摘 要 :本文介紹由PLC和檢測(cè)儀表構(gòu)成的螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)是結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行的改造升級(jí)。使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)操作合理，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄和顯示方便直觀，系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。
1 引言
螺桿式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于礦山、化工、動(dòng)力、冶金、建筑、機(jī)械、制冷等行業(yè)，具有可靠性高和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，逐步替代了其他類(lèi)型的壓縮機(jī)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，螺桿式壓縮機(jī)的銷(xiāo)售量已占所有容積式壓縮機(jī)銷(xiāo)售量的80%以上。今后，螺桿式壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額仍將不斷擴(kuò)大，特別是無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)會(huì)獲得更快的發(fā)展。
2 螺桿式壓縮機(jī)的基本工作原理
螺桿式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣缸內(nèi)裝有一對(duì)相互嚙合的螺旋形陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子，兩個(gè)轉(zhuǎn)子都有幾個(gè)凹形齒，兩者互相反向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子之間和機(jī)殼之間的間隙僅為5~10絲，主轉(zhuǎn)子又稱(chēng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子或凸轉(zhuǎn)子，由發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中大多數(shù)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。另一轉(zhuǎn)子又稱(chēng)陰轉(zhuǎn)子或凹轉(zhuǎn)子，由主轉(zhuǎn)子通過(guò)噴油形成的油膜進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者由主轉(zhuǎn)子端和凹轉(zhuǎn)子端的同步齒輪驅(qū)動(dòng)。
螺旋轉(zhuǎn)子凹槽經(jīng)過(guò)吸氣口時(shí)充滿(mǎn)氣體。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子凹槽被機(jī)殼壁封閉，形成壓縮腔室。當(dāng)轉(zhuǎn)子凹槽封閉后，潤(rùn)滑油被噴入壓縮腔室，起到密封、冷卻和潤(rùn)滑作用。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)壓縮油氣混合物（即潤(rùn)滑劑和空氣的混合物）時(shí)，壓縮機(jī)室容積減少，向排氣口壓縮油氣混合物。當(dāng)壓縮腔室經(jīng)過(guò)排氣口時(shí)，油氣混合物從壓縮機(jī)排出，完成一個(gè)吸氣、壓縮和排氣過(guò)程。螺桿式壓縮機(jī)的工作循環(huán)可以分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過(guò)程。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，每對(duì)相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。
3 螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
早期的螺桿式壓縮機(jī)自控系統(tǒng)所安裝的儀器儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)儀表箱內(nèi)，無(wú)遠(yuǎn)程儀表，靠人工現(xiàn)場(chǎng)操作。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的壓力開(kāi)關(guān)、差壓開(kāi)關(guān)和溫度開(kāi)關(guān)與電氣柜配合來(lái)控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停車(chē)操作。而溫度、壓力、差壓開(kāi)關(guān)和電氣的接觸器、時(shí)間繼電器等互相配合，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的自動(dòng)保護(hù)連鎖功能，保障壓縮機(jī)平穩(wěn)安全運(yùn)行。這種控制方式的缺陷比較明顯，因?yàn)椴僮魅藛T無(wú)法詳細(xì)了解壓縮機(jī)的具體運(yùn)行狀況，而且此類(lèi)儀表穩(wěn)定性較差，精度也較低。
為了解決上述這些缺陷，本控制系統(tǒng)的硬件部分由PLC、監(jiān)測(cè)儀表、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和觸摸屏等組成。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集采用遠(yuǎn)程儀表，用壓力變送器、熱電阻來(lái)替換原來(lái)的壓力開(kāi)關(guān)、差壓開(kāi)關(guān)、溫度開(kāi)關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)溫度計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，提高測(cè)量精度。控制部分采用PLC和HMI，利用PLC強(qiáng)大的邏輯控制和上位機(jī)的記錄分析功能，畫(huà)面友好直觀，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中顯示和操作，完善機(jī)組安全連鎖保護(hù)功能，提高操作控制性能。既可以保障集中安全運(yùn)行，又能夠使操作人員詳細(xì)了解機(jī)組的運(yùn)行狀況。螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1 螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖
可編程控制器采用和利時(shí)公司的LM 3109，改模塊I/O包括24通道24VDC輸入/16通道繼電器輸出，最大可以擴(kuò)展7個(gè)擴(kuò)展模塊，用戶(hù)程序存儲(chǔ)空間為120K字節(jié)，掉電保持區(qū)為6K字節(jié)；擁有密碼保護(hù)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘；定時(shí)器計(jì)數(shù)器不限點(diǎn)；基本指令340條，擴(kuò)展指令為47條；通訊接口包括一個(gè)RS232和一個(gè)RS485；支持專(zhuān)有協(xié)議（僅RS232）/MODBUD RTU協(xié)議/自由協(xié)議。觸摸屏用于工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)已經(jīng)報(bào)警顯示和參數(shù)設(shè)定及遠(yuǎn)程控制。
4 螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
螺桿式壓縮機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)由6臺(tái)電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。每臺(tái)電磁閥的開(kāi)度可以為25%、50%、75%、100%。壓縮機(jī)加載時(shí)，工作時(shí)間少的先開(kāi)啟，然后按照25%、50%、75%、100%四個(gè)能級(jí)依次開(kāi)啟。壓縮機(jī)卸載時(shí)，工作時(shí)間多的先卸載，然后按照100%、75%、50%、25%四個(gè)能級(jí)依次關(guān)閉。需要注意的是，在25%能級(jí)時(shí)，先關(guān)閉壓縮機(jī)，延遲一定時(shí)間后再關(guān)閉25%電磁閥。螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4所示，加載和卸載流程圖如圖5所示。
圖4 螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的主程序流程圖
圖5 螺桿式壓縮機(jī)加載和卸載流程圖
5 結(jié)論
本文介紹了基于和利時(shí)LM系列PLC的螺桿式壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。采用此控制系統(tǒng)，壓縮機(jī)的工作狀況得到了改善。特別是觸摸屏的使用，可以對(duì)壓縮機(jī)的能量級(jí)和工作狀況進(jìn)行修改，使得系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定和安全。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 和利時(shí)LM系列PLC硬件手冊(cè)
[ 2 ] 董天祿，螺桿式制冷機(jī)組及應(yīng)用；機(jī)械工業(yè)出版社
作者簡(jiǎn)介：范戰(zhàn)松，北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司，市場(chǎng)拓展部，技術(shù)支持組，技術(shù)支持工程師。