流動介質穩壓過程的控制實例

湯慶中

摘 要： 自動穩壓控制空壓機系統，可以在不需要人工時刻監控的情況下，將輸出的氣壓穩定控制在所需的指標范圍，輸出穩定的氣壓量。主要應用于一些工廠生產線，比如鋼化玻璃生產線、中空玻璃生產線等。本文針對自動穩壓控制系統進行了整體設計，主要包括：傳感器模塊、SP儀表設定模塊、單片機控制模塊、步進電機模塊。系統通過傳感器模塊顯示當前的實際氣壓輸出值，并將輸出值傳給SP儀表模塊，這時可以人工根據生產線設定的氣壓輸出指標與當前實際輸出值進行對比后輸出PID，并傳給單片機，單片機進行數據處理使步進電機旋轉到指定角度，進而控制整個系統的氣體輸入量，達到控制氣壓輸出的效果。此方案的改善優化，給公司帶來了一次很大的變革，同時帶來更廣闊的應用前景。

關鍵詞： 自動穩壓控制空壓機系統 傳感器 SP儀表 單片機 步進電機

一、改造原因

江蘇華興玻璃有限公司是廣東華興玻璃股份有限公司的十三個生產基地之一，目前也是江蘇唯一的生產基地。江蘇華興玻璃有限公司是一家主要從事日用玻璃制品生產及銷售業務的企業，包括：玻璃杯，高腳杯，肥皂盒，煙灰缸，燭臺，等等，目前日產量在150噸左右。另外，據介紹，目標公司可按照客戶的要求生產不同規格大小的玻璃制品等產品。江蘇華興玻璃一期工程有10條生產線，每條生產線都采用氣壓控制模具。這10條生產線由1臺空壓機進行氣的供應，公司提供了兩臺空壓機，其中一臺正常操作使用，另外一臺留作備用。

隨著自動化生產的逐漸發展與普及，手動控制越發顯現出很多缺陷與不足，空壓機也不例外：

1.本公司使用的空壓機生產于1976年，很多技術都已跟不上時代。

2.空壓機上沒有自動穩壓系統，是采用人工控制空壓機的進氣量達到控制空壓機的輸出氣壓。工作人員需要時時刻刻呆在空壓機旁邊，否則會出現無人看管空壓機，導致輸出壓持續增大或減小的狀況。

3.當發現輸出氣壓過高或者過低時，雖然人工立刻急速增大或者減小空壓機的進氣量，但是由于空壓機自身原因總要有1min左右的反應時間，在這個反應期間，整個操作車間不能正常生產。

每個月因空壓機供氣氣壓過高（0.5MP）或者過低（0.3MP）影響生產金額達到5萬元。

二、改造過程

1.提出提案

在2008年8月20日我大膽向動力處主任提出對空壓機供氣整改方案，并獲得批準。

2.提案內容

提案名稱：華興玻璃一期的空壓機整改的提案。

整改方法：將現在的控制狀態改為自動穩壓的控制系統。

效果預測：通過整改可以將輸出氣體氣壓穩定控制在0.37～0.42MP之間，達到車間正常生產的目的，同時，省去原有的操作人員。

3.新方案原理

自動穩壓控制系統的具體工作流程如下：傳感器把0—5V信號 送入SR -90-41 儀表，儀表通過對輸入值與設定值PID比較輸出4-20mA電流，并送入單片機，單片機經行A/D轉換 數的比較控制步進電動機正轉與反轉，從而達到控制進氣量，發揮控制空壓機輸出氣壓的作用。

（1）空壓機原理

螺桿式空壓機的工作原理：

①吸氣過程：螺桿式空壓機的進氣側吸氣口，必須設計得使壓縮室可以充分吸氣，而螺桿式空壓機并無進氣與排氣閥組，進氣只靠一調節閥的開啟、關閉調節，當轉子轉動時，主副轉子的齒溝空間在轉至進氣端壁開口時，其空間最大，此時轉子的齒溝空間與進氣口之自由空氣相通，因在排氣時齒溝之空氣被全數排出，排氣結束時，齒溝乃處于真空狀態，當轉到進氣口時，外界空氣即被吸入，沿軸向流入主副轉子的齒溝內。當空氣充滿整個齒溝時，轉子之進氣側端面轉離了機殼之進氣口，在齒溝間的空氣即被封閉。

②封閉及輸送過程：主副兩轉子在吸氣結束時，其主副轉子齒峰會與機殼閉封，此時空氣在齒溝內閉封不再外流，即“封閉過程”。兩轉子繼續轉動，其齒峰與齒溝在吸氣端吻合，吻合面逐漸向排氣端移動。

③壓縮及噴油過程：在輸送過程中，嚙合面逐漸向排氣端移動，亦即嚙合面與排氣口間的齒溝間漸漸減小，齒溝內之氣體逐漸被壓縮，壓力提高，此即壓縮過程。而壓縮同時潤滑油亦因壓力差的作用而噴入壓縮室內與室氣混合。

④排氣過程：當轉子的嚙合端面轉到與機殼排氣相通時，（此時壓縮氣體之壓力最高）被壓縮之氣體開始排出，直至齒峰與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時兩轉子嚙合面與機殼排氣口這齒溝空間為零，即完成（排氣過程），在此同時轉子嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長，其吸氣過程又在進行。

（2）壓力傳感器

三、改善成果

1.提高生產性能與效率

由于之前空壓機需要人工操作，完全不智能化，經常出現供氣氣壓過高（0.5MP）或者過低（0.3MP）的狀況，這對整個生產線的生產非常不利。自動穩壓控制系統可以將氣壓穩定控制在0.39—0.41MP之間，完全符合生產需求。

2.無需人工進行時時刻刻的監控操作

此改善實踐后就受到華興玻璃總公司的支持，其他的10個分公司也迅速推廣開來。半年之余，華興玻璃有限公司11家分公司全部采用自動穩壓系統，原先的空壓機已全部淘汰。

3.為公司提高利潤的同時節省了很多不必要的經濟開支

采用自動穩壓控制系統解決了因為供氣問題出現的故障，每年為公司提高產值為660萬元左右。空壓機是人工操作，每24小時要有三名員工上班，每位員工月薪2200左右，一個月就是6600元。每年為華興玻璃省去員工工資3*2200*12*11=87萬元。

四、結語

本論文主要對供應氣的空壓機進行了分析與改善優化，采用了自動穩壓控制系統。公司以前使用的空壓機主要是基于人工手動控制輸出氣壓，此設計在靈活性、通用性上都具有很大局限性。本文設計的自動穩壓控制系統在速度上、靈敏度和實時性上都優于以往設計。

由于時間和精力，還有很多需要工作需要進一步探索。

1.自動穩壓控制空壓機突然出現停機狀態，我們設計的電路不能自動開啟另外的空壓機，以保證供氣的完好。

2.空壓機出現意外狀況，沒有設置報警系統通知操作人員，需增加智能報警系統。

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