流动介质稳压过程的控制实例

汤庆中

摘 要： 自动稳压控制空压机系统，可以在不需要人工时刻监控的情况下，将输出的气压稳定控制在所需的指标范围，输出稳定的气压量。主要应用于一些工厂生产线，比如钢化玻璃生产线、中空玻璃生产线等。本文针对自动稳压控制系统进行了整体设计，主要包括：传感器模块、SP仪表设定模块、单片机控制模块、步进电机模块。系统通过传感器模块显示当前的实际气压输出值，并将输出值传给SP仪表模块，这时可以人工根据生产线设定的气压输出指标与当前实际输出值进行对比后输出PID，并传给单片机，单片机进行数据处理使步进电机旋转到指定角度，进而控制整个系统的气体输入量，达到控制气压输出的效果。此方案的改善优化，给公司带来了一次很大的变革，同时带来更广阔的应用前景。

关键词： 自动稳压控制空压机系统 传感器 SP仪表 单片机 步进电机

一、改造原因

江苏华兴玻璃有限公司是广东华兴玻璃股份有限公司的十三个生产基地之一，目前也是江苏唯一的生产基地。江苏华兴玻璃有限公司是一家主要从事日用玻璃制品生产及销售业务的企业，包括：玻璃杯，高脚杯，肥皂盒，烟灰缸，烛台，等等，目前日产量在150吨左右。另外，据介绍，目标公司可按照客户的要求生产不同规格大小的玻璃制品等产品。江苏华兴玻璃一期工程有10条生产线，每条生产线都采用气压控制模具。这10条生产线由1台空压机进行气的供应，公司提供了两台空压机，其中一台正常操作使用，另外一台留作备用。

随着自动化生产的逐渐发展与普及，手动控制越发显现出很多缺陷与不足，空压机也不例外：

1.本公司使用的空压机生产于1976年，很多技术都已跟不上时代。

2.空压机上没有自动稳压系统，是采用人工控制空压机的进气量达到控制空压机的输出气压。工作人员需要时时刻刻呆在空压机旁边，否则会出现无人看管空压机，导致输出压持续增大或减小的状况。

3.当发现输出气压过高或者过低时，虽然人工立刻急速增大或者减小空压机的进气量，但是由于空压机自身原因总要有1min左右的反应时间，在这个反应期间，整个操作车间不能正常生产。

每个月因空压机供气气压过高（0.5MP）或者过低（0.3MP）影响生产金额达到5万元。

二、改造过程

1.提出提案

在2008年8月20日我大胆向动力处主任提出对空压机供气整改方案，并获得批准。

2.提案内容

提案名称：华兴玻璃一期的空压机整改的提案。

整改方法：将现在的控制状态改为自动稳压的控制系统。

效果预测：通过整改可以将输出气体气压稳定控制在0.37～0.42MP之间，达到车间正常生产的目的，同时，省去原有的操作人员。

3.新方案原理

自动稳压控制系统的具体工作流程如下：传感器把0—5V信号 送入SR -90-41 仪表，仪表通过对输入值与设定值PID比较输出4-20mA电流，并送入单片机，单片机经行A/D转换 数的比较控制步进电动机正转与反转，从而达到控制进气量，发挥控制空压机输出气压的作用。

（1）空压机原理

螺杆式空压机的工作原理：

①吸气过程：螺杆式空压机的进气侧吸气口，必须设计得使压缩室可以充分吸气，而螺杆式空压机并无进气与排气阀组，进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口之自由空气相通，因在排气时齿沟之空气被全数排出，排气结束时，齿沟乃处于真空状态，当转到进气口时，外界空气即被吸入，沿轴向流入主副转子的齿沟内。当空气充满整个齿沟时，转子之进气侧端面转离了机壳之进气口，在齿沟间的空气即被封闭。

②封闭及输送过程：主副两转子在吸气结束时，其主副转子齿峰会与机壳闭封，此时空气在齿沟内闭封不再外流，即“封闭过程”。两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动。

③压缩及喷油过程：在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动，亦即啮合面与排气口间的齿沟间渐渐减小，齿沟内之气体逐渐被压缩，压力提高，此即压缩过程。而压缩同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与室气混合。

④排气过程：当转子的啮合端面转到与机壳排气相通时，（此时压缩气体之压力最高）被压缩之气体开始排出，直至齿峰与齿沟的啮合面移至排气端面，此时两转子啮合面与机壳排气口这齿沟空间为零，即完成（排气过程），在此同时转子啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，其吸气过程又在进行。

（2）压力传感器

三、改善成果

1.提高生产性能与效率

由于之前空压机需要人工操作，完全不智能化，经常出现供气气压过高（0.5MP）或者过低（0.3MP）的状况，这对整个生产线的生产非常不利。自动稳压控制系统可以将气压稳定控制在0.39—0.41MP之间，完全符合生产需求。

2.无需人工进行时时刻刻的监控操作

此改善实践后就受到华兴玻璃总公司的支持，其他的10个分公司也迅速推广开来。半年之余，华兴玻璃有限公司11家分公司全部采用自动稳压系统，原先的空压机已全部淘汰。

3.为公司提高利润的同时节省了很多不必要的经济开支

采用自动稳压控制系统解决了因为供气问题出现的故障，每年为公司提高产值为660万元左右。空压机是人工操作，每24小时要有三名员工上班，每位员工月薪2200左右，一个月就是6600元。每年为华兴玻璃省去员工工资3*2200*12*11=87万元。

四、结语

本论文主要对供应气的空压机进行了分析与改善优化，采用了自动稳压控制系统。公司以前使用的空压机主要是基于人工手动控制输出气压，此设计在灵活性、通用性上都具有很大局限性。本文设计的自动稳压控制系统在速度上、灵敏度和实时性上都优于以往设计。

由于时间和精力，还有很多需要工作需要进一步探索。

1.自动稳压控制空压机突然出现停机状态，我们设计的电路不能自动开启另外的空压机，以保证供气的完好。

2.空压机出现意外状况，没有设置报警系统通知操作人员，需增加智能报警系统。

参考文献：

[1]文春帆，金受非.电工仪表与测量，2004，8，第二版.

[2]王金娟，周建清.机电设备组装与调试技能训练，2012，8.

[3]唐云岐.电子专业技能训练，2008，1，第9次印制.

[4]赵承荻，姚和芳.电机与电气控制技术，2006，5，第二版.

[5]岛电SR90系列PID调节器中文操作说明.北京友合鑫茂自动化技术有限公司.