冷凍螺桿壓縮機控制系統的PLC改造

周永華 盧 亮 胡衛江

（衢州巨化錦綸有限責任公司，浙江 衢州324004）

冷凍設備是化工生產常用裝置之一。螺桿壓縮機是冷凍設備中的主要部件，其設計的合理性有利于提高冷凍系統運行的安全性、穩定性。某企業的一套冷凍設備，其螺桿壓縮機高壓機的5個聯鎖和5個工藝聯鎖只用了1個聯鎖跳閘輸出，發生故障跳閘時只有1個總的故障信號輸出，沒有對應的跳閘故障指示燈輸出。當發生故障聯鎖跳閘時候，需要對引起故障跳閘的10個聯鎖逐一排查，檢修勞動強度大、故障查找排除效率低。因此需要對冷凍螺桿壓縮機控制系統改造。

1 制冷機組簡介

某公司冷凍螺桿壓縮機型號為JZLG20，制冷量578.87 kW，轉速2 860 r/min。壓縮機電動機型號為YKK355-2，220 kW，工作電壓6 kV，輔機油泵電機工作電壓為380 V、3 kW。當工藝聯鎖條件（噴油溫度、吸氣壓力、排氣壓力、精濾器壓差等）滿足，吸氣壓力超出控制范圍上限且有外部允許制冷的信號輸入時，控制器就會允許開機。發出啟動請求后，輔助油泵啟動。如果控制器收到油泵運行的反饋信號，同時油壓差也建立，能級也在最小的位置上，且滿足高壓機的5個聯鎖條件，這時控制輸出啟動高壓壓縮機信號至高配螺桿壓縮機真空開關柜微機綜保裝置。微機綜保裝置再將啟動信號輸出使螺壓縮機合閘線圈得電啟動壓縮機。如果油泵啟動了而能級不在最低位置上，這時就會將減載電磁閥通電。在油壓差延時的那段時間內，如果能級回到最小位置上，主電機就會按上述方式啟動。否則，油泵會一直運行，直至能級回到最小位置上或預潤滑延時時間到。如果能級在最小位置上而油泵停機，那么就會在進行常規啟動操作以前執行電機重啟動延時，這將保證壓縮機中過量的油排出。

2 故障現象及分析

某日，冷凍螺桿壓縮機精濾器壓差壓力繼電器故障動作，造成串聯在螺桿壓縮機中儀表聯鎖繼電器KA13動作，工藝聯鎖繼電器KAO開入1動作信號輸入6 kV螺桿壓縮機微機保護裝置引起螺桿壓縮機跳閘。檢修、維護人員用了近4 h對可能引起壓縮機開入1動作的故障逐一排查，最終確定引起壓縮機開入動作的故障原因為精濾器壓差壓力繼電器接點被嚴重腐蝕，接點接觸電阻過大而聯鎖開入1進入微機綜保裝置跳閘。

更換后精濾器壓差壓力繼電器后恢復正常開車。當時正處于夏季環境溫度高（35℃），冷凍系統停車檢修時間又長，制冷量不足導致生產系統降低負荷生產。

原螺桿壓縮機控制方式主要以傳統的交流接觸器、中間繼電器來完成，線路比較復雜；控制柜內電氣元件多，布置緊驟，散熱效果差，當一只元器件出現故障時候，會影響緊鄰的元器件，影響面大；工藝聯鎖點復雜，出現故障時，因故障指示燈只有一個，檢修工作量大，排除故障困難。滿足螺桿壓縮機的開車必須先滿足油泵先開車，而油泵要開車需要滿足電機的聯鎖本身條件5個（電機三相繞組溫度高、電機前、后軸承溫度高）和5個工藝聯鎖（油壓差低、噴油溫度高、吸氣壓力低、排氣壓力高、精濾器壓差超）。故障時什么條件不滿足單從單一的故障指示燈無法辨識，需要對串聯在整個控制回路的可能故障一一排查，給檢修、運行維護人員帶來很大困難，檢修維護工作量大，檢修效率低造成生產系統減負荷影響生產。

3 改進方案

從上述故障案例可知，精濾器壓差壓力繼電器故障是造成此類故障的直接原因，其故障損壞也是無法避免的，單純地通過重新選型來延長產品的壽命只能降低該類故障的發生頻率，并不能徹底解決問題。

