基于LOGO!的空壓機(jī)組自動(dòng)啟停與氣壓監(jiān)測研究

引言

為滿足飛機(jī)制造過程中對(duì)壓縮氣源的需求,某企業(yè)配置了空壓機(jī)組設(shè)備,其包括空壓機(jī)、干燥機(jī)、儲(chǔ)氣罐等重要裝置單元。即4臺(tái)某品牌型號(hào)的水冷螺桿式空壓機(jī),主要完成壓縮氣體的制造生成:4臺(tái)某品牌型號(hào)的鼓風(fēng)再生式干燥機(jī),對(duì)生成的壓縮氣體進(jìn)行過濾干燥:2個(gè)容量8m3、承載壓力1.05MPa的金屬罐體,實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮氣體的緩存功能,輔以冷卻水塔、軟化水系統(tǒng)以及油污水處理裝置,共同構(gòu)成壓縮氣源的制造生成系統(tǒng),壓縮氣源通過壓力管道輸送至飛機(jī)制造裝配站位供產(chǎn)品研制使用。

空壓機(jī)組一直都是由人工手動(dòng)操作進(jìn)行開啟和關(guān)閉,因生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)用氣時(shí)間不同,時(shí)常出現(xiàn)延時(shí)開啟或遺忘關(guān)機(jī)的現(xiàn)象,由此會(huì)耽誤一定的生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間,并造成資源能源的浪費(fèi)損耗,且頻繁的人工操作給操作人員帶來了極大的工作量和操作不便。為解決人工開啟和關(guān)閉空壓機(jī)組時(shí)存在的問題,結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)用氣需求,對(duì)該企業(yè)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí),實(shí)現(xiàn)了定時(shí)自動(dòng)開啟和關(guān)閉的功能,且可通過對(duì)管道氣體壓力值的監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)組供氣狀態(tài)的判斷。

1空壓機(jī)組自動(dòng)啟停與氣壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1空壓機(jī)組自動(dòng)啟停設(shè)計(jì)思想

空壓機(jī)組的定時(shí)啟停屬于典型的自動(dòng)控制范疇,其設(shè)計(jì)思想是以時(shí)間信號(hào)作為觸發(fā)輸入,由中央處理器進(jìn)行邏輯判斷并輸出執(zhí)行信號(hào),通過中間繼電器控制接觸器,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)主回路執(zhí)行器件的控制:干燥器的主要作用是對(duì)新產(chǎn)生的氣源進(jìn)行干燥處置,系統(tǒng)本身具有本地控制、遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)控制功能,采用時(shí)間延時(shí)啟動(dòng)和遠(yuǎn)程控制的模式實(shí)現(xiàn)干燥器的自動(dòng)啟停:空壓機(jī)組為水冷式螺桿壓縮機(jī),對(duì)冷卻水的流量、速度和溫度有較高要求,冷卻水溫度過高會(huì)造成空壓機(jī)高溫報(bào)警而停機(jī),故冷卻水泵與冷卻水塔和空壓機(jī)須同時(shí)啟動(dòng),以滿足氣源制造過程中循環(huán)水的冷卻降溫要求。依據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路,中央處理器選用西門子旗下LOGO!DM16230R模塊,帶有8個(gè)數(shù)字輸入和8個(gè)數(shù)字輸出端口,內(nèi)含繼電器、時(shí)鐘和脈沖發(fā)生器以及與、或、非等功能模塊,具有經(jīng)濟(jì)方便、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),完全可以滿足空壓機(jī)組自動(dòng)啟停控制的需要。

1.2自動(dòng)啟?？刂葡到y(tǒng)硬件組成

結(jié)合設(shè)計(jì)思路及現(xiàn)場實(shí)際情況,基于LOGO!模塊功能特點(diǎn),輔以中間繼電器、旋鈕選擇器和監(jiān)測儀表,對(duì)空壓機(jī)自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)啟動(dòng)兩種方式,并可在線和離線設(shè)置控制參數(shù)。在控制電路中,使用旋鈕選擇器可設(shè)置多個(gè)關(guān)機(jī)時(shí)間,以滿足現(xiàn)場不同時(shí)間關(guān)閉空壓機(jī)設(shè)備的實(shí)際需求,另外配置周末和工作日兩種時(shí)控模式,便于固定常用開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)間的快速設(shè)定,以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)壓縮氣源的穩(wěn)定供應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)4臺(tái)干燥機(jī)的自動(dòng)啟停控制,特在LOGO!模塊上增加拓展模塊以供干燥機(jī)裝置接入控制器系統(tǒng)。其硬件控制電路原理如圖1所示。

