李峰 劉雄武 周廣濤 李斌 包婧

摘 要：壓縮空氣是飛機制造中的重要能源之一，用于氣源動力控制、氣動工具驅動、氣源動力執(zhí)行等場合。某飛機制造企業(yè)的壓縮氣源主要來自于空壓機組，其組成包括空壓機、干燥機、儲氣罐等重要裝置單元，目前，該空壓機組的啟動與停止完全采用人工手動控制模式，給生產制造和設備操作人員帶來了極大不便?，F(xiàn)基于西門子LOGO！控制器，設計了一套空壓機組自動啟?？刂葡到y(tǒng)，該系統(tǒng)附有壓力實時監(jiān)測功能，可滿足各型號產品科研生產多元化的用氣需求。

關鍵詞：空壓機組;自動啟停;壓力監(jiān)測

中圖分類號：TP29? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）13-0016-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.005

0??? 引言

為滿足飛機制造過程中對壓縮氣源的需求，某企業(yè)配置了空壓機組設備，其包括空壓機、干燥機、儲氣罐等重要裝置單元。即4臺某品牌型號的水冷螺桿式空壓機，主要完成壓縮氣體的制造生成;4臺某品牌型號的鼓風再生式干燥機，對生成的壓縮氣體進行過濾干燥;2個容量8 m3、承載壓力1.05 MPa的金屬罐體，實現(xiàn)對壓縮氣體的緩存功能，輔以冷卻水塔、軟化水系統(tǒng)以及油污水處理裝置，共同構成壓縮氣源的制造生成系統(tǒng)，壓縮氣源通過壓力管道輸送至飛機制造裝配站位供產品研制使用。

空壓機組一直都是由人工手動操作進行開啟和關閉，因生產現(xiàn)場作業(yè)用氣時間不同，時常出現(xiàn)延時開啟或遺忘關機的現(xiàn)象，由此會耽誤一定的生產作業(yè)時間，并造成資源能源的浪費損耗，且頻繁的人工操作給操作人員帶來了極大的工作量和操作不便。為解決人工開啟和關閉空壓機組時存在的問題，結合生產作業(yè)用氣需求，對該企業(yè)原有控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化升級，實現(xiàn)了定時自動開啟和關閉的功能，且可通過對管道氣體壓力值的監(jiān)測，實現(xiàn)對空壓機組供氣狀態(tài)的判斷。

1??? 空壓機組自動啟停與氣壓監(jiān)測系統(tǒng)設計

1.1??? 空壓機組自動啟停設計思想

空壓機組的定時啟停屬于典型的自動控制范疇，其設計思想是以時間信號作為觸發(fā)輸入，由中央處理器進行邏輯判斷并輸出執(zhí)行信號，通過中間繼電器控制接觸器，進而實現(xiàn)對主回路執(zhí)行器件的控制;干燥器的主要作用是對新產生的氣源進行干燥處置，系統(tǒng)本身具有本地控制、遠程控制和網絡控制功能，采用時間延時啟動和遠程控制的模式實現(xiàn)干燥器的自動啟停;空壓機組為水冷式螺桿壓縮機，對冷卻水的流量、速度和溫度有較高要求，冷卻水溫度過高會造成空壓機高溫報警而停機，故冷卻水泵與冷卻水塔和空壓機須同時啟動，以滿足氣源制造過程中循環(huán)水的冷卻降溫要求。依據(jù)自動控制系統(tǒng)的設計思路，中央處理器選用西門子旗下LOGO！DM16 230R模塊，帶有8個數(shù)字輸入和8個數(shù)字輸出端口，內含繼電器、時鐘和脈沖發(fā)生器以及與、或、非等功能模塊，具有經濟方便、可靠性高、抗干擾能力強等特點，完全可以滿足空壓機組自動啟?？刂频男枰猍1]。

