1 引言

　空氣壓縮機(jī)作為氣動(dòng)控制系統(tǒng)的氣源設(shè)備，其在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定程度和可靠性直接關(guān)系到生產(chǎn)安全性。由于早期的電氣控制多為繼電器線路，長期運(yùn)行容易老化，從而使靈敏度降低，在運(yùn)行過程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)停機(jī)故障，給正常生產(chǎn)造成影響。采用可編程控制器技術(shù)改造空氣壓縮機(jī)的控制，克服了傳統(tǒng)的純繼電器控制電路的不足，不僅可以完成對(duì)開關(guān)量控制，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量進(jìn)行控制。滿足了系統(tǒng)對(duì)控制準(zhǔn)確性和安全性的要求。

　本文采用西門子公司的s7-300可編程控制器，對(duì)兩臺(tái)柳州柳二空機(jī)械股份有限公司(原柳州第二空氣壓縮機(jī)總廠)生產(chǎn)的zw-3/7型無油潤滑空氣壓縮機(jī)及其氣體干燥器進(jìn)行控制。本控制系統(tǒng)是在原生產(chǎn)線控制基礎(chǔ)上，進(jìn)行i/o口擴(kuò)展從而達(dá)到空壓機(jī)的控制目的。

2 系統(tǒng)工作過程

　 2.1 空氣壓縮機(jī)組的工作過程

　 在設(shè)備上電開機(jī)后，系統(tǒng)首先對(duì)空縮機(jī)的運(yùn)行條件進(jìn)行檢查，當(dāng)冷卻水壓力、空壓機(jī)曲軸箱油壓滿足要求時(shí)，1＃機(jī)啟動(dòng)，2＃機(jī)作為備用，其啟動(dòng)方式均采用y-δ起動(dòng)方式，y-δ起動(dòng)延時(shí)為6秒。起動(dòng)后，儲(chǔ)氣罐開始充氣，在儲(chǔ)氣罐壓力達(dá)到設(shè)定值0.7mpa時(shí)空縮機(jī)進(jìn)氣閥關(guān)閉，機(jī)器空運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力下降到0.65mpa時(shí)，進(jìn)氣閥打開，再次進(jìn)行充氣。由于故障等原因使儲(chǔ)氣罐壓力降到設(shè)定值0.55mpa時(shí)，且1#機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，則2#機(jī)起動(dòng)并正常運(yùn)行，其運(yùn)行原理同1#機(jī)相同，繼續(xù)對(duì)儲(chǔ)氣罐充氣。在儲(chǔ)氣罐壓力降到0.55mpa時(shí)，且2#機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，1＃機(jī)起動(dòng)并正常運(yùn)行。與此同時(shí)，兩臺(tái)機(jī)器的正常運(yùn)行時(shí)間均為12小時(shí)，也就是說，一臺(tái)機(jī)器運(yùn)行到12小時(shí)時(shí)，無論其有無故障，或是儲(chǔ)氣罐壓力是否低于0.55mpa，均要停機(jī)并啟動(dòng)另一臺(tái)機(jī)器。

