离心式压缩机自动控制模式研究分析

马建成 北京首钢自动化信息技术有限公司京唐运行事业部 063200

【文章摘要】

本文通过对离心式压缩机的控制系统构成，运行模式的介绍以及对逻辑控制的分析，阐明了离心式压缩机是如何通过自动控制调节压缩气量和末端排气压力来满足生产的需要。

【关键词】

自动控制；运行模式；逻辑控制

0 引言

离心式压缩机在工业生产中有着不可或缺的地位，其主要作用是为生产提供动力--- 压缩空气。而压缩空气重要的技术指标就是可调气量和稳定的压力，自动控制系统很好的解决了这些技术要求。自动调节系统通过对末端排气压力的检测自动调节进气阀和卸载阀的开度来满足生产的压力。通过不同运行模式间的转换来满足生产工艺气量的要求。

1 自动调节系统控制机构

首钢京唐空压机控制系统的中枢采用的西门子S7-300 可编程控制器。作为整个系统的大脑它负责接收外部传输来的信息，并且对执行机构发出指令，控制外部执行机构按照程序指令动作。

控制面板通过串行通讯与PLC 相连，面板PLC 是HMI 触摸显示型。它不仅可以显示空压机的各个运行数据而且还可以从控制面板上对设定值（如: 排气压力、最小电流设定值、最大电流设定值等）进行修改，把所需数据写入PLC 程序中。

2 自动调节系统执行机构

调节系统的执行机构为进气阀和卸载阀，它是作为最终的命令执行者。而阀门定位器是命令输出与执行者之间的纽带。本系统采用的是电/ 气阀门定位器也就是前面所提到的I/P 传感器。电气阀门定位器的工作原理：图1 为启动执行机构配用电气阀门定位器的框图。由图1 可以看出，电气阀门定位器与气动执行机构配合使用时，具有机械反馈部分。电气阀门定位器将来自控制单元的4~20mA DC 的电流信号变为气压信号来驱动执行机构。同时，从阀杆的动作距离获取反馈信号，构成具有阀位移负反馈的闭环系统，因而不仅改善了执行的静态特性，使电流信号与阀杆位移之间保持良好的线性关系; 而且改善了气动执行器的动态特性，使阀杆的移动速度变快，减小了信号的传输的滞后。

3 空压机的运行模式

3.1 基本控制模式

基本模式是通过调节卸荷阀来保持空压机的设定压力。当用气量减少时，卸荷阀打开一定角度排出多余的气体；通过对进气阀/ 导叶的调节，来维持设计电机电流。

3.2 进气节流控制模式

节流模式与基本模式类似，它们的不同点是当满足外部用气系统需求时，通过进气节流来减少压缩机的电机电流。进气控制阀可以对进气进行节流，直到达到最小电流设定点，如果厂用系统需求量继续下降，调节卸荷阀的开度以保持设定压力。在节流模式下，如果最小电流设置太低就会使空压机发生喘振。所以需要根据喘振测试来确定最低电流的设定值。

3.3 间歇模式控制

间歇模式控制是一种开关型控制模式。基于外部用气系统的需求而使空压机加载或卸载。当外部用气系统压力低于系统最低压力设定值时，进气阀/ 导叶打开到设定电流，卸荷阀全部关闭，把所有的压缩空气排到外部用气系统。当外部用气系统的需求减少时，压缩机的末端排气压力就会增加，为保持设定的排气压力，卸荷阀就会打开向大气排出多余的压缩空气。随着外部用气系统需求的进一步下降，卸荷阀的开度会持续增加，以保持设定的压力值。如果卸荷阀开度达到卸载设定点时，程序中计时器开始计时。如果保持卸载阀此开度超过3 分钟，压缩机将进行卸载。压缩机将保持卸载状态，直到外部用气系统压力降到系统低压力设定值，此时压缩机又重新加载，循环重新开始。

3.4 自动双重模式控制

自动双重模式控制与间歇模式控制比较相似，不同的只是当压缩机的末端排气压力达到设定的排气压力值时，进气阀/ 导叶会对进气进行节流，以降低电机电流，进气阀/ 导叶开度就会减小进行节流，直到最小电流设定点。

如果压缩机排气压力持续增加，卸荷阀将会打开来保持所设定的末端排气压力。假如卸荷阀的开度达到卸载设定点，并且超过设置的时间，压缩机就会卸荷阀全部打开，进气阀/ 导叶关闭。这时空气压缩机会在卸载状态下运行，直到外部用气系统压力小于系统低压力设定值。压缩机将会重新进行加载，进行新一轮的循环。

4 自动调节控制逻辑

启动空压机前先从控制面板上对进气阀和卸载阀的模式进行设置，全都打到AUTO（自动）模式然后选择运行模式，压缩机启动运行。

影响空压机自动控制调节的设定值和运行数据包括，最大电流的设定值、最小电流的设定值、末端排气压力的设定值、电机电流以及末端排气压力。空压机正常运行后PLC 会对这些数据进行比对分析，如果末端排气压力没有达到设定值，PLC 就会进行PID 调节发出命令增大电机电流但不会超过最大电流的设定值，增大进气阀的开度；或者是通过减小卸载阀的开度，这是由所选的运行模式决定的。而如果外部的用气量突然减小导致末端排气压力增大超过了设定值，调节系统会通过减小电机电流来减小进气阀的开度或者增大卸载阀的开度。

我们从中可以看出真正影响进气阀开度的数据量是电机电流；而影响卸载阀开度的数据量是末端排气压力。调节过程中是选择调节进气阀还卸载阀则是由运行模式决定的。因为整个调节过程采用的是PID 调节所以不管是进气阀还是卸载阀，都会比较平稳不会出现大的波动，以保障所送出的压缩空气压力稳定，保证了质量。

5 结束语

离心式压缩机是冶金工业中不可或缺的重要设备，而人工控制难免会发生失误，自动控制调节空压机能够避免这种情况的出现。自动控制不仅降低了人工成本而且大大增强机组运行的稳定性，它还能够最大限度满足生产工艺的需求。自动控制是未来发展的必然趋势，通过对空压机的自动控制的研究分析让我们对它有更加深入的了解，对以后更加深入的学习有很大的帮助。

【参考文献】

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[2] 丁炜，过程控制仪表及装置M 电子工业出版社，2007. Ding Wei, Processcontrol instrument and device M Electronicindustry press ，2007

[3]FS-ELLIOTT 空压机说明书,FS-ELLIOTTair compressor

[4] 赵君昌. 祁国栋，离心式压缩机控制系统，2011.Zhao Jun Chang Qi GuoDong, Centrifugal compressor control system,2011

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