PLC控制系统在汽车加气站压缩机上的应用.pdf

文章编号 1 0 0 6 2 9 7 1 2 0 1 3 0 6 0 0 2 5 0 4 P L C 控制系统在汽车加气站压缩机上的应用 阚玉兰 ，赵桂玲 沈阳鼓风机集团股份有限公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 8 6 9 摘要介绍汽车加气站压缩机P L C系统的构成及原理。 关键 词 加 气站 ；压 缩机P L C 控制 系统 中图分类号 T H4 5 文献标志码 B Ap p l i c a t i o n o f P LC Co n t r o l S y s t e m i n Co mp r e s s o r s f o r Au - t o mo b i l e Ga s F i l l i n g S t a t i o n KAN Yu l a n． Z HAO Gu i - l i n g S h e n y a n g B l o w e r Wo r k s C o r p o r a t i o n， S h e n y a n g 1 1 0 8 6 9 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e c o mp o s i t i o n a n d p r i n c i p l e o f P L C s y s t e m o f c o m p r e s s o r f o r a u t o mo b i l e g a s fi l l i n g s t a t i o n ． Ke y wo r d s g a s fi l l i n g s t a t i o n； P L C c o n t r o l s y s t e m o f c o mp r e s s o r 1 用途和适用范围 P L C控制系统专为 C N G子站天然气压缩机自 动化控制设计 ，为全 自动工作方式。其内部主要 控制 元件 采用 的是 德 国西 门子公 司 的 P L C及 T D 2 0 0 ，执行及保护元件采用法国施耐德公司的交 流接触器、热继电器等 ，整个控制系统具有可靠 性高 、稳 定性强 、易操作 、显示直 观 、参数 可设 置等特点。 2 控制系统构成 压缩机 P L C控制系统 ，按照系统功能及其布 线 ，大致 可 以分 为 3个级 分别是本 地级 、中心 控制级及上位显示级 。 本地级 主要 以连 接在工艺设 备上压 缩机运 行 各级运行参数的一次仪表 ，包含温度 、压力传感 器、现场启动 、停止 、急停等主令按钮，以及执 收稿 日期 2 0 1 3 1 0 0 9 瀚 2 0 1 3 年0 6 期 总第2 4 2 期 Co 控 n t r o Te c h n o l o l _ 行各类阀门的电磁阀等电动执行机构。本地级是 控制系统的基础 ，为压缩机提供最直接的原始判 断依据，一次仪表作为其核心部件，随着科学技 术的进步，由隔爆型仪表逐步向本安型仪表过渡。 执行阀门的开启、关闭是由电磁阀完成的，电磁 阀由机械和 电气控制部分构成。 中心控 制级作 为压缩机控制 系统 的核心 ，起 到正常启 、停压缩机功能以及故障联动功能。目 前使用较为普遍 的是西门子 P L C可编程控制器 ， 该控制器有 自带的输入、输出、通信、电源等模 块 ，这些外设模块同中心 C P U之间的联接方式 ， 有带扩展槽和用卡件 与 C P U同在一个 主板下工作 的两种形式。 上位显示 级作 为控制系统 的上 位机 ，目前 采 用触 摸屏方式 通过 C P U联接 的通讯模 块通 过 R S 2 3 2 、R S 4 8 5 联接，上位机同 P L C控制器进行通 信。上位机上面可以根据用户要求显示实时压缩 机工艺系统，各种运行参数 ，故障报警 ，可以通 过上位机画面手动遥控工艺系统阀门的开启和停 止，并且可以显示历史数据，提供报表等功能。 3 汽车加气站压缩机P l C 控制系统电路结 3 ． 1 总电源电路 该压缩机控制系统主要的电器设备是 7 5 k W 主电机一台，7 ．5 k W水泵电动机一台，7 ． 