空压机站变频调速微机监控系统1引言在工业生产中，空压机的应用日趋普遍，但许多企业在空压站的操作上仍然采用人工控制、管理，尽管可能具有一定的灵活性，但是长久的人工操作所带来的缺点也非常明显：大量的能源浪费；机械设备的损坏率高；操作人员的劳动强度大，操作慢且读数不准确、不可靠；气源不稳定；历史记录不全等诸多问题。在遇到紧急情况时，解决办法单一，危险系数大。针对这些现象，笔者潜心开发出了这套空压站变频调速微机监控系统，其优越性主要有：节省能源；延长机器的寿命；实现了控制、测量、记录的全自动化，及故障报警。且读数直观，记录准确，安全保障系数大。2空压站变频调速监控系统组成原理系统由一台pc上位机，一台可编程序控制器plc（带模拟量输入输出模块）、一台变频器、四台空压机（自带plc，模拟量输入模块）、压力传感器、流量传感器及低压电器等组成；pc机与plc之间通过rs-485总线进行通讯，协议采用siemens的pc/ppi通讯协议。其系统组成框图如图1所示。图1空压机站变频调速监控系统组成框图图1中，变频器对每一台空压机实施循环软启动，plc的模拟量输入通过压力传感器采集气缸内的压力值，与设定压力值进行pi调节后，由模拟量输出模块输出4～20ma的电流信号给变频器，以调整1号机、2号机、3号机、4号机的运行速度；其数字量输出控制信号给1、2、3和4号机内的plc，以控制空压机的启停及切换。变频器将变频参数回传给plc；压力传感器、流量传感器分别将气缸内气体压力和瞬时流量回传给plc；每个plc均配有一个td-200文本显示器，用以显示工作状态和实时参数。pc机上安装监控软件，与各plc通过rs-485总线进行通信：pc机将开机或停机信号给plc，plc将收集到的各个参数给pc机；由pc机记录各个数据，并显示实时参数，计算累计流量，自动生成历史记录和历史曲线及其报表并可通过打印机打印出来。在系统运行中，笔者采用反馈控制单闭环pi调节和异步电动机变压变频调速系统（简称vvvf系统），对1号机至和4号机分台进行连续变频调速，其结构图如图2所示。图2反馈控制单闭环pid调节框图3反馈控制单闭环pi调节图3pi调节器压力传感器将分气缸内气体压力值送入plc中，与设定压力值（0.6mpa）进行pi调节。其pi的数学模型如图3，由于a点为虚地点，并且运算放大器的输入可忽略不计，故有：式中:τ=r1c1—积分时间常数；—比例放大倍数。pi调节器的输出信号由两部分组成：比例部分为kpuin，这部分可使调节器输出发生突跳变化，可加快系统的动态调节过程；积分部分为，在动态调节过程中，积分不止，直到消除系统静差。当uin为恒值时，pi调节器的输出为：在系统运行过程中，当测量压力值在0.5mpa以下，plc将逐渐增加输出到变频器中控制电流使频率增大，以加快空压机的转速，使缸内的压力变大（如图4a中的ab段）；当测量压力值超过0.5mpa，逐渐接近0.6mpa时，plc将逐渐减小输出的到变频器中控制电流，减小电流频率增大的速度，以减慢空压机的速度，使气缸内的压力尽量稳定在0.6mpa（如图4a中的cd段）；图4空压机压力调节曲线当测量压力值超过0.7mpa时，plc将输出一个较小的电流到逆变器，线性减小交流电的频率，以减慢空压机的速度，使气缸内的压力变小（如图4b中的ef段）；当测量压力值小于0.7mpa，逐渐接近0.6mpa时，plc将逐渐增大输出到逆变器的电流，减小电流频率减小的速度，以减小空压机的转速，使气缸内的压力尽量稳定在0.6mpa（如图4b中的hi段）。4异步电动机变压变频调速系统系统采用可控整流器变压、逆变器变频的交—直—交变频装置如图5所示，将380伏，50hz的交流电转换成20hz～48hz可调电压的交流电作为空压机的电源。图5交—直—交变频器原理图整流器为二极管三相桥式整流器，其作用是将定压定频交流电变换为恒定直流电，并作为逆变器的直流供电电源。逆变器是大功率晶体管组成的三相桥式电路，其作用正好与整流器相反，是将直流电变换为可调电压，可调频率的交流电，它是变频器的主要组成部分。该变频器通过4～20ma的控制电流信号到逆变器中，均匀地改变定子供电频率，即可平滑地改变电机转速；在调速过程中，变频器从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而可高效率、宽范围和高精度的调速。在变频调速系统中，电机定子通以一定频率的交流电，则产生一定的旋转磁场，电机输出轴在旋转磁场的磁力下旋转，如下式：式中:n—电机输出轴转速；f—供电频率；s—转差率；no—旋转磁场转速；p—极对数。由上式可以看出，当旋转磁场（no）、转差率（s）、极对数（p）都为恒值时，电机输出轴转速与供电频率之间成正比关系。5空压站变频调速监控系统