1.3自動(dòng)啟?？刂葡到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)基于西門子LOGO!模塊實(shí)現(xiàn),模塊配置LOGO!一8V2程序系統(tǒng),采用LoGo程序編輯軟件,按照當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)場用氣量的實(shí)際需求進(jìn)行程序設(shè)計(jì)[2],實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、穩(wěn)定供氣。4臺(tái)空壓機(jī)采用并聯(lián)控制模式,循環(huán)交替地開啟和關(guān)閉,降低了不必要的設(shè)備磨損。其控制程序設(shè)計(jì)如圖2所示。

1.4自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)及氣壓監(jiān)測裝置

自動(dòng)啟?？刂葡到y(tǒng)主要分為開機(jī)操作、關(guān)機(jī)操作和氣壓監(jiān)控三個(gè)部分。在開機(jī)操作中,到達(dá)預(yù)設(shè)定的開機(jī)時(shí)間,LOGO!控制器會(huì)激活當(dāng)值狀態(tài)空壓機(jī)的控制點(diǎn)位,并開啟冷卻水系統(tǒng),延遲設(shè)定的時(shí)間后激活預(yù)設(shè)定的干燥機(jī):在自動(dòng)控制模式下的關(guān)機(jī)操作中,到達(dá)預(yù)設(shè)定的關(guān)機(jī)時(shí)間,LOGO!控制器首先關(guān)閉空壓機(jī)和冷卻水泵,然后置位干燥機(jī)的控制點(diǎn)位關(guān)閉該干燥機(jī):在欠壓監(jiān)控裝置中,oF1斷路器日常處于連通狀態(tài),TM1為時(shí)控開關(guān),用于選擇監(jiān)測管道氣壓的時(shí)間段,待時(shí)控開關(guān)TM1到達(dá)預(yù)設(shè)的監(jiān)測時(shí)間范圍會(huì)自動(dòng)閉合,欠壓報(bào)警器sP1檢測當(dāng)前氣壓值,若當(dāng)前氣壓低于預(yù)設(shè)值,則會(huì)觸發(fā)報(bào)警器HL1和HL2報(bào)警,用來提醒維保人員檢查空壓機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。圖3為氣壓監(jiān)控報(bào)警電路圖。

2自動(dòng)啟?？刂葡到y(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1自動(dòng)啟?？刂葡到y(tǒng)整體功能

空壓機(jī)組的控制方式分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種,I14為自動(dòng)置位旋鈕開關(guān),當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)啟停模式,自動(dòng)啟?？刂乒δ軣o效,由現(xiàn)場人員根據(jù)作業(yè)需要選擇任意空壓機(jī)的開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)間點(diǎn),并在本地模式下手動(dòng)啟停任意干燥機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)工作方式下,每天按設(shè)定的時(shí)間定時(shí)開啟空壓機(jī)和冷卻水系統(tǒng),延遲時(shí)間到達(dá)后開啟干燥機(jī),干燥機(jī)的選擇通過旋鈕選擇器進(jìn)行置位:到達(dá)預(yù)設(shè)定的關(guān)機(jī)時(shí)間時(shí),依次關(guān)閉空壓機(jī)、冷卻水系統(tǒng)和干燥機(jī),關(guān)機(jī)時(shí)間通過旋鈕開關(guān)實(shí)現(xiàn)多個(gè)時(shí)刻的選擇,以應(yīng)對(duì)不同時(shí)間段的生產(chǎn)用氣需求。低壓監(jiān)控裝置安裝于氣源管道,在自動(dòng)模式和手動(dòng)模式下都會(huì)工作,當(dāng)壓力低于預(yù)設(shè)值,報(bào)警裝置會(huì)鳴笛以警示維保人員故障情況,以便及時(shí)維修排故。當(dāng)空壓機(jī)組設(shè)備需要檢修或故障修復(fù)時(shí),通過控制面板上的"自動(dòng)/手動(dòng)"選項(xiàng)置于手動(dòng)模式,空壓機(jī)組不再自動(dòng)開啟,可保證檢修作業(yè)人員的人身安全。

