中央供氣系統(tǒng)無線遠(yuǎn)程集中控制改造

楊磊李曄

云南云成印務(wù)有限公司 昆明市

一、問題的提出

兩臺(tái)阿特拉斯GA30型空壓機(jī)，工作模式為一用一備。近年，隨著公司對供氣的需求量增大，先后并網(wǎng)并增加兩臺(tái)GA45型空壓機(jī)，由設(shè)備維護(hù)人員根據(jù)生產(chǎn)需求，決定空壓機(jī)的運(yùn)行組合，如啟動(dòng)1臺(tái)、2臺(tái)或3臺(tái)，交班時(shí)視情況進(jìn)行調(diào)整或切換。因在24h連續(xù)生產(chǎn)過程中用氣量變化較大，用氣量小時(shí)空壓機(jī)短暫加載后即卸載，啟動(dòng)頻繁；用氣量大時(shí)空壓機(jī)長時(shí)間處于加載狀態(tài)又無法卸載，不僅無法適應(yīng)生產(chǎn)需求，而且空壓機(jī)故障率高。為此決定改造中央供氣系統(tǒng)，以確保為生產(chǎn)提供穩(wěn)定、可靠的氣源。

4臺(tái)阿特拉斯GA系列空壓機(jī)（無變頻調(diào)速），單機(jī)設(shè)備已具備完備的自動(dòng)控制功能，能以供氣管道的檢測氣壓作為控制對象，保持恒定的氣壓區(qū)間。4臺(tái)空壓機(jī)并網(wǎng)供氣后，由操作人員控制空壓機(jī)的運(yùn)行組合，以啟動(dòng)1～2臺(tái)為例，組合運(yùn)行模式有：①運(yùn)行1臺(tái)GA30時(shí)，供氣量4.5m3/min，運(yùn)行功率15～30kW。②運(yùn)行1臺(tái)GA45時(shí)，供氣量8m3/min，運(yùn)行功率22～45kW。③運(yùn)行兩臺(tái)GA30時(shí)，供氣量9m3/min，運(yùn)行功率30～60kW。④運(yùn)行1臺(tái)GA30和1臺(tái)GA45時(shí)，供氣量12.5m3/min，運(yùn)行功率38～75kW。⑤運(yùn)行兩臺(tái)GA45時(shí)，供氣量16m3/min，運(yùn)行功率45～90kW。

當(dāng)用氣量≤4.5m3/min時(shí)，運(yùn)行1臺(tái)GA30是最理想狀態(tài)。4.5m3/min≤用氣量≤8m3/min時(shí)，運(yùn)行1臺(tái)GA45是最理想狀態(tài)。8m3/min≤用氣量≤13m3/min時(shí)，運(yùn)行1臺(tái)GA30和1臺(tái)GA45是最理想狀態(tài)。13m3/min≤用氣量≤16m3/min時(shí)，運(yùn)行兩臺(tái)GA45是最理想狀態(tài)。

實(shí)際生產(chǎn)中用氣量會(huì)因生產(chǎn)調(diào)度變動(dòng)、不同工序任務(wù)完成情況變化等因素在0～20m3/min波動(dòng)，因此4臺(tái)空壓機(jī)并網(wǎng)供氣后，彼此不能兼顧，在生產(chǎn)用氣流量發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)無法對用氣量和供氣量的變化做出正確反應(yīng)，不能進(jìn)行及時(shí)有效的自動(dòng)調(diào)整，無法達(dá)到最佳模式運(yùn)行。造成供氣量不足，空壓機(jī)長時(shí)間過負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或供氣量過大，加載卸載過于頻繁。解決這些問題的關(guān)鍵在于使整個(gè)中央供氣系統(tǒng)能夠自適應(yīng)用氣量的變化，自動(dòng)按最優(yōu)組合控制空壓機(jī)設(shè)備的運(yùn)行。

二、中央供氣系統(tǒng)改造

1.改造目標(biāo)

采用遠(yuǎn)程控制，最大程度降低設(shè)備操作強(qiáng)度，便于設(shè)備操作人員隨時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)時(shí)記錄統(tǒng)計(jì)各臺(tái)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，便于維保工作及時(shí)有效進(jìn)行。系統(tǒng)能自適應(yīng)用氣量的變化，自動(dòng)調(diào)配在網(wǎng)空壓機(jī)以最優(yōu)策略組合運(yùn)行。提高設(shè)備利用率，均分負(fù)荷，確保每臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間基本均衡。使空壓機(jī)故障率明顯下降，任何一臺(tái)故障待修或停機(jī)保養(yǎng)，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的供氣能力，有效降低能耗和維保費(fèi)用。

2.改造方案

對由4臺(tái)空壓機(jī)并網(wǎng)組成的中央供氣系統(tǒng)進(jìn)行集中控制改造，建立智能控制系統(tǒng)。中央節(jié)能控制系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)與前端監(jiān)控電腦相聯(lián)，管理人員可直接在辦公室電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并對空壓機(jī)進(jìn)行基本啟、停等操作，真正實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)現(xiàn)場無人值守。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖 1）