5 k W 风 扇 电机一台 ，0 ． 7 5 k W 油泵电机一 台 ，0 ． 5 5 k W 注 油器 电机一 台，油加热 器为单相用 电 ，为 1 k W。 其供电电源由汽车加气站低压供配电系统配电柜 引入 ，为 3 8 0 V三相 四线制 电源 ，低 压配 电柜设压 缩机用 电断路器一 台 ，此 开关可 以对压 缩机 电机 进行短路及过载保护。 M QF1 L1 N 图 1 3 ． 2 主电机的控制 见图1 主 电机 电路 由低压断路器 Q F 1 ，软启动器 C M C L ，旁路交流接触器 K M1 、中间继电器 K A， K A1 ，K A 2构成。需要主电机启动 ，必须具备交流 继电器 K A得电。亦就是说让中间继电器 K A 1 得 电的条件。 3 ． 3 水泵 电机 电路 见图2 图 2 水泵电机电路由主电路及控制电路构成，其 主电路由空气断路器 Q F 2 1 、交流接触器 K M 2 1 、 2 6 瓣 ， 热继电器 K F 2 1 及水泵电机 M 2 1 构成 。其控制电 路 由中间继 电器 K A1 、交流接触器 K M2 1 、热继电 器常开触点 K F 2 1 等。 3 ． 4 风扇 电机电路 见 图3 图 3 风扇电机电路 由主电路及控制电路构成，其 主电路 由空气断路器 Q F 3 1 、交流接触器 K M 3 1 、 热继电器 K F 3 1 及风扇电机 M 3 1 构成。其控制电 路由中间继电器 K A 2 、交流接触器 K M 3 1 、热继电 器常开触点 K F 3 1 等。 3 ． 5 油泵电机电路 见 图4 图 4 油 泵电机 电路 由主 电路及控 制 电路构成 ，其 主 电路 由空气 断路 器 Q F 4 1 、交 流 接触 器 K M 4 1 、 热继电器 K F 4 1 及油泵电机 M 4 1 构成。其控制电 路由中间继电器 K A 3 、交流接触器 K M 4 1 、热继电 器常开触点 K F 4 1 等。 3 ． 6 注油器电机 电路 见图5 注油器电机 电路 由主电路及控制电路构成 ， 其主电路由空气断路器 Q F 5 1 、交流接触器 K M 5 1 、 热继电器 K F 5 1 及注油器电机 M5 1 构成。其控制 2 o 1 3 年 0 6 期 总第 2 4 2期 N u uu C 0 弛 1 r● ● ●● ●。 ． ●● 、 电路 由中间继电器 K A 4 、交流接触器 K M5 1 、热继 电器常开触点 K F 5 1 等。 图 5 3 - 7 油加热器 电路 见图6 主电路 断路器 Q F 6 1 、交流接触器 K M 6 1 、 油加热电阻 R。 控制回路 交流接触器线圈 K M 6 1 。 3 8 o v A c 七 j 图 6 4 控制柜操作说明 合 上控制 柜 内的总 电源 开关 Q F 1 、分 电源 的 空气开关 Q F 2 5 及控制电源开关 Q F 6 。 若气库压力低于压缩机进气压力时，压缩机 的直冲气动阀自动打开 ，若气库压力高于中压组 气动 阀打开值 可调时 ，中压组气动阀 自动打 开。此控制与压缩机是否运行无关。 当需要压缩机处于 自动工作模式时，则须按 下控制柜上的 自动启动按钮或机旁仪表柜上的 自 动启动按钮，压缩机的 自动启停和保护等由 P 1 C 程序 自动完成 。 1 当进气压 力低 于压缩 机启 动值 可调 ， 同时气库压力低于下限值 可调时 ，压缩机 自 动启动。自动启动顺序为 首先启动水泵电机 ，7 S 嬲 2 0 1 3 年o 6 期 总第2 4 2 期 后启 动风扇 电机 和注油泵 电机 ，同时 打开所 有排 污气动阀，注油泵电机启动 2 0 s 后 ，自动启动主 电机 ，主 电机降压启动时间 9 S ，在主 电机启动结 束后 ，若压缩机进气口压力高于 7 ，6 M P a 时 ，自 动打开压缩机一 、二级进 气气动 阀 ，关 闭所 有的 排污气动阀；若压缩机进气口压力低于 7 ．6 M P A高 于 3 M P a 时，自动打开压缩机一级进气口气动阀， 关闭二级进气口气动阀，关闭所有的排污气动阀。 2 压 缩机在运行过程 中 ，当 回收罐压力 超 过 3 M P A，且回收罐压力大于进气压力时，回收罐 气动阀打开，使回收罐的天然气回到进气口。 