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智能聯控系統在空壓機上的應用

[點擊量: ][來源:龍8國際]

2016-07-09

  近幾年,節能減排逐漸走進人們的視線。螺桿空壓機是提供供氣壓力的主要設備之一,同時也是用電大戶之一,因其電機容量較大,且常年連續運行,一般空壓機的用電成本占到使用成本的70%以上。因為生產情況的變化、工人的交替、使用氣量不確定,空壓機易出現頻繁加卸載,造成能源的浪費。同時,隨著工業自動化水平的不斷進步,對產品的自動化及智能化要求越來越高。如何提高使用效率、降低使用成本已成為用戶的關注點。

  為配合實現寶勝集團的“國際化、高端化、產品化、信息化”的戰略目標,為廠區內現有空壓機做節能改造,特別設計了一套智能聯控系統(三臺螺桿空壓機配一套智能控制柜,下面簡稱VCS-3)。設想的基本要求如下:(1)可以輪流選擇三臺空壓機處于變頻調速模式,選擇自動根據系統壓力智能調速;(2)可以輪流選擇三臺空壓機處于固定轉速模式,實現星三角工頻運行,確保VCS故障時也能保證空壓機正常運行;(3)VCS可實現對空壓機的真正軟起,啟動無電流沖擊。

空壓機軟啟動電路圖

空壓機軟啟動電路圖

龙8国际PT   具體實施方案

  三臺空壓機主電機均為132kW,改造前空壓機主電機一直在全速運行,氣壓一直上升,當達到卸載壓力時(根據用氣需要設定,一般比實際需要的壓力高0.1bar),空壓機卸載運行;當壓力到達設定的加載壓力時(根據用氣需要設定,一般比實際用氣壓力低1bar),空壓機加載運行,造成加載壓差損耗和空載損耗。(排氣壓力升高會產生額外的功率損耗,壓力每升高1bar消耗功率增加7%左右。)

  PID調節

  根據設計要求,在不改變原空壓機電控部分基礎上增加一套智能控制柜,通過排氣端反饋的壓力信號的大小來控制3臺空壓機的啟停。

  VCS-3系統采用PID恒壓控制,通過排氣端的反饋壓力與控制系統的設定壓力進行比較。根據實際差值大小按既定的PID控制模式運算,調整主電機的運行轉速,能滿足不同工況條件下的運行,讓空壓機處于變頻的最佳使用模式區間,從而實現恒壓供氣、節能的目的。

龙8国际PT   當系統首次開機時,外部反饋壓力為零,VCS-3系統變頻啟動1#空壓機。持續運行一段時間后,如果反饋壓力小于設定壓力,系統自動將1#空壓機切換到工頻運行模式,同時變頻啟動2#空壓機,以此類推。

龙8国际PT   當外部反饋信號高于設定壓力時,最后開啟的3#空壓機變頻運行,直至設定的下限頻率。持續運行一段時間后,反饋壓力仍然高于設定壓力,則1#空壓機休眠運行;當反饋壓力低于設定壓力時,3#空壓機運行頻率上升,直至壓力穩定,保證系統最優化運行。

  工變頻切換

  電氣系統采用工變頻切換旁路設置、輪換變頻控制,保持原有空壓機運行模式,不改變既有空壓機運行模式,可以通過VCS-3控制面板進行變頻/工頻的運行方式選擇和設定開機順序。

  空壓機變頻運行時,可減少主電機啟動時對電網及設備的沖擊,同時增加啟動力矩,使電機啟動更平穩。當變頻器出現故障時,可通過人機操作界面將空壓機從變頻模式切換到工頻模式,使空壓機工頻運行,不影響用戶使用,提高系統的穩定性。

  變頻器與電機接線如圖1,主控器接線圖如圖2,各接觸器接線圖如圖3。

  VCS系統實際用料如表1。

  外觀和內部接線圖(圖4)。

空壓機變頻機與電機接線圖
空壓機變頻機與電機接線圖
變頻空壓機控制柜接線圖
空壓機變頻機與電機接線圖
空壓機主機電流曲線圖

  控制器程序

  因版面原因,故不附程序(如有需要,可聯系本刊)

