【壓縮機網(wǎng)】某公司在生產(chǎn)中需要大量的壓縮空氣來供給噴氣織機使用，而這些壓縮空氣都需要空氣壓縮機(以下簡稱空壓機)來供應(yīng)。生產(chǎn)中要求壓縮空氣的供應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定，但生產(chǎn)車間效率忽高忽低，用氣量不穩(wěn)定，因此5臺250kW的空壓機必須連續(xù)運轉(zhuǎn)。4臺空壓機長期加載運行，1臺空壓機加卸載運行。針對現(xiàn)有空壓機系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中存在的問題，某公司對該系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造，具體方案如下。
空壓機的工作原理及存在的問題
空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣的過程?？諌簷C的主電機為250kW，運行方式為星-角形減壓起動，即按下啟動按鈕，電機開始星形減壓起動，這時進(jìn)氣閥門關(guān)閉，而放氣閥門打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力；延時10s后，空壓機從星形自動改接成角形運行，此時進(jìn)氣閥門打開，機組滿載運行，若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升；超過設(shè)定的壓力z*大值時，進(jìn)氣閥門關(guān)閉，油氣分離器放氣，則空壓機卸載運行；當(dāng)壓力下降到z*小壓力值時，則進(jìn)氣閥門打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，空壓機加載運行。
以上系統(tǒng)在運行中存在著以下問題：
(1) 能耗大?？諌簷C的加卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在z*小值和z*大值之間來回變化，當(dāng)壓力達(dá)到z*大值時，空壓機通過關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放氣閥放出，造成能量浪費；另外，空壓機在空載時還是要帶動螺桿做回轉(zhuǎn)運動，空壓機卸載時的能耗約為滿載運行時的40%，就是說空壓機在卸載運行時消耗了一定的能量卻在做無用功。
(2) 當(dāng)噴氣織機開車效率低時，用氣量減少，空壓機卸載時間長，造成能源浪費。這段時間若改為休眠控制，其節(jié)能收益可觀。
(3) 靠周期性地開關(guān)進(jìn)氣閥，使系統(tǒng)無法連續(xù)供氣，當(dāng)用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動，用氣精度難以滿足工藝要求。再加上系統(tǒng)在運行中頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和放氣閥，會加速進(jìn)氣閥和放氣閥的磨損，增加維修成本。
(4) 主電機在工頻啟動時，對啟動設(shè)備的沖擊大，電機軸承的磨損大，設(shè)備維修量大。
(5) 主電機雖然星-角形減壓啟動，但啟動時的電流仍然很大，會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其他用電設(shè)備的運行安全。周期性的加卸載同樣會使電流波動大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
噴氣織機用壓縮空氣節(jié)能控制原理
1、系統(tǒng)組成
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和成熟，變頻調(diào)速器逐漸得到推廣和應(yīng)用，為此，我們成功的將EV2000型變頻器和PLC、人機界面連接在一起，對空壓機進(jìn)行休眠和PD控制。由壓力傳感器、PLC、變頻器、人機界面、變頻器輸入輸出電抗器等組成壓力閉環(huán)和休眠控制系統(tǒng)，對電機轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
PLC:接收壓力傳感器的信號，進(jìn)行內(nèi)部比較，如果壓力信號大于z*高壓力設(shè)定，則輸出信號給變頻器，使變頻器帶動空壓機休眠停車；如果壓力信號小于z*低壓力設(shè)定，則變頻器由休眠轉(zhuǎn)為PD閉環(huán)運行。