　 2.2 氣體干燥設(shè)備的工作原理

　兩臺(tái)壓縮機(jī)共用一臺(tái)氣體干燥設(shè)備。該設(shè)備是采用柳州柳二空機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的gwu系列無熱氣體干燥器，其工作原理如圖1所示。開機(jī)后，a塔先做吸附運(yùn)行，b塔做再生運(yùn)行。在設(shè)定的時(shí)序控制下，進(jìn)氣電磁閥a2打開a1、b1、b2均關(guān)閉，壓縮空氣經(jīng)a2閥，從底部進(jìn)入a塔，在向上運(yùn)輸過程中，氣體中的水分被塔內(nèi)吸附劑吸掉，干燥的氣體通過梭閥c進(jìn)入儲(chǔ)氣缺罐，與此同時(shí)，在a2打開后，經(jīng)延時(shí)10秒b1打開，用b塔中的殘余氣體從上到下運(yùn)動(dòng)，將吸附劑中的小分從b1閥帶出，經(jīng)消聲器排空。其開啟的10秒時(shí)間是進(jìn)行b塔脫附工作。在a2打開后延時(shí)十分鐘后b2電磁閥打開，同時(shí)a2閥關(guān)閉，b塔進(jìn)行充氣，十秒后，a1閥打開，a塔中剩余氣體從上至下經(jīng)a1閥，從d消聲器排出，并將a塔中水分帶出，使a塔脫附，經(jīng)延時(shí)十秒a1閥關(guān)閉。此時(shí)，由于a塔中的壓力下降，b塔中的壓力上長，梭閥c將a排氣口關(guān)閉，將b排氣口打開。同理，在b2閥開啟十分鐘后，a2閥打開，b2閥關(guān)閉，延時(shí)十秒，b1閥打開，使b塔進(jìn)行脫附運(yùn)行。就這樣兩塔交替運(yùn)行，進(jìn)行對(duì)氣體的干燥。

圖1 空氣壓縮機(jī)組工作原理

3 系統(tǒng)的控制要求

　3.1 空氣壓縮機(jī)的控制要求

　　(1) 開機(jī)前按通電源，所有安裝在中控室和現(xiàn)場的狀態(tài)指示燈點(diǎn)亮，顯示當(dāng)前狀態(tài)。

　（2) 按下起動(dòng)按鈕，空壓機(jī)按y-δ方式起動(dòng)，進(jìn)氣口電磁閥打開，開始給儲(chǔ)氣罐充氣。另外，在起動(dòng)時(shí)，不要求兩臺(tái)機(jī)器同時(shí)運(yùn)行，但可選任意一臺(tái)先運(yùn)行。

　 (3) 正在運(yùn)行的機(jī)器，運(yùn)行時(shí)間超過12小時(shí)或故障，備用機(jī)起動(dòng)，并運(yùn)行。

　 (4) 在運(yùn)行過程中，如果發(fā)生水壓、油壓不足，立刻停機(jī)，并發(fā)出指示。

　 (5) 按下停止按鈕，停機(jī)。

　 3.2 氣體干燥器的控制要

　 氣體干燥器的控制與空壓機(jī)的運(yùn)行同步，與空壓機(jī)的電源一并打開，其起動(dòng)受空壓機(jī)的主接觸器的控制。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　 4.1 系統(tǒng)配置

　 本設(shè)計(jì)所選用的是s7-300的標(biāo)準(zhǔn)型cpu，i/o口選用sm321和sm322數(shù)字量輸入/輸出模塊及sm331模擬量輸入模塊在其三號(hào)擴(kuò)展槽的第二個(gè)sm口上依次進(jìn)行擴(kuò)展。

　 4.2 擴(kuò)展單元i/ｏ分配及接線

　 對(duì)西門子s7-300的擴(kuò)展口進(jìn)行分配，其接i/ｏ口定義如附表所示。

　 開關(guān)量信號(hào)的采集，空壓機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)，必須有很好的冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)，以避免運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量對(duì)機(jī)器造成損壞。所以水壓、油壓是首先要考慮的，采用壓力開關(guān)進(jìn)行這些量的采集，并連接到其數(shù)字量輸入模塊sm321上，起始地址為100.0-100.3。模擬量的采集主要是用于測試儲(chǔ)氣罐的壓力，以控制空壓機(jī)運(yùn)行。這些量需要用壓力變送器進(jìn)行采集，并將0-1mpa的壓力轉(zhuǎn)換成4-20ma的電流信號(hào)送到模擬量輸入模塊sm331上，其起始地址為672-687。其硬件接線如圖2所示。

