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案例頻道空氣壓縮機是一種利用電動(dòng)機將氣體在壓縮腔內進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設備。作為基礎工業(yè)裝備，空壓機在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應用?？諌簷C占大型工業(yè)設備（風(fēng)機、水泵、鍋爐、空壓機等）耗電量的15%。由于結構原理的原因，大部分空壓機自身存在著(zhù)明顯的技術(shù)弱點(diǎn)。當輸出壓力大于一定值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)泄載閥，使異步電動(dòng)機空轉，嚴重浪費能源；異步電動(dòng)機易頻繁的啟動(dòng)、停止，影響電機的使用壽命，壓機工頻啟動(dòng)電流大，對電網(wǎng)沖擊大，電機軸承磨損大，設備維護量大；工作條件惡劣，噪音大；自動(dòng)化程度低，輸出壓力的調節是靠人為調節閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現的，調節速度慢，波動(dòng)大，不穩定，精度低。
針對以上存在的問(wèn)題，設計采用PLC和變頻器實(shí)現對螺桿式空氣壓縮機的節能改造方案，經(jīng)分析，該方案自動(dòng)化程度高，節能效果顯著(zhù)，實(shí)用性好。
2 空壓機變頻改造原理
2.1 空壓機的工作原理
螺桿式空壓機的工作原理圖如圖1所示，空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器和吸氣調節閥而吸入，該調節閥主要用于調節氣缸、轉子及滑片形成的壓縮腔，陰、陽(yáng)轉子旋轉相對于氣缸里偏心方式運轉?；惭b在轉子的槽中，并通過(guò)離心力將滑片推至氣缸壁，高效的注油系統能夠確保壓縮機良好的冷卻及潤滑油的最小舒適耗量，在氣缸壁上形成的一層薄薄的油膜可以防止金屬部件之間直接接觸而造成磨損。經(jīng)壓縮后的空氣溫度較高，其中混有一定的油氣，經(jīng)過(guò)油氣分離器進(jìn)行分離，之后，油氣經(jīng)過(guò)油冷卻器冷卻在經(jīng)過(guò)油過(guò)濾器流回儲油罐，空氣經(jīng)過(guò)氣后冷卻器 （空氣冷卻裝置）進(jìn)行冷卻而進(jìn)入儲氣罐。
2.2 空壓機變頻節能原理
螺桿式空壓機基本運行方式是加載、減載方式。減載時(shí)電機空轉，能源白白的浪費，如果利用變頻器通過(guò)改變電機頻率來(lái)調節轉速，變頻控制即通過(guò)改變電動(dòng)機的轉速來(lái)控制空壓機單位時(shí)間的出風(fēng)量，從而達到控制管路的壓力，具有明顯的節能效果?？諌簷C變頻節能系統原理圖如圖2所示。
2.3變頻改造注意事項
空壓機是大轉動(dòng)慣量負載，這種啟動(dòng)特點(diǎn)很容易引起變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現跳過(guò)流保護的情況，建議采用具有高啟動(dòng)轉矩的無(wú)速度矢量變頻器，保證既能實(shí)現恒壓供氣的連續性，有可保證設備可靠穩定的運行。
空壓機不允許長(cháng)時(shí)間在低頻下運行，空壓機轉速過(guò)低，一方面使空壓機穩定性變差，另一方面也使缸體潤滑度變差，會(huì )加快磨損。所以工作下限應不低于20Hz。
建議功率選用比空壓機功率大一等級的變頻器，以免空壓機啟動(dòng)出現頻繁跳閘的情況。
為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減少因高次諧波引起的電磁干擾，建議選用輸出交流電抗器，還可以減少電機運行的噪音，提高電機的穩定性。
設計的系統應具備變頻和工頻兩套控制回路，確保變頻出現異常跳保護時(shí)，不影響生產(chǎn)。
3基于PLC的空壓機變頻控制系統
3.1系統原理設計
控制系統由以下部分組成：變頻器、可編程控制器、變頻柜、電抗器、壓力變送器、震蕩傳感器、接觸器、空氣開(kāi)關(guān)、電纜、電流表、電壓表、按鈕、互感器等。
基于PLC的變頻控制系統原理圖如圖3所示。PLC由觸摸屏、電源、CPU、模擬量輸出模塊、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出模塊等組成。其中采用PLC來(lái)實(shí)現電氣部分的控制。包括五部分：起動(dòng)、運行、停止、切換、報警及故障自診斷。
運行：正常情況，電機M1處于變頻調速狀態(tài)，電動(dòng)機M2處于停機狀態(tài)?，F場(chǎng)壓力變送器檢測管網(wǎng)出口壓力，并與給定值比較，經(jīng)PID指令運算，得到頻率信號，動(dòng)動(dòng)調節轉速達到所需壓力。
停止：按下停止按鈕，PLC控制所有的接觸器斷開(kāi)，變頻器停止工作。
切換：實(shí)現M1，M2工頻、變頻相互切換。
報警及故障自診斷：
空壓機內部一般有四個(gè)需要監測的量：冷卻水壓力監測、潤滑油監測、機體溫度監測、儲氣罐壓力監測。
3.2案例分析
以某廠(chǎng)房空壓機為例。改造前經(jīng)測試參數如下：電機功率110KW，出口壓力為5.9~6.5MPa，運行時(shí)間為12小時(shí)/天，一年運行320天，加載時(shí)間為15秒，減載時(shí)間15秒；加載電流為190A，減載電流為90A。經(jīng)檢測其節電率為30%以上。年節電量（按30%）計算如下：
W節電量=12×320×110×30%=1.27×105（kWh）
可見(jiàn)節電效果明顯，此外，改造后系統還存在其它優(yōu)點(diǎn)。首先，減少了機器的噪音。利用PLC和變頻器實(shí)現了機器的軟啟動(dòng)、軟停止，避免了空壓機啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，減少了對設備的維修量。其次，兩套控制回路可保證系統的正常、安全運行。最后，自動(dòng)化程度高，克服原系統手動(dòng)調節的缺點(diǎn)。
4結束語(yǔ)
利用PLC和變頻器實(shí)現對螺桿式空氣壓縮機的節能改造方案實(shí)驗結果表明，改造后系統具有節約能源，自動(dòng)化程度高，降低原系統噪音，減少設備維修量等優(yōu)點(diǎn)，具有深入研討的實(shí)用價(jià)值。
參考文獻
[1]廖常初主編.PLC編程及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2002
[2]韓安榮. 通用變頻器及其應用(第2版)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2000
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號