基于LOGO!的空壓機(jī)組自動啟停與氣壓監(jiān)測研究

李峰 劉雄武 周廣濤 李斌 包婧

摘 要：壓縮空氣是飛機(jī)制造中的重要能源之一，用于氣源動力控制、氣動工具驅(qū)動、氣源動力執(zhí)行等場合。某飛機(jī)制造企業(yè)的壓縮氣源主要來自于空壓機(jī)組，其組成包括空壓機(jī)、干燥機(jī)、儲氣罐等重要裝置單元，目前，該空壓機(jī)組的啟動與停止完全采用人工手動控制模式，給生產(chǎn)制造和設(shè)備操作人員帶來了極大不便?，F(xiàn)基于西門子LOGO！控制器，設(shè)計(jì)了一套空壓機(jī)組自動啟停控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)附有壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，可滿足各型號產(chǎn)品科研生產(chǎn)多元化的用氣需求。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)組;自動啟停;壓力監(jiān)測

中圖分類號：TP29? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）13-0016-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.005

0??? 引言

為滿足飛機(jī)制造過程中對壓縮氣源的需求，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)、儲氣罐等重要裝置單元。即4臺某品牌型號的水冷螺桿式空壓機(jī)，主要完成壓縮氣體的制造生成;4臺某品牌型號的鼓風(fēng)再生式干燥機(jī)，對生成的壓縮氣體進(jìn)行過濾干燥;2個(gè)容量8 m3、承載壓力1.05 MPa的金屬罐體，實(shí)現(xiàn)對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，對該企業(yè)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)自動開啟和關(guān)閉的功能，且可通過對管道氣體壓力值的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對空壓機(jī)組供氣狀態(tài)的判斷。

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

1.1??? 空壓機(jī)組自動啟停設(shè)計(jì)思想

空壓機(jī)組的定時(shí)啟停屬于典型的自動控制范疇，其設(shè)計(jì)思想是以時(shí)間信號作為觸發(fā)輸入，由中央處理器進(jìn)行邏輯判斷并輸出執(zhí)行信號，通過中間繼電器控制接觸器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對主回路執(zhí)行器件的控制;干燥器的主要作用是對新產(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)啟動和遠(yuǎn)程控制的模式實(shí)現(xiàn)干燥器的自動啟停;空壓機(jī)組為水冷式螺桿壓縮機(jī)，對冷卻水的流量、速度和溫度有較高要求，冷卻水溫度過高會造成空壓機(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，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！DM16 230R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)組自動啟?？刂频男枰猍1]。

1.2??? 自動啟?？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，對空壓機(jī)自動啟停控制系統(tǒng)設(shè)置手動啟動和自動啟動兩種方式，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4臺干燥機(jī)的自動啟?？刂?，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??? 自動啟?？刂葡到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動啟?？刂葡到y(tǒng)基于西門子LOGO！模塊實(shí)現(xiàn)，模塊配置LOGO！_V8.2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??? 自動啟停控制系統(tǒng)及氣壓監(jiān)測裝置

自動啟?？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，QF1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)間范圍會自動閉合，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??? 自動啟?？刂葡到y(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1??? 自動啟停控制系統(tǒng)整體功能

空壓機(jī)組的控制方式分為自動和手動兩種，I14為自動置位旋鈕開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)處于手動啟停模式，自動啟停控制功能無效，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啟停任意干燥機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)處于自動工作方式下，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，在自動模式和手動模式下都會工作，當(dāng)壓力低于預(yù)設(shè)值，報(bào)警裝置會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/手動”選項(xiàng)置于手動模式，空壓機(jī)組不再自動開啟，可保證檢修作業(yè)人員的人身安全。

2.2??? 空壓機(jī)自動啟停輪換循環(huán)方法

為提高設(shè)備使用效能，采用4臺空壓機(jī)自動輪換的工作方式進(jìn)行周期性工作。通過系統(tǒng)控制程序，每天開啟一臺，且循環(huán)交替自動啟?？諌簷C(jī)，按照生產(chǎn)用氣情況設(shè)定空壓機(jī)的啟動時(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空壓機(jī)所需的啟動時(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)自動開啟的同時(shí)，便將上一臺空壓機(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)刻僅有一臺空壓機(jī)具備自動控制開啟和關(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)自動啟?？刂品椒?/p>

干燥機(jī)自動啟停系統(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關(guān)閉。在自動控制模式下，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I1、I2、I3、I4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臺干燥機(jī)進(jìn)行置位，每次只使用一臺干燥機(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)以及對手動或自動控制模式進(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)制造對壓縮氣體用氣量的需求，針對同時(shí)開啟多個(gè)空壓機(jī)和多臺干燥機(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)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 許明延，江俊鋒，李煉榮.LOGO！在螺桿氨壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電世界，2009，50（6）：11-13.

[2] 龔鶴.基于“LOGO！”PLC的電梯高舒適感變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國電梯，2021，32（9）：61-65.

收稿日期：2022-04-22

作者簡介：李峰（1985—），男，山東臨沂人，工程師，研究方向：自動化控制。