螺杆空气压缩机变频控制系统改造

摘要:本文介绍了螺杆空气压缩机变频控制系统的改造,以及其社会效益和经济效益。

Abstract: The thesis introduces the transformation of the variable frequency control system of screw air compressor and the social and economic benefits it would bring.

关键词:系统改造;社会效益;经济效益

Key words: transformation of system; social benefits; economic benefits

中图分类号:TH45 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)04-0069-01

1项目方案

针对矿井现有空气压缩机的运行状况,对现有压缩机系统进行变频及控制系统改造。

保留现有空气压缩机控制系统,在现有压缩机系统基础上在油气桶后增加储气罐(风包),并增加一台小功率空气压缩机,用于在用气量较小或轻微泄漏时补充储气罐内的压力,同时检测储气罐内压缩空气的压力及空气出口压缩空气流量,从而判断属于管道、接头漏气还是工作用气,在需要较大工作用气时(掘进机组工作时)启动变频空气压缩控制系统,为工作用气提供足够的压力和气量。

系统具有完善的电气保护、排气超温保护、供压超压保护、传感器失灵保护等功能,并具有良好的人机交互接口,可以通过人机接口设定压缩机的各种运行参数,同时显示各种运行参数及报警信息。在变频控制系统出现严重故障时,系统还可以切换到原有的工频控制系统,保障矿井的正常生产。

通过罗克韦尔自动化的一体式高性能PLC控制系统――1766系列PLC实现对压缩机的智能控制,通过控制变频器实现对恒定的工作气压供应,满足不同掘进机组和采煤机组用气的需求。1766-L32BWAA MicroLogix1400一体式处理器是罗克韦尔自动化最新推出的高集成化、高性能的处理器,集电源、控制器、I/O、以太网通信端口、数据监视屏为一体,并支持脉冲量、模拟输入,PTO/PWM及模拟量输出功能。

在掘进机组不工作时,控制小型空压机运行提供采煤机组工作气压,保障储气罐内最小的工作压力。当检测到较大的空气流量且压力迅速降低时,判断为掘进机组工作,快速启动大型压缩机,并根据掘进机组的数量和气量的需求自动调节电动机转速,满足工作用气并达到节约能源的目标。

变频器采用罗克韦尔自动化高性能的PowerFlex700系列变频器。PowerFlex700系列变频器提供一种对电源、控制和操作员界面的灵活封装,用于满足用户对空间、灵活性和可靠性的要求,同时变频器提供了丰富的功能,使得用户很容易对变频器进行组态而满足大多数应用的需要。该系列变频器具有以下特点:(1)频率精度:数字设定为±0.01%;模拟设定为±0.2%。可使压力波动范围满足设计要求;(2)PowerFlex700系列变频器适用恒转矩特性负载,该变频器还具有转矩补偿和提升的功能,能很好的适应空气压缩机的大惯性载荷的控制需求。

系统在变频器前端配置了输入电抗器可有效抑制谐波产生,消除对电网及周边设备的电磁干扰。

采用恒压供气智能控制系统后,不但可节约20%-50%的电力费用,延长压缩机的使用寿命,并可实现“恒压供气”的目的,提高生产效率,为企业带来更大的经济效益。

(1)改造方案框图和工作原理。在现有压缩机系统基础上在油气桶后增加储气罐(风包),并增加一台小功率空气压缩机,用于在用气量较小或轻微泄漏时补充储气罐内的压力,同时检测储气罐内压缩空气的压力及空气出口压缩空气流量,从而判断属于管道、接头漏气还是工作用气,在需要较大工作用气时(掘进机组工作时)启动变频空气压缩控制系统,为工作用气提供足够的压力和气量。

改造后系统框图

(2)节能效果分析。由于矿井的空压机容量是按照最大工作容量设计并留有余量,而实际生产中往往不会达到最大的工作容量,因此空压机的运行具有巨大的节能空间。

①空载情况。由于矿井的特定工作模式,空压机有5/6-6/7运行时间为空载运行,而空载情况下,电动机电流约为而定电流30-40%,对于110千瓦电动机来说,其空载运行功率大约为36-44千瓦,该部分电能均浪费了。

改造后控制系统采用一个小型空压机在掘进机组不工作时提供工作用气及保证储气罐及管线压力,其功率为15-22千瓦,即每小时可节省电能20千瓦左右。

②负载情况。在采煤机组或掘进机组工作时,传统空压机进入负载运行模式,其功率约为额定功率80-95%,即功率在90-100千瓦左右。而实际的运行中,由于几个掘进机组同时工作的概率非常小,如果只有一个掘进机组工作,则通过变频器控制可以降低电动机转速,保证单个机组的工作用气,其功率约为额定功率30-40%,即40千瓦左右,每小时可节约电能50千瓦。

在只有采煤机组工作时,新控制系统通过小型空压机提供工作用气,每小时可节约电能80千瓦。

2项目经济效益与社会效益

(1)节约能源。变频器控制压缩机与传统制的压缩机比较,能源节约是最有实际意义的,根据空气量需求来供给的压缩机工况是经济的。(2)降低运行成本。传统压缩机的运行成本由三项组成:初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机成本的70%。通过能源成本降低20%以上,再加上变频起动后对设备的冲击减少,维护和维修量也跟随降低,所以运行成本将大大降低。(3)提高压力控制精度。变频控制系统具有精确的压力控制能力,使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制机电速度的精度提高,所以它可以使管网的系统压力变化保持在要求范围内,有效地提高了工况的质量。

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