基于工业以太网的英格索兰空压机监控系统控制与实现

摘要 针对美国英格索兰空压机电气设备老化，控制不牢靠，电气设备备件断货的情况，用西门子S7-300 PLC代替原单板机控制，用wincc6.0组态画面代替原老式操作面板进行改造。改造后，不存在备品备件断货的问题，也可以解决其他机组同样的问题，PLC采用以太网传输模式，可以实现多台机组，多台上位机控制，也可以实现无人职守。

关键词 空压机；上位机；单板机；PLC

中图分类号TM92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）88-0157-02

1 技术改造背景

我厂英格索兰机组共有5套，分别安装在两个空压站，其中7号空压站安装2台，8号空压站安装3台。这些机组在2000年投产，连续使用将近10年，随着时间的推移，机组的电气控制部分，如操作显示屏的背光、液晶显示、控制操作24V电源等辅助配套设备不同程度的出现设备老化、控制不可靠的现象；主控制的单板机控制板，随着时间推移、电子器件的老化，也急需备品备件的准备和更换，否则会影响机组的正常运行，甚至会影响到整个公司的生产。

2 解决问题的方法

争对上述问题，有两种方案可以解决。第一种，保留原控制不变，订购原来控制部分的主要备件单板机和操作显示屏。此方案保证设备运行没有问题，但是由于电子设备的升级换代，原来型号的备品备件厂家已经不生产，只能更换升级换代的产品，这样备品备件的价格较高，几年以后，还是存在备品备件的更换和产品进一步的升级换代问题。第二种方案，保留原来控制系统的控制思想，用通用的西门子S7-300 PLC代替原来单板机，用上位机代替操作面板，通过PLC编程实现系统控制。此方案改造完成以后，不存在备品备件的问题，改造用通用产品，升级换代不影响；应用上位机可以实现多台机组都在上位机操作显示，可以实现无人职守。

3 改造方案和改造过程

通过上述两种方案的比较，从经济角度和将来维护方面考虑，选择第二种方案，但是原来单板机的控制程序无法知道，我们只能从原来机组运行情况和厂家提供的说明书，去研究原来的控制过程和控制思想，将来改造后的控制可能会与原来控制不完全相同。

控制包括以下几个方面：

1）辅助油泵控制部分

由于机组有同轴油泵，当机组运行时，油由同轴油泵提供，只有在机组启动前和机组停止运行之后，辅助油泵才起作用。结合原来控制情况，辅助油泵控制如下：（1）密封气压力正常时，如果操作电送上，则辅助油泵立即启动；（2）密封气压力正常时，如果空压机启动，高压开关反馈辅助接点合上，则开始计时，延时20s时辅助油泵停止；（3）PLC发出空压机停车指令时，立即启动辅助油泵（此时高压开关反馈辅助接点不参与控制，只要PLC发出空压机跳车指令，那么就启动辅助油泵），并开始计时，延时30min停止；（4）电机运行过程中，发生低油压报警，辅助油泵自动投入运行，油压达到正常值时辅助油泵自动停止运行。但是辅助油泵的运行不论什么时候都受密封气压力和过热保护的连锁保护。

改造保持以上控制不变，在空压机机旁面板加手动控制辅助油泵卡子，卡子有三个位置，开/自动/停；辅助油泵随时可以手动控制启动和停止。辅助油泵的开和停在组态画面有相应色变显示，绿色为油泵运行，红色为油泵停止。

优点：在空压机空投时，辅助油泵开关卡子打到开的位置，辅助油泵在高压开关反馈辅助接点合上20s不会停止运行，PLC不会发低油压跳车，可以延长设备调试时间；在正常运行时，卡子打到自动位置。

2）空压机启动

空压机启动条件主要包括：操作电开关是否合上；密封气压力是否正常；油温是否正常；油压是否正常；入口阀开度是否为0°；放散阀是否为100°；仪控允许；阀门切换在自动位置。当启动条件满足，按下机旁启动按钮，空压机启动。

