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智能联 控系统在空压机上的应用

[点击量: ][来源:博莱特]

2016-07-09

  近几年,节能减 排逐渐走进人们的视线。螺杆空压机是提供 供气压力的主要设备之一,同时也 是用电大户之一,因其电机容量较大,且常年连续运行,一般空 压机的用电成本占到使用成本的70%以上。因为生产情况的变化、工人的交替、使用气量不确定,空压机 易出现频繁加卸载,造成能源的浪费。同时,随着工 业自动化水平的不断进步,对产品 的自动化及智能化要求越来越高。如何提高使用效率、降低使 用成本已成为用户的关注点。

  为配合 实现宝胜集团的“国际化、高端化、产品化、信息化”的战略目标,为厂区 内现有空压机做节能改造,特别设 计了一套智能联控系统(三台螺 杆空压机配一套智能控制柜,下面简称VCS-3)。设想的基本要求如下:(1)可以轮 流选择三台空压机处于变频调速模式,选择自 动根据系统压力智能调速;(2)可以轮 流选择三台空压机处于固定转速模式,实现星三角工频运行,确保VCS故障时 也能保证空压机正常运行;(3)VCS可实现 对空压机的真正软起,启动无电流冲击。

空压机软启动电路图

空压机软启动电路图

  具体实施方案

  三台空 压机主电机均为132kW,改造前 空压机主电机一直在全速运行,气压一直上升,当达到卸载压力时(根据用气需要设定,一般比 实际需要的压力高0.1bar),空压机卸载运行;当压力 到达设定的加载压力时(根据用气需要设定,一般比 实际用气压力低1bar),空压机加载运行,造成加 载压差损耗和空载损耗。(排气压 力升高会产生额外的功率损耗,压力每升高1bar消耗功率增加7%左右。)

  PID调节

  根据设计要求,在不改 变原空压机电控部分基础上增加一套智能控制柜,通过排 气端反馈的压力信号的大小来控制3台空压机的启停。

  VCS-3系统采用PID恒压控制,通过排 气端的反馈压力与控制系统的设定压力进行比较。根据实 际差值大小按既定的PID控制模式运算,调整主 电机的运行转速,能满足 不同工况条件下的运行,让空压 机处于变频的最佳使用模式区间,从而实现恒压供气、节能的目的。

  当系统首次开机时,外部反馈压力为零,VCS-3系统变频启动1#空压机。持续运行一段时间后,如果反 馈压力小于设定压力,系统自动将1#空压机 切换到工频运行模式,同时变频启动2#空压机,以此类推。

  当外部 反馈信号高于设定压力时,最后开启的3#空压机变频运行,直至设定的下限频率。持续运行一段时间后,反馈压 力仍然高于设定压力,则1#空压机休眠运行;当反馈 压力低于设定压力时,3#空压机运行频率上升,直至压力稳定,保证系统最优化运行。

  工变频切换

  电气系 统采用工变频切换旁路设置、轮换变频控制,保持原 有空压机运行模式,不改变 既有空压机运行模式,可以通过VCS-3控制面板进行变频/工频的 运行方式选择和设定开机顺序。

  空压机变频运行时,可减少 主电机启动时对电网及设备的冲击,同时增加启动力矩,使电机启动更平稳。当变频器出现故障时,可通过 人机操作界面将空压机从变频模式切换到工频模式,使空压机工频运行,不影响用户使用,提高系统的稳定性。

  变频器 与电机接线如图1,主控器接线图如图2,各接触器接线图如图3。

  VCS系统实际用料如表1。

  外观和内部接线图(图4)。

空压机
变频机与电机接线图
空压机
变频机与电机接线图
变频空
压机控制柜接线图
空压机
变频机与电机接线图
空压机
主机电流曲线图

  控制器程序

  因版面原因,故不附程序(如有需要,可联系本刊)

  物联网通讯

  通过物 联网物物相连的特性,系统把 空压机通过互联网接入到云计算平台。用户只 需要在能访 问互联网的条件下,即可即时监控压缩机,查看各 种运行指标和曲线。图5为单台 压缩机全屏监控页面。

  点击图 中的指标量还可查看该指标量的运行曲线(图6)。物联网 模块的主要功能:

  1.实时查看压缩机运转

  在能访 问互联网的条件下,即可即时监控压缩机,如图6。

  2.即时报警通知

  无需担 心错过报警提示信息,系统提供页面、邮件和 手机短信报警三种方式。用户可 以按照自己的习惯选择这三种报警方式。如果压 缩机有报警信息,系统会 用客户选择的报警方式第一时间通知。让用户 不会错过任何的报警信息。

  3.报警历史曲线查询

  可以选 择报警时刻前后的一个时间段,对报警 时的各种指标的历史运行曲线进行查看。结合多个报警的,以方便 用户对报警的原因进行推断,并且对 可能的故障进行预防。

  经过反 复调整程序以及现场调试,本系统在投入运行后,完全达到了设计要求。

  1、可变频 启动压缩机站房的3台设备,对电网 的冲击彻底消除;

  2、根据工 厂的用气实际需求,自动变 频其中一台设备,使得工 厂的用气压力恒定,从而实 现了节能的目的;

  3、通过改 造压缩机的控制系统,空压站 的运行参数无需专人值守,在办公室就可以24小时随时随地的查看。

  考虑到 主要的浪费为压缩机卸载运行的浪费,经过资 料查询以及压缩机生产厂家的确认,初步计算如下:

  以其中 一台经常加卸载的3#132kW空压机为例,一年运行8000小时,其中加载时间5535小时,卸载时间2465小时,电费以1.0元/度计算。

  1.空载损耗

  卸载时间×空载功率=2465*132kW*0.45 =146421kW(空载功率按满载时45%计算)

  2.压差损耗

  加载时间×高出1bar所产生的能耗=2465*132*1.1 *0.07=25054kW

  采用VSC-3系统后,通过变 频恒压控制可以避免空载和压差损耗,及每年节约146421+25054=171475kW,节约电费171475元。

  3.由于整 个系统的压力能够稳定在满足生产要求的最低压力下,在不同的用气量下,有效降 低了系统非变频压缩机的耗电量,并使得 压缩机的运行更平稳,对压缩 机主机以及电机的轴承寿命应有很大的提高。

  小结

  本次项 目对原有空压机控制系统不做电控系统的改变,具备独立工作的方式,能做到以下几点:

  不同品牌:压缩机来自不同品牌。这套VCS变频控 制系统也能使用,并达到 一样的节能效果;

  不限机型:空压机有多种机型,这套VCS变频控 制系统应该也能够做到最佳的控制方式,程序的 适当更改就能满足要求;

  不限地域:空压机 分布在不同的地域,VCS变频控 制系统依然能够实时监控企业空压机机房,随时随地,智能调控;

  智能控制:无人值守,科学管理,帮助企 业提高管理效率,降低成本;

  智能诊断:360°全方位检测,提前预 判问题精准出击;

  精确节能:自动采集能耗数据,能生成数据模型,精确的 压力带控制带来最佳节能效益;

  安全可靠:通过保 养提示和报警自动保护空压机。严重故障时自动停机。

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