压缩机恒压控制的设计方案

　　木糖醇（又名戊五醇）是由玉米芯的水解产物，经过加入适量的氢气反应而制得的。氢气压缩机是木糖醇生产的关键设备，其压缩氢气的输送质量在木糖醇生产过程中起到至关重要的作用。被输送气体的压力稳定与否直接关系到木糖醇生产过程中的生产能力、产品质量以及整个生产过程的运行状况。

　　氢气压缩机的出口气体恒压系统是木糖醇生产过程中*重要的环节。传统的控制方法（人工或自动）采用改变副线（即旁路调节）调节气体流量以保证其压力稳定。由于木糖醇生产的连续性、复杂性受诸多因素的影响，因此选择的氢气压缩机的容量必须留有充分的裕度。当采用传统控制方法时，都是以提高电耗为代价；再者，电机和氢气压缩机一直在工频满负荷的情况下运行，在很大程度上缩短了设备的使用寿命，也就是说它以牺牲电耗和设备的使用寿命换取控制的质量。为了节约电能、降低产品成本、提高控制质量以及延长电机及氢气压缩机等有关设备的使用寿命，采用氢气压缩机出口恒压变频调速控制是目前较为理想而又行之有效的途径。

　　1控制方案设计

　　压缩机从结构上可分为离心式压缩机和活塞式压缩机2种。某木糖醇生产厂有3台活塞式氢气压缩机，其配套电机额定功率为45 kW，额定电流为93. 2 A，级数为8，转速为740 r/ min，原来采用手工调节副线的方法。

　　在深入生产现场调查的基础上，根据生产工况，确定将其中的2台实现循环变频调速，另1台采用自偶降压启动、工频恒速运行。这样既可满足生产负荷变化的要求，又考虑到一旦变频器出现故障，不至于对生产造成较大的影响。

　　为了提高系统的自动化水平以及可靠性，充分利用变频器资源，设计了2种工作方式：其一是由数字调节器和变频器CCI端构成闭环控制系统；其二是当数字调节器出现故障时，可由人工调节电位器改变VCI端的电压实现开环控制。2种控制方式在PLC的配合下均可实现变频器随时无扰切换。氢气压缩机出口变频调速恒压控制方块图。

　　2硬件设计

　　考虑到目前变频器、PLC技术成熟以及货源、服务、价格等诸多因素，首次全部选用国产硬件。选用国产华为的T D2000系列变频器（现已更名为EM ERON的EV 2000系列， EV 2000系列在T D2000系列基础上增加了标准的RS 232C， RS485通讯接口） ；台达的DVP PLC系列的ES；压力变送器SYB 10000；齐纳安全栅EKZ998X.

　　2. 1变频器控制端子的定义T D2000 4T00P系列是通用型变频器。变频器T D2000 4T00P控制端子可分为模拟量输入VCI（ 0 10 V）、CCI（ 0 10 V， 0 20 mA， 4 20 mA可选择） ；模拟量输出FM （ 0 10 V可设定为工作频率）、AM （ 0 10 V可设定为负载电流）、GND（模拟地） ；运行输入X 0 X 8（多功能）、FWD（正转）、REV（反转）、COM （数字地） ；运行输出信号Y 1， Y 2（多功能） ； TB（运行正常）、T C（运行故障）、T A（ TC， TB的公共端）。其中大部分为多功能端子，可根据需要设置并选择其功能。

　　本系统变频器的端子功能定义。自/手X 6（ CCI给定和VCI给定相互切换）闭合时为自动控制方式，否则为手动控制方式。在手动控制方式下，人工调节W电位器（速度设定） VCI的电压，来实现电机转速的改变。在自动控制方式下，由数字调节器输出4 20 mA信号控制CCI端的电流，实现闭环调节，压力自动控制在数字调节器设定值，当出口压力高于设定值达到20 s且变频器Y 1有效（速度上限）时，自动停止另一台工频氢气压缩机；反之，当出口压力低于设定值达到20 s且变频器Y 2有效（速度下限）时，自动将本变频氢气压缩机切换为工频运行，然后再变频启动另一台氢气压缩机，这样根据生产负荷的变化实现自动恒压控制。

　　各种方式可以在线选择。变频器在线自动/手动的无扰切换，在手动控制方式下，数字控制器或IPC一直在工作，其控制量的输出依然与变频器的端子相连，但是其输出信号对变频器的控制是无效的。因此，本设计满足手动→自动的无扰切换。

　　当变频氢气压缩机转速接近零，并且压力高于给定值时，表明生产负荷太小，则自动停止1台工频氢气压缩机的运行，反之亦然。

　　2. 2 PLC端子的定义

　　选用台达的DVP PLC系列的ES型PLC.与国外同类产品相比，该系列具有价格低廉、编程环境友好、更适合国人应用等特点。PLC的接口及端子定义以表格的形式给出，见。中FR i闭系第i个热继电器的辅助触点常闭。K i闭系单刀双掷开关， K i闭合允许启动该机，即处于工作状态，反之处于检修状态，不允许启动该机。KM系交流接触器线圈， KM闭是指交流接触器的辅助触点常闭。

　　2. 3自检联锁保护

　　为防止工频电源通过交流接触器窜入变频器主电路输出端，控制电路及程序均采用联锁保护措施。

　　抗干扰措施：控制电路采用变压器供电与主回路隔离；对模拟信号采用双绞线加屏蔽；尽量远离强电；尽量避免与强电平行敷设。控制柜远离现场安装，测量信号通过齐纳安全栅EKZ998X与现场隔离。

　　离心式压缩机在工作时要避开喘振区域。活塞式压缩机虽然没有喘振特性，但调速运行时有可能与管路引起共振，在现场经测试后设置变频器内部参数使之有效地避开共振频率，从而有效地防止共振现象的发生。

　　3程序设计采用梯形图编程。数字调节器采用PI调节。

　　程序包括系统故障诊断、联锁保护、显示、报警、消音、参数设定等。自动检测工作/检修状态开关和热继电器状态，根据检测结果决定控制策略。运行灯亮表示氢气压缩机正在运行，闪烁表示氢气压缩机故障或开关K处于检修状态。

　　4主要功能及特点数字显示压力测量值、压力设定值、电源电压、负载电流、电机转速；工作状态显示项目有运行、氢气压缩机序号、变频器故障、压力上限、压力下限等；压力测量范围为0 10 M Pa（配装安全栅必须有良好的接地） ；压力测量精度为0. 5级；压力控制范围为0 10 M Pa（此范围内任意设定） ；速度控制范围为1 100.

　　本系统有很强的控制功能和完善的保护措施，保留与微机的通讯接口，同时具有结构简单、较好的人机界面、自动/手动无扰切换、使用方便及易维修等特点。其主要控制功能有PI控制、参数自整定、加速时间选择等。主要保护措施有电机保护、联锁保护、瞬时断电、瞬时过流、过载、过电压、欠电压、防止失速等。

　　5结论本控制装置测量精度达0. 5级，控制误差小于1% ，经现场多年运行从未发生过任何故障。系统运行以来，多次严格测试结果表明：无论从机械特性、调速范围、抗干扰能力、控制精度还是防止氢气压缩机与管路共振方面均令人满意。在其他设备及工艺条件未发生任何改变的情况下，生产过程得到了较大改善。本控制装置节约电能达30% 40%，具有明显的社会效益。