1.2??? 自動啟?？刂葡到y(tǒng)硬件組成

結合設計思路及現(xiàn)場實際情況，基于LOGO！模塊功能特點，輔以中間繼電器、旋鈕選擇器和監(jiān)測儀表，對空壓機自動啟停控制系統(tǒng)設置手動啟動和自動啟動兩種方式，并可在線和離線設置控制參數(shù)。在控制電路中，使用旋鈕選擇器可設置多個關機時間，以滿足現(xiàn)場不同時間關閉空壓機設備的實際需求，另外配置周末和工作日兩種時控模式，便于固定常用開機和關機時間的快速設定，以精準實現(xiàn)壓縮氣源的穩(wěn)定供應。為實現(xiàn)對4臺干燥機的自動啟?？刂?，特在LOGO！模塊上增加拓展模塊以供干燥機裝置接入控制器系統(tǒng)。其硬件控制電路原理如圖1所示。

1.3??? 自動啟?？刂葡到y(tǒng)軟件設計

自動啟?？刂葡到y(tǒng)基于西門子LOGO！模塊實現(xiàn)，模塊配置LOGO！_V8.2程序系統(tǒng)，采用LOGO程序編輯軟件，按照當前生產現(xiàn)場用氣量的實際需求進行程序設計[2]，實現(xiàn)精準、穩(wěn)定供氣。4臺空壓機采用并聯(lián)控制模式，循環(huán)交替地開啟和關閉，降低了不必要的設備磨損。其控制程序設計如圖2所示。

1.4??? 自動啟?？刂葡到y(tǒng)及氣壓監(jiān)測裝置

自動啟停控制系統(tǒng)主要分為開機操作、關機操作和氣壓監(jiān)控三個部分。在開機操作中，到達預設定的開機時間，LOGO！控制器會激活當值狀態(tài)空壓機的控制點位，并開啟冷卻水系統(tǒng)，延遲設定的時間后激活預設定的干燥機;在自動控制模式下的關機操作中，到達預設定的關機時間，LOGO！控制器首先關閉空壓機和冷卻水泵，然后置位干燥機的控制點位關閉該干燥機;在欠壓監(jiān)控裝置中，QF1斷路器日常處于連通狀態(tài)，TM1為時控開關，用于選擇監(jiān)測管道氣壓的時間段，待時控開關TM1到達預設的監(jiān)測時間范圍會自動閉合，欠壓報警器SP1檢測當前氣壓值，若當前氣壓低于預設值，則會觸發(fā)報警器HL1和HL2報警，用來提醒維保人員檢查空壓機組的運行狀態(tài)。圖3為氣壓監(jiān)控報警電路圖。

2??? 自動啟?？刂葡到y(tǒng)功能實現(xiàn)

2.1??? 自動啟?？刂葡到y(tǒng)整體功能

空壓機組的控制方式分為自動和手動兩種，I14為自動置位旋鈕開關，當系統(tǒng)處于手動啟停模式，自動啟停控制功能無效，由現(xiàn)場人員根據(jù)作業(yè)需要選擇任意空壓機的開機和關機時間點，并在本地模式下手動啟停任意干燥機。當系統(tǒng)處于自動工作方式下，每天按設定的時間定時開啟空壓機和冷卻水系統(tǒng)，延遲時間到達后開啟干燥機，干燥機的選擇通過旋鈕選擇器進行置位;到達預設定的關機時間時，依次關閉空壓機、冷卻水系統(tǒng)和干燥機，關機時間通過旋鈕開關實現(xiàn)多個時刻的選擇，以應對不同時間段的生產用氣需求。低壓監(jiān)控裝置安裝于氣源管道，在自動模式和手動模式下都會工作，當壓力低于預設值，報警裝置會鳴笛以警示維保人員故障情況，以便及時維修排故。當空壓機組設備需要檢修或故障修復時，通過控制面板上的“自動/手動”選項置于手動模式，空壓機組不再自動開啟，可保證檢修作業(yè)人員的人身安全。

