技术资料

CAC32空气压缩站集中控制系统

2017/06/22

CAC32-B3-W系统是我公司专为空压机站集中监控而开发的,它集节能、增效、管理等多项功能于一身,不仅实现了企业用气的安全稳定,同时在节能增效的方面表现尤为突出,真正实现空压机站的“无人值守,全自动运行”。
    目前该系统已经在青岛啤酒二厂、青岛啤酒平度公司、青岛啤酒成都公司以及海尔集团平度分公司、武汉分公司、合肥分公司、潍柴集团、孚日家纺、百威啤酒、伊利牛奶等数十家企业得到应用,极大地提高了用户空压机站房的管理水平,效益非常可观,得到用户的一致好评。
图片.png
一、系统组成:
系统结构如上图所示,我们的控制对象是3台离心式空压机、2台螺杆式空压机、4台吸附式干燥机、1台冷冻吸附式组合干燥机、3台水泵、3台冷却塔以及相应电动阀门、变频/工频控制柜等设备,同时系统采集主空压管路压力及温度、储气罐压力、分气缸压力及温度、各吸干机冷却水出水温度、各空压机冷却水出水温度、循环冷却水的出水温度及压力、冷却水塔进水压力、水箱液位等重要系统数据。同时,系统具有良好的扩展能力,单站扩展最大可以控制32台空压机、32台吸干机以及水泵、冷却塔等设备。
本系统由中控室的上位操作员站(工控机及组态软件系统)、现场PLC控制柜(含触摸屏)、变频水泵控制柜、变频/工频空压机控制柜、现场传感器(压力、温度等)、各空压机的电脑控制器、流量计等构成。
1、上位工控机通过工业以太网与主控PLC连接,PLC通过其自带通讯端口与空压机的电脑控制器相连接,空压机的所有运行控制是通过其电脑控制器自动完成的,通过modbus总线,PLC可以采集空压机运行的所有参数,且PLC自带以太网接口,可以直接连接以太网系统。可以通过以太网交换机方便地与其他系统接口。
上位工控机采用研祥工控IPC810系列工控机。通过以太网接口,上位机将整个系统的全部信息收集到一起,上位机可以通过以太网交换机等设备将空压站的数据打包上传到厂内的以太网,实现远程监控。
1).全中文界面的组态画面可以将系统内的所有信息,分类整理、存储、显示,对于系统的运行参数以及报警值均可以进行在线设置;
2).数值以表格、曲线、模拟图三种方式显示;
3).报表和曲线可以分为实时和历史两种,便于对系统运行状态及故障记录进行分析;
4).系统操作及参数设置均设置不同的权限,防止无关人员误操作;
5).可以通过系统音响实现系统声光报警;
6).可以通过以太网将数据直接远传至远程操作站;
7).可以人工远程操作空压机的启停;
8).整个空压站系统可以按照设定的参数或运行模式自动地运行(自动启停或切换设备);
2、传感器的信号均采用4-20mA电流方式传送,为保证采样精度,1#-4#送气口流量计的接口采用标准modbus总线通讯的模式直接采集至集中控制系统,这样上位机采集的数据与现场仪表 的数据将保持一致。
3、本系统主控PLC的CPU需要4个通讯口,分别与:上位工控机、现场触摸屏、流量计、螺杆空压机通讯。
主控PLC通过modbus总线可以监视空压机的运行,每台空压机单元由其自身的电脑控制器完成启停、稳压、保护等功能;另外作为整个系统补偿,其运行也可以由PLC通过分析管路压力及各空压机运行状态进行整体控制,使得投入运行的设备数量最少,以实现节约能源的目的。安装于PLC柜上的触摸屏可以完成除数据存储之外的所有自动控制操作,其操作与工控机上的操作是等效的。
1)通过PLC的I/O模块可以实现空压机、吸干机、电动阀门、水泵等设备运行的连锁自动控制以及运行、手/自、故障等状态的数字量信号采集。
2).通过PLC的A/D模块可以实现系统内的模拟量信号采集如温度、压力、流量等。
3).通过PLC的D/A模块可以实现对变频器运行频率的控制。
二、系统功能简介:
集中控制系统通过modbus总线可以监控每台空压机的运行,控制其运行时间及轮换次序,每台空压机单元由其自身的控制系统完成启停、稳压、保护等功能,这样不仅降低了整个控制系统的总线负担,而且提高了系统的可靠性。
由于空压机的所有运行控制是通过其电脑控制器自动完成的,通过与电脑控制器通讯端口相连的modbus总线,PLC可以采集空压机运行的所有参数,通过工控机的组态软件系统可以实现对所有参数的监控。为了保证系统的可靠性,空压机的启动、停止和加载、卸载是同时通过I/O点来控制的,避免了紧急状况时系统失控发生危险。
控制系统监控吸干机的启动与停止,并采集报警信息。
根据吸干机的工作状态,连锁监控吸干机出口电动阀门的运行。