EV2000型變頻器：接收PLC的信號進(jìn)行PD閉環(huán)控制或休眠停機，設(shè)定z*低運行頻率為20Hz。EV2000型變頻器實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動，符合通用變頻器高性能化的趨勢，具有優(yōu)秀的防跳閘性能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)、溫度和粉塵的能力。再加上輸入、輸出電抗器的抗干擾設(shè)備，減少了變頻器對電網(wǎng)的干擾。
人機界面：可設(shè)定系統(tǒng)z*高壓力值、z*低壓力值，并顯示實際管道的實際壓力值。
電鈴：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障停車，管道壓力低于0.6MPa時，電鈴報警。
系統(tǒng)組成示意圖見圖1。
2、變頻器的PD運行
在空壓機出氣管道處安裝壓力傳感器，用來獲得所需要的電流信號，賦予PLC。經(jīng)過PLC比較，若處于0.6MPa～0.7MPa，當(dāng)系統(tǒng)用氣量小時，空壓機出口的壓力升高，傳感器的電流值增加，變頻器與設(shè)定值比較后得到偏差ε，ε經(jīng)過PD調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)后使輸出的頻率逐漸變小，電動機轉(zhuǎn)速下降，排氣量減少；當(dāng)系統(tǒng)用氣量大時，系統(tǒng)壓力逐漸降低，變頻器輸出頻率升高，電動機轉(zhuǎn)速增加，排氣量增大，滿足系統(tǒng)用氣量要求；當(dāng)供氣量與用氣量基本持平時，變頻器就會以該點的頻率運行，空壓機一直運行于z*經(jīng)濟的狀態(tài)。改造前后系統(tǒng)運行對比見圖2。
3、PLC控制變頻器休眠階段
若噴氣織機開車效率低，用氣量小時，變頻器運行頻率逐步下降，當(dāng)降到20Hz時(設(shè)定變頻器z*低運行頻率為20Hz)頻率不再下降，這時車間用氣量仍然沒有提高，則空壓機側(cè)的壓力會逐步升高。當(dāng)升高到設(shè)定值0.7MPa，則傳感器采取管道的壓力信號賦予PLC，PLC把傳感器的信號進(jìn)行比較。若壓力信號高于0.7MPa，則PLC的Y0輸出信號給變頻器的多功能端子X1使變頻器休眠；若壓力信號低于0.6MPa時，PLC的Y0端子停止輸出，變頻器由休眠狀態(tài)進(jìn)入PD閉環(huán)運行階段。改造前后系統(tǒng)運行對比見圖3。
系統(tǒng)調(diào)試
根據(jù)工藝要求、電機參數(shù)、負(fù)載特性設(shè)置變頻器的參數(shù)，進(jìn)行工頻試運行。觀察變頻器頻率上升時的情況、設(shè)備運行聲音是否正常、空壓機的壓力上升是否正常，如一切正常則改換恒壓PD閉環(huán)控制。觀察變頻器的頻率上升與下降速度，使其與空壓機壓力的升降相匹配，變頻器PD運行時，壓力振蕩控制在0.02MPa。注意機器共振點，將共振點附近的頻率跳過去。在人機界面設(shè)定z*低壓力值和z*高壓力值。若系統(tǒng)達(dá)到z*高壓力值時，變頻器休眠運行；達(dá)到z*低壓力值時，變頻器啟動空壓機進(jìn)行PD閉環(huán)運行。
在調(diào)試變頻器時應(yīng)注意以下問題：
(1) 變頻器的啟動時間。
(2) PD閉環(huán)控制時，調(diào)節(jié)比例增益和積分增益使其變化平穩(wěn)，減小壓力波動，使壓力平穩(wěn)。
(3) 如果變頻器對其他設(shè)備的干擾很大，則可將其載波頻率調(diào)低，但這樣會使電機的噪聲增大。
(4) 因變頻器帶動的是普通異步電動機，所以變頻器在低頻運行時要注意電動機的溫度。
空壓機變頻改造后的效益
1、節(jié)約能源
變頻器控制空壓機是根據(jù)生產(chǎn)中空氣量的需求來給定的，減少了空載時的無用功，節(jié)約了電能。
從上述數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)通過改造，其節(jié)電效果十分明顯。如果空壓機工作時間每年按350天來計算，則每年可節(jié)電8.4X105kW·h。
2、提高壓力控制精度
變頻控制具有精確的壓力控制能力，使空壓機的空氣壓力輸出與用氣設(shè)備所需的氣量相匹配，變頻控制空壓機的輸出氣量隨電機轉(zhuǎn)速的改變而改變。變頻器控制電機速度的精度提高，可以使儲氣罐中的壓力保持在0.7MPa左右，減少了壓力波動。若噴氣織機開車效率低用氣量小時，還可使空氣壓縮機自動停車，待壓力低時自動啟動。
3、延長機器使用壽命
變頻器的軟啟動可以減少啟動時對空壓機電器部件和機器部件的沖擊,增強系統(tǒng)可靠性,延長使用壽命。
4、保證電網(wǎng)平穩(wěn)運行
由于頻繁的加卸載運行，電流波動較大，這一波動電流影響電網(wǎng)的用電質(zhì)量，而變頻器PD閉環(huán)控制則避免了這項缺陷。
結(jié)論
