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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

AG平台官网   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。

AG平台官网   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。

AG平台官网   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

AG平台官网   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。

AG平台官网   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。

AG平台官网   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

AG平台官网   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。

AG平台官网   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。

AG平台官网   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:

AG平台官网   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。

AG平台官网   1.空载损耗

AG平台官网   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

AG平台官网   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。

AG平台官网   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;

AG平台官网   智能诊断:360°全方位检测,提前预判问题精准出击;

AG平台官网   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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