螺杆压缩机的PLC控制

樊全建

(山西太报传媒有限公司印务分公司，山西 太原 030032)

螺杆空压机是压缩机的一种，空气压缩是靠装置与壳内互相平行啮合的阴阳转子的齿槽之容积变化而达到。主副转子在与它精密配合的机壳内转动，使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化而沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧，完成输送、压缩、排气等工作过程［1］。其产品具有规格化容易，排气压力有广阔的变化范围，消耗性零件少，结构简单，外型美观等优点，有非常广阔的应用前景。

螺杆压缩机的电气控制主要采用单片机方案。单片机具有性能可靠、稳定，价格便宜的特点和优势，但存在不足，如单片机一旦开发定型完成，其控制资源是固定的，硬件不可扩展，软件不可编程等。而PLC可以承担特殊复杂螺杆压缩机电气控制要求。采用PLC设计螺杆压缩机电气控制与单片机相比，最大优势就是硬件控制资源的可扩展性，即螺杆压缩机的输入信号、输出信号、各种不同通讯协议的接口均可按设计需求通过选择配置而进行扩展，PLC的数字量模块、模拟量模块、通讯接口模块可以随意组合。PLC和单片机相比具有配套齐全、功能完善、适用性强、变更修改程序方便等优点［2］。

螺杆压缩机控制器主要有紧停按钮、冷却水故障、空滤压差、油滤压差、油分压差、远程启动、远程停机7个输入信号。模拟量输入信号为排气压力、排气温度两个，有的还有喷油压力、水温或者油温两个。输出信号主要有主接触器、星接触器、角接触器、加卸载电磁阀、风机接触器。采用了PLC设计就可方便地通过增加数字量输入输出模块来满足I/O的点数需求，然后在程序编制中将I/O点的逻辑控制关系编入程序，例如:电机温度开关报警信号、配套后处理设备无故障信号、特殊供电电源故障信号、高压电源故障、高压合闸信号、排污阀控制、压滤机控制、电气控制柜加温、油分桶油加温、高压柜运行允许等等。采用了PLC设计还可以简单方便地解决冷却水进口温度、冷却水出口温度、冷却水压力、储气罐压力、储气罐温度、润滑压力、排气出口温度、油分罐油温、电气控制柜温度、油分压差等。设计方案就是增加模拟量模块来满足N路模拟量点数的需求，标准通用型的模拟量模块只能接收4～20mA电流信号(一般均采用电流模拟量信号，其抗干扰能力强)，为此PLC标准通用型的模拟量模块在接收热电阻类的温度信号时需要在模块和热电阻传感器间增加温度变送器，即将热电阻的电阻值通过温度变送器转换成4～20mA的标准信号供模块采样。

1 分散控制系统(DCS)开关量输入输出信号

DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。螺杆压缩机作为企业设备相对重要的一部分，无论是作为动力还是作为工艺用气都会纳入DCS系统，为此螺杆压缩机的运行模式被要求为:压缩机房无人值守(需定时巡视)，机组的运行、停机、加载、卸载则由中控室依据采集数据分析进行集中监视操控。开关量DCS信号主要有:输入有远程启动、远程停机，输出有运行指示、故障指示、预警指示，共5个。

采用PLC后还可以增加输入信号除远程启动、停机外，还要求远程加载、远程卸载、远程急停、选择维修等;输出信号大致有电源指示、电机运行状态、加卸载状态、重故障报警、轻故障报警、卸载过久停机、排气压力超、排气温度超、三滤堵塞、冷却水断水、润滑压力低等等。众多的特殊DCS开关量信号的要求，采用PLC设计的DCS的开关量输入输出信号只需配置一定量的数字量输入输出模块即可。上述信号通过控制电缆来往于螺杆压缩机和用户中控室之间，螺杆压缩机输出的是本机运行状态信息，接收到的是中控室发出的控制命令。通常做法是在螺杆压缩机房增设总的PLC控制系统，对下用于对各台螺杆压缩机的运行信息采集存储及发出控制命令，对上接受上位机对各台螺杆压缩机的运行信息集中采集及接受并转发上位机的控制命令。例如:(1)当某台螺杆压缩机接收到选择维修信号，PLC即停止该机运行并且不再接受任何启动运行命令;(2)机旁/远程操作切换信号用于DCS系统辨别该机能否执行远程命令，还是只限于在螺杆压缩机旁操作;(3)卸载过久停机信号用于DCS系统区别该机是执行停机命令的停机，还是卸载延时后的自动停机，前者若要启动必须发出启动命令，后者是排气压力低于加载压力时PLC会控制螺杆压缩机自动启动。

2 螺杆压缩机联网通讯

PLC通讯上的功能应用于三个方面:(1)与人机界面的通讯，即文本显示器或触摸屏;(2)多台螺杆压缩机间的联网通讯，用于多机系统中的联控;(3)与上位机的联网通讯，上位机既可以是机房内的总PLC系统，也可以是中控室的工控机(PC)。采用PLC设计螺杆压缩机电控就能方便地解决特殊要求的联网通讯，例如用户要求是Profibus通讯，通讯的主从关系同上，PLC设计的硬件解决方式就是配置一块Profibus通讯模块(若采用S7－200的PLC，选用EM－277模块，模块接口标准为9针RS485口)，Profibus通讯不需编制通讯程序，只要简单地制作一张表格，用以说明每个I/O、模拟量、寄存器内数据的具体名称和地址即可，螺杆压缩机的通讯地址直接在模块上通过旋钮开关设定，这样上位机就可通过通讯模块对螺杆压缩机PLC系统执行读取和写入了。

3 PLC与人机界面

人机界面是人与电脑之间传递、交换信息的媒介和对话窗口，是螺杆压缩机电控系统的重要组成部分，它实现终端用户的电气技术人员及操作人员通过人机界面对螺杆压缩机的运行进行数据的查询、设置、变更等操作。为此PLC控制系统的设计同样也要配置人机界面，人机界面通常有文本显示器和触摸屏两类产品选择。触摸屏在人机界面中具有操控便捷、信息量大等优点，用户只要根据屏显提示操作即可，触摸屏的信息量与文本显示器相比要大出很多。另外信息查询中还可以设置PLC的I/O实时状态信息表，方便用户在螺杆压缩机电气故障维修时观察I/O触点ON还是OFF的状态，不再用打开电气箱门去查看PLC的I/O的LED指示灯来判断故障。还有采用触摸屏可以编制动态画面、模拟仪表等电气元件画面，使控制界面更为生动直观，应用日趋广泛。

4 结论

可编程控制器由于编程方便，I/O接口模块、通讯模块及一些特殊功能模块品种齐全，在有特殊要求的螺杆压缩机和多台压缩机并行使用中有着不可替代的作用。安装4台螺杆压缩机，两台 ATLAS22、一台 ATLAS45、一台 ATLAS75、压缩空气的后处理设备冷干机一台，在使用三菱FX2N－48MR进行联网控制后，能综合控制每台机器的起停时间以满足不同时段的工作要求，定时控制水油分离器的排污时间和排污次数，节省了人力和能源消耗。

［1］刘建民，陈建军.螺杆式空压机运行及维护技术问答［M］.北京:中国电力出版社，2011:14.

［2］周书颖.PLC在空气压缩机监测保护装置中的应用［J］.工矿自动化，2002(6):36.