西門子PLC及西門子變頻器用于空壓機控制

在棉紡織企業廣泛使用噴氣織機的情況下，空壓站建設是一項重要的輔助工程。空壓站配備的主要設備為離心式空氣壓縮機、冷凍式空氣干燥器，通過儲氣罐、連接管道和閥門等組成壓縮空氣供氣系統，并配套冷卻系統、儀表空氣系統，西門子PLC檢測系統，以實現空壓站為生產一線保證不同壓力、不同負荷的用氣需求。在此前提下確保合格的供氣品質，滿足穩定的氣源壓力，自動調節供氣流量等是空壓站自動控制的基本任務。隨著自動化水平的不斷提高，關于建設無人值守空壓站的討論，是一個發展過程中的必然的課題。

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SIEMENS 上海翰粵自動化系統有限公司

    空氣系統自動控制的必要性

    應用在天紡投資控股有限公司棉紡一工廠的空壓站，安裝有4臺70M3/min4臺，53M3/min4臺，48M3/min2臺，43M3/min4臺離心式空壓機和1臺42.5M3/min螺桿式空壓機，配有相應處理量的冷凍式干燥器。空壓機設備自身帶有的CMC控制器，能夠自動控制和保護主機的運轉，自動提示工作信息，具有故障報警和保護停機功能，能自動根據用氣量的大小加載或卸載，并配有西門子觸摸屏顯示屏供現場觀察各工藝參數和設備狀態，具有RS422/485通訊接口，可以實現與現場控制室計算機監控系統的完整連接。

    目前，空壓站的自控系統通過西門子S7-300西門子PLC可編程控制器，將部分空壓機的實時運行數據通過RS422/485通訊接口采集進西門子PLC控制系統，并將數據傳送到現場控制室的TPC1561HI上進行顯示，以代替傳統儀表。但是沒有對空壓機進行控制。

    空壓機設備自帶的CMC控制器已經能很好的控制單臺空壓機，但是不具備對空壓系統的整體調控能力。在空壓系統中，相對單臺空壓機的調整，空壓系統的整體自動調控具有更重要的意義：

    ■單臺空壓機無法保證空壓系統整體供氣壓力的穩定，而空壓系統的整體自控可以有效保持系統內空氣壓力穩定。

    ■整體的負載平衡，減少排氣放空，可以節約更多的能源，節省人力成本。

    ■可以實現無人操作，根據實際需要自動開機或加載空壓機以保持系統壓力。

    ■可以定時間斷地記錄空壓機運行數據和報警，如跳車、喘振、通訊故障、壓力等。

    在已有的西門子PLC系統中，沒有實現空壓系統的整體調控功能。由于空壓機自帶的CMC控制器提供了RS422/485通訊接口，所有的數據采集和控制功能都通過通訊接口來實現，對比原有的控制系統，不需要增加硬件設備的投資，只需要改進和增加控制軟件即可實現空壓系統的整體控制。

    除空壓機設備外，還可以將與空壓機配套的冷凍式干燥器集成到RS422/485網絡中來，實現空壓供氣設備的全面自控。

    空壓站其他系統的自動控制

    除空壓供氣系統外，空壓站的其他系統也需要進行自動控制，如水循環冷卻系統等。這些系統的控制方法與空壓供氣系統不同，主要是采用傳統控制模式。使用儀表采集需要的運行參數，進行數據處理和分析運算后，輸出控制信號給執行機構就可以實現系統的自動控制。

    自動控制具有以下優點：

    ■操作簡單，可以實現無人值守；

    ■良好的實時調節，防止了人為因素滯后；

    ■具有高可靠性；

    ■減輕工作人員負擔；

    ■節省人力成本。

    需要控制的參數和可能的控制方式

    空壓站需要的控制需求；⑴高、低壓供氣壓力控制（機組自動開停控制）；⑵系統自動排水控制；⑶循環水液位控制和自動加藥控制；⑷所需壓縮空氣溫度、循環水溫度等參數控制等等。

    空壓系統的整體自動調控一般可以使用以下2種方法之一來實現：

    ⑴采用西門子PLC系統進行通訊和控制。

    ⑵可以采用英格索蘭公司或自己編制的控制軟件。

    *種方法可靠性高，適用于工業控制系統。當監控計算機出現故障時，西門子PLC還可以按照設定的程序進行自動控制。

    第二種方法是通過控制系統的計算機進行單獨的分析運算進行控制，它具有較好的靈活性，但缺點是如果出現如計算機死機等故障時，有可能影響系統的正常運行。好在計算機的一般恢復往往不需要太多的時間。

    除空壓供氣系統自控外，空壓站可與制冷站、熱力站系統一起建立設備控制網絡，實現集中控制，或與工廠控制中心聯網，由控制中心的控制器實時遠程監控，實現真正的無人值守。

    系統構成

    對于以上討論，如果需要實現空壓站的整體自控，又許多成熟PLC自控系統可以選用，現以ZH公司的西門子PLC自控系統為例。

    該自控系統選用西門子S7-300系列西門子PLC可編程控制器，帶有RS422/485網絡接口，支持MODBUS等相關網絡通訊協議。該系統可以采用工業通訊網絡技術實施遠程聯網。空壓站自控設備可根據生產實際情況和各設備的特點，以及可能存在的問題，綜合各方面因素后確立分級控制網絡的實施方案，如圖1所示。

    ■硬件配置

    現場儀表，受控設備、執行器、帶有串行通訊接口的設備（如空壓機，冷干機等），西門子PLC和監控計算機。