中央供氣系統(tǒng)無線遠(yuǎn)程集中控制改造

楊磊李曄

云南云成印務(wù)有限公司 昆明市

一、問題的提出

兩臺阿特拉斯GA30型空壓機，工作模式為一用一備。近年，隨著公司對供氣的需求量增大，先后并網(wǎng)并增加兩臺GA45型空壓機，由設(shè)備維護人員根據(jù)生產(chǎn)需求，決定空壓機的運行組合，如啟動1臺、2臺或3臺，交班時視情況進行調(diào)整或切換。因在24h連續(xù)生產(chǎn)過程中用氣量變化較大，用氣量小時空壓機短暫加載后即卸載，啟動頻繁；用氣量大時空壓機長時間處于加載狀態(tài)又無法卸載，不僅無法適應(yīng)生產(chǎn)需求，而且空壓機故障率高。為此決定改造中央供氣系統(tǒng)，以確保為生產(chǎn)提供穩(wěn)定、可靠的氣源。

4臺阿特拉斯GA系列空壓機（無變頻調(diào)速），單機設(shè)備已具備完備的自動控制功能，能以供氣管道的檢測氣壓作為控制對象，保持恒定的氣壓區(qū)間。4臺空壓機并網(wǎng)供氣后，由操作人員控制空壓機的運行組合，以啟動1～2臺為例，組合運行模式有：①運行1臺GA30時，供氣量4.5m3/min，運行功率15～30kW。②運行1臺GA45時，供氣量8m3/min，運行功率22～45kW。③運行兩臺GA30時，供氣量9m3/min，運行功率30～60kW。④運行1臺GA30和1臺GA45時，供氣量12.5m3/min，運行功率38～75kW。⑤運行兩臺GA45時，供氣量16m3/min，運行功率45～90kW。

當(dāng)用氣量≤4.5m3/min時，運行1臺GA30是最理想狀態(tài)。4.5m3/min≤用氣量≤8m3/min時，運行1臺GA45是最理想狀態(tài)。8m3/min≤用氣量≤13m3/min時，運行1臺GA30和1臺GA45是最理想狀態(tài)。13m3/min≤用氣量≤16m3/min時，運行兩臺GA45是最理想狀態(tài)。

實際生產(chǎn)中用氣量會因生產(chǎn)調(diào)度變動、不同工序任務(wù)完成情況變化等因素在0～20m3/min波動，因此4臺空壓機并網(wǎng)供氣后，彼此不能兼顧，在生產(chǎn)用氣流量發(fā)生變化時，系統(tǒng)無法對用氣量和供氣量的變化做出正確反應(yīng)，不能進行及時有效的自動調(diào)整，無法達(dá)到最佳模式運行。造成供氣量不足，空壓機長時間過負(fù)荷運轉(zhuǎn)或供氣量過大，加載卸載過于頻繁。解決這些問題的關(guān)鍵在于使整個中央供氣系統(tǒng)能夠自適應(yīng)用氣量的變化，自動按最優(yōu)組合控制空壓機設(shè)備的運行。

二、中央供氣系統(tǒng)改造

1.改造目標(biāo)

采用遠(yuǎn)程控制，最大程度降低設(shè)備操作強度，便于設(shè)備操作人員隨時監(jiān)控管理系統(tǒng)運行狀態(tài)。實時記錄統(tǒng)計各臺設(shè)備運行數(shù)據(jù)，便于維保工作及時有效進行。系統(tǒng)能自適應(yīng)用氣量的變化，自動調(diào)配在網(wǎng)空壓機以最優(yōu)策略組合運行。提高設(shè)備利用率，均分負(fù)荷，確保每臺空壓機運行時間基本均衡。使空壓機故障率明顯下降，任何一臺故障待修或停機保養(yǎng)，不會影響整個系統(tǒng)的供氣能力，有效降低能耗和維保費用。

2.改造方案

對由4臺空壓機并網(wǎng)組成的中央供氣系統(tǒng)進行集中控制改造，建立智能控制系統(tǒng)。中央節(jié)能控制系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)與前端監(jiān)控電腦相聯(lián)，管理人員可直接在辦公室電腦實時監(jiān)控空壓機運行狀態(tài)，并對空壓機進行基本啟、停等操作，真正實現(xiàn)空壓機現(xiàn)場無人值守。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖 1）