圖1 改造后的中央供氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PLC可根據(jù)系統(tǒng)總線采集的信號(hào)，自動(dòng)控制空壓機(jī)啟停，并將信號(hào)傳至聯(lián)控主機(jī)，聯(lián)控主機(jī)則根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各空壓機(jī)的運(yùn)行情況，合理控制各空壓機(jī)以最理想狀態(tài)運(yùn)行。同時(shí)，聯(lián)控主機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，操作人員可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，也可根據(jù)實(shí)際情況人為干預(yù)。

4.系統(tǒng)控制策略

對改造后實(shí)施的系統(tǒng)控制策略采用智能控制方法，對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的空壓機(jī)根據(jù)用氣量按設(shè)備功率、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，以最優(yōu)方法自動(dòng)控制空壓機(jī)啟停。控制策略流程見圖2。

圖2 改造后的中央供氣系統(tǒng)控制策略流程

（1）控制策略的主要步驟。①設(shè)定系統(tǒng)壓力上、下限及強(qiáng)制停機(jī)壓力后，各臺(tái)空壓機(jī)相繼啟動(dòng)，聯(lián)控主機(jī)開始讀取各空壓機(jī)數(shù)據(jù)并在觸摸屏顯示。②當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到上限壓力時(shí)，聯(lián)控主機(jī)優(yōu)先卸載運(yùn)行時(shí)間相對較長且功率較高的空壓機(jī)，直至只有1臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行。③當(dāng)系統(tǒng)壓力低于啟動(dòng)壓力時(shí)，聯(lián)控主機(jī)將優(yōu)先啟動(dòng)兩臺(tái)功率較小的空壓機(jī)中運(yùn)行時(shí)間短的1臺(tái)，若用氣量仍不足，停1臺(tái)功率較小的空壓機(jī)，啟動(dòng)兩臺(tái)功率較大的空壓機(jī)中運(yùn)行時(shí)間較短的1臺(tái)；若用氣量還是不足，啟動(dòng)另一臺(tái)功率小、運(yùn)行時(shí)間短的空壓機(jī)；若用氣量還不足，則停1臺(tái)小空壓機(jī)，運(yùn)行另一臺(tái)功率較大空壓機(jī)；若用氣量還不足，運(yùn)行1臺(tái)功率大且運(yùn)行時(shí)間短的空壓機(jī)，同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)功率小的空壓機(jī)。按上述順序各空壓機(jī)逐一自動(dòng)投入運(yùn)行。④當(dāng)系統(tǒng)壓力下降至不同的設(shè)定值時(shí)，聯(lián)控系統(tǒng)將逐一遞增地將功率較小且運(yùn)行時(shí)間短的空壓機(jī)先行轉(zhuǎn)入加載運(yùn)行狀態(tài)，以滿足所設(shè)定的壓力值，此后的啟動(dòng)方式按前述③進(jìn)行。

（2）控制策略的選擇機(jī)制。根據(jù)以上基本步驟，空壓機(jī)以較理想狀態(tài)投放運(yùn)行，由于4臺(tái)空壓機(jī)功率不同，在控制空壓機(jī)啟停時(shí)，除了空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間外，還需考慮設(shè)備用電量，具體見（1）中的③。

（3）控制策略降低故障和能耗的方法。聯(lián)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)故障，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障后，聯(lián)控系統(tǒng)停止故障空壓機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)1臺(tái)處于停機(jī)狀態(tài)空壓機(jī)，系統(tǒng)不會(huì)因某臺(tái)空壓機(jī)故障而影響整個(gè)管網(wǎng)壓力及供氣能力。系統(tǒng)具有平衡各臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間的功能，因此各臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間大致相同，有效降低設(shè)備故障率。

在生產(chǎn)用氣流量發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)對用氣量和供氣量的變化做出正確反應(yīng)，整個(gè)中央供氣系統(tǒng)能夠自適應(yīng)用氣量的變化，自動(dòng)按最優(yōu)組合控制空壓機(jī)設(shè)備運(yùn)行，最大限度降低能耗。

三、改造效果

中央供氣系統(tǒng)無線遠(yuǎn)程集中控制改造完畢投入運(yùn)行1年來，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，空壓機(jī)及聯(lián)控系統(tǒng)運(yùn)行正常，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需要自動(dòng)開機(jī)或加載空壓機(jī)保持系統(tǒng)空氣壓力穩(wěn)定，有效解決了用氣量波動(dòng)的自適應(yīng)問題。實(shí)現(xiàn)操作人員遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，工作強(qiáng)度減輕，管控水平提升。由于每臺(tái)空壓機(jī)都能以最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行和加載，設(shè)備故障率明顯降低，公司未再出現(xiàn)因中央供氣系統(tǒng)設(shè)備故障造成生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)的情況。中央供氣系統(tǒng)耗能比技改前減少20%，系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到技改預(yù)期目的。 W13.10-24