PLC在壓縮機安全性能測試中的應用

郭瑞光

摘要：本文結合筆者多年的工作經驗，研制了一套行之有效的壓縮機安全性能測試裝置。該裝置能對機械壓縮主要安全性能指標進行準確檢測，已經在國內多家壓縮機骨干生產企業和部分壓縮機用戶企業得到應用，為準確地評價壓縮機安全性能提供了有效手段。

關鍵詞：壓縮機；安全性能；PLC

壓縮機是一種工業生產中廣泛使用的機械設備。這種機械依靠在氣缸內作往復運動的活塞或作旋轉運轉的轉子的作用，使吸入氣體的體積縮小而提高壓力，以滿足生產需要。這種產品的結構比較復雜，除機械、電氣部分外，還有氣、油、水等多種回路。為了保證和提高壓縮機的質量，對其性能進行測試是一個不可缺少的環節。但是到目前為止，這項工作基本上是以手工為主進行的。因此，工作效率低、勞動條件差，測試結果的可靠性、準確性也不高。少數單位開發了自動測試系統，不過，并沒有很好地用上去，或者，測點少，功能不強。

一、總體結構功能分析

本文介紹的測試系統由帶有PCI 總線的工業控制計算機、NI公司的LabVIEW軟件、1 塊DAQ 采集卡、9 塊SCXI 調理卡（ 1 塊SCXI-1121、7 塊SCXI-1125、1 塊SCXI-1162）、1 臺12 槽機箱SCXI-1001 和溫度、壓力、流量變送器等構成）。在計算機的控制之下，按照國標《一般用容積式空氣壓縮機性能試驗方法》（GB3853）的規定，測定單級和兩級壓縮的壓縮機性能，繪制特性曲線，打印試驗報告。測試系統采集的參數有：吸氣溫度、壓力；排氣溫度、壓力；壓縮機轉速、軸功率；強電系統的電壓、電流、功率；冷卻水的溫度、壓力、流量；供油系統的壓力、溫度等。與此同時，測試系統還通過輸出控制電路對機組的工作狀態進行控制。

二、PLC控制系統的設計

（一）硬件選型

該測試系統選用西門子SIMATICS7—300型PLC，采用313C型CPU。該CPU的特點是自帶輸入輸出模塊，包括24點數字量輸入、16點數字量輸出、5點模擬量輸入、2點模擬量輸出，使用相當方便。CPU工作內存為32KB，掃描速度為0.1ms/1000指令行，速度快，可靠性高。同時體積小，擴展性強，使用靈活。同時選用西門子170B型操作面板。該操作面板包括液晶顯示屏和若干功能鍵，在系統中實現上位機功能。PLC電源選用西門子Ps3075A電源，為24VDC。

（二）輸入輸出配置

根據控制流程要求，CPU313C自帶的輸入輸出模塊已經足夠，無須再添加單獨的輸入輸出模塊。該測試系統共有3點數字量輸入，13點數字量輸出，3點模擬量輸入，1點模擬量輸出。（1）數字量輸入：包括2個控制按鈕信號（開始、結束）和模式轉換開關信號。（2）數字量輸出：包括8個氣動截止閥、變頻電機、真空泵、注油泵和離合器的開關信號，以及聲光報警信號。（3）模擬量輸入：包括真空度、壓力和電機電流3個模擬信號。信號來自相應的變送器，均為4～20mA電流信號。（4）模擬量輸出：變頻電機轉速設定值，為4—20mA電流信號，輸出到變頻器控制電機轉速。

（三）操作面板組態

利用Pro Tool組態軟件對操作面板進行組態。組態的主體為畫面，畫面由動態組件組成，包括圖形列表、文本列表、輸出域等。畫面通過變量與PLC進行通訊。組態中定義的變量均為全局變量，它們帶有PLC鏈接，在PLC上占據一個定義的存儲器（數據塊）地址，從操作面板與PLC上都可以對其進行讀與寫訪問。由此畫面上的各動態組件通過設置相應的變量，就能使PLC數據塊中的當前值可視化，從而在畫面上實時顯示測試進程。同時通過操作面板可以調整PLC數據塊中的測試參數。

三、試驗流程和程序

測試壓縮機性能的程序用LabVIEW圖形化編程環境編制，利用它的模塊化、層次化結構，工程技術人員在幾周內即可構成或基本構成要求的測試系統。這種解決方案直觀、簡單易學，使用起來也不復雜。在本系統中，測試程序大致由試驗管理模塊、數據采集模塊、輸出控制模塊、數據處理模塊、顯示模塊、文件管理模塊和報警模塊等構成。軟件程序借助于DAQ卡采集被測量和控制試驗的進行。利用鍵盤、鼠標和顯示器（圖形化軟面板）等進行人機對話。軟件的主要功能與試驗流程相對應：運行試驗管理模塊，按照試驗要求和GB3853 標準等規定，輸入試驗的類型、試驗的項目、額定參數、規定的工況參數、試驗條件和硬件配置等。運行采集和控制等模塊，起動機組預運轉，掃描軸承、機殼等部位的溫度，考核零部件的配合情況，判斷機組能否平穩運行。機組能平穩運行則轉入下一步，按GB3853 的要求，將運轉參數，如冷卻水溫、總壓力比、主軸轉速等，調整（測量、計算、比較、調整）到允許的波動范圍之內。在規定的工況下，測量吸排氣溫度、壓力，冷卻水溫度、壓力，油系統溫度、壓力、壓縮機轉速與軸扭矩等。進行常規性能測試，處理測得的數據和顯示測試結果。調節閥門的開度和主軸轉速等，進行超溫、最高許可轉速、最高許可壓力等試驗。考核機組能否可靠運轉。壓縮機試驗期間，測試系統不斷對其轉速、壓縮比、排氣溫度和油溫等進行監控，發現越限則立即調用報警模塊報警和強行停車。上述以LabVIEW 等實現的系統既可用于產品出廠檢驗，又可用于型式試驗；既可用于測點較少的小型產品測試，又可用于測點較多的機組性能測試。

四、結束語

綜上所述，本檢測裝置在行業中有較高的推廣價值。若在硬件中增加新的插卡/機箱，在軟件中增加新的功能模塊，測試系統的功能還可進一步擴展。如，將測點擴展到幾百點，或同時測試多臺機組的性能；擴大系統的輸出控制功能；分析測得的數據，提出產品改進意見或方案；在企業內部或企業間通信，協同工作，共享有關數據等。

參考文獻：

[1]王勁柏.變工況條件下熱力膨脹閥節流特性分析[J].制冷與空調，2015.

[2]張揚.JB3350-83機械壓縮機安全技術條件[J].企業文化，2016.