压缩空气管道、储气罐、分气缸、冷却水管道、水箱等的压力信号、温度、水位等信号由PLC的模拟量模块直接采集,并通过系统设置的报警参数判断报警条件。
系统可以存储并记录所有运行状态及报警的实时及历史记录,并向系统发出控制指令以及设置各运行参数等。
空压机集中控制系统在空压机站使用后,不仅提高了设备的管理水平,更重要的是:由于采用变频器以及更优化的运行控制方案使的各空压机的设定排气压力均可以大大降低(只要略高于临界值即可),其节能效果是不言而喻的(例如:排气压力在0.65MPa左右时,排气压力每降低0.1MPa大约可节约能源3%),更由于优化控制算法带来的空载运行时间缩短,使得节能效果更佳,同时由于合理搭配的设备运行顺序也使得设备运行次序更为合理。
空压机站CAC32-B2-W集中控制系统的优势总结如下:
1.实时反映各点压力、温度值,精确控制系统压力及开机时刻,确保用气安全,节能效果明显;
2.可按用户指令反映机组的运行状况;
3.有运行及故障监控功能,可实现自动保护停机,可实现无人值守,节省人工,提高生产效率;
4.断电恢复后,可自动重新启动;
 5.多种控制功能,可进行设备的自动启/停,也可远程手动完成;
 6.在多种机组并联时,可以相互协调运行;
8.显示并记录各设备的累积运行时间;
9.避免出现设备同时启动的情况,保证系统对电网的冲击最小;
10.通过输入及输出端子的继电器接点可以对空压机进行直接控制;
11.系统具有良好的扩展能力最大可以扩展至32台机组;
12.根据运行时间的记录,自动调整空压机的投切、阀门开闭等操作;
13.根据用气量及空压机运行状态等参数,控制吸干机及阀门等的运行;
14.多种运行模式供用户选择:事件模式、顺序模式、时间最小模式等6种以上运行模式;
15.由于加装变频器使得启动冲击大为降低,并可以缩短启动间隔,减少空载时间,节能效果明显;
16.对循环水系统的监控,以及使用变频一拖三循环水泵控制,使得系统的可靠性得到更进一步提高,可以实现“恒温供水”的功能;
17.采集并记录水泵等设备的运行电流,以便故障发生时分析故障原因;
经过大量空压机站CAC32-B2-W集中控制系统的运行实践,我们积累了大量类似施工经验。用户在使用该系统后不仅节省了能源和人工,还使得设备的维护和保养水平得到极大提高,延长了设备使用寿命。
三、系统运行及控制方式:
(一)组态画面的操作
1.远程手动:切换至此状态后,设备的“控制方式”标签栏显示“远程手动”,“工作状态”标签栏显示“停止”;这时,按“启动”按钮,设备启动,“工作状态”标签栏显示“运行”,同时“启动”按钮变为“停止”按钮。
2.远程自动:当设备的“工作状态”标签栏显示“停止”时,按“远程自动”按钮,设备的“控制方式”标签栏显示“远程自动”,按“启动”按钮,设备进入远程自动工作状态,同时“启动”按钮变为“停止”按钮,“工作状态”标签栏的显示由当前设备的运行与否有关。远程自动方式下设备自动运行条件由设备的工况及工艺的要求决定。
3.当设备处于远程手动或远程自动的已启动状态(在远程自动状态时可能设备并未运行),不能进行控制方式的切换,当现场的转换开关打到“远程”时,设备默认的控制方式是远程手动方式。
4.远程手动或远程自动的报警条件及处理方式一致。
(二)状态显示在组态画面中应当设置设备的状态显示对话框或标签,每台设备的当前状态由设在各子站的PLC采集,并按照故障、急停、运行、停止的优先级显示其运行状态,各运行参数如温度、压力、电压、电流等在设备画面及列表中均要显示。
组态系统中加入系统设置对话框,用来设置声音类型、音量、报警时间、停电关机时间等与系统操作有关的内容
(三)操作权限
参数修改之前均要有口令提示,如:设备累计运行时间可以在输入口令后清零,口令可以修改,上位机及触摸屏均可修改参数或启动设备,其操作效果是等同的。
(四)通讯及报警
系统通讯故障报警在PLC中以输出点指示,通讯中断后各设备应继续保持原运行状态,并且各设备会通过I/O接口进行紧急监控,以保证系统运行安全,在工控机中以声音、图像报警。
报警分为两种:
1、工艺报警,一般的工艺参数报警,不影响系统正常运行,级别较低,一般不需要处理
2、故障报警,设备或系统发生较大故障,对系统运行将会产生较为严重的不良影响,级别较高,需关闭故障设备
报警列表的画面如下:
图片.png
(五)组态的内容
1.)全中文界面的组态画面可以将系统内的所有信息,分类整理、存储、显示,对于系统的运行参数以及报警值均可以进行在线设置;