噴氣織機用壓縮空氣的節(jié)能改造不僅保證了生產(chǎn)，而且節(jié)約了大量的電力資源。當(dāng)前的能源緊缺已成為我們不得不面對的現(xiàn)實，生產(chǎn)型企業(yè)通過有效提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)工藝、節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為企業(yè)生存發(fā)展的重要因素。
空壓機的工作原理及存在的問題
空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣的過程?？諌簷C的主電機為250kW，運行方式為星-角形減壓起動，即按下啟動按鈕，電機開始星形減壓起動，這時進(jìn)氣閥門關(guān)閉，而放氣閥門打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力；延時10s后，空壓機從星形自動改接成角形運行，此時進(jìn)氣閥門打開，機組滿載運行，若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升；超過設(shè)定的壓力z*大值時，進(jìn)氣閥門關(guān)閉，油氣分離器放氣，則空壓機卸載運行；當(dāng)壓力下降到z*小壓力值時，則進(jìn)氣閥門打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，空壓機加載運行。
以上系統(tǒng)在運行中存在著以下問題：
(1) 能耗大?？諌簷C的加卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在z*小值和z*大值之間來回變化，當(dāng)壓力達(dá)到z*大值時，空壓機通過關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放氣閥放出，造成能量浪費；另外，空壓機在空載時還是要帶動螺桿做回轉(zhuǎn)運動，空壓機卸載時的能耗約為滿載運行時的40%，就是說空壓機在卸載運行時消耗了一定的能量卻在做無用功。
(2) 當(dāng)噴氣織機開車效率低時，用氣量減少，空壓機卸載時間長，造成能源浪費。這段時間若改為休眠控制，其節(jié)能收益可觀。
(3) 靠周期性地開關(guān)進(jìn)氣閥，使系統(tǒng)無法連續(xù)供氣，當(dāng)用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動，用氣精度難以滿足工藝要求。再加上系統(tǒng)在運行中頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和放氣閥，會加速進(jìn)氣閥和放氣閥的磨損，增加維修成本。
(4) 主電機在工頻啟動時，對啟動設(shè)備的沖擊大，電機軸承的磨損大，設(shè)備維修量大。
(5) 主電機雖然星-角形減壓啟動，但啟動時的電流仍然很大，會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其他用電設(shè)備的運行安全。周期性的加卸載同樣會使電流波動大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
噴氣織機用壓縮空氣節(jié)能控制原理
1、系統(tǒng)組成
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和成熟，變頻調(diào)速器逐漸得到推廣和應(yīng)用，為此，我們成功的將EV2000型變頻器和PLC、人機界面連接在一起，對空壓機進(jìn)行休眠和PD控制。由壓力傳感器、PLC、變頻器、人機界面、變頻器輸入輸出電抗器等組成壓力閉環(huán)和休眠控制系統(tǒng)，對電機轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
PLC:接收壓力傳感器的信號，進(jìn)行內(nèi)部比較，如果壓力信號大于z*高壓力設(shè)定，則輸出信號給變頻器，使變頻器帶動空壓機休眠停車；如果壓力信號小于z*低壓力設(shè)定，則變頻器由休眠轉(zhuǎn)為PD閉環(huán)運行。
EV2000型變頻器：接收PLC的信號進(jìn)行PD閉環(huán)控制或休眠停機，設(shè)定z*低運行頻率為20Hz。EV2000型變頻器實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動，符合通用變頻器高性能化的趨勢，具有優(yōu)秀的防跳閘性能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)、溫度和粉塵的能力。再加上輸入、輸出電抗器的抗干擾設(shè)備，減少了變頻器對電網(wǎng)的干擾。
人機界面：可設(shè)定系統(tǒng)z*高壓力值、z*低壓力值，并顯示實際管道的實際壓力值。
