IR5000控制系統(tǒng)在螺桿式空壓機上的應用

1 概述

我廠空壓站共有1#、2#、3# 英格索蘭螺桿式空壓機(56 m3/min，300 kW /臺)3臺，其工作原理是當空氣壓力超過設定的壓力時，壓縮機進氣管上碟閥自動關閉，壓縮機進入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài)，當儲氣罐內(nèi)的空氣壓力低于設定壓力時，壓縮機進氣管碟閥自動開啟，壓縮機又進入到滿載工作狀態(tài)。空氣壓縮機的排氣量和壓力，在運轉(zhuǎn)中是變化的，常因工況變化導致用氣量變化，所以空氣壓縮機工作時總是在重復滿載原卸荷工作方式。滿載時的工作電流接近電動機的額定電流，卸荷時的空轉(zhuǎn)電流為30豫耀50豫電動機額定電流，這部分電流不是做有用功，而是機械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗。另外，原有運行方式為星-角降壓起動后全壓運行，存在著浪費電能的現(xiàn)象，且無法實現(xiàn)自動控制。因此，對空壓機控制系統(tǒng)加裝了IR5000 控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造，IR5000 內(nèi)的變頻器根據(jù)儲氣罐壓力自動調(diào)節(jié)運行頻率，達到節(jié)能的目的。

2 IR5000控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)介紹

IR5000 是壓縮機技術(shù)和變頻控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品，由英格索蘭提供壓縮機技術(shù)及機械原理，流體及應力特性，系統(tǒng)中使用的變頻器是丹佛斯依靠這些原理及特性開發(fā)出的專為英格索蘭螺桿壓縮機設計的專用變頻器。IR5000 是英格索蘭擁有知識產(chǎn)權(quán)的高效節(jié)能系統(tǒng)，它不同于市場上通用的變頻器，所以對壓縮機進行改造，不是單純的只加一套變頻系統(tǒng)，而是壓縮機技術(shù)+變頻控制技術(shù)的改造。

IR5000 高效節(jié)能控制系統(tǒng)與空壓機原有的Intellisys 控制器實現(xiàn)一體化控制，會根據(jù)實際的用氣量實時調(diào)整空壓機的轉(zhuǎn)速，以維持空氣系統(tǒng)恒定的壓力。它主要有兩種模式：

1)Setup1，IR5000 以最低頻率運行，空壓機處于卸載狀態(tài);

2)Setup2，IR5000 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以維持恒定壓力，空壓機處于加載模式。

在使用IR5000 時，空壓機依然根據(jù)起跳壓力、回跳壓力來控制空壓機的加卸載，同時，IR5000 會調(diào)整轉(zhuǎn)速，盡量維持系統(tǒng)壓力能夠穩(wěn)定在壓力帶的范圍之內(nèi)。當系統(tǒng)壓力高于IR5000 的目標壓力，IR5000 會降低空壓機的轉(zhuǎn)速以減少供氣量，從而使系統(tǒng)壓力緩慢下降，當系統(tǒng)壓力降至目標壓力附近，IR5000 會增加空壓機的電機轉(zhuǎn)速以增加供氣量。

2.2 IR5000工作流程

IR5000工作流程如圖1 所示。

2.3 IR5000與一般控制系統(tǒng)的區(qū)別

1)開發(fā)了消除螺桿壓縮機的共振點跳躍點;

2)開發(fā)了對于啟動壓縮機時需要的大扭矩;

3)開發(fā)了啟動壓縮機時潤滑油路自循環(huán)所建立壓力的需求時間;

4)開發(fā)了變頻系統(tǒng)對壓縮機信號干擾的消除系統(tǒng);

5)開發(fā)了全系列螺桿壓縮機(5耀355 kW)的高效節(jié)能控制系統(tǒng);

6)開發(fā)了能夠消除由于壓縮機故障引起的噴油故障;

7)開發(fā)了通過檢測現(xiàn)場用氣點壓力而調(diào)節(jié)壓縮機組成系統(tǒng)的供氣量;