可編程控制器（PLC）是一種新型的通用控制裝置，它將傳統的繼電器-接觸器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，專門為工業控制而設計，具有功能齊全、應用靈活、操作方便，維修容易，穩定可靠等優點[1]。

為此，解決該故障最有效的方法是為了更直觀的看出某個聯鎖點或某幾個聯鎖點處于不正常狀態，增加一只現場控制柜，柜面上增加對應的故障指示燈。設計PLC控制梯形圖系統程序控制，將每一個故障信號輸出到控制柜對應的故障指示燈上，當某一聯鎖故障動作時，控制柜面上對應指示燈亮，檢修維護人員根據故障指示有針對性的查找故障，打破盲目查故障的檢修格局。根據螺桿壓縮機的低壓油泵控制系統聯鎖情況的考慮，在PLC的選用上，從PLC的I/O上應該選用S7-200的PLC，該產品最大可擴展到128點輸入128點輸出，足夠滿足工藝要求，同時也滿足PLC內存或接點控制余留10%空位的要求，西門子的S7-200系列的PLC的執行速度為0.8μs，1 000步基本指令的運算只要800μs，足夠滿足控制要求[2]。

冷凍螺桿壓縮機控制系統核心硬件選用型號西門子s7-200系列CPU226。PLC輸入輸出表見硬件接線圖1[3]。

圖1 PLC硬件控制接線Fig 1 PLC hardware controlwiring

PLC控制梯型圖的編寫：工藝條件、電機聯鎖全部輸入PLC內部程序實現聯鎖控制，當滿足冷凍系統生產工藝要求后，先開油泵，油泵反饋運行信號、油壓差信號，再開主機。工藝條件、電機聯鎖、油泵故障時PLC輸出聯鎖跳閘信號跳閘主機。同時PLC輸出對應的跳閘故障信號到控制柜面上相應的故障指示燈。工藝聯鎖輸出一旦無輸出，即KA0中間繼電器失電（KA0的一副輔助接在高壓機的跳閘回路）將使壓縮機跳開，造成停車。包括油泵、主機運行狀態、故障狀態、10個工藝聯鎖觸點狀態全部輸入PLC，每一個故障及運行狀態全部由PLC輸出到控制柜面上指示燈表示，故障時對應某一故障指示燈亮，對引起螺桿壓縮機故障點在控制柜面上一目了然表示出來，以打破盲目查故障的檢修格局。另外所有的控制聯鎖在PLC內部通過程序來實現，減少了控制柜內傳統的接觸器、繼電器使用數量，消除了控制柜內元器件多、散熱效果差的安全隱患。

4 結束語

從改造后的實際運行效果看：一是提高生產流程的靈活度，滿足生產工藝的要求；二是減少了故障頻率，全面提高設備的運行效率，因引起壓縮機跳閘的10個故障（電機三相繞組溫度和電機前后軸承溫、工藝上油壓差、噴油溫度、吸氣壓力高、排氣壓力高、精濾器壓差超）均增加了故障指示，故障發生時對每一個故障一目了然?，F螺桿壓縮機發生故障跳閘，檢修維護人員根據柜面上對應的故障指示燈查找并解決故障。螺桿壓縮機故障跳閘檢修維護時間由原來的4 h縮短為0.5 h，在很大程度上減少了維護人員檢修維護勞動強度，提高了檢修效率。三是減少了檢修費用，用新型現代化集成PLC控制代替了傳統的繼電器、接觸器控制，大量減少了現場控制柜內元器件，解決了因柜內散熱效果差而損壞元器件的費用，加之因元器件布置緊湊而損壞波及的元器件，每年減少檢修費用近6千元。冷凍螺桿壓縮機的改造確保了冷凍控制系統運行的穩定性，取得了良好的運行效果。

[1]廖常初.可編程序控制器應用技術[M].重慶:重慶大學出版社,2007:3-9.

[2]彭立標.可編程序控制器原理與應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,1999:32-35.

[3]張華龍.圖解PLC與電氣控制入門[M].北京:人民郵電出版社,2008:17-23.