圖2 硬件接線

　 對(duì)于空壓機(jī)的y-δ起動(dòng)，雖然在軟件程序設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行km2和km3、km5和km6的互鎖，但為了其運(yùn)行的安全性，所以在硬件連接中再一次對(duì)其進(jìn)行互鎖，確保起動(dòng)時(shí)由于觸點(diǎn)燒蝕或其它故障造成不能斷開而產(chǎn)生短路情況。氣體干燥器部分有四個(gè)電磁閥，這四個(gè)閥的在電源接通后，由ｋｍ1和ｋｍ4進(jìn)行控制，無論是1＃機(jī)還是2＃一旦起動(dòng)，氣體干燥器就開始工作，其ａ塔下面的ａ2閥打開，a塔先行工作。然后按前述的工作原理進(jìn)行工作。用ｋｍ1和ｋｍ2控制這一部分能保證氣體干燥器與空壓機(jī)的同步工作。

5 軟件設(shè)計(jì)

　5.1 空壓機(jī)控制

　 依據(jù)空壓機(jī)的工作原理設(shè)計(jì)其運(yùn)行程序。開機(jī)，檢查其水壓、油壓，在這些條件滿足時(shí)1#機(jī)起動(dòng)，并開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在此要注意的是，在運(yùn)動(dòng)中2#機(jī)的起動(dòng)，由于它一方面要受到定時(shí)器的控制，還要受到儲(chǔ)氣罐的壓力控制，當(dāng)儲(chǔ)氣罐的壓力低于0.55mpa時(shí)，這說明1#機(jī)故障，所以2#機(jī)起動(dòng)，但是這與1#機(jī)的初始條件相同，在開機(jī)時(shí)，儲(chǔ)氣罐的壓力為0，兩臺(tái)機(jī)器都可以運(yùn)行，因此在這里要求通過壓力變送器和km1、km4共同對(duì)開機(jī)進(jìn)行控制。km1、km4分別與壓力變送器串接進(jìn)行對(duì)兩臺(tái)機(jī)器的互鎖運(yùn)行控制。其主機(jī)和備用機(jī)的運(yùn)行梯形圖如圖3所示，通過i672與q108.3控制1#機(jī)起動(dòng)，i672與q108.0控制2#機(jī)的起動(dòng)。這樣就使得，當(dāng)壓力低于設(shè)定值0.55mpa時(shí)，兩臺(tái)機(jī)器不至于同時(shí)起動(dòng)。

圖3 空壓機(jī)梯形圖

5.2 氣體干燥器系統(tǒng)控制

圖4 干燥器梯形圖

　 空壓機(jī)氣體干燥器系統(tǒng)的梯形圖如圖4所示。對(duì)氣體干燥器的控制，主要依據(jù)兩臺(tái)空壓機(jī)的起動(dòng)情況而定。作為共用部分，無論那一臺(tái)機(jī)器起動(dòng)都要求氣體干燥運(yùn)行，因此，在氣體干燥的梯形圖中不必設(shè)計(jì)起、停按鈕，而是通過q108.0和q108.3即1#、2#機(jī)的km1、km4來完成其控制。

6 結(jié)束語

　 本次改造后，在空壓機(jī)在運(yùn)行過程中，減少了操作人員到現(xiàn)場的巡回次數(shù)，可以通過在中控室直接觀察空壓機(jī)的工作狀況，對(duì)現(xiàn)場出現(xiàn)的異常情況發(fā)出的報(bào)警信號(hào)，可做出快速反應(yīng)，而不是像以前那樣，等到其它氣動(dòng)控制的設(shè)備出現(xiàn)氣壓不足報(bào)警時(shí)才發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)系統(tǒng)有問題。經(jīng)過這一年多的運(yùn)行，除了設(shè)備的機(jī)械故障外，基本上沒有出現(xiàn)控制上面的問題，完全符合設(shè)計(jì)要求。采用可編程控制器對(duì)空壓機(jī)的控制，使其操作簡便，而且在運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn)定性也進(jìn)一步得到提高。