圖1 改造后的中央供氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PLC可根據(jù)系統(tǒng)總線采集的信號，自動控制空壓機啟停，并將信號傳至聯(lián)控主機，聯(lián)控主機則根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各空壓機的運行情況，合理控制各空壓機以最理想狀態(tài)運行。同時，聯(lián)控主機與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，操作人員可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控主機實時監(jiān)控系統(tǒng)運行情況，也可根據(jù)實際情況人為干預(yù)。

4.系統(tǒng)控制策略

對改造后實施的系統(tǒng)控制策略采用智能控制方法，對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的空壓機根據(jù)用氣量按設(shè)備功率、設(shè)備運行時間，以最優(yōu)方法自動控制空壓機啟停?？刂撇呗粤鞒桃妶D2。

圖2 改造后的中央供氣系統(tǒng)控制策略流程

（1）控制策略的主要步驟。①設(shè)定系統(tǒng)壓力上、下限及強制停機壓力后，各臺空壓機相繼啟動，聯(lián)控主機開始讀取各空壓機數(shù)據(jù)并在觸摸屏顯示。②當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到上限壓力時，聯(lián)控主機優(yōu)先卸載運行時間相對較長且功率較高的空壓機，直至只有1臺空壓機運行。③當(dāng)系統(tǒng)壓力低于啟動壓力時，聯(lián)控主機將優(yōu)先啟動兩臺功率較小的空壓機中運行時間短的1臺，若用氣量仍不足，停1臺功率較小的空壓機，啟動兩臺功率較大的空壓機中運行時間較短的1臺；若用氣量還是不足，啟動另一臺功率小、運行時間短的空壓機；若用氣量還不足，則停1臺小空壓機，運行另一臺功率較大空壓機；若用氣量還不足，運行1臺功率大且運行時間短的空壓機，同時運行兩臺功率小的空壓機。按上述順序各空壓機逐一自動投入運行。④當(dāng)系統(tǒng)壓力下降至不同的設(shè)定值時，聯(lián)控系統(tǒng)將逐一遞增地將功率較小且運行時間短的空壓機先行轉(zhuǎn)入加載運行狀態(tài)，以滿足所設(shè)定的壓力值，此后的啟動方式按前述③進行。

（2）控制策略的選擇機制。根據(jù)以上基本步驟，空壓機以較理想狀態(tài)投放運行，由于4臺空壓機功率不同，在控制空壓機啟停時，除了空壓機運行時間外，還需考慮設(shè)備用電量，具體見（1）中的③。

（3）控制策略降低故障和能耗的方法。聯(lián)控系統(tǒng)實時檢測系統(tǒng)故障，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障后，聯(lián)控系統(tǒng)停止故障空壓機，同時啟動1臺處于停機狀態(tài)空壓機，系統(tǒng)不會因某臺空壓機故障而影響整個管網(wǎng)壓力及供氣能力。系統(tǒng)具有平衡各臺空壓機運行時間的功能，因此各臺空壓機運行時間大致相同，有效降低設(shè)備故障率。

在生產(chǎn)用氣流量發(fā)生變化時，系統(tǒng)對用氣量和供氣量的變化做出正確反應(yīng)，整個中央供氣系統(tǒng)能夠自適應(yīng)用氣量的變化，自動按最優(yōu)組合控制空壓機設(shè)備運行，最大限度降低能耗。

三、改造效果

中央供氣系統(tǒng)無線遠(yuǎn)程集中控制改造完畢投入運行1年來，實際運行數(shù)據(jù)表明，空壓機及聯(lián)控系統(tǒng)運行正常，系統(tǒng)可根據(jù)實際需要自動開機或加載空壓機保持系統(tǒng)空氣壓力穩(wěn)定，有效解決了用氣量波動的自適應(yīng)問題。實現(xiàn)操作人員遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，工作強度減輕，管控水平提升。由于每臺空壓機都能以最優(yōu)狀態(tài)運行和加載，設(shè)備故障率明顯降低，公司未再出現(xiàn)因中央供氣系統(tǒng)設(shè)備故障造成生產(chǎn)設(shè)備停機的情況。中央供氣系統(tǒng)耗能比技改前減少20%，系統(tǒng)各項運行指標(biāo)達(dá)到技改預(yù)期目的。 W13.10-24