压缩机控制系统基础知识:概述

介绍

2019年 ,美国的空气和天然气压缩机制造行业的产值约为120亿美元 。 所有制造业和加工业中有90%的工业过程中至少使用一台压缩机。

压缩机是坚固耐用的电动工具,对多个行业至关重要。 它们在石油工业,化学加工厂,制药工业和重工业中很受欢迎。

本文介绍了工业压缩机中压缩机控制的用途,工作和需求。

但首先,在进入压缩机控制之前了解压缩机非常重要。

了解压缩机

压缩机从辅助存储中抽取低压气体作为原始输入。 然后,它们输出高压气体以进行存储或输送给其他过程。 压缩机系统基本上由三个主要部件组成。

它们是压缩机单元,控制系统和驱动器。

驱动器为压缩机提供机械动力。 在大多数现代压缩机中,驱动器通常是交流驱动的电动机。

一些压缩机可能具有内燃机驱动器。 有些甚至由燃气轮机和蒸汽轮机驱动。

驱动器的选择取决于功率和扭矩要求。 还应考虑压缩机单元的应用和公差。

压缩机单元由三部分组成。 首先是封闭在金属外壳中的压缩机构。 然后是入口和出口管道,以及冷却和润滑系统。

大多数压缩机使用水作为冷却剂,但是对于非常低的工作温度,它们使用更好的制冷剂流体。

润滑系统用油覆盖运动部件的接触表面。 这样可以减少磨损和过热。 该系统的工作原理类似于发动机的机油系统。 它可以对机器内的油进行泵送,过滤,冷却和再循环。

压缩机类型

压缩机基本上有两种类型 。 这些是容积式压缩机和旋转动力压缩机。 下图显示了构成这两个主要类别的不同类型的压缩机。

c3controls压缩机类型

旋转动力压缩机通过向气体颗粒施加动量来实现压缩。 然后,动能转化为压力。 这种类型的压缩机由于其体积小和低振动而在工业中很流行。 然后将它们细分为离心式和轴流式压缩机。

正排量压缩机是旋转式或往复式压缩机。 它们通过机械减小气体体积来压缩气体。 它们仅在固定的气体流量下运行,但能够实现宽范围的压力值。

两种类型的压缩机在大多数工业应用中通常都可以互换。 根据应用的需求,一种或另一种可能是优选的。

压缩机控制系统的用途

压缩机控制系统对于维持压缩机的稳定运行至关重要。 他们的目的是确保压缩机及其操作人员的安全工作。 控制系统提高了机器的效率和耐用性。

控制系统由传感器和电气组件的集合组成。 可以从中央终端命令所有控件。 传感器技术和微处理器的创新提高了控制器的功能和多功能性。

大型关键压缩机通常具有更多的计算机控制系统。 这种控制器具有几种自动功能。

不论压缩机控制系统采用哪种技术,我们都可以将其用途细分为七个关键操作列表。

  1. 安全启动和停止过程

启动和关闭工业压缩机需要遵循一系列谨慎的步骤。 这样可以确保压缩机安全启动和停止。

在启动过程中,操作员会进行初步检查和准备。 其中包括阀门检查,辅助检查, 必要时进行清洗 。 操作人员必须确保压缩机稳定剂(如润滑剂和冷却剂系统)全部为绿色。

传感器报告压缩机和所有辅助设备的状态。

在仔细监视压缩机的同时,压缩机以低速启动进行预热。 速度逐渐增加到斜坡速度,这是最小压缩的最低速度阈值。 最终,压缩机达到全速运行并达到最佳性能。

关机是一个同样复杂的过程。 压缩机逐渐减慢速度,而进气口则缓慢收缩。 继续减速后,进气口被完全切断。 压缩机最终被完全停止。

在这两个过程中,压缩机控制装置会改变压缩机速度。 这是为了确保安全和成功的启动和关闭。 智能控制系统可以自动执行这些任务,或者几乎不需要人工干预。

  1. 提供系统信息

来自传感器的实时信息对于确定压缩机的状态非常有用。 例如,低油位可能表示油泄漏。 高温可能表示零件磨损或润滑不足。

关键传感器包括:

