IR5000控制系統(tǒng)在螺桿式空壓機(jī)上的應(yīng)用

1 概述

我廠空壓站共有1#、2#、3# 英格索蘭螺桿式空壓機(jī)(56 m3/min，300 kW /臺(tái))3臺(tái)，其工作原理是當(dāng)空氣壓力超過設(shè)定的壓力時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)氣管上碟閥自動(dòng)關(guān)閉，壓縮機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài)，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的空氣壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)氣管碟閥自動(dòng)開啟，壓縮機(jī)又進(jìn)入到滿載工作狀態(tài)?？諝鈮嚎s機(jī)的排氣量和壓力，在運(yùn)轉(zhuǎn)中是變化的，常因工況變化導(dǎo)致用氣量變化，所以空氣壓縮機(jī)工作時(shí)總是在重復(fù)滿載原卸荷工作方式。滿載時(shí)的工作電流接近電動(dòng)機(jī)的額定電流，卸荷時(shí)的空轉(zhuǎn)電流為30豫耀50豫電動(dòng)機(jī)額定電流，這部分電流不是做有用功，而是機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗。另外，原有運(yùn)行方式為星-角降壓起動(dòng)后全壓運(yùn)行，存在著浪費(fèi)電能的現(xiàn)象，且無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。因此，對空壓機(jī)控制系統(tǒng)加裝了IR5000 控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，IR5000 內(nèi)的變頻器根據(jù)儲(chǔ)氣罐壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率，達(dá)到節(jié)能的目的。

2 IR5000控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)介紹

IR5000 是壓縮機(jī)技術(shù)和變頻控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品，由英格索蘭提供壓縮機(jī)技術(shù)及機(jī)械原理，流體及應(yīng)力特性，系統(tǒng)中使用的變頻器是丹佛斯依靠這些原理及特性開發(fā)出的專為英格索蘭螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的專用變頻器。IR5000 是英格索蘭擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效節(jié)能系統(tǒng)，它不同于市場上通用的變頻器，所以對壓縮機(jī)進(jìn)行改造，不是單純的只加一套變頻系統(tǒng)，而是壓縮機(jī)技術(shù)+變頻控制技術(shù)的改造。

IR5000 高效節(jié)能控制系統(tǒng)與空壓機(jī)原有的Intellisys 控制器實(shí)現(xiàn)一體化控制，會(huì)根據(jù)實(shí)際的用氣量實(shí)時(shí)調(diào)整空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持空氣系統(tǒng)恒定的壓力。它主要有兩種模式：

1)Setup1，IR5000 以最低頻率運(yùn)行，空壓機(jī)處于卸載狀態(tài);

2)Setup2，IR5000 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以維持恒定壓力，空壓機(jī)處于加載模式。

在使用IR5000 時(shí)，空壓機(jī)依然根據(jù)起跳壓力、回跳壓力來控制空壓機(jī)的加卸載，同時(shí)，IR5000 會(huì)調(diào)整轉(zhuǎn)速，盡量維持系統(tǒng)壓力能夠穩(wěn)定在壓力帶的范圍之內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)壓力高于IR5000 的目標(biāo)壓力，IR5000 會(huì)降低空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速以減少供氣量，從而使系統(tǒng)壓力緩慢下降，當(dāng)系統(tǒng)壓力降至目標(biāo)壓力附近，IR5000 會(huì)增加空壓機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速以增加供氣量。

2.2 IR5000工作流程

IR5000工作流程如圖1 所示。

2.3 IR5000與一般控制系統(tǒng)的區(qū)別

1)開發(fā)了消除螺桿壓縮機(jī)的共振點(diǎn)跳躍點(diǎn);

2)開發(fā)了對于啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)需要的大扭矩;

3)開發(fā)了啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)潤滑油路自循環(huán)所建立壓力的需求時(shí)間;

4)開發(fā)了變頻系統(tǒng)對壓縮機(jī)信號(hào)干擾的消除系統(tǒng);

5)開發(fā)了全系列螺桿壓縮機(jī)(5耀355 kW)的高效節(jié)能控制系統(tǒng);

6)開發(fā)了能夠消除由于壓縮機(jī)故障引起的噴油故障;

7)開發(fā)了通過檢測現(xiàn)場用氣點(diǎn)壓力而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)組成系統(tǒng)的供氣量;

8)開發(fā)了壓縮機(jī)和變頻器故障點(diǎn)互相保護(hù)設(shè)備的控制系統(tǒng);

