外文翻译-基于变频器的活塞式空气压缩机组控制系统设计

接收: 2010-5-25联系作者: Yl WANG (wysdust.edu.crh附录 1:外文翻译基于变频器的活塞式空气压缩机组控制系统设计Yi Wang, Hui-bin Liang, Mao-yong Cao, Di Fan山东科技大学，青岛 266510）电子邮件： wysdust.edu.cn摘要 - 基于煤矿空气压缩机的运行特性和高能耗，设计了一种气压 PID 闭环控制系统。 该系统由 PLC，变频器，传感器等部分组成，采用变频器三重蒸发器的控制方式，实现供气管理。 该设计系统已应用于多个煤矿，结果表明其节能效果显着，潜在应用广泛。关键词 - 空气压缩机，变频器，三重蒸发器，气压闭环，节能手稿编号：1674-8042（2010）supp.-0050-03 dio：10.3969 / j .issn1674-8042.2010.supp 131 . 介绍据统计，空气压缩机年用电量约占煤矿用电总量的 105J。 特别是随着近年来煤炭生产和消费的增加，作为四大重要设备之一的压缩机的电力消耗也越来越突出。 如何降低空压机的能耗和节能是许多煤矿的主要目标6目前，矿用活塞式空气压缩机（PAC）的控制系统主要基于 Y 型自感应降压起动器和继电器。 这些控制系统存在启动电流大，装卸频繁，气压波动大，机械故障率高，自动化程度低等缺点，这种工作方式会浪费更多的电能，缩短设备的使用寿命。空压机的节能主要考虑运行和控制方式，传动方式和余热利用方式等7。 本文设计了一个气压 PID 闭环控制系统，包括 PLC，转换器和传感器等，用于改变原有的运行和控制模式。 采用变频器三重蒸发器的控制方式，实现动态调节和“需求为主” 的供气。 然后，由于使用“ 首先启动然后第一次停止” ，压缩机的负载率可以被平衡。 与进气节流控制相比，变频器控制在压缩机组中的应用将节能约30508J。压缩机机组设计的变频器控制已应用于新沂矿井等多个煤矿。 节能效果显着，应用广泛。 随着变频技术的发展和节能要求的高涨，压缩机机组变频器实现调速节能的技术将在煤矿等行业得到广泛应用。2. 活塞式空气压缩机组转换控制系统 转换器三重蒸发器空气压缩机控制系统为了实现“基于需求 ”的供气，即系统根据煤矿井下空气的需要自动调节供气量，保持管网稳定的气压，变流器控制技术 已被采纳。对于三个活塞空气压缩机组（PACU），转换器控制系统的基本框架如图 1 所示。 系统主要组成为触摸屏，一套转换器，一套 S7200 PLC（包括 EM231 模块），EM277 通讯模块，工业 PROFIBUS 现场总线，CB通讯板，电机电子保护器和电流，电压传感器 ，压力和温度。图 1 转换器控制 PACU 系统的基本框架表 1 对变频器参数设置值参数设定值参数设定值P0304 380 PI 080 30P0305 255 R2050fll P2253P0307 132 R205021 P2264P0308 0.78 P2200 1P0640 120 P2280 0.4P0700 6 P2285 10P1000 6 P2051 21在煤矿，供气压力在短时间内变化不大，PAC 必须逐个驱动。 所以采用 PACU 中变流器三重蒸发器的控制方法是合理可行的。 在这里，转换器的容量与 PAC 相同，依次驱动三个活塞空气压缩机。 这样不仅可以大大节省系统能耗，还可以降低系统成本。2.2 转换器的选择和参数设置考虑到 PAC 的负载特性，转速范围，起动转矩和使用环境，我们采用了 MM440 系列的西门子 380V132KW 变频器，实现系统恒转速控制。 该变频器具有更快的自启动功能，启动扭矩更大，过载能力更强。为了实现系统的良好控制性能，必须给变频器的固有参数和 BICO 设置具体的数值。 表 I 列出了转换器的主要参数设置。3. 系统的工作过程3.1 系统的控制过程系统工作时，压力变送器将主管道气压信号转换成电信号发送给 PLC，由 PLC 通过 PROFIB 美国工业总线和 CB 通讯板将气压设定值和压力检测值发送给变频器，电机转速由变频器内部 PID 控制，然后调节供气量，实际气压值调节至设定压力值。此外，实现了气压的闭环控制。当变频器的运行频率达到 50HZ 时，如果实际气压值不能达到设定值，则由变频器驱动的压缩机将自动工频工作，同时另一台压缩机由变频器驱动补充空气。 PLC 通过测量主管道的空气压力和监控变频器状态来调节压缩机单元的数量并实现 IF-FF 切换。此外，系统还可以监测重要的在线参数，如温度，压力，电量等，如果这些参数不正常，可能会在一段时间后报警。图 2 是压缩机系统的控制过程。3.2 “首先开始然后停止”序列图 3 显示了压缩机的启停顺序，称为第一次启动，然后第一次停止。当变频器启动 1压缩机时，频率达到 30HZ 后加载并进行 PID 调节。如果主变频器的频率值达到 50HZ 后主管出口气压未达到预设压力， PLC 将停止变频器并进行继电器的接通，同时驱动 1压缩机由变频器自动以工业频率工作，而 2压缩机由变频器驱动补充空气。 3跟随 2压缩机，并采用类似的开关步骤，最后一台压缩机将由变频器驱动。如果频率值在使用气压降低后降至 30HZ，则 PLC 停止运行时间最长的压缩机，并以工业频率工作。在系统工作期间，故障或停机信号发生时，故障机器将停止并由 PLC 切断自动控制循环。