中央供气系统无线远程集中控制改造

杨磊李晔

云南云成印务有限公司 昆明市

一、问题的提出

两台阿特拉斯GA30型空压机，工作模式为一用一备。近年，随着公司对供气的需求量增大，先后并网并增加两台GA45型空压机，由设备维护人员根据生产需求，决定空压机的运行组合，如启动1台、2台或3台，交班时视情况进行调整或切换。因在24h连续生产过程中用气量变化较大，用气量小时空压机短暂加载后即卸载，启动频繁；用气量大时空压机长时间处于加载状态又无法卸载，不仅无法适应生产需求，而且空压机故障率高。为此决定改造中央供气系统，以确保为生产提供稳定、可靠的气源。

4台阿特拉斯GA系列空压机（无变频调速），单机设备已具备完备的自动控制功能，能以供气管道的检测气压作为控制对象，保持恒定的气压区间。4台空压机并网供气后，由操作人员控制空压机的运行组合，以启动1～2台为例，组合运行模式有：①运行1台GA30时，供气量4.5m3/min，运行功率15～30kW。②运行1台GA45时，供气量8m3/min，运行功率22～45kW。③运行两台GA30时，供气量9m3/min，运行功率30～60kW。④运行1台GA30和1台GA45时，供气量12.5m3/min，运行功率38～75kW。⑤运行两台GA45时，供气量16m3/min，运行功率45～90kW。

当用气量≤4.5m3/min时，运行1台GA30是最理想状态。4.5m3/min≤用气量≤8m3/min时，运行1台GA45是最理想状态。8m3/min≤用气量≤13m3/min时，运行1台GA30和1台GA45是最理想状态。13m3/min≤用气量≤16m3/min时，运行两台GA45是最理想状态。

实际生产中用气量会因生产调度变动、不同工序任务完成情况变化等因素在0～20m3/min波动，因此4台空压机并网供气后，彼此不能兼顾，在生产用气流量发生变化时，系统无法对用气量和供气量的变化做出正确反应，不能进行及时有效的自动调整，无法达到最佳模式运行。造成供气量不足，空压机长时间过负荷运转或供气量过大，加载卸载过于频繁。解决这些问题的关键在于使整个中央供气系统能够自适应用气量的变化，自动按最优组合控制空压机设备的运行。

二、中央供气系统改造

1.改造目标

采用远程控制，最大程度降低设备操作强度，便于设备操作人员随时监控管理系统运行状态。实时记录统计各台设备运行数据，便于维保工作及时有效进行。系统能自适应用气量的变化，自动调配在网空压机以最优策略组合运行。提高设备利用率，均分负荷，确保每台空压机运行时间基本均衡。使空压机故障率明显下降，任何一台故障待修或停机保养，不会影响整个系统的供气能力，有效降低能耗和维保费用。

2.改造方案

对由4台空压机并网组成的中央供气系统进行集中控制改造，建立智能控制系统。中央节能控制系统通过无线网络与前端监控电脑相联，管理人员可直接在办公室电脑实时监控空压机运行状态，并对空压机进行基本启、停等操作，真正实现空压机现场无人值守。

3.系统结构（图 1）

图1 改造后的中央供气系统结构

PLC可根据系统总线采集的信号，自动控制空压机启停，并将信号传至联控主机，联控主机则根据系统内各空压机的运行情况，合理控制各空压机以最理想状态运行。同时，联控主机与远程监控主机通过无线网络连接，操作人员可以通过远程监控主机实时监控系统运行情况，也可根据实际情况人为干预。

4.系统控制策略

对改造后实施的系统控制策略采用智能控制方法，对网络内的空压机根据用气量按设备功率、设备运行时间，以最优方法自动控制空压机启停。控制策略流程见图2。

图2 改造后的中央供气系统控制策略流程

（1）控制策略的主要步骤。①设定系统压力上、下限及强制停机压力后，各台空压机相继启动，联控主机开始读取各空压机数据并在触摸屏显示。②当系统压力达到上限压力时，联控主机优先卸载运行时间相对较长且功率较高的空压机，直至只有1台空压机运行。③当系统压力低于启动压力时，联控主机将优先启动两台功率较小的空压机中运行时间短的1台，若用气量仍不足，停1台功率较小的空压机，启动两台功率较大的空压机中运行时间较短的1台；若用气量还是不足，启动另一台功率小、运行时间短的空压机；若用气量还不足，则停1台小空压机，运行另一台功率较大空压机；若用气量还不足，运行1台功率大且运行时间短的空压机，同时运行两台功率小的空压机。按上述顺序各空压机逐一自动投入运行。④当系统压力下降至不同的设定值时，联控系统将逐一递增地将功率较小且运行时间短的空压机先行转入加载运行状态，以满足所设定的压力值，此后的启动方式按前述③进行。

（2）控制策略的选择机制。根据以上基本步骤，空压机以较理想状态投放运行，由于4台空压机功率不同，在控制空压机启停时，除了空压机运行时间外，还需考虑设备用电量，具体见（1）中的③。

（3）控制策略降低故障和能耗的方法。联控系统实时检测系统故障，当发现系统故障后，联控系统停止故障空压机，同时启动1台处于停机状态空压机，系统不会因某台空压机故障而影响整个管网压力及供气能力。系统具有平衡各台空压机运行时间的功能，因此各台空压机运行时间大致相同，有效降低设备故障率。

在生产用气流量发生变化时，系统对用气量和供气量的变化做出正确反应，整个中央供气系统能够自适应用气量的变化，自动按最优组合控制空压机设备运行，最大限度降低能耗。

三、改造效果

中央供气系统无线远程集中控制改造完毕投入运行1年来，实际运行数据表明，空压机及联控系统运行正常，系统可根据实际需要自动开机或加载空压机保持系统空气压力稳定，有效解决了用气量波动的自适应问题。实现操作人员远程监控管理，工作强度减轻，管控水平提升。由于每台空压机都能以最优状态运行和加载，设备故障率明显降低，公司未再出现因中央供气系统设备故障造成生产设备停机的情况。中央供气系统耗能比技改前减少20%，系统各项运行指标达到技改预期目的。 W13.10-24