空气压缩机集中控制方案研究

綦圣强

摘 要：本文一方面阐述汽车制造企业空压机站集中控制的实现方法，另一方面分析了几种集中控制系统实现方法的主要功能特点。

关键词：空压机;集中控制;LSS 系统

0引言

空气压缩机是一种通过压缩气体来提高气体压力或输送气体的动力供给设备.空压机用途很广，种类也很多，离心式、螺杆式空气压缩机以其结构简单、工作效率高、寿命长等特点，广泛应用于工业生产领域，但在其应用规模不断扩大的同时，其控制方式落后，自动化程度不高，维修量大等问题也日渐突出。计算机监控技术和计算机网络技术的发展，为人们改变空压机控制方式，提高自动化程度提供了便利.空压机智能集中控制系统正是这两种技术结合的产物。

1中控解决方案Optimizer 4.0

1.1一般空壓站的控制现场

由于梯级压力带，能耗高，因此设定压力每提高1bar，能耗上升7%。当机组手动控制启停时，存在如下问题：无法实时调控，匹配用气需求;人为操作风险;额外的人员成本;设备状态、报警数据无记录;无法分析用气情况，及时调整开机台数及设定压力;无报警历史数据，无法分析故障原因。

1.2 Optimizer 4.0中控解决方案

在实现系统节能方面，要根据管网压力需求，自动控制，降低压力带设定;同时要减少卸载（放空），优化匹配。

在自动控制方面，要按照顺序控制、成组控制、时间控制、流量控制等操作逐一进行。

在数据监测方面，要做好数据记录、故障报警、系统检测等工作。

1.3 Optimizer 4.0产品功能简介

其一，单一压力设定（降低压力带）。应完成如下操作：可减少梯级设定（多点设定）的带宽，使其控制在0.5bar左右;降低机组的运行压力，每降低1bar，可减少7%的能耗;每降低1bar，可减少13%的管网泄漏。

其二，时间控制。一方面，现场不用气时，可定时停机至生产开始;另一方面，通过在非生产时间关闭系统，能源不会被浪费在保压的泄漏过程中，这些泄漏通常占工厂总空气消耗的20%。

其三，平均运行时间控制。这个功能使那些具有相同优先级的机器的运行时间相等。平衡机组的运行时间意味着这些机器可以集中进行保养服务，节省时间和保养成本。

其四，备机定时运行控制。使用综合的顺序管理功能，客户可以让他的备用机器在有限的时间内正常运行，例如每周2小时。通过保证备用机器的正常运行，避免了机器处于闲置状态时出现机械故障等问题。

其五，多台变频机组优化运行控制。根据机组容量，优化机组加卸载;节省能源，减少卸载时间;延长上下游机组的使用寿命。

其六，多台离心机优化运行控制。一方面，根据运行需求减少放空;另一方面，离心机优化控制至最佳运行点，实现节能最大化。

2 i-Control 智能控制系统

2.1自动压力控制

在控制柜的触摸屏上，用户可以设定目标压力范围。ICONTROL将使空气系统的压力控制在设定的范围之内。一旦ICONTROL检测到系统压力低于设定目标压力下限时，就会自动按照设定的空压机主备机运行次序加载相应的空压机;一旦ICONTROL检测到系统压力高于设定目标压力上限时，控制系统将自动按照设定的空压机主备机运行次序卸载相应的空压机，空压机长时间卸载后将会自动停机，以节省能源消耗。适用ICONTROL的空压机，用户必须保证其具备自动重起动功能，即在长时间卸载运行后空压机会自动停机，在接到加载信号会自动起动并加载。

2.2次序控制（主备机控制）

用户预先在ICONTROL系统上为空压机设定运行次序（最多8个运行次序，编号为A-G），控制系统则将根据预先确定的顺序切换条件（时间或事件）进行运行顺序的切换，无需操作人员的干预。

例如，顺序A为1-2-3-4-…-8; 顺序B为8-1-2-3-4-…7，则当系统压力低于设定目标压力下限时，若当前顺序为A，系统将按照1，2，3…，8的顺序依次加载对应的空压机，加载新的空压机时;当系统压力高于设定上限时，将按相反的次序8，7，6，…1卸载或停止对应的空压机，从而系统的压力将控制在设定的范围之内。如果顺序为B，则系统将按照8，1，2…，7的顺序加载对压机和按相反的次序卸载空压机。

次序切换（相当于主备机倒机）在设定的切换时间到达时自动进行切换，或者人为进行强制切换，从而使每台机运行时间趋与均衡。

2.3干燥机控制

ICONTROL控制干燥机有两种控制策略。第一，干燥机分配到与之对应的空压机一一对应联动运行。第二，干燥机可设定固定的运行数量，设定一个主备机顺序。

2.4安全控制

ICONTROL控制系统掉电不影响空压机的运行状态，即所有的空压机将保持当前的状态。

ICONTROL一检测到空压机的故障跳机且系统压力低，将自动检索当前的运行次序，起用最临近的备用空压机。

3载荷分配系统 Load Sharing System（LSS）

3.1  LSS系统特性

LSS 系统是基于PLC为基础对压缩机组群进行综合控制的系统，自动实现压缩机组群运行效率高效化，设备运行合理化。该系统的特性：

其一，实现每台压缩机运行时的最少排空或不排空，降低运行电耗;

其二，实现空压站主管网排气压力的最小波动，输出高品质压缩空气;

其三，确保每台压缩机空载运行的时间最小化，降低运行电耗;

其四，确保空压站内每台压缩机均匀运行，延长设备寿命;

其五，可对同一空压站内不同品牌的压缩机进行节能高效运行控制;

其六，其他功能：在控制室内进行设备运行监控，运行操作，数据自动储存，数据分析，设备状态趋势分析，以及为维护必要提供数据依据等。

3.2  如何通过LSS系统实现节能

3.2.1压缩机与载荷分配系统（LSS）

每台压缩机都有它自己的控制系统，但它无法获得同一管网内其它压缩机的准确运行状态信息，因而无法准确回应管网气体需求量的变化。

因此，当气体需求量减少时，多余的气体不得不通过放空阀（BOV）放空。

载荷分配系统（LSS）是一个由硬件和软件组成的系统，它与各台压缩机的控制器相连接，并能象大脑一样工作。

当气体需求量变化时，LSS系统监测这个变化，并向每台压缩机发送信号，使每台压缩机处于最佳的工作状态，从而达到节能效果。

3.2.2 LSS系统的要点

载荷分配系统（LSS）是一个最大程度地利用离心压缩机的固有特性“喘振”的系统。换句话说，LSS系统的控制范围是从喘振点到设计点的区间。

载荷分配系统，就是无论何时，当气体需求量减少时，都使得经由放空阀（BOV）放空的气体量最小化的一种压缩机集中控制系统。

当气体需求量突然地持续减少时，为了防止压缩机喘振，LSS系统会通过BOV将多余的气体排放到大气中。该系统由于使得放空气量最小化而实现节能。同时，该系统因减少了气体放空，而降低了站房噪音。

结束语

一个合格的集中控制系统需要具备以下特性：一是满足工况需求的变化，能够集中化控制足够数量的机组，具有丰富的控制功能;二是，安全可靠，具有可控制多种机型，工/变频螺杆、离心机、后处理、真空泵等;三是具有完善的支持，通过更加优化的算法，发挥最佳能效。

参考文献：

[1]柳振宇，刘玉敏.集中控制系统在空气压缩站节能改造中的应用[J].科技创新与应用，2014（35）：102.

[2]庄稼.空气压缩机集中控制系统方案设计[J].科技信息，2011（27）：529+540.