活塞式压缩机PLC 控制系统的应用

曹 扬，金海波，王晓辉

（杭州杭氧压缩机有限公司，浙江杭州 311305）

0 引言

活塞式压缩机广泛用于化工、冶金等行业，是主要的压缩气体设备。近年来，由于较低的价格、稳定的操作及简单的维护受到用户的欢迎，其在生产和商业活动中起着重要作用。某重型设备集团的天然气公司近期有很多活塞式空压机进入检修期，系统使用PLC 实时监控压缩机的启动和日常运行，出现危险信号时PLC 通过检测和传输设备得到实时反馈信息。PLC 在计算后执行相应的警报输出，并作用于警报设备。当检测到危险生产和压缩机安全的物理信号时，PLC 立即联锁并停止压缩机，执行相应的紧急处置等。同时，考虑到对自动控制系统的重大修改、性能稳定、价格低廉、功能强大，多点检查控制设备和计算机程序控制励磁柜取得了很好的效果，主要体现在缩短工作时间、减少成本输出，同时有效控制精准度与质量。网络的升级化与设备的自动化，使整个工厂以模块化的方式逐步升级。张明[1]在重庆某能源公司的LNG 调峰储备综合利用示范项目中，介绍了PLC 在往复式压缩机控制系统中的应用，主要采用PLC和触摸屏实现对压缩机的监控和报警。联锁停车和其他功能降低了系统故障率，增加了经济和安全效益。左华[2]介绍PLC 的应用，并对活塞式空压机的控制系统进行重组。与传统控制器进行对比，重新对空压机PLC 系统进行设计，主要在于软硬件及外围控制电路方面的设计，并纠正了一些实际操作过程中存在的问题。

1 两种压缩机PLC 控制系统的对比

（1）传统压缩机PLC 控制系统。其主要依靠高压开关柜及电气控制等工作，电气控制柜内部运行主要依靠继电器、动圈电接点压力表等，内部组件较为复杂，操作时间会更长。传统的压缩机PLC 控制系统，设备比较老化，操作运转不便，故障频发。由于设备难以满足社会的需求，其面临的问题越来越多，解决问题难度不断增加，导致额外投入的资金设备增多。传统压缩机PLC 控制系统不完善，设备自动化水平低，需要经常进行检测与维护。

（2）活塞式压缩机的PLC 控制系统。由于PLC 控制系统的升级，设备得到更新，系统得到优化，新型活塞式压缩机广泛应用于众多领域。新型活塞式压缩机在更新后，其计算功能不断增强，数据收集及程序控制变得容易。在智能化后，网络控制可以充当单个控制单元，方便与其他设备交换信息源，使活塞式空气压缩机的控制更加快捷，将PLC 作为主控制，并选择了一个文本显示作为参数显示单元，可以在完成逻辑控制的同时获取模拟信号，从而提供参数的实时显示和错误消息的文本显示。通过这种选择和设计，压缩机控制系统的功能更强大、结构更紧凑，部件和接线的数量也减至最少，系统发生故障的可能性大大降低，并且可以进行故障检测和消除。

2 活塞式压缩机PLC 的应用程序

（1）测试和维护。该程序限制了操作员仅能根据设置的程序来操作设备，如果发生错误的操作则会根据情况或程序自动执行。此外，通过“测试”按钮，启动试验功能，屏蔽输入及输出信号源，避免高压设备测试产生故障问题，以及其他设备维护的意外问题。同时，设备维护也是系统的重要部分，通过启动“维修”选项来进行现场模拟，无需驾驶即可模拟工况，从而简化了维护和参数调整。

（2）辅助设备控制。主机在运行过程中，辅助发动机被强制开启，其他功被阻挡。主机不运行时可以手动启动和停止油泵和水泵等辅助设备。当主机正常停止时，辅助发动机可以跟随主机并以10 s 的延迟自动停止。需要注意的是，严禁在启动其他辅助机器时开启主机部分。

（3）自动排空功能。当主机在开启以及关闭时系统会自动进行排空，可以在无负载的情况下运行和关闭主机。当主机运转时，设备自动分为两端以减少负荷，将负荷减少50%，如果压力仍然很高则将负荷减少90%。为了终止减轻负荷，当设备自动或手动减轻负载时所有级别的进气和排气压力保护功能均将关闭，以防止误报警。

（4）检测并显示运行参数。设备操作的各种参数包括机油压力、水压、排气压力、轴承的温度及润滑度等，相应的压力变送器和铂电阻信号被传送到PLC 的数模转换模块和热阻模块进行数字化操作，PLC 进行数字过滤、计算和范围转换，并显示实时参数值。文本显示允许将保护链接的信号源上载到上位机，进行实时操作控制。

（5）保护系统的建立。通过系统检测到的参数范围，来判断设备的实时运行状况，当参数值出现异常时，显示报警信号并强制终止设备运转。当文本显示出错误信息时，可以进行相应的调整。同时，当系统设备处于断电期间，设备内信息会完整，并在手动重置错误信号之前阻止引导。

