1、浅谈 PLC 和变频器在空压机节能改造中的应用摘 要：空气压缩机在矿山上主要为凿岩机提供动力，空气压缩机正常才能够打眼放炮正常的生产，它是矿上采矿设备中的重点设备。如果发生空压机停止运行而且短时无法恢复故障时，将会造成采矿掘进的停工事故。空压机电气控制系统可靠性的高低将直接影响生产单位各项生产任务的完成，起着至关重要的作用。传统空压机，用工频启动造成启动电流大，对电网冲击大，电机轴承磨损大，设备维护量大；噪音大；自动化程度低，输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的，调节速度慢，波动大，不稳定，精度低。针对以上存在的问题，设计采用 PLC和变频器实现对活塞式空气压缩机的节能改造，改造后的空气
2、压缩机控制系统自动化程度高，节能效果显著，实用性好。 关键词：PLC；变频调速；空气压缩机；控制系统 中图分类号：U464.141 文献标识码：A 一、概述 空气压缩机是矿山生产重要的设备之一，它生产压缩空气，用以带动凿岩机、风动装岩机等设备及其他风动工具。其能否安全运行直接影响着矿山生产的产量和效益问题。影响其安全生产的要素主要有空压机的超温、超压、断水、断油等因素。传统空压机例如图 1 所示： 图 1 传统空压机（型号：4L-20/8） 二、PLC 和变频器的优势 可编程控制器（PLC）可靠性高、易维护、易操作、可监视并且价格不高这样的控制器来代替继电器搭成的电路。与继电器搭的控制电路比具
3、有非常大的优势。如上图所示传统的保护主要采用分离仪表，其可靠性差、集程度低、费用高，不能有效的满足矿山设备投入的经济性和安全性的要求。 传统空气压缩机加减载时电机空转,能源白白的浪费电能，利用变频器通过压力检测可以改变电机频率。从而达到节效果。 三、控制原理和控制功能 变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力，具有明显的节能效果。空压机变频节能系统原理如下:通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经 PID 调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出的相应频率和幅值的交流电，在电动机上得到相应的转速，原理图 2 如示
4、。 图 2 空压机变频系统原理图 采用可编程控制器（PLC）作为核心控制器，通过检测仪器为 PLC提供控制中所需要的信号参数对空压机进行自动巡回检测控制。进行监控的主要参数有空压机高低压缸温度、润滑油温度、电动机温度、风包温度、出水温度；高低压缸压力、风包压力、润滑油压力；高/低压、中/后冷却水断水检测等参数。 四、基于 PLC 的空压机变频控制系统 基于 PLC 的空压机变频控制系统由以下部分组成:电源，电源总开关、电控箱、变频设备、PLC 可编程控制器、压力模拟变送器、传感器、主电缆及控制线、起停按钮等。 基于 PLC 的变频控制系统原理图如图 3 所示。主要由 PLC、触摸显示屏、电源、
5、模拟量输出模块、开关量输入、输出模块等组成。通过采用 PLC 编程来实现空压机电气部分的控制。包括：风机起动、运行、停止、自动转换，压力上下限控制、设备高温报警及故障自诊断。 起动:一台电机 M1 为例如图 3 所示，可以通过转换开关选择变频/工频启动。 图 3 基于 PLC 的空压机变频控制系统原理图 运行:起动时，电机 M1 处于变频调速状态，一段时间后中频进行，最后工频运行。现场压力变送器检测管网出口压力，并与预先设定压力上下限值比较，经 PID 指令运算，得到频率信号，调节变频器的输出频率，以调节电动机的转速，达到所需压力的目的。停止时:按下停止按钮，PLC 控制所有的接触器断开，变频
6、器停止工作。报警及故障自诊断:空压机内部设置需要监测的量:冷却水压力监测、润滑油监测、机体温度监测、储气罐压力监测、电源电监测等。 综上所述，因为空压机可以在保证出产所需要的最低压力下运行，电机输入功率大大下降，辅以压力闭环控制，实现空压机的供气压力-转速的动态匹配，即电机的转速由供气压力来控制，压缩机需要多大的功率，电机就输出多大的功率，而不必做无用功，减少了电机的实际输入功率，达到节能目的。节能的第二方面是空压机休止了空转，电机不存在轻载运行，众多的改造资料显示，改造节电率可达 525%。 PLC I/O 分配：输入 启动 X0 停止 X1 复位 X2 油压低 X3 油压正常 X4水压低
7、X5 水压正常 X6 电机正常 X7 电机过载 X8 电机运行 X9 输出： 电机起动继电变频器运行 Y0 电机起动完成 Y1 油压低 Y4 水压低 Y5 过载与故障 Y6 电机运行 Y7 PLC 外部接线图 4 所示。 图 4 PLC PLC 外部接线图 PLC 梯形图如下： PLC I/O 分配：输入 : 启动 X0 停止 X1 复位 X2 油压低 X3 油压正常X4 水压低 X5 水压正常 X6 电机正常 X7 电机过载 X8 电机运行 X9 输出： 电机起动继电变频器运行 Y0 电机起动完成 Y1 储气罐气压过高 Y2 变频运行 Y3 油压低 Y4 水压低 Y5 过载与故障 Y6 电机运行Y7。 五、 结束语 利用 PLC 和变频器实现对传统空气压缩机的节能改造方，改造后系统具有节约能源，自动化程度高，降低原系统噪音，减少设备维修量等优点。