改造保持以上控制不变，在上位机增加开车保护程序和相应起车条件的色变显示，绿色为条件满足，红色为条件不满足。当启动条件全部具备时，上位机的“空压机启动按钮”由“灰色”不可操作，变成“白色”可以操作，机旁的“允许启动”灯亮，这时空压机允许启动，按下空压机启动按钮（机旁的启动按钮或上位机上的启动按钮，两处操作没有区别，上位机启动按钮有二次确认），空压机启动。

3）空压机停止

空压机停车条件包括：机旁急停按钮，大于空压机联锁跳车值，密封气压力低。

改造在上位机增加了停车保护程序和空压机故障跳车报警显示，使空压机运行更安全。上位机空压机停车的回路包括：1）上位机通过检测，PLC联锁跳车模块发出指令，空压机停车；2）按下上位机空压机停车按钮（有二次确认），空压机停车；3）PLC发出空压机启动指令，延时5s，如果高压开关反馈辅助接点没有闭合，PLC解除启动指令，发出“启动器故障”的跳车信号；4）空压机启动后，延时10s后，判断运行电流，，当电流没有衰减到175A以下，发出“启动时间过长”的跳车命令。空压机跳车后，需要按下跳车复位按钮才可以解除跳车信号。

4）入口阀和放散阀的控制部分

入口阀初始状态为全关状态，放散阀初始状态为全开状态。当发出启动命令后，检测到高压开关合上的信号后，入口阀马上打开到12°。以后两阀的控制以加载和卸载控制来完成。

（1）加载

点击加载按钮，首先检测电机电流，若电机电流为正常的空载电流，则比较出口压力与设定压力，若小于设定压力，则入口阀开始打开，这时电机电流开始上升，只要出口压力小于设定压力，入口阀一直打开，若电流达到节流下限175A时，入口阀保持不动，放散阀开始关闭，直到全关。当放散阀全关后，出口压力还是小于设定压力，继续打开入口阀，这时还在检查压力和电流比较，压力不够，继续开阀，当电流到电流上限205A时，无论压力是否满足，入口阀不在打开，完成加载。

（2）卸载

点击卸载按钮或空压机有跳车命令或当检测到喘振继电器动作时，发出卸载命令，放散阀全开，入口阀关到12°。

改造保持以上控制不变，在上位机增加了加载按钮保护程序和阀门的手/自动切换。当空压机启动延时10秒后，电流已经衰减到160A以下，也就是启动成功后，“加载”按钮，才由“灰色”不可操作，变为“白色”允许操作，这时才可以加载。手动和自动两种方式，通过上位机的选择开关选择。当选到“手动”时，可以对上位机对入口阀和放散阀进行校验。选到“自动”时，阀门由PLC的PID控制模块调节。

5）空压机喘振

空压机自带喘振检测装置，当空压机发生喘振时，喘振装置发跳车信号。

改造控制有所变化，由于没有空压机的喘振曲线数据，入口阀和放散阀的控制不能和全来的控制完全一样，设备经常在加载时发生喘振跳车，所以控制改为：当空压机发生喘振时，喘振装置发卸载信号，同时把入口阀和放散阀调节间隔时间延长，阀门调节延缓。

6）其它

原空压机机旁面板为单通道读取数据，而且每次只能读一个点的数据，空压机为四级压缩，点比较多，读起来非常麻烦。

改造后各点参数值在上位机显示，图形画面形象易懂，数据易读，维护非常直观。在上位机还增加了报警记录，各点的趋势，并且归档，可以调出任何时候的短期历史归档或长期历史归档，对空压机的运行情况深入了解，防患于未然。

由于设备噪声非常大，PLC采用以太网传输模式，可以实现无人值守。

4 结论

改造完成后，辅助油泵控制、机组启动、各种跳车保护和报警、加载运行都没有问题，运行良好。

这次改造我们不仅学习了空压机的工艺，而且对其他机组的改造也积累的宝贵的经验。同时，设备在备件上也解决了断货的状况，为我厂的降本增效作出贡献。