3 压缩 机运行 中的周期排 污 压缩机 每运 行 2 h f 可调 ，一级进气排污阀、排气排污阀、二 级 排气 排污 阀 、除油 器排 污 阀分别排 污 5 S 可 调后关 闭。 4 若系统压力高于上限设定值 可调时， 压缩机 自动动停机。自动停机顺序为 关闭进气气 动阀，1 5 S 后停主电机 ，同时打开所有排污气动 阀，然后停油泵电机、风扇电机、水泵电机。若 系统压力低 于下 限设定值 可调时 ，压缩机又重 新 自动开机 。 5 当需要结束压缩机 自动运行模式时，按 下控制柜上的自动停止按钮或机旁仪表柜上的 自 动停止按钮，压缩机 自动停机，整个 自动控制结 束。停机顺序与上述 自动停机顺序相同。 6 若出现紧急情况 ，可以按下控制柜上或 机旁仪表柜上的急仵按钮，立即停止压缩机。 7 故障停机在 自动运行过程中， a 出 现一、二级排气压力超高 、进气压力偏低 、润滑 油压超高或偏低 压缩机运行 3 0 S 后检测进气压 力 、润滑油压1 、冷却水压偏低、废气 回收罐压力 压力超高、木级排温超高等故障中的任一项 ，均 会 自动关 闭进气气 动 阀 ，1 0 S 后停 止主 电机 ，同 时打开排污气动 阀，排污 1 0 S 后气 动阀关 闭 ； b 出现电机故障及软启动器故障时 ，立即关闭 进气气动阀和主电机 ，同时打开排污气动阀，排 污 1 0 S 后关闭所有气动阀。 此时，在文本显示器上会 自动弹出故障名称 ， 同时警铃声响。故障出现后，应按消音按钮，消 除警铃声响； 明确故障原 因后 ，按故障复位按钮， 为下次启动压缩机作好准备。 5 文本显示器 T D 2 0 0 I 使用说明 1 压缩机在自动运行状态时，文本显示器 上会每隔 4 s自动滚动实时显示压缩机的进气压 力 、润滑油压 、冷却水压、一级排气压力 、二级 排气压力、气库压力、废气回收罐压力及末级排 气温度。 2 压 缩机 出现故 障时 ，压缩 机 自动停 机 ， 在文本显示器上会 自动定格显示其具体故障内容。 3 参数设定说明 在文本显示器上按下 F 1 键 ，便进入参数设定 ，可设定的参数有一 、二级 进气压力 下限 、冷却水压下 限、润滑油压上下 限 、 一 、二级排气压力上限、气库压力上下限、末级 排温上限、中压阀打开设定值 、回收罐压力上限、 压缩机压力启动值设置、排污周期 、排污时间。 参数设定完毕后 ，可按下 F 2键返 回主菜单 。以 “ 设定一级排气压力的上限”说明设定参数过程 a 按 F 1 键进人参数设定界面，按▲键或 V 键 ，直 至 T D 2 0 0显 示 “ 一级排 气压力 上 限设定 ” 后 ，按 E N T E R键 ； b 确 认 后 ，T D 2 0 0显 示 “ 输入密码密码※※※※”字样，光标在千位上闪 烁，按▲键或 V键输入该位数值 ，输入完毕后按 E N T E R键； 光标自动移动到下一位上闪烁 ，再输人 数值 ，并按 E N T E R键一一确认 ； c 在正确输 入密码后 ，光标 自动移动到 “ 一级排气压力上限 设定”变量的最低位上闪烁，通过按 ▲键或V键 来改变参数值 ； d 参数设定或修改完毕后 ，按 E N T C R键将更新的变量写入 P L C ； e 参数设定 密码为 9 8 7 6 。 6 运行效果 该机经测试，各项性能指标都达到了设计的 要求，运转平稳 ，振动小 ，噪声低 ，排气量明显 提高，电能消耗与同机相比大大降低。 作者简介 阚玉兰 1 9 6 0 一 ， 女， 1 9 8 2 年毕业于锦州工学院， 高级工程 师 ， 现在 沈 阳鼓 风机 集团股 份有 限公司工 作 ， 研 究方 向为往 复压 缩 机仪 、 电控 系统设计 。 上接第 2 0页 分利用的差分进化算法 的全局搜索能力 ，弥补 F C M算法的对初始值敏感的缺点，利用改进的算 法对数据聚类过程进行仿真计算，并应用在发动 机 3类故障诊断的实际应用中。仿真和应用结果 表明改进的 F C M数据聚类算法聚类性能效果提高 明显，应用在天然气压缩机 3类故障类别分类诊 断中，结果表明故障判断准确率诊断性能可以提 高 1 5 ％以上，具有很好的实际应用性能和效果 ， 能有效应用于天然气压缩机的故障智能诊断中。 