一、項目的由來

　　珠海經(jīng)濟特區(qū)玻璃纖維企業(yè)有限公司動力車間，擁有三臺活塞式空壓機,為全廠提供壓縮空氣，是重要的動力來源。我們知道如果在空壓機進氣管路上裝上節(jié)流閥，調(diào)節(jié)時節(jié)流閥逐漸關閉，使進氣受到節(jié)流，壓力降低，也就是使壓力系數(shù)lp減小，由排氣量公式：

Q=p/4D2Slplvltlln

　　可知，當改變了lp時，排氣量Q也就隨之變化。同時，我們也注意到多級壓縮機采用節(jié)流進氣調(diào)節(jié)，將引起級間壓力重新分配，致使活塞力均勻性受到破壞，同時使末級的排氣溫度升高，甚至超過許用溫度。因此，調(diào)節(jié)范圍受到限制，經(jīng)濟性比較差，再加之設備使用年限久，所以，各種氣閥、活塞環(huán)、導向環(huán)等部件容易損壞，維修費時、費工，使正常的生產(chǎn)受到影響。1999年4月，我們與該公司經(jīng)過充分地協(xié)商，決定采用閉環(huán)控制方式，對原空壓機系統(tǒng)進行恒壓供氣改造。改造結(jié)果證明：系統(tǒng)供氣的精度得到了提高，故障率大幅度下降，并取得了一定的節(jié)能效果，達到了預期的目的。

二、系統(tǒng)改造前的狀況

• 原系統(tǒng)輸出壓力在0.6~0.75MPa之間波動。
• 加載時間85秒，電流115安培；卸載時間35秒，電流5安培。
• 壓力波動對管網(wǎng)沖擊大，加載/卸載時噪音大。
• 開環(huán)控制，不能保證控制精度。
• 起動電流大。
• 輸出氣壓大于0.75MPa時，自動打開泄載閥，造成能源浪費。

   

  三、系統(tǒng)改造后的期望指標

• 空壓機輸出壓力必須控制在（0.6±0.05）MPa范圍內(nèi)。
• 軟起動方式。
• 分段運行控制。
• 油溫、壓力報警功能。
• 能與原操作系統(tǒng)切換；與備用機組切換。

  四、系統(tǒng)方案的設計

• 理論依據(jù)

  　　從空壓機排氣量公式可知，汽缸的面積和長度基本是不變的，唯有系數(shù)lp、lv、lt、ll及轉(zhuǎn)速n的調(diào)節(jié)，才能有效地調(diào)整排氣量Q。前面說過各種系數(shù)的變化范圍有限，這樣看來，理想的調(diào)節(jié)方式就是改變轉(zhuǎn)速n。連續(xù)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，優(yōu)點在于氣量調(diào)節(jié)連續(xù)，調(diào)節(jié)工況比功率消耗小，壓縮機各級壓力比保持不變，壓縮機上不需要設置專門的調(diào)節(jié)機構(gòu)，轉(zhuǎn)速降低后，氣閥和管路中的壓力損失少，氣體在汽缸中的熱交換改善，單位氣體量的功耗降低，各種易損件的壽命延長。

  2、系統(tǒng)采用SIEMENSMIDI MASTER75KW變頻器為執(zhí)行機構(gòu)，SIEMENS6ES7 214-1BC01-0XB0可編程序控制器（PLC）為控制單元，用KYB600G08AM/1Y0Y工業(yè)壓力變送器對壓力信號采樣，反饋給PXW9智能調(diào)節(jié)儀（PID）。此信號在PID內(nèi)與工藝設定信號進行疊加和運算后，作為變頻器的運行給定信號。如圖一所示。

   

   

  三、控制系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

  　　控制程序框圖如圖二所示。當系統(tǒng)準備條件就緒時，（無故障，卸荷閥關閉，各種壓力正常，刀閘開關已選擇好），就可以啟動運行。因為整個系統(tǒng)是一個快速響應過程，所以采用PI算法控制。當過程變量（PV）大于設置值（SP）時，PID輸出模擬的信號減小，變頻器減速運行；反之，PID輸出的摸擬信號增大，變頻器加速運行。如果系統(tǒng)壓力超過PID內(nèi)置上限，變頻器又轉(zhuǎn)到上限頻率運行。

   

  四、系統(tǒng)的調(diào)試和運行

  　　99年4月底，開始了空壓機系統(tǒng)的調(diào)試和試運行。變頻器下限頻率定在20HZ，上限設為50HZ，工作壓力定在0.6Mpa。經(jīng)過一段時間的運行，取得了以下的效果：

  1、運行轉(zhuǎn)速降低近50%

  改造前為工頻運行，壓縮機轉(zhuǎn)速為501轉(zhuǎn)/分，改造后測定正常情況下，運行轉(zhuǎn)速為268轉(zhuǎn)/分，即可滿足供氣要求。

  它使：a設備壽命延長：

  活塞環(huán)：改造前，平均壽命為50天，改造后，已使用110天未更換（其中含50天全速運行），閥片沖擊聲消除。

  b噪音降低，優(yōu)化了工作環(huán)境。

  2、供氣壓力穩(wěn)定

  改造前罐壓力設定在0.60加載，0.75卸載，改造后，工作壓力設定在0.60Mpa。穩(wěn)定時，壓力偏差0.01MPa。

  3節(jié)電效果

  電表對該站用電量的記錄為：

  改造前的4月份為45878KW.h，改造后的6月份為40645KW.h，節(jié)電5233KW.h/月。（這是由改造的1#機所得）

  五、存在問題及解決辦法

  改造后，運行轉(zhuǎn)速大降低，這樣就出現(xiàn)了油壓降低及馬達散熱條件惡化使馬達運行溫度升高的兩大問題：

  1、油壓問題

  原系統(tǒng)技術(shù)要求：正常壓力在0.18-0.20MPa。改造后，油壓在0.8-0.1之間。經(jīng)調(diào)整減壓閥后，油壓可保持在0.12MPa。

  經(jīng)測定主軸外表溫度，改造前為52℃，改造后（在0.1MPa下），主軸外表溫度為45℃，溫度低于改造前，說明能滿足潤滑條件。

  2、馬達溫升問題

  改造前測得的溫度為48℃，改造后測得的溫度比較高為68℃。

  查機械手冊（92年版）第五冊，B級絕緣，比較高溫度為130℃，溫升為90℃；

  馬達的運行溫度比改造前上升了20℃，但仍在允許范圍，無需加強制冷卻風機。

  六、結(jié)論

  　　改造后，經(jīng)一年多的連續(xù)運行，證明變頻器性能穩(wěn)定，系統(tǒng)能達到恒壓運行，設備壽命延長，運行噪音降低，大大減少了設備的停機維修時間，取得了預期的目的。

  參考文獻：《交流調(diào)速系統(tǒng)》劉競成上海交通大學出版社

  〈機械手冊〉92年版機械工業(yè)出版社