電鈴：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障停車，管道壓力低于0.6MPa時，電鈴報警。
系統(tǒng)組成示意圖見圖1。
2、變頻器的PD運行
在空壓機出氣管道處安裝壓力傳感器，用來獲得所需要的電流信號，賦予PLC。經(jīng)過PLC比較，若處于0.6MPa～0.7MPa，當(dāng)系統(tǒng)用氣量小時，空壓機出口的壓力升高，傳感器的電流值增加，變頻器與設(shè)定值比較后得到偏差ε，ε經(jīng)過PD調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)后使輸出的頻率逐漸變小，電動機轉(zhuǎn)速下降，排氣量減少；當(dāng)系統(tǒng)用氣量大時，系統(tǒng)壓力逐漸降低，變頻器輸出頻率升高，電動機轉(zhuǎn)速增加，排氣量增大，滿足系統(tǒng)用氣量要求；當(dāng)供氣量與用氣量基本持平時，變頻器就會以該點的頻率運行，空壓機一直運行于z*經(jīng)濟的狀態(tài)。改造前后系統(tǒng)運行對比見圖2。
3、PLC控制變頻器休眠階段
若噴氣織機開車效率低，用氣量小時，變頻器運行頻率逐步下降，當(dāng)降到20Hz時(設(shè)定變頻器z*低運行頻率為20Hz)頻率不再下降，這時車間用氣量仍然沒有提高，則空壓機側(cè)的壓力會逐步升高。當(dāng)升高到設(shè)定值0.7MPa，則傳感器采取管道的壓力信號賦予PLC，PLC把傳感器的信號進(jìn)行比較。若壓力信號高于0.7MPa，則PLC的Y0輸出信號給變頻器的多功能端子X1使變頻器休眠；若壓力信號低于0.6MPa時，PLC的Y0端子停止輸出，變頻器由休眠狀態(tài)進(jìn)入PD閉環(huán)運行階段。改造前后系統(tǒng)運行對比見圖3。
系統(tǒng)調(diào)試
根據(jù)工藝要求、電機參數(shù)、負(fù)載特性設(shè)置變頻器的參數(shù)，進(jìn)行工頻試運行。觀察變頻器頻率上升時的情況、設(shè)備運行聲音是否正常、空壓機的壓力上升是否正常，如一切正常則改換恒壓PD閉環(huán)控制。觀察變頻器的頻率上升與下降速度，使其與空壓機壓力的升降相匹配，變頻器PD運行時，壓力振蕩控制在0.02MPa。注意機器共振點，將共振點附近的頻率跳過去。在人機界面設(shè)定z*低壓力值和z*高壓力值。若系統(tǒng)達(dá)到z*高壓力值時，變頻器休眠運行；達(dá)到z*低壓力值時，變頻器啟動空壓機進(jìn)行PD閉環(huán)運行。
在調(diào)試變頻器時應(yīng)注意以下問題：
(1) 變頻器的啟動時間。
(2) PD閉環(huán)控制時，調(diào)節(jié)比例增益和積分增益使其變化平穩(wěn)，減小壓力波動，使壓力平穩(wěn)。
(3) 如果變頻器對其他設(shè)備的干擾很大，則可將其載波頻率調(diào)低，但這樣會使電機的噪聲增大。
(4) 因變頻器帶動的是普通異步電動機，所以變頻器在低頻運行時要注意電動機的溫度。
空壓機變頻改造后的效益
1、節(jié)約能源
變頻器控制空壓機是根據(jù)生產(chǎn)中空氣量的需求來給定的，減少了空載時的無用功，節(jié)約了電能。
從上述數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)通過改造，其節(jié)電效果十分明顯。如果空壓機工作時間每年按350天來計算，則每年可節(jié)電8.4X105kW·h。
2、提高壓力控制精度
變頻控制具有精確的壓力控制能力，使空壓機的空氣壓力輸出與用氣設(shè)備所需的氣量相匹配，變頻控制空壓機的輸出氣量隨電機轉(zhuǎn)速的改變而改變。變頻器控制電機速度的精度提高，可以使儲氣罐中的壓力保持在0.7MPa左右，減少了壓力波動。若噴氣織機開車效率低用氣量小時，還可使空氣壓縮機自動停車，待壓力低時自動啟動。
3、延長機器使用壽命
變頻器的軟啟動可以減少啟動時對空壓機電器部件和機器部件的沖擊,增強系統(tǒng)可靠性,延長使用壽命。
4、保證電網(wǎng)平穩(wěn)運行
由于頻繁的加卸載運行，電流波動較大，這一波動電流影響電網(wǎng)的用電質(zhì)量，而變頻器PD閉環(huán)控制則避免了這項缺陷。
結(jié)論
噴氣織機用壓縮空氣的節(jié)能改造不僅保證了生產(chǎn)，而且節(jié)約了大量的電力資源。當(dāng)前的能源緊缺已成為我們不得不面對的現(xiàn)實，生產(chǎn)型企業(yè)通過有效提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)工藝、節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為企業(yè)生存發(fā)展的重要因素。
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