2.2空壓機(jī)自動(dòng)啟停輪換循環(huán)方法

為提高設(shè)備使用效能,采用4臺(tái)空壓機(jī)自動(dòng)輪換的工作方式進(jìn)行周期性工作。通過系統(tǒng)控制程序,每天開啟一臺(tái),且循環(huán)交替自動(dòng)啟停空壓機(jī),按照生產(chǎn)用氣情況設(shè)定空壓機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間和關(guān)機(jī)時(shí)間,使空壓機(jī)組處于經(jīng)濟(jì)高效的運(yùn)行狀態(tài)。

如圖4所示,B001為周定時(shí)器,用來設(shè)定每天的開機(jī)時(shí)間,B003和B004為脈寬繼電器,以滿足兩種不同型號(hào)空壓機(jī)所需的啟動(dòng)時(shí)間。UDF1模塊集成了開啟空壓機(jī)的前提條件,其內(nèi)部電路如圖5所示,當(dāng)i1、i2、i3(代表自動(dòng)位、使能位和定時(shí)位)同時(shí)滿足條件時(shí),空壓機(jī)才能正常自動(dòng)開啟,同時(shí)為下一次循環(huán)要開啟的空壓機(jī)進(jìn)行使能置位。UDF1為復(fù)位優(yōu)先型模塊,r1為復(fù)位置位點(diǎn),當(dāng)r1為1時(shí),即空壓機(jī)自動(dòng)開啟的同時(shí),便將上一臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行使能復(fù)位,為下次有序循環(huán)運(yùn)行做好準(zhǔn)備,以此實(shí)現(xiàn)同一時(shí)刻僅有一臺(tái)空壓機(jī)具備自動(dòng)控制開啟和關(guān)機(jī)的條件,且按照空壓機(jī)的程序設(shè)定順序交替循環(huán)使用。

2.3干燥機(jī)自動(dòng)啟?？刂品椒?

干燥機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)通過B045鎖存繼電器實(shí)現(xiàn),s的輸入端條件是空壓機(jī)的正常開啟,R置位為干燥機(jī)關(guān)閉,B045鎖存繼電器為復(fù)位優(yōu)先模塊,以保證干燥器可以自動(dòng)關(guān)閉。在自動(dòng)控制模式下,當(dāng)任意空壓機(jī)開啟時(shí),B045鎖存寄存器s置位為1,B045鎖存寄存器輸出為1,B046接通延時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí),當(dāng)設(shè)定的延遲時(shí)間到達(dá),相應(yīng)已經(jīng)使能置位的干燥機(jī)(使能置位由11、12、13、14通過旋鈕開關(guān)選擇)執(zhí)行開啟操作,當(dāng)干燥機(jī)關(guān)閉時(shí)刻到達(dá),B045鎖存繼電器R置位為1而執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作,B045鎖存寄存器輸出為0,干燥機(jī)即刻停止運(yùn)行。通過旋鈕選擇器分別連接4臺(tái)干燥機(jī)進(jìn)行置位,每次只使用一臺(tái)干燥機(jī),可提高干燥機(jī)的工作效能,延長其使用壽命。圖6為干燥機(jī)控制程序圖。

3空壓機(jī)組自動(dòng)啟停控制及氣壓監(jiān)測效果

通過控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)以及電氣線路改造,空壓機(jī)組的自動(dòng)啟?？刂频靡詫?shí)現(xiàn),并可以根據(jù)使用要求設(shè)置空壓機(jī)開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)間、選定工作干燥機(jī)以及對(duì)手動(dòng)或自動(dòng)控制模式進(jìn)行選擇,減少了人為因素導(dǎo)致的供氣失準(zhǔn)問題。通過氣壓監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控供氣狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了供氣啟停的自動(dòng)化控制和氣壓實(shí)時(shí)監(jiān)測,滿足了生產(chǎn)多元化需要。后續(xù)還可以根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)制造對(duì)壓縮氣體用氣量的需求,針對(duì)同時(shí)開啟多個(gè)空壓機(jī)和多臺(tái)干燥機(jī)進(jìn)一步實(shí)施技術(shù)改造研究。

4結(jié)語

基于LOGO!控制器的空壓機(jī)自動(dòng)啟?？刂葡到y(tǒng),實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)組按程序設(shè)計(jì)順序自動(dòng)啟停,并通過旋鈕選擇器和氣壓監(jiān)測器滿足了關(guān)機(jī)時(shí)間多元化需求和供氣狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能,是精準(zhǔn)化穩(wěn)定供應(yīng)氣源的重要技術(shù)改進(jìn)。