故障机器只有在调试和故障复位后才能进入自动循环。52 Journal of Measurement Science and Instrumentation Supplement 2010图 2 压缩机系统的控制过程图 j 先开始的控制顺序，然后是第一次停止。，表 2 主控系统参数与新设计系统的比较参数主系统的参数范围新系统的参数范围US E电流 100A，210A 100A210A电压 0V，380V 230V 380V功率 105KW,132KW 78KW 132K Wo 供气 0 m3,22m3 12 m322 m 3空气压缩机电流100A，210A，310A，420A，520A，630A100A 210A 310A-420A 520A630A功率105KW,132KW,237KW，264KW，369KW,396KW78KW 132K W210KW-264KW342KW-396KW供气22 m3,44 m3,66 m3(A1=0，A2=A3，A4=A5)12 m322 m3 34 m344 m3 56 m366 m 34. 系统运行参数的变化压缩机的四个关键操作参数是电压，电流，功率和供气量。 它们的范围是六个离散点（表示为A1，A2，A3，A4，A5 和 A6），因为系统仅由继电器控制。 如图 4 所示。当采用变频器控制压缩机时，运行参数的范围由某些离散点变为连续线，如图 5 所示。由于参数范围是动态连续可调的，整个系统的供气变得灵活 起动电流减少，节省了成本和能源，提高了系统的可靠性和自动化水平。主要控制系统中的参数比较表 II。图 4 继电器系统参数的可调范围5. 转换器控制系统的节能分析L u.1 o.! _ iI iB- i sa_LA6A5A4A3A2A1的SJ9J9UIBJBCL图 5 新系统中参数的可调范围A6A5A4A3A2A1Vol.1 Ping-xiang Jiang, Shou-shan Liu 65PACU 的运行成本主要是电力，机油和机械磨损等。使用转换控制系统后，系统实现了节电，节油，故障率低，机械磨损小。 电力和石油的节约分析如下：i. 年电量节省这里以三台 132KW PAC 为例举例说明。 如果 PAC以额定速度工作 12 小时，每天工作 12 小时 6070的额定速度，节电率为 50，则每年的电量节省为3x12x132x0.5x365 = 867240 (KW) .ii. 年度节油根据“ 低速再低润滑” 的使用原则，变频器控制系统可节油 60。6. 结论针对压缩机能耗高的问题，我们设计了变频器三重蒸发器空气压缩机控制系统。 与原有继电器控制系统相比，新系统起动电流和设备磨损大大降低，系统运行成本低，自动化程度高。 该系统已应用于新沂等矿山，节能效果显着，控制技术和系统可供其他矿山企业使用或参考。参考文献1 Miller，Harry (Dresser-Rand) and etc.: “Totally Enclosed Inline Electric Motor Drive Gas Compressors， 2002.1.2 MAN TURBO CO. fMOPICO TURBO wins order for three MPOPICO compressors for natural gas transmission service”, 2004.3 YANG Guo-fu wPresent Situation of Frequency Converter & the Trend of Frequency Conversion Technology Developmentw Jiangsu Electrical Apparatus,2007.4 LU Xin-nan “Control Strategy Analysis on Frequency Conversion Renovation of Air Compressor* Zhe Jiang Electric Power,2008.5 Zhao Xue-hua,HU Yong-jun,Chen Li-bing MBased on PLC The Frequency Control System of compressor in coal mine1* Safety in Coal Mines,2009.4 .6 LI Wen - huaZHANG Zong - zhen “Energy Consumption and Eneigy - saving Tendency of MineAir Compressors* Coal Mine Machinery, 2006.8.7 Wang Shu-fen Frequency Conversion Modification of Air2jet Loom by Using A ir Compressor” Cotton Textile Technology,2009.3.8 GAO Xiang2jia, CHEN Fang Economic Analysis and Techn ica 1 Program of Energy Conservation for Conversion Frequency Screw A ir Compressor” Compressor Technology，2009.3.