2.2??? 空壓機自動啟停輪換循環(huán)方法

為提高設備使用效能，采用4臺空壓機自動輪換的工作方式進行周期性工作。通過系統(tǒng)控制程序，每天開啟一臺，且循環(huán)交替自動啟?？諌簷C，按照生產用氣情況設定空壓機的啟動時間和關機時間，使空壓機組處于經濟高效的運行狀態(tài)。

如圖4所示，B001為周定時器，用來設定每天的開機時間，B003和B004為脈寬繼電器，以滿足兩種不同型號空壓機所需的啟動時間。UDF1模塊集成了開啟空壓機的前提條件，其內部電路如圖5所示，當i1、i2、i3（代表自動位、使能位和定時位）同時滿足條件時，空壓機才能正常自動開啟，同時為下一次循環(huán)要開啟的空壓機進行使能置位。UDF1為復位優(yōu)先型模塊，r1為復位置位點，當r1為1時，即空壓機自動開啟的同時，便將上一臺空壓機進行使能復位，為下次有序循環(huán)運行做好準備，以此實現(xiàn)同一時刻僅有一臺空壓機具備自動控制開啟和關機的條件，且按照空壓機的程序設定順序交替循環(huán)使用。

2.3??? 干燥機自動啟?？刂品椒?/p>

干燥機自動啟停系統(tǒng)通過B045鎖存繼電器實現(xiàn)，S的輸入端條件是空壓機的正常開啟，R置位為干燥機關閉，B045鎖存繼電器為復位優(yōu)先模塊，以保證干燥器可以自動關閉。在自動控制模式下，當任意空壓機開啟時，B045鎖存寄存器S置位為1，B045鎖存寄存器輸出為1，B046接通延時定時器開始計時，當設定的延遲時間到達，相應已經使能置位的干燥機（使能置位由I1、I2、I3、I4通過旋鈕開關選擇）執(zhí)行開啟操作，當干燥機關閉時刻到達，B045鎖存繼電器R置位為1而執(zhí)行復位動作，B045鎖存寄存器輸出為0，干燥機即刻停止運行。通過旋鈕選擇器分別連接4臺干燥機進行置位，每次只使用一臺干燥機，可提高干燥機的工作效能，延長其使用壽命。圖6為干燥機控制程序圖。

3??? 空壓機組自動啟停控制及氣壓監(jiān)測效果

通過控制系統(tǒng)程序設計以及電氣線路改造，空壓機組的自動啟?？刂频靡詫崿F(xiàn)，并可以根據(jù)使用要求設置空壓機開機和關機時間、選定工作干燥機以及對手動或自動控制模式進行選擇，減少了人為因素導致的供氣失準問題。通過氣壓監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)控供氣狀態(tài)，實現(xiàn)了供氣啟停的自動化控制和氣壓實時監(jiān)測，滿足了生產多元化需要。后續(xù)還可以根據(jù)產品生產制造對壓縮氣體用氣量的需求，針對同時開啟多個空壓機和多臺干燥機進一步實施技術改造研究。

4??? 結語

基于LOGO！控制器的空壓機自動啟?？刂葡到y(tǒng)，實現(xiàn)了空壓機組按程序設計順序自動啟停，并通過旋鈕選擇器和氣壓監(jiān)測器滿足了關機時間多元化需求和供氣狀態(tài)實時監(jiān)控的功能，是精準化穩(wěn)定供應氣源的重要技術改進。

[參考文獻]

[1] 許明延，江俊鋒，李煉榮.LOGO！在螺桿氨壓縮機控制系統(tǒng)中的應用[J].電世界，2009，50（6）：11-13.

[2] 龔鶴.基于“LOGO！”PLC的電梯高舒適感變頻控制系統(tǒng)的設計[J].中國電梯，2021，32（9）：61-65.

收稿日期：2022-04-22

作者簡介：李峰（1985—），男，山東臨沂人，工程師，研究方向：自動化控制。