  物聯網通訊

  通過物聯網物物相連的特性,系統把空壓機通過互聯網接入到云計算平臺。用戶只需要在能訪問互聯網的條件下,即可即時監控壓縮機,查看各種運行指標和曲線。圖5為單臺壓縮機全屏監控頁面。

龙8国际PT   點擊圖中的指標量還可查看該指標量的運行曲線(圖6)。物聯網模塊的主要功能:

龙8国际PT   1.實時查看壓縮機運轉

  在能訪問互聯網的條件下,即可即時監控壓縮機,如圖6。

龙8国际PT   2.即時報警通知

龙8国际PT   無需擔心錯過報警提示信息,系統提供頁面、郵件和手機短信報警三種方式。用戶可以按照自己的習慣選擇這三種報警方式。如果壓縮機有報警信息,系統會用客戶選擇的報警方式第一時間通知。讓用戶不會錯過任何的報警信息。

龙8国际PT   3.報警歷史曲線查詢

  可以選擇報警時刻前后的一個時間段,對報警時的各種指標的歷史運行曲線進行查看。結合多個報警的,以方便用戶對報警的原因進行推斷,并且對可能的故障進行預防。

龙8国际PT   經過反復調整程序以及現場調試,本系統在投入運行后,完全達到了設計要求。

  1、可變頻啟動壓縮機站房的3臺設備,對電網的沖擊徹底消除;

龙8国际PT   2、根據工廠的用氣實際需求,自動變頻其中一臺設備,使得工廠的用氣壓力恒定,從而實現了節能的目的;

龙8国际PT   3、通過改造壓縮機的控制系統,空壓站的運行參數無需專人值守,在辦公室就可以24小時隨時隨地的查看。

龙8国际PT   考慮到主要的浪費為壓縮機卸載運行的浪費,經過資料查詢以及壓縮機生產廠家的確認,初步計算如下:

  以其中一臺經常加卸載的3#132kW空壓機為例,一年運行8000小時,其中加載時間5535小時,卸載時間2465小時,電費以1.0元/度計算。

龙8国际PT   1.空載損耗

龙8国际PT   卸載時間×空載功率=2465*132kW*0.45 =146421kW(空載功率按滿載時45%計算)

  2.壓差損耗

  加載時間×高出1bar所產生的能耗=2465*132*1.1 *0.07=25054kW

  采用VSC-3系統后,通過變頻恒壓控制可以避免空載和壓差損耗,及每年節約146421+25054=171475kW,節約電費171475元。

龙8国际PT   3.由于整個系統的壓力能夠穩定在滿足生產要求的最低壓力下,在不同的用氣量下,有效降低了系統非變頻壓縮機的耗電量,并使得壓縮機的運行更平穩,對壓縮機主機以及電機的軸承壽命應有很大的提高。

  小結

龙8国际PT   本次項目對原有空壓機控制系統不做電控系統的改變,具備獨立工作的方式,能做到以下幾點:

  不同品牌:壓縮機來自不同品牌。這套VCS變頻控制系統也能使用,并達到一樣的節能效果;

  不限機型:空壓機有多種機型,這套VCS變頻控制系統應該也能夠做到最佳的控制方式,程序的適當更改就能滿足要求;

龙8国际PT   不限地域:空壓機分布在不同的地域,VCS變頻控制系統依然能夠實時監控企業空壓機機房,隨時隨地,智能調控;

龙8国际PT   智能控制:無人值守,科學管理,幫助企業提高管理效率,降低成本;

龙8国际PT   智能診斷:360°全方位檢測,提前預判問題精準出擊;

  精確節能:自動采集能耗數據,能生成數據模型,精確的壓力帶控制帶來最佳節能效益;

龙8国际PT   安全可靠:通過保養提示和報警自動保護空壓機。嚴重故障時自動停機。

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