冷凍螺桿壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的PLC改造

周永華 盧 亮 胡衛(wèi)江

（衢州巨化錦綸有限責(zé)任公司，浙江 衢州324004）

冷凍設(shè)備是化工生產(chǎn)常用裝置之一。螺桿壓縮機(jī)是冷凍設(shè)備中的主要部件，其設(shè)計(jì)的合理性有利于提高冷凍系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。某企業(yè)的一套冷凍設(shè)備，其螺桿壓縮機(jī)高壓機(jī)的5個(gè)聯(lián)鎖和5個(gè)工藝聯(lián)鎖只用了1個(gè)聯(lián)鎖跳閘輸出，發(fā)生故障跳閘時(shí)只有1個(gè)總的故障信號(hào)輸出，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的跳閘故障指示燈輸出。當(dāng)發(fā)生故障聯(lián)鎖跳閘時(shí)候，需要對(duì)引起故障跳閘的10個(gè)聯(lián)鎖逐一排查，檢修勞動(dòng)強(qiáng)度大、故障查找排除效率低。因此需要對(duì)冷凍螺桿壓縮機(jī)控制系統(tǒng)改造。

1 制冷機(jī)組簡(jiǎn)介

某公司冷凍螺桿壓縮機(jī)型號(hào)為JZLG20，制冷量578.87 kW，轉(zhuǎn)速2 860 r/min。壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YKK355-2，220 kW，工作電壓6 kV，輔機(jī)油泵電機(jī)工作電壓為380 V、3 kW。當(dāng)工藝聯(lián)鎖條件（噴油溫度、吸氣壓力、排氣壓力、精濾器壓差等）滿足，吸氣壓力超出控制范圍上限且有外部允許制冷的信號(hào)輸入時(shí)，控制器就會(huì)允許開(kāi)機(jī)。發(fā)出啟動(dòng)請(qǐng)求后，輔助油泵啟動(dòng)。如果控制器收到油泵運(yùn)行的反饋信號(hào)，同時(shí)油壓差也建立，能級(jí)也在最小的位置上，且滿足高壓機(jī)的5個(gè)聯(lián)鎖條件，這時(shí)控制輸出啟動(dòng)高壓壓縮機(jī)信號(hào)至高配螺桿壓縮機(jī)真空開(kāi)關(guān)柜微機(jī)綜保裝置。微機(jī)綜保裝置再將啟動(dòng)信號(hào)輸出使螺壓縮機(jī)合閘線圈得電啟動(dòng)壓縮機(jī)。如果油泵啟動(dòng)了而能級(jí)不在最低位置上，這時(shí)就會(huì)將減載電磁閥通電。在油壓差延時(shí)的那段時(shí)間內(nèi)，如果能級(jí)回到最小位置上，主電機(jī)就會(huì)按上述方式啟動(dòng)。否則，油泵會(huì)一直運(yùn)行，直至能級(jí)回到最小位置上或預(yù)潤(rùn)滑延時(shí)時(shí)間到。如果能級(jí)在最小位置上而油泵停機(jī)，那么就會(huì)在進(jìn)行常規(guī)啟動(dòng)操作以前執(zhí)行電機(jī)重啟動(dòng)延時(shí)，這將保證壓縮機(jī)中過(guò)量的油排出。

2 故障現(xiàn)象及分析

某日，冷凍螺桿壓縮機(jī)精濾器壓差壓力繼電器故障動(dòng)作，造成串聯(lián)在螺桿壓縮機(jī)中儀表聯(lián)鎖繼電器KA13動(dòng)作，工藝聯(lián)鎖繼電器KAO開(kāi)入1動(dòng)作信號(hào)輸入6 kV螺桿壓縮機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置引起螺桿壓縮機(jī)跳閘。檢修、維護(hù)人員用了近4 h對(duì)可能引起壓縮機(jī)開(kāi)入1動(dòng)作的故障逐一排查，最終確定引起壓縮機(jī)開(kāi)入動(dòng)作的故障原因?yàn)榫珵V器壓差壓力繼電器接點(diǎn)被嚴(yán)重腐蝕，接點(diǎn)接觸電阻過(guò)大而聯(lián)鎖開(kāi)入1進(jìn)入微機(jī)綜保裝置跳閘。

更換后精濾器壓差壓力繼電器后恢復(fù)正常開(kāi)車。當(dāng)時(shí)正處于夏季環(huán)境溫度高（35℃），冷凍系統(tǒng)停車檢修時(shí)間又長(zhǎng)，制冷量不足導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)降低負(fù)荷生產(chǎn)。

原螺桿壓縮機(jī)控制方式主要以傳統(tǒng)的交流接觸器、中間繼電器來(lái)完成，線路比較復(fù)雜；控制柜內(nèi)電氣元件多，布置緊驟，散熱效果差，當(dāng)一只元器件出現(xiàn)故障時(shí)候，會(huì)影響緊鄰的元器件，影響面大；工藝聯(lián)鎖點(diǎn)復(fù)雜，出現(xiàn)故障時(shí)，因故障指示燈只有一個(gè)，檢修工作量大，排除故障困難。滿足螺桿壓縮機(jī)的開(kāi)車必須先滿足油泵先開(kāi)車，而油泵要開(kāi)車需要滿足電機(jī)的聯(lián)鎖本身?xiàng)l件5個(gè)（電機(jī)三相繞組溫度高、電機(jī)前、后軸承溫度高）和5個(gè)工藝聯(lián)鎖（油壓差低、噴油溫度高、吸氣壓力低、排氣壓力高、精濾器壓差超）。故障時(shí)什么條件不滿足單從單一的故障指示燈無(wú)法辨識(shí)，需要對(duì)串聯(lián)在整個(gè)控制回路的可能故障一一排查，給檢修、運(yùn)行維護(hù)人員帶來(lái)很大困難，檢修維護(hù)工作量大，檢修效率低造成生產(chǎn)系統(tǒng)減負(fù)荷影響生產(chǎn)。

