車間的壓縮空氣系統的改進

劉柏均

摘 要：對集中供氣的壓縮空氣系統進行改造，改用電接點壓力表取代原來的壓力開關；對三臺空氣壓縮機的啟停進行了優化，配合電接點壓力表的控制，根據壓力的高低而決定投入壓縮機的數量；對自熱式壓縮空氣干燥器的工藝進行了優化，當用氣量少的時候，再生完畢后，自動延長工作時間，使之更加節能高效。

關鍵詞：電接點壓力表；上電啟動；自熱式壓縮空氣干燥器；節能工藝；冗余

1 任務的提出

車間樓一樓有15臺CNC，擔負著教學與對外生產的任務，原來每臺CNC都配有一臺微型壓縮機。使用一段時間后發現，這樣的配置既不經濟，又易于出故障，影響該臺CNC的教學與生產，而且壓縮空氣未經處理，含有大量的水與油，影響設備的長期可靠運行。同時，實訓樓里還有其他設備，也需要壓縮空氣，這樣還得再配置壓縮機。

經學院同意，本人決定對實訓樓一樓進行壓縮空氣集中供氣的改造。利用三臺閑置的1立方/分鐘的移動式壓縮機，再配套一個3立方/分鐘的高效除油器，一個3立方/分鐘的自熱再生式壓縮空氣干燥器（出口附帶粉塵過濾器），一個1立方的壓縮空氣儲罐。經過處理后的壓縮空氣通過管道對CNC及其他用氣設備進行供氣，同時，預留二樓8臺CNC的供氣管道，為增加設備提供用氣。

使用一段時間后，實訓車間反應，用氣的質量有了很大的提高，去除了水和油的壓縮空氣使設備的運行質量和穩定性得到了提高。但也出現了供氣壓力不穩定的新問題，供氣壓力有時候偏低。

經過觀察，發現供氣壓力有時候低于要求的0.65MPa，原因是沒有考慮高效除油器與自熱式壓縮空氣干燥器的壓降，這套壓縮空氣處理設備有約0.02MPa的壓力降。

同時，三臺空氣壓縮機的啟動與停止，都是由原來機上的壓力開關調節的，而這種壓力開關的調節精度較低，且安裝在壓縮機上，受到的振動較大，所以很難精確地設定壓縮機的啟動與停止壓力。

另外，自熱式壓縮空氣干燥器需要一部分成品氣進行再生，查產品手冊，這一部分的再生氣量為額定處理量的15%，消耗量不少。而現在用氣量還未飽和，特別是下午5點到晚上9點的時間段。

2 改進

根據這些問題，筆者對這套集中供氣系統再進行了改造，主要集中在三點：（1）采用新的電接點壓力表取代原來的壓力開關，使供氣壓力更加穩定。（2）壓縮機采用新的聯動程序，改善壓縮機的工作狀態，提高其運行的可靠性。（3）改進自熱式壓縮空氣干燥器的運行工藝，節約再生氣。

2.1 控制箱

原有的自熱式壓縮空氣干燥器的控制箱不用，重新設計一個控制箱，采用一個FX2N-16MR型PLC作為主控制器。

其中8個輸入點中使用4個，電接點壓力表1上限接入X2（0.75MPa），下限接入X1（0.68MPa），電接點壓力表2上限接入X3（0.76MPa），下限接入X0（0.67MPa）。

電接點壓力表有上限觸點和下限觸點，可以任意設定壓力。當壓力低于設定的下限壓力時，下限觸點接通。當壓力高于設定的上限壓力時，上限觸點接通。

其中8個輸出點使用7個，Y0驅動干燥器電磁閥VY1，Y1驅動干燥器電磁閥VY2，Y2驅動干燥器電磁閥VY3，Y3驅動干燥器電磁閥VY4。Y4驅動中間繼電器K1，Y5驅動中間繼電器K2，Y6驅動中間繼電器K2。三臺壓縮機的接觸器保留，但改由K1、K2、K3三個中間繼電器來控制?？刂圃韴D見圖1。

2.2 自熱式壓縮空氣干燥器上電啟動

原來的自熱式壓縮空氣干燥器曾經多次發生過操作人員合上壓縮機的開關后，沒有按下干燥器控制箱上的啟動按鍵，導致干燥器沒有投入運行的情況。因此改進后的控制箱不設開/停機按鈕，干燥器的供電與壓縮機為同一個開關，一上電干燥器就投入運行，避免忘記啟動干燥器的事件再發生。

2.3 壓縮機的啟動與停止

選用兩個1.6級精度，表盤直徑150毫米的電接點壓力表，表1壓力下限設為0.68MPa，上限設為0.75MPa，用于控制三臺壓縮機的啟停，表2壓力下限設為0.67MPa，上限設為0.76MPa，作為表1的冗余。

當壓力低于0.65MPa的時候，1#壓縮機啟動，10秒鐘后如果壓力還是低于0.65MPa，2#壓縮機啟動，再10秒鐘后，如果壓力還是低于0.65MPa，3#壓縮機啟動。如果壓力高于0.75MPa的時候，1#壓縮機先停止，10秒鐘后如果壓力還是高于0.75MPa，2#壓縮機停止，再10秒鐘后，如果壓力高于0.75MPa，3#壓縮機停止。如果壓力高于0.76MPa，所有壓縮機馬上停止工作。

2.4 自熱式壓縮空氣干燥器的節能工藝

在一定的溫度和壓力下，干燥器處理多少立方的壓縮空氣，完全是由A塔和B塔內裝填的吸附劑量的多少決定的。干燥裝置是按照額定的壓力有流量設計的，而實訓車間目前的用氣量大約是1.8立方/分鐘，低于其額定的處理量3立方/分鐘。即每一個塔工作時間為5分鐘，但處理的壓縮空氣量并沒有達到15立方，所以可以適當延長每一個塔的工作時間（再生時間4分鐘不變），以達到節約再生氣的目的。

對自熱式壓縮空氣干燥器的程序改進為：當三臺壓縮機全開時，工作塔工作時間為5分鐘，再生塔再生時間為4分鐘。當兩臺壓縮機工作時，工作塔工作時間為9分鐘，再生塔再生時間為4分鐘。當一臺壓縮機工作時，工作塔工作時間為13分鐘，再生塔再生時間為4分鐘。之所以沒有按照臺數來取工作周期值，是確保有一定的余量。

3 結束語

經過改進后的集中供氣系統，克服了原來系統的問題，運行更加穩定可靠。壓縮機的啟動與停止與原來相比，變得有序，沒有原來的頻繁起動，壓力的波動也沒有原來那么大。自熱式壓縮空氣干燥器的工作周期能夠根據用氣量的大小而自動調整，減少了再生氣的消耗量。

參考文獻

[1]三菱FX2N系列微型可編程序控制器編程手冊[Z].

[2]鐘肇新，范建東.可編程序控制器原理及應用（第三版）[M].華南理工大學出版社，2003.

[3]瞿彩萍.PLC應用技術（三菱）[M].中國勞社會保障出版社，2006.