  • 压力传感器
  • 温度传感器
  • 液位传感器
  • 流量传感器
  • 过载传感器

这些传感器的实时信息对于确定压缩机的状态非常有用。 例如,低油位可能表示油泄漏。 高温可能表示零件磨损或润滑不足。

辅助部件上的传感器系统是压缩机控制系统的一部分。 他们监视压缩机外部的环境变量。 该信息对于压缩机的运行仍然至关重要。

每台压缩机都针对特定的工作条件进行了评级。 某些变量偏离最佳水平可能会降低压缩机的效率。 低效的机器磨损更快,消耗更多的能量。

这就是为什么监视和报告很重要的原因。

收集的数据可帮助观察压缩机零件的磨损率。 从那里,可以准备维护程序和时间表。

先进的控制系统保留大量的日志数据。 随着时间的流逝,数据以图形和表格形式呈现。

  1. 驱动器(电机)控制

大多数压缩机使用电动机作为驱动器。 它们高效,清洁并提供大扭矩。 但是,电动机需要电动机控制。 它们有助于保护电动机并有效地操纵其运行变量。

电机控制通常由先导装置操作。 这些是一类组件,例如开关和指示器。 本质上,它们为操作员提供了对电动机的控制。

各种电机控制设备包括:

一种。 试验装置

先导设备主要用于需要人机界面的商业或工业应用中。 这些包括各种类型的选择器开关,按钮,指示灯,信号信标以及拨动开关。 根据其设计,先导设备可以分为两种类型:指示设备和致动设备。 某些设备同时提供指示和操作(例如:发光按钮)。

这些设备通常用作控制系统,自动化过程或控制面板的一部分,可提供有关不同类型的过程,机械和设备的状态和控制监视的信息。

试验装置的类型

按钮 –这些是用于手动闭合和断开一组触点的控制设备。 该按钮可提供多种操作员设计,例如带照明或不照明的冲洗,扩展或蘑菇头。 这些设备通常配有常闭,常开或组合触点块。

指示灯 –顾名思义,这些设备提供有关电路工作状态的视觉指示。 它们主要用于ON / OFF指示,变化条件和警报信号。

c3controls 22mm IEC先导设备

b。 微型断路器

断路器可为人员和设备提供电气保护,使其免受突然的电涌,过载和短路的影响。

微型断路器 (MCB)用于处理低于100安培的电流。 它们是没有高电流的应用的最爱。 有两种类型的断路器,通常称为MCB,UL489和UL1077。

这些设备通常用作控制系统,自动化过程或控制面板的一部分,可提供有关不同类型的过程,机械和设备的状态和控制监视的信息。

UL 489断路器 – UL 489断路器“打算安装在断路器外壳中或作为其他设备(如服务入口设备和配电盘)的一部分安装。”根据国家电气规范,在配电盘设计中通常需要使用它们。