参考文献 [ 1 】 D u n n J C ． A F u z z y R e l a t i v e o f t h e I S O D A T A P r o c e s s a n d I t s U s e i n D e t e c t i n g C o m p a c t We l l - S e p a r a t e d C l u s t e r s ． Q． c y b e me t ， 1 9 7 4 3 3 2 5 7 1 ． 【 2 】 u L i l i ， Z H A N G We i g u o ， L I U X i a o x i o n g ， e t a1． A c t u a t o r L o o p F a u h D i a g n o s i s B a s e d o n C h a o t i c Di f f e r e n t i a l Ev o l u ti o n F C M A l g o r i t h m [ J ] ． Me a s u r e me n t ＆ C o n t r o l T e c h n o l o g Y ， 2 0 0 9 ， 2 8 5 9 0 9 3 ． 【 3 ] 韩英强， 吴晓平 ， 王甲生． 一种基于熵权和经验因子的模 糊综合评价方法[ J 1 ． 计算机与数字工程 ， 2 0 1 2 ， 4 0 1 1 1 0 5 - 1 0 7 ． 2 8 ； i瓣 ， [ 4 ] 张毅 ， 盛会平 ， 胡光 波． 基 于相 空 间重构和K L 变换 的压 缩机故障诊断[ J ] ． 压缩机技术， 2 0 1 l ， 4 1 9 2 1 ． [ 5 】 S e n t h i l A r u mu g a m M， R a o MV C， A a r t h i C h a n d r a m o h a n ． A Ne w a n d I mp r o v e d Ve r s i o n of P a r t i c l e S wa r m Op ti mi z a t i o n A l g o r i t h m w i t h G l o b a l - l o c a l B e s t P a r a m e t e r s [ C ] ． K n o w l I n f S y s t ， 2 0 0 8 1 6 3 3 1 - 3 5 7 ． [ 6 】 胡光波， 梁红， 徐骞． 舰船辐射噪声混沌特征提取方法研 究【 J ] ． 计算机仿真 ， 2 0 1 1 ， 2 8 2 2 2 2 4 ． 【 7 ] 王海燕， 卢山． 非线性时间序列分析及其应用[ M] ． 北京 科学出版社． 2 0 0 6 ． [ 8 ] 闫源江， 胡光波， 周勇． 舰船辐射噪声的非线性和确定性 检 验【 J 】 ．舰 船 电子 工程 ， 2 0 1 0， 3 0 1 0 1 5 0 1 5 3 ． [ 9 】 L I A O Z h i q i a n g ， L i T a i f u ， Y U D e j n n， e t a1． S h o r t T e r m Wi n d S p e e d F o r e c a s ti n g o f N e u r a l Ne t w o r k B a s e d o n P h a s e S p a c e R e c o n s t r u c t i o n [ J ] ． J o u r n a l o f J i a n g n a n U n i v e rsi t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ， 2 0 1 2 ， l 1 1 1 4 1 8 ． [ 1 0 】 胡光波， 何席兵 ， 甘新年． 基于分数阶F o u r i e r 变化累积 量的目标检测g-t j ] ． 鱼雳技术， 2 0 1 1 ， 1 9 5 3 4 4 3 4 8 ． 作者简介 张晓戎， 男 ， 本科 ， 助理工程师， 研究方向为天然气设备监 测与故障诊断。 2 0 1 3年 0 6 期 总第 2 4 2 期