根据压缩机普遍存在的故障率高、自动化程度低等问题，设计了采用PLC与MCGS工控组态的往复式压缩机自动控制器，实现PID变频控制系统的功能。相比于传统的机械控制器，该系统大大提高了压缩机自动化程度，增加了设备工作过程中的稳定性，可以满足现代企业对压缩机自动化的应用要求。
1自动化技术在压缩机中的应用特点
在压缩机控制系统中，自动化技术的应用主要包括以下3个方面：①监控系统。压缩机控制系统中的监控系统主要包括工业以太网、现场总线等。监控系统能够对压缩机控制系统进行全面监控，使其更加直观地显示在操作人员面前。当设备发生故障时，监控系统能够及时发出报警信息，提醒工作人员检查设备状态；②自动化控制技术。自动化技术在压缩机控制系统中的应用主要包括：根据压缩机控制系统的需求对相关设备进行合理选择；根据压缩机控制系统的运行要求设置控制参数；对压缩机设备进行定时保养；通过自动化技术来实现远程操控和监测等；③自动保护功能。自动保护功能能够使设备发生故障时自动发出报警信息，从而使操作人员及时采取措施进行处理，避免因故障而影响到生产的正常进行。
2压缩机控制系统中自动化技术的应用分析
2.1系统总体方案设计
以2D10-7.6/25-45D压缩机为例，采用两组两缸二级压缩、双向动作。其中，进气和排气口均是所采用的上进下出的方式。每一个圆筒都与进口和出口的缓冲器相连。该压缩机装由PLC控制器，可实现对往复压缩机参数的反馈、报警和安全连锁控制。该控制系统由PLC、触摸屏、变送器、PLC和触摸屏的程序软件组成。为实现压气机的控制，将该控制器被分割为2个主要部分，一是控制器单元，另一个部分对空气膜调节阀的开度进行控制其监测部分，主要为复式压缩机各类实时的参数，如进气口的温度、排气口的温度、气口的压力、排气口的压力、润滑油的压力、润滑油的温度等。根据信号种类的不同，配有相应的接线盒。DCS与PLC控制系统之间的通信接口是由PLC控制箱中的接口连接起来的。所有的压力、液位传感器都是由带有液晶显示的智能传感器组成。控制系统的工作原理如图1所示。
图1控制系统原理
2.2硬件系统设计
在复式压缩机控制系统中，硬件设计包括选型和设计两个方面：在选型过程中，主要包括PLC、传感器、上位机以及电缆的选择，在设计过程中，包括PLC箱体的内部结构的设计等。S7-300型PLC是由西门子公司所开发，为采用模块化结构的小型可编程控制器。监控变量表见表1，由众多模块组成，包括所需控制的点数配置电源模块、CPU模块、开关量输入DI模块、开关量输出DO模块、模拟量输入AI模块、模拟量输出AO模块、RTD模块等。PLC的硬件构成，其中包括CP341的串口通信模块，可根据数值不同，配置IM365的扩展模块，RS485与DCS相连，实现PLC与上级监控计算机之间的通信，采用继电器模块，使PLC和其他重要的硬件设备，在PLC的控制柜内，进而实现输入、转换、控制、输出等功能。
2.3新增远程监控系统
每台压缩机原有1台防爆摄像头，本次改造每台压缩机再增加1台防爆摄像头。2台防爆摄像头安装在压缩机两侧墙壁上，从两个视角分别监控压缩机现场实况。根据GB/T50115-2019《工业电视系统工程设计规范》，摄像头安装高度不宜低于2.5m。监控信号通过网线/光纤传输至监控中心机柜间的CCTV柜内，网线、光纤沿厂房桥架或穿管敷设，现场画面显示在监控中心屏幕。监控中心考虑新增摄像头的画面储存，适当增加硬盘容量。
2.4电气控制改造
在现场电气控制柜内尽量保持现有控制逻辑和操作习惯，同时添加中间继电器、远端传输、控制信号I、O端子排等电器元件。将现场仪表控制柜或PLC信号连入现场电气柜控制回路，由远端通过PLC进行辅机、主机的启停控制。控制方式为现场启动、停止，远端PLC停止。现场电气控制柜为防爆柜体，无法确定柜内是否有足够空间，且柜内元器件已运行多年，也无法判断柜体是否满足改装条件。初步计划1#～5#压缩机现场电气控制柜改造利旧，6#压缩机现场电气柜重新购买。除现场电气控制主机、辅机的启停外，另外在线监测系统，通过硬接线方式与抗爆控制室的DCS系统通讯，实现DCS系统端联锁主机的停机控制。
2.5自动控制改造
原料气管路系统和润滑油系统的重要部位的温度、压力仪表由原现场集中显示改为远传进PLC系统集中显示，通过PLC控制柜上的触摸屏显示以上数据，方便现场操作人员进行观察操作，重要参数设报警联锁。各级分离器、集油器增设远传液位，并设置液位报警及联锁，液位与排液管道上新增自动阀联锁，实现自动排液。压缩机冷却循环水总管上设有远传压力，增设压力低低报警及联锁停机。爆炸性气体环境危险区域内仪表选用本质安全型仪表或隔爆型仪表。防爆等级采用ExiaⅡCT4，不能满足的仪表采用ExdⅡCT4，防护等级为IP65。防爆区内仪表的电缆进线口采用防爆型密封接头连接。当仪表盘采取正压通风措施时，其技术要求和方法应严格按照现行国家标准《爆炸性环境用防爆电气设备正压型电气设备“P”》GB3836.5和《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》GB3836.1中的规定。
2.6PID变频调节
将PID控制添加到往复压缩机的负载调整中，以输入信号（rt）和输出信号y（t）之差为该装置的偏离信号。在PID调整的影响下，PID控制器对误差信号进行求解，y（t）是其根据权重形成的系统控制信号结果，并最终被发送到受控对象进行控制，形成完整的PID控制系统。变频器有3种工作模式：①手动开启变频器，变频器的调速幅度为50%~100%。与环路调整相结合，人工将其调整至指定状态。由DCS向PLC传送数据，设定手柄的可变频率；②在最终反压为正态（最终排出压力大于最终管网压力0.1MPa）的情况下，利用PLC对最终排出压强进行PID调整，实现对最终排出压强的可变控制；③当最终阶段的负压很小（最终排放的气体比最终管网的气体压力要小0.1MPa）时，根据最终阶段的气体流动情况，由PLC对最终阶段的气体流动情况进行PID调整，实现3种状态下工作的平稳转换。在起动过程中，先人工调节起动频率，当起动过程中其他工作模式所需条件到达时，再转换成其他两种工作模式。
结束语
为解决传统压缩机故障率高、稳定性，在研究传统压缩机的基础上对整个压气机系统进行再设计；为确保各类信息的精确收集和传递，构建压缩机硬件体系；在此基础上，实现对该控制系统的软件开发。使用西门子STEP7V5.6，扩大应用前景，使用MCGS组态软件开发程序，提高适应性，使用了PID控制器调整负荷，增强稳定性。采用2D10-7.6/25-45气体压气机进行监控，结果表明，与常规的监控方法比较，本设计能够实现压缩机的实时监控和故障诊断，对提高压缩机自动化及降低系统故障率具有重要意义。
参考文献
［1］张鹏远.探析自动化技术在汽车机械控制系统中的应用［J］.汽车测试报告，2022（7）：73-75.
［2］田秀娟.自动化技术在汽车机械控制系统中的应用分析［J］.汽车知识，2022（9）：7-9.［3］金军.PLC技术在电气工程及其自动化控制中的运用分析［J］.工程技术（文摘版），2022（10）：231-233.
