電機(jī)驅(qū)動，對設(shè)備主機(jī)及勵磁裝置均產(chǎn)生較大的電磁干擾，破壞設(shè)備的操作穩(wěn)定性。為保障設(shè)備操作的完整性，程序中的輸入接觸信號都設(shè)計有200～600 m/s 的信息延遲，排除信號干擾的問題。設(shè)備的輸入按鈕信號與PLC 相結(jié)合，為設(shè)備運轉(zhuǎn)提供了一定保障。

（3）設(shè)定溫度值及時間參數(shù)。由于主要設(shè)備有不同的環(huán)境溫度和工作條件，在操作過程中設(shè)定壓力時間不同，因此安裝壓力保護(hù)裝置的時間不同。在操作過程中，保護(hù)輸入時區(qū)設(shè)定值較為嚴(yán)格，誤報現(xiàn)象時有發(fā)生，經(jīng)驗值設(shè)定為60 s。冬夏季環(huán)境溫度差異較大，由于級別設(shè)定的不同，排氣溫度也存在很大差異。除了理論上的高溫保護(hù)外，環(huán)境溫度、壓力值、排氣溫度、冷卻量等也可以確定氣缸的熱交換條件。根據(jù)運行時間和經(jīng)驗判斷冷卻器，如果周期不變則冷卻器會發(fā)生事故。

4 活塞式壓縮機(jī)PLC 的應(yīng)用策略

（1）設(shè)定自定義按鈕，簡化程序。缺乏同類型設(shè)備的設(shè)計經(jīng)驗，也沒有模制系統(tǒng)供參考，因此我們觀察到操作員的操作習(xí)慣，同時考慮了設(shè)備操作的穩(wěn)定性，可靠性和直觀性。設(shè)備檢測單元范圍和故障指示器信號系統(tǒng)，使得設(shè)備的外圍電路復(fù)雜化，并且大多數(shù)控制器可以提供自動PLC 控制邏輯和手動控制輸入。文本顯示器上設(shè)定了自定義按鈕，因此與可編程選項結(jié)合使用時，可以完全替換外部控制按鈕的大多數(shù)功能。設(shè)定自定義按鈕，簡化了程序，例如系統(tǒng)設(shè)備的重疊部分。提供預(yù)設(shè)按鈕，可以合理使用設(shè)備，簡化接線線路，通過開啟或停止按鈕來實現(xiàn)自動化控制。

（2）注重系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集成。無論自動化水平有多高，需要未來的自動化工廠完整的智能設(shè)備管理。面對這些要求，選擇了完整的產(chǎn)品系列和具有強大網(wǎng)絡(luò)功能的可編程控制器。根據(jù)產(chǎn)品介紹，可以使用通信模塊直接配置當(dāng)前的PLC。它是一種基于PLC 標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)，可以通過網(wǎng)絡(luò)控制基本設(shè)備，使設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集成不僅提高了網(wǎng)絡(luò)速度，還簡化了網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)。

（3）增強采集和計算功能。PLC 的強大功能，模擬量采集，執(zhí)行功能強大，通過合理的編程就可以完美地完成現(xiàn)有的各個組件。未來將嘗試由集成電路元件組成的裝置，以減小控制系統(tǒng)的體積并節(jié)省資金。

5 結(jié)束語

活塞式壓縮機(jī)廣泛用于化工等行業(yè)，是主要的壓縮氣體設(shè)備，近年來在生產(chǎn)和商業(yè)活動中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的活塞式壓縮機(jī)利用數(shù)字顯示儀表和繼電器來監(jiān)視和控制壓縮機(jī)的運行數(shù)據(jù)，容易導(dǎo)致線路分散以及故障點，降低了自動化程度以及增加了維護(hù)量。本文通過對傳統(tǒng)活塞式壓縮機(jī)與活塞式壓縮機(jī)PLC 進(jìn)行對比，分析活塞式壓縮機(jī)PLC 的應(yīng)用程序及應(yīng)用現(xiàn)狀，探究活塞式壓縮機(jī)PLC 的應(yīng)用策略。