8)開發(fā)了壓縮機和變頻器故障點互相保護設備的控制系統(tǒng);

9)開發(fā)了壓縮機啟動時低速潤滑軸承的功能;

10)開發(fā)了保護電機發(fā)熱的功能。

2.4 IR5000系統(tǒng)運行優(yōu)點

1)根據(jù)不同的工況和用氣情況調(diào)節(jié)空壓機轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果一般可達到25%耀30%;

2)實現(xiàn)軟起，減少了起動瞬間對電機電氣元件的沖擊，延長了電機和接觸器的壽命;

3)減少空壓機頻繁加卸載，由于卸載次數(shù)的減少，噪聲也相應減少;

4)同時監(jiān)視多個參數(shù)，具有完善的保護措施，使空氣壓縮系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，減少了停機時間，降低了生產(chǎn)的損失;

5)空壓機與IR5000一體化控制涉及到空壓機的運行工藝條件、空壓機防振動、防嘔油、以及電機溫度保護、壓力特性曲線等，同時與空壓機原有Intellisys 控制器緊密集成。

3 IR5000系統(tǒng)中變頻器的選型及設置

空壓機的的型號是M300-2S，電機額定電流為548 A，最大運行電流630.2 A(因為空壓機本身過載系數(shù)是1.15)?？紤]當變頻器滿負荷運行(50 Hz)時，如果輸入電壓有所下降(假設0.5%)而造成電機電流上升，則空壓機實際最大運行電流可達630.2伊1.05=661.71 A，所以選用的變頻器型號為FC302-P-355-T5，額定電流745 A。

變頻參數(shù)設置如表1所列。

4 IR5000控制系統(tǒng)圖

IR5000 控制系統(tǒng)圖如圖2 所示。

5 運行分析

2009 年3月底開始對空壓機控制系統(tǒng)進行改造，4 月1 號正式運行，在運行過程中，發(fā)現(xiàn)IR5000控制系統(tǒng)電盤溫度過高，每個IR5000 控制柜包括左右兩個柜體，即接觸器柜體和變頻器柜體，接觸器柜體空氣開關以及空開到接觸器的銅排經(jīng)測溫度達到85益，變頻器柜體溫度也達到了70益，而控制柜內(nèi)空氣斷路器和銅排的選型是嚴格按照國家標準進行的。經(jīng)過現(xiàn)場測量和判斷，接觸器單元發(fā)熱是因為柜內(nèi)無足夠空氣流通，造成柜內(nèi)熱氣無法排出而引起的;變頻器柜體發(fā)熱是由于冷卻空調(diào)功率為4 kW，而變頻器發(fā)熱功率約為7 kW，很明顯，冷卻空調(diào)不能滿足變頻器柜體散熱，且由于現(xiàn)場控制間環(huán)境溫度較高，為了保證系統(tǒng)的長期使用，做了如下調(diào)整：

1)將變頻器柜體原冷卻空調(diào)拆下，頂部開孔，加裝軸流風機，將柜內(nèi)熱氣排出，后門下方開孔并加裝濾隔柵，保證柜內(nèi)空氣流動;

2)經(jīng)計算冷卻空調(diào)可以滿足接觸器柜體，把拆下的冷卻空調(diào)安裝在接觸器柜體后面;

3)在電盤間加裝軸流風機、制冷空調(diào)，保證室內(nèi)溫度在40益以下。

設備運行45 天，變頻器大部分時間運行在40 Hz 上，電流500 A 左右，用氣量小的時候，IR5000 先自動降低壓縮機運行頻率，最低頻率達到26 Hz，只有在26 Hz，用氣量還大的時候，才通過卸載來調(diào)節(jié)用氣量，節(jié)約了電能。

6 結(jié)語

采用了IR5000 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了設備的自動控制，為后期的能源自控項目聯(lián)控、群控的實施以及采集空壓機內(nèi)部參數(shù)創(chuàng)造了條件。這次對空壓機的改造完全達到了預期的效果。