空压机变频恒压供气监控系统开题报告

1. 研究目的与意义

恒压供气系统是铁路的车辆部门、编组站等的重要动力设备，其空压机组的运行方式恰当与否，对安全生产和节约能源都有十分重要的意义。国内铁路系统驼峰空压机组有近千余套，绝大部分都是传统的继电器控制，通过加、卸载工期控制方式进行供气。本次设计通过使用PLC来控制变频器进行变频控制，多数压缩机节电率在20%，使得节电经济效益十分明显。同时控制品质大为提高，通过PID调节方式进行恒压调节，使得系统的工作效率达到最优，可使压缩空气的压力始终保持恒定。同时通过触摸屏的方式代替原始按钮操控，以及通过触摸屏可以监控整个系统的运行状态，包括当前压力值，变频器输出值，变频器和空压机的启停状态等等，使得系统在硬件和软件方面超过国内外现有系统的综合性能。

以美国寿力LS-10型固定式螺杆空压机为例,对加、卸载供气控制方式进行简单介绍。SA1转至自动位置，按下起动按钮SB2，KT1线圈得电，其瞬时闭合延时断开的动合触点闭合，KM3和KM1线圈得电动作压缩机电机开始Y形起动;此时进气控制阀YV1得电动作，控制气体从小储气罐中放出进入进气阀活塞腔，关闭进气阀，使压缩机从轻载开始起动。当KT达到设定时间(一般为6秒后)其延时断开的动断触点断开，延时闭合的动合触点闭合，KM3线圈断电释放，KM2线圈得电动作，空压机电机从Y形自动改接成△形运行。此时YV1断电关闭，从储气罐放出的控制气被切断，进气阀全开，机组满载运行。(注:进气控制阀YV1只在起动过程起作用，而卸载控制阀YV4却在起动完毕后起作用。)若所需气量低于额定排气量，排气压力上升，当超过设定的最小压力值Pmin(也称为加载压力)时，压力调节器动作，将控制气输送到进气阀，通过进气阀内的活塞，部分关闭进气阀，减少进气量，使供气与用气趋于平衡。当管线压力继续上升超过压力调节开关(SP4)设定的最大压力值Pmax(也称为卸载压力)时，压力调节开关跳开，电磁阀YV4掉电。这样，控制气直接进入进气阀，将进气口完全关闭;同时，放空阀在控制气的作用下打开，将分离罐内压缩空气放掉。当管线压力下降低于Pmin时，压力调节开关SP4复位(闭合)，YV4接通电源，这时通往进气阀和放空阀的控制气都被切断。这样进气阀重新全部打开，放空阀关闭，机组全负荷运行。

经研究我们知道，加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下，Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示:Pmax＝(1＋δ)Pmin。δ是一个百分数，其数值大致在10%～25%之间。而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气的工作压力上，即Pmin附近。由此可知，在加、卸载供气控制方式下的空压机较之变频系统控制下的空压机，所浪费的能量主要在2个部分: 压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量在压力达到Pmin后，原控制方式决定其压力会继续上升(直到Pmax)。这一过程中必将会向外界释放更多的热量，从而导致能量损失。另一方面，高于Pmin的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压至接近Pmin。这一过程同样是一个耗能过程；卸载时调节方法不合理所消耗的能量通常情况下，当压力达到Pmax时，空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。关闭进气阀使电机空转虽然可以使空压机不需要再压缩气体作功，但空

压机在空转中还是要带动螺杆做回转运动，据我们测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%～15%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之，该空压机10%的时间处于空载状态，在作无用功。很明显在加卸载供气控制方式下，空压机存在很大的节能空间。

此外，靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。

本课题旨在针对目前以继电器为主的空压机控制方式能源消耗严重、设备运行不稳定等问题，在变频控制和节能理念的基础上，设计用于空压机参数采集、变频控制的硬件设备和上位机监控系统。通过使用变频器，多数压缩机节电率在20%。由于其电动机的功率都比较大，节电量值较大，经济效益十分显著。同时控制品质大为提高，可使压缩空气的压力始终保持恒定，用户感到十分满意。

2. 研究内容与预期目标

2.1 本课题研究内容

本课题拟基于PLC、利用变频控制来构建一个稳定的空压机控制和监控系统。
系统首先可以完成空压机控制任务，利用变频器实现节能，再利用触摸屏软件设计一个可以随时监控设备运行状态的监控上位机系统。

2.2 本课题预期目标

（1）系统可以完成对空压机的变频恒压控制

（2）同时具有良好的人机界面

（3）还应提供必要的保护和报警功能。

3. 研究方法与步骤

（1）掌握PLC的基本原理；（2）掌握PLC的硬件组成及结构；（3）熟练掌握PLC的编程方法；

4. 参考文献

[11]西门子公司.SIMATIC S7-200 可编程控制器系统手册,2005

[12]史国盛，王念春.电气控制与可编程控制技术[M].北京：化工工业出版社，2004

[13]宫淑贞，王冬青.可编程控制器原理及应用[M].北京:人民邮电出版社，2002

[14]李仁.电气控制[M].北京：机械工业出版社，1990

[15]邓泽名等.电气与可编程控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社，2002

5. 工作计划

您可能感兴趣的文章

• 基于Labview的扫描磁场及电源的监测系统设计与实现开题报告
• 永磁同步电机速度检测算法方法研究开题报告
• 永磁同步电机转动惯量辨识方法研究开题报告
• 单周期控制的单相逆变器设计开题报告
• 基于LCC谐振的车载DCDC变换器设计开题报告
• 电动汽车辅助电源DC/DC装置的研究与设计开题报告
• 永磁同步电机矢量控制系统无传感器策略研究开题报告
• 医疗电动床控制系统设计开题报告
• 5kW三相三线PWM整流器设计开题报告
• 基于粒子群算法的锂离子电池的SOC状态评估开题报告