9)開發(fā)了壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)低速潤滑軸承的功能;

10)開發(fā)了保護(hù)電機(jī)發(fā)熱的功能。

2.4 IR5000系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)

1)根據(jù)不同的工況和用氣情況調(diào)節(jié)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果一般可達(dá)到25%耀30%;

2)實(shí)現(xiàn)軟起，減少了起動(dòng)瞬間對電機(jī)電氣元件的沖擊，延長了電機(jī)和接觸器的壽命;

3)減少空壓機(jī)頻繁加卸載，由于卸載次數(shù)的減少，噪聲也相應(yīng)減少;

4)同時(shí)監(jiān)視多個(gè)參數(shù)，具有完善的保護(hù)措施，使空氣壓縮系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，減少了停機(jī)時(shí)間，降低了生產(chǎn)的損失;

5)空壓機(jī)與IR5000一體化控制涉及到空壓機(jī)的運(yùn)行工藝條件、空壓機(jī)防振動(dòng)、防嘔油、以及電機(jī)溫度保護(hù)、壓力特性曲線等，同時(shí)與空壓機(jī)原有Intellisys 控制器緊密集成。

3 IR5000系統(tǒng)中變頻器的選型及設(shè)置

空壓機(jī)的的型號(hào)是M300-2S，電機(jī)額定電流為548 A，最大運(yùn)行電流630.2 A(因?yàn)榭諌簷C(jī)本身過載系數(shù)是1.15)?？紤]當(dāng)變頻器滿負(fù)荷運(yùn)行(50 Hz)時(shí)，如果輸入電壓有所下降(假設(shè)0.5%)而造成電機(jī)電流上升，則空壓機(jī)實(shí)際最大運(yùn)行電流可達(dá)630.2伊1.05=661.71 A，所以選用的變頻器型號(hào)為FC302-P-355-T5，額定電流745 A。

變頻參數(shù)設(shè)置如表1所列。

4 IR5000控制系統(tǒng)圖

IR5000 控制系統(tǒng)圖如圖2 所示。

5 運(yùn)行分析

2009 年3月底開始對空壓機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，4 月1 號(hào)正式運(yùn)行，在運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)IR5000控制系統(tǒng)電盤溫度過高，每個(gè)IR5000 控制柜包括左右兩個(gè)柜體，即接觸器柜體和變頻器柜體，接觸器柜體空氣開關(guān)以及空開到接觸器的銅排經(jīng)測溫度達(dá)到85益，變頻器柜體溫度也達(dá)到了70益，而控制柜內(nèi)空氣斷路器和銅排的選型是嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。經(jīng)過現(xiàn)場測量和判斷，接觸器單元發(fā)熱是因?yàn)楣駜?nèi)無足夠空氣流通，造成柜內(nèi)熱氣無法排出而引起的;變頻器柜體發(fā)熱是由于冷卻空調(diào)功率為4 kW，而變頻器發(fā)熱功率約為7 kW，很明顯，冷卻空調(diào)不能滿足變頻器柜體散熱，且由于現(xiàn)場控制間環(huán)境溫度較高，為了保證系統(tǒng)的長期使用，做了如下調(diào)整：

1)將變頻器柜體原冷卻空調(diào)拆下，頂部開孔，加裝軸流風(fēng)機(jī)，將柜內(nèi)熱氣排出，后門下方開孔并加裝濾隔柵，保證柜內(nèi)空氣流動(dòng);

2)經(jīng)計(jì)算冷卻空調(diào)可以滿足接觸器柜體，把拆下的冷卻空調(diào)安裝在接觸器柜體后面;

3)在電盤間加裝軸流風(fēng)機(jī)、制冷空調(diào)，保證室內(nèi)溫度在40益以下。

設(shè)備運(yùn)行45 天，變頻器大部分時(shí)間運(yùn)行在40 Hz 上，電流500 A 左右，用氣量小的時(shí)候，IR5000 先自動(dòng)降低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，最低頻率達(dá)到26 Hz，只有在26 Hz，用氣量還大的時(shí)候，才通過卸載來調(diào)節(jié)用氣量，節(jié)約了電能。

6 結(jié)語

采用了IR5000 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)控制，為后期的能源自控項(xiàng)目聯(lián)控、群控的實(shí)施以及采集空壓機(jī)內(nèi)部參數(shù)創(chuàng)造了條件。這次對空壓機(jī)的改造完全達(dá)到了預(yù)期的效果。