 2).数值以表格、曲线、模拟图三种方式显示;
3).报表和曲线可以分为实时和历史两种,便于对系统运行状态及故障记录进行分析;
4).系统操作及参数设置均设置不同的权限,防止无关人员误操作;
5).可以通过系统音响实现系统声光报警;
6).可以通过以太网系统将数据远传至远程操作站;
7).系统包括远程手动和远程自动两种控制方式,在组态画面中应当设置远程手动和远程自动切换按钮和自动运行参数设置对话框。
上位组态画面中应当有包含的画面有:
图形类:
系统总图,明确表示出站内各设备的结构关系,在系统总图上点击每个设备的图标或按钮都可以出现相应设备对话框,显示该设备的主要运行参数。
图片.png
表格类
可以打印选定的某一表格
图片.png
1)设备状态一览表:各设备的当前状态,本次运行时间、累计运行时间等
2)实时工艺参数列表:当前各设备的温度、空气压力、电流、冷却水进出的温度等
3)设备运行历史记录:记录设备的每次状态改变并可以按时间查询
4)报警记录:报警发生的时间及报警解除的时间、报警名称(类型),模拟量的报警可以通过在组态中增加限定值来实现。
图片.png
模拟量的历史报表:记录各个采集量的历史数据,可以按时间查询。
曲线类:
 X,Y轴可以任意所缩放并可以打印选定的某一段曲线。
图片.png

 四、空压机变频/工频控制柜
 空压机变频/工频控制柜不仅能够节约大量的运行费用,降低生产成本,同时还是空压机站集中控制系统的核心控制部件。变频/工频控制柜除了能够改变空压机的运行频率,补偿系统压力之外,还可以根据PID的输出值作为系统内加载设备和停止设备的重要依据,对于整个空压机站的稳定可靠运行起到至关重要的作用。
1、空压机变频/工频控制柜具有以下优点:
a.节约能源
变频器控制空压机与传统控制的空压机比较,能源节约是最有实际意义的,根据空压空气需求量来控制空压机的产气量。节能效果十分显著,在某些特定工况(如用气量波动剧烈)下,实测的节电效果可达25%以上,平均也在15%以上。
b.综合运行成本降低
 能源成本降低效果显著,再加上变频起动后对设备的机械冲击减少(启动时转速平缓上升),加卸载次数减少,维护和维修量也跟随降低,所以运行成本将大大降低。
提高压力控制精度
本系统由变频器,压力变送器、电机、螺旋转子经PLC系统组成压力闭环PID控制系统自动调节电机转速,使储气罐内空气压力稳定在设定范围内,进行恒压控制。反馈压力与设定压力进行比较运算,实时控制变频器的输出步,从而调节电机转速,到达精确的压力控制与节能的目的。结合空压机自身的加卸载保护功能,使空压机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制空压机的输出气量随着电机转速的改变而改变,所以它可以使管网的系统压力变化保持在稳定的数值,有效地提高了供气的质量。
延长空压机的使用寿命
变频器从0HZ起动空压机,它的起动加速时间可以调整,从而减少起动时对空压机的电器部件和机械部件所造成的冲击,增强系统的可靠性,使空压机的使用寿命延长。此外,变频控制能够减少机组起动时电流波动,这一波动电流会影响电网和其它设备的用电,变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。由于变频控制空压机的输出气量随着电机转速的改变而改变,这样就极大地减少了设备的加卸载频率,使空压机的使用寿命延长。
 2、由于空压机系统的特殊工况,以及对于可靠性的极高要求,要求配接的变频控制柜需具备以下特殊配置:
空压机一般都是用户的重要装备,要求可靠性极高,加装变频后整个系统的可靠性会有所下降,为泥补这一不足,需采用变频/工频双回路结构。
由于空压机的负载为剧烈变化的,故主回路中的电流变化也非常剧烈,因而系统安装变频器之后会产生大量谐波,对设备以及电网的危害极大,严重的会导致系统不能正常工作(主要是电机绝缘等级降低,性能下降),故系统中必须要安装消除谐波的电抗器。
由于空压机的过载系数(服务系数)较大,故变频器在选型时需要比空压机的标定功率放大一档,否则在用气负荷较大时可能会产生过载停机的现象。
 d.为了实现系统的最大效率,需要配合空压机的电脑控制器来实现预期的功能,这要求设备调试及操作人员必须具备较高的技术水平,同时要对设备的负载情况比较熟悉。
在空压系统内存在多台空压机时需对所有设备通过电脑集中控制系统进行集中控制,以协调各设备工况,实现最优化运行,变频空压机正是空压机集中控制系统中不可缺少的主要设备。