某石化集團有2台石油氣壓縮機，單機額定功率75kW，一開一備運行方式，而在實際生產(chan) 中隻需大約45kW輸出功率。壓縮機在低於(yu) 額定工況下運轉，負載率較低，而且其風壓與(yu) 流量大小要靠手動閥調節，操作困難，也浪費大量電能。為(wei) 此，考慮采用變頻調速技術進行改造，用PLC實現自動調節和各種控製功能。運行實踐證明，該方案穩定可靠，經濟效果明顯。

一、工藝要求
       (1)正常生產(chan) 過程中，2台壓縮機應至少有1台運行，即使在相互切換時，也不允許發生兩(liang) 台機器全部停止的現象。
       (2)保持壓縮機出口壓力在預定值上。
       (3)能實現對壓縮機運行狀態進行分析，以實現預測性檢修。

二、係統控製原理
       (1)工藝專(zhuan) 業(ye) 設定壓縮機管網正常出口壓力為(wei) P1，而現場實際測定壓力為(wei) P2，根據ΔP(=P2-P1)值大小由PLC內(nei) PID功能模塊進行PID運算，控製變頻器來改變電動機轉速，達到所要求的壓力。當ΔP＞0時，現場壓力偏高，則提高變頻器輸出頻率，使電動機轉速加快，提高實際風壓；當ΔP＜0時，現場壓力偏低，則使轉速降低，ΔP減小。這樣不斷調整，使ΔP趨於(yu) 0，現場實際壓力在設定壓力附近波動，保證壓力穩定。
       (2)壓縮機長期運行，造成各部件間隙變大，這樣引起的振動會(hui) 越來越大，容易造成壓縮機各部件的損壞。由PLC對現場振動情況進行判斷分析，可提前對壓縮機進行計劃性維護保養(yang) ，這樣可大大延長設備的使用壽命，提高設備運行可靠性，減少設備故障引起的非計劃性停車。

三、設計方案
       該方案主要由1台Siemens ECO1-7500/3變頻器、1台S7-200型PLC(CPU215/216，配套EM235擴展模塊)以及接觸器、操作按鈕、1台現場壓力變送器和2台振動測量裝置(振動變送器)組成，用PLC實現壓縮機出口壓力單回路閉環PID控製以及壓縮機起動、停止、切換、故障處理等各種電氣控製功能，由振動變送器對壓縮機狀態進行監控分析，以實現預測性維護維修。
       (1)PID運算功能的實現
       S7-200係列中CPU215/216具有32位浮點運算指令和內(nei) 置PID調節運算指令等特殊功能。使用時，隻需在PLC內(nei) 存中填寫(xie) 1張PID控製參數表(見下表)，再執行指令：PID TABLE, LOOP，即可完成PID運算。其中操作數TABLE使用變量存儲(chu) 器VBx，用來指明控製環的起始地址；操作數LOOP是控製環號(常數，0～7)。編號為(wei) 2、4、5、6、7的參數固定不變，可在PLC主程序中設定；編號為(wei) 1、3、8、9的參數具有實時性，須在調用PID指令時填入。
       由於(yu) S7-200輸入和輸出為(wei) 開關(guan) 量，而變頻器、壓力變送器和振動變送器的信號為(wei) 模擬量，因此EM235模塊要實現D/A轉換。一個(ge) EM235模塊可同時擴展3路模擬量輸入通道(接1路壓力信號，2路振動信號)和1路模擬量輸出通道(接至變頻器)。
       (2)起動
       M1和M2各有兩(liang) 種起動方式，可通過轉換開關(guan) 選擇變頻/工頻起動方式。
       (3)運行
       正常情況下，電動機M1處於(yu) 變頻調速狀態，電動機M2處於(yu) 停機備用狀態。現場壓力變送器檢測管網出口壓力(4～20mA模擬量信號)，並與(yu) 預定值相比較，經PLC內(nei) 部專(zhuan) 用PID指令進行運算，得到變頻器所需頻率信號，自動調節電動機轉速，達到所需管網壓力。
       (4)停止
       按下“停止按鈕”，PLC控製所有接觸器斷開，變頻器停止工作。
       (5)切換
       當需從(cong) 電動機M1切換到M2時，接觸器KM2斷開，KM1閉合，此時電動機M1工作在工頻下，在變頻器完全停止後，KM4閉合，變頻器重新起動，電動機M2在變頻器驅動下起動；完全起動後，KM1斷開，電動機M1停止，切換操作結束。電動機M2切換到M1過程類似。
       (6)報警及故障自診斷
       通過PLC內(nei) 部程序設定報警及聯鎖保護，一旦出現故障立即停止相應操作並報警。對於(yu) 故障自診斷功能，考慮到成本問題，未設計上位機，隻設置相應故障代碼，通過4位數碼管顯示，使維修人員可根據故障信息方便查找到故障點。如：(a)壓縮機油壓低、水壓低等故障信號，可由現場防爆電接點壓力表測得，直接送至PLC，由PLC控製實現聲光報警和延時停車；(b)增設現場振動傳(chuan) 感器，並將信號送至PLC，對壓縮機運行狀況進行顯示和診斷。

四、幾點體(ti) 會(hui) 和設計中應注意的問題
       (1)采用變頻控製後，實現了壓縮機的軟起動，減小了起動電流對電網的衝(chong) 擊；節電效果明顯，1年內(nei) 可回收全部投資。
       (2)采用PLC後，組成閉環自控係統，實現自動調節，運行更加穩定可靠。
       (3)變頻器、PLC、接觸器等可安裝在一台控製櫃內(nei) ，可就地或遠控操作，方式簡單靈活。
       (4)係統可擴展性較好。若有多台壓縮機在變頻/工頻供電方式下運行時，隻需將增加信息或信號引至PLC，即可實現整個(ge) 係統的自動控製；若生產(chan) 需要，本係統也可方便接入DCS或上位機，建立人機界麵的監控係統等。
       (5)預測性維護檢修可大大延長壓縮機使用壽命，提高可靠性，減少停車損失，降低運行費用。
       (6)PLC控製電動機在變頻/工頻供電方式下切換時，須保證各接觸器閉合和斷開順序以及足夠的延時，以防止電動機繞組產(chan) 生的感應電動勢加載到變頻器的輸出逆變橋上，造成損壞。
       (7)PLC須實現KM2和KM4間的互鎖，以防止2台電動機同時變頻起動，使變頻器因過載而損壞。
       (8)因2台電動機會(hui) 在短時間內(nei) 分別在工頻和變頻下同時運行，故變頻控製櫃的總電源開關(guan) 需按2台電動機負載量考慮。