3 改進(jìn)方案

從上述故障案例可知，精濾器壓差壓力繼電器故障是造成此類故障的直接原因，其故障損壞也是無(wú)法避免的，單純地通過(guò)重新選型來(lái)延長(zhǎng)產(chǎn)品的壽命只能降低該類故障的發(fā)生頻率，并不能徹底解決問(wèn)題。

可編程控制器（PLC）是一種新型的通用控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有功能齊全、應(yīng)用靈活、操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)[1]。

為此，解決該故障最有效的方法是為了更直觀的看出某個(gè)聯(lián)鎖點(diǎn)或某幾個(gè)聯(lián)鎖點(diǎn)處于不正常狀態(tài)，增加一只現(xiàn)場(chǎng)控制柜，柜面上增加對(duì)應(yīng)的故障指示燈。設(shè)計(jì)PLC控制梯形圖系統(tǒng)程序控制，將每一個(gè)故障信號(hào)輸出到控制柜對(duì)應(yīng)的故障指示燈上，當(dāng)某一聯(lián)鎖故障動(dòng)作時(shí)，控制柜面上對(duì)應(yīng)指示燈亮，檢修維護(hù)人員根據(jù)故障指示有針對(duì)性的查找故障，打破盲目查故障的檢修格局。根據(jù)螺桿壓縮機(jī)的低壓油泵控制系統(tǒng)聯(lián)鎖情況的考慮，在PLC的選用上，從PLC的I/O上應(yīng)該選用S7-200的PLC，該產(chǎn)品最大可擴(kuò)展到128點(diǎn)輸入128點(diǎn)輸出，足夠滿足工藝要求，同時(shí)也滿足PLC內(nèi)存或接點(diǎn)控制余留10%空位的要求，西門子的S7-200系列的PLC的執(zhí)行速度為0.8μs，1 000步基本指令的運(yùn)算只要800μs，足夠滿足控制要求[2]。

冷凍螺桿壓縮機(jī)控制系統(tǒng)核心硬件選用型號(hào)西門子s7-200系列CPU226。PLC輸入輸出表見(jiàn)硬件接線圖1[3]。

圖1 PLC硬件控制接線Fig 1 PLC hardware controlwiring

PLC控制梯型圖的編寫：工藝條件、電機(jī)聯(lián)鎖全部輸入PLC內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)聯(lián)鎖控制，當(dāng)滿足冷凍系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求后，先開(kāi)油泵，油泵反饋運(yùn)行信號(hào)、油壓差信號(hào)，再開(kāi)主機(jī)。工藝條件、電機(jī)聯(lián)鎖、油泵故障時(shí)PLC輸出聯(lián)鎖跳閘信號(hào)跳閘主機(jī)。同時(shí)PLC輸出對(duì)應(yīng)的跳閘故障信號(hào)到控制柜面上相應(yīng)的故障指示燈。工藝聯(lián)鎖輸出一旦無(wú)輸出，即KA0中間繼電器失電（KA0的一副輔助接在高壓機(jī)的跳閘回路）將使壓縮機(jī)跳開(kāi)，造成停車。包括油泵、主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、10個(gè)工藝聯(lián)鎖觸點(diǎn)狀態(tài)全部輸入PLC，每一個(gè)故障及運(yùn)行狀態(tài)全部由PLC輸出到控制柜面上指示燈表示，故障時(shí)對(duì)應(yīng)某一故障指示燈亮，對(duì)引起螺桿壓縮機(jī)故障點(diǎn)在控制柜面上一目了然表示出來(lái)，以打破盲目查故障的檢修格局。另外所有的控制聯(lián)鎖在PLC內(nèi)部通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，減少了控制柜內(nèi)傳統(tǒng)的接觸器、繼電器使用數(shù)量，消除了控制柜內(nèi)元器件多、散熱效果差的安全隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

從改造后的實(shí)際運(yùn)行效果看：一是提高生產(chǎn)流程的靈活度，滿足生產(chǎn)工藝的要求；二是減少了故障頻率，全面提高設(shè)備的運(yùn)行效率，因引起壓縮機(jī)跳閘的10個(gè)故障（電機(jī)三相繞組溫度和電機(jī)前后軸承溫、工藝上油壓差、噴油溫度、吸氣壓力高、排氣壓力高、精濾器壓差超）均增加了故障指示，故障發(fā)生時(shí)對(duì)每一個(gè)故障一目了然?，F(xiàn)螺桿壓縮機(jī)發(fā)生故障跳閘，檢修維護(hù)人員根據(jù)柜面上對(duì)應(yīng)的故障指示燈查找并解決故障。螺桿壓縮機(jī)故障跳閘檢修維護(hù)時(shí)間由原來(lái)的4 h縮短為0.5 h，在很大程度上減少了維護(hù)人員檢修維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了檢修效率。三是減少了檢修費(fèi)用，用新型現(xiàn)代化集成PLC控制代替了傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制，大量減少了現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)元器件，解決了因柜內(nèi)散熱效果差而損壞元器件的費(fèi)用，加之因元器件布置緊湊而損壞波及的元器件，每年減少檢修費(fèi)用近6千元。冷凍螺桿壓縮機(jī)的改造確保了冷凍控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，取得了良好的運(yùn)行效果。

[1]廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2007:3-9.

[2]彭立標(biāo).可編程序控制器原理與應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1999:32-35.

[3]張華龍.圖解PLC與電氣控制入門[M].北京:人民郵電出版社,2008:17-23.