（6）手动和自动操作。在开始之前，确保根据上次停止条件准备驾驶员的定期检查，包括驾驶许可信号的条件、辅助机器的运行条件、励磁设备的条件、高电压的条件、电压设备以及是否由于故障而停止运行等，以查看驱动信号是否有效。如果有效，将向设备发出空信号并自动启动辅助设备。例如，油泵、水泵等以执行参数超限检测，如果满足条件则设备启动，否则将拒绝。启动主机后，停止排气信号，延迟30 s，直到所有级别的压缩缸的进气和排气压力达到限定工作条件，然后进入气动参数保护链接，设备将切换到正常运行状态。

（7）读写信息，检测参数。该程序的设计还考虑了一些容错链接，尽可能避免人为原因导致的故障。在参数显示部分中，传感电路布线的数量很多且主要分布在系统设备周围，发生故障的可能性很高。为了满足设备运行稳定性要求并考虑到显示的直观性，添加了多点检查设备。它独立于PLC 内部参数检测程序，既可以独立运行也可以同时运行，大大提高了设备运行的稳定性。

（8）手动停车和自动停车。手动停车，当驾驶员发出停车标志时，设备先排空再停止，然后依次是主机、辅助发动机自动停止。发生故障时，车辆将立即排空并停放，同时会发生声音和视觉警报，并且根据各种类型的故障和参数，故障文本信息在文本显示屏显示，提醒工作人员。

3 活塞式压缩机PLC 的应用现状

（1）温度和压力信号接线的干扰问题。使用多点检查机时，显示值1～2 s 可能会异常，并且设备会意外停止。由于发生的可能性低，因此时间和设备条件不规则。检查仪器，如果变送器和耐热性且接线没有问题，则仪器防止电磁干扰或干扰的能力很差。更换多点检查设备，设备的检测信号线全部用金属软管屏蔽，接线不靠近电机和电源线，故障排除。

（2）设备的输入按钮信号与PLC 相结合。设备运行环境中振动明显，控制柜配线密集，设备由500 kW 高压同步电机驱动，对设备主机及励磁装置均产生较大的电磁干扰，破坏设备的操作稳定性。为保障设备操作的完整性，程序中的输入接触信号都设计有200～600 m/s 的信息延迟，排除信号干扰的问题。设备的输入按钮信号与PLC 相结合，为设备运转提供了一定保障。

（3）设定温度值及时间参数。由于主要设备有不同的环境温度和工作条件，在操作过程中设定压力时间不同，因此安装压力保护装置的时间不同。在操作过程中，保护输入时区设定值较为严格，误报现象时有发生，经验值设定为60 s。冬夏季环境温度差异较大，由于级别设定的不同，排气温度也存在很大差异。除了理论上的高温保护外，环境温度、压力值、排气温度、冷却量等也可以确定气缸的热交换条件。根据运行时间和经验判断冷却器，如果周期不变则冷却器会发生事故。

4 活塞式压缩机PLC 的应用策略

（1）设定自定义按钮，简化程序。缺乏同类型设备的设计经验，也没有模制系统供参考，因此我们观察到操作员的操作习惯，同时考虑了设备操作的稳定性，可靠性和直观性。设备检测单元范围和故障指示器信号系统，使得设备的外围电路复杂化，并且大多数控制器可以提供自动PLC 控制逻辑和手动控制输入。文本显示器上设定了自定义按钮，因此与可编程选项结合使用时，可以完全替换外部控制按钮的大多数功能。设定自定义按钮，简化了程序，例如系统设备的重叠部分。提供预设按钮，可以合理使用设备，简化接线线路，通过开启或停止按钮来实现自动化控制。

（2）注重系统的网络集成。无论自动化水平有多高，需要未来的自动化工厂完整的智能设备管理。面对这些要求，选择了完整的产品系列和具有强大网络功能的可编程控制器。根据产品介绍，可以使用通信模块直接配置当前的PLC。它是一种基于PLC 标准的工业以太网控制系统，可以通过网络控制基本设备，使设备网络化。系统的网络集成不仅提高了网络速度，还简化了网络层结构。

（3）增强采集和计算功能。PLC 的强大功能，模拟量采集，执行功能强大，通过合理的编程就可以完美地完成现有的各个组件。未来将尝试由集成电路元件组成的装置，以减小控制系统的体积并节省资金。

5 结束语

活塞式压缩机广泛用于化工等行业，是主要的压缩气体设备，近年来在生产和商业活动中发挥着重要作用。传统的活塞式压缩机利用数字显示仪表和继电器来监视和控制压缩机的运行数据，容易导致线路分散以及故障点，降低了自动化程度以及增加了维护量。本文通过对传统活塞式压缩机与活塞式压缩机PLC 进行对比，分析活塞式压缩机PLC 的应用程序及应用现状，探究活塞式压缩机PLC 的应用策略。