UL 1077辅助保护器 – UL 1077将辅助保护器定义为用于已经提供或不需要分支电路过电压保护的设备或其他电气设备中的过流,过压或欠压保护设备。

重要说明:虽然术语断路器用于描述UL 489和UL 1077设备,但UL不将UL 1077设备视为断路器。 它们被定义为辅助保护者。

UL 489断路器和UL 1077辅助保护器

C。 电机启动器

手动电动机控制装置的按钮启动器已连接到电源面板。 起动和关闭电动机只需操作启动器上的开关或远程操作即可。

大型电动机需要更复杂的启动/停止控制器。 这些控制器主要调节从市电或电源到电动机的电力供应。

电动机起动器描述了接触器和过载继电器的组件。 诸如变压器之类的附加控件可能会根据频率,幅度和电压改变进入电动机的交流波形的特性,以确保安全启动和关闭。

继电器是通过响应外部信号而工作的受控开关。 它主要用于控制大功率电路。

继电器和接触器都是电磁开关组件。 接触器通常在较高的控制电压下工作并具有过载保护。

下面是基本的压缩机控制图。

基本压缩机控制图

d。 变速驱动器和速度控制器

可变的驱动器和速度控制器使操作员可以调整驱动器的方向及其速度。 该控制器由一系列速度控制器,功率转换器和调节器组成。

许多工业电动机使用变频驱动器 (VFD)来控制速度。 VFD改变提供给三相电动机的交流输入电压的频率。 由于电动机的速度由电源电压的频率控制,因此增大或减小频率会改变电动机的速度和转矩。 VFD通过将三相交流电转换为直流电,然后再转换为模拟交流电来工作。 使用VFD不仅是因为它们可以节省电动机的磨损,而且还因为其能效高。 但是,它们比上面显示的简单电动机启动器解决方案贵得多。

e。 智能控制器

智能设备用于监视和调整电动机的功率输出。 它们自动改变转矩和速度变量以匹配电动机负载。 这导致有效的功率消耗,低噪声,低振动和更少的辐射热量。

这些控件使用可编程逻辑控制器(PLC)来自动化其过程。 人机界面(HMI)是将电机和控制设备与操作员连接在一起的方式。

HMI是工业计算机接口。 通过智能电机控制,可以实现操作员与电机之间的交互。

组合式PLC-HMI

驱动程序确定进入压缩机的功率以及压缩机组件旋转的速度。 大多数压缩机具有可变的速度范围。 在此范围内,压缩机可实现最佳压缩。

在这种情况下,驾驶员的速度可用于改变压力或气体输出。 在容积式旋转压缩机中,输入轴的转速与压缩机的排量成正比。

这意味着改变驱动器的速度会改变压缩机的输出。 这在压缩机输出需要频繁变化的应用中很有用。

但是,压缩机效率随着驱动速度的降低而下降。 需要通过更改其他变量来补充驱动速度的变化。 这样可以使操作保持合理的效率。

压缩机控制装置能够调节驾驶员的输出。 它们还会调整其他变量,以确保电动机不会过载或过热。 电动机控制装置可平衡电动机的转矩,功率和速度输出,以保持高效运行。

  1. 保持压缩机运行稳定

对于压缩机,稳定性意味着以最佳RPM,最佳气体输入和稳定输出运行。 压缩机控制必须处理两个常见的不良情况-扼流圈和喘振。 这些情况导致压缩机不稳定。

浪涌

当输入气体供应量降至最佳容量以下时,就会发生电涌。 发生这种情况时,驱动电机过载。 这是因为压缩机试图吸入更多的气体并同时推动输出。

结果是输出波动,电机使用功率不规则以及振动和噪声增加。 大多数压缩机配置为在进气量降至40%以下时自动卸载。

有时,无法调整驾驶员的速度以匹配减少的进气量。 喘振控制必须使压缩机稳定。 大多数压缩机具有喘振控制系统。 这是一条由自动阀控制的气路,该阀将进气系统连接到排气系统。

为防止喘振,一旦发现供气量下降,就将连接出口管和入口管的阀门打开。 一些输出气体被馈入入口以增加输入处的气体量。 一旦原始气体源恢复了正常的气体供应,阀门就会关闭。 恢复正常操作。

这种受控的流量逆转解决了喘振问题。 但这也降低了压缩机的整体产量。

oke是浪涌的反面。 这是由在低排气压力下运行的压缩机输入处的很高流速引起的。

阻塞会大大降低压缩机的性能。 压缩机无法在输出端提供最佳压力和流量。

节流阀控制装置通过部分关闭进气阀来自动收缩进气系统。 进入进气的气体可能已经处于压力之下或被加速。 在这种情况下,节流阀控制可能会选择将多余的气体倾倒到低压缓冲存储器中,以从进口处转移气体。

  1. 控制各种过程变量的期望值

压缩机控制系统负责维护压缩机的要求。 对于操作员而言,这仅是翻转开关或与控制面板上的HMI交互的问题,但是执行和遵守这些命令还有很多事情要做。

压缩机产生预期的输出至关重要。 始终确保情况是控制者的工作。

除了调节驱动速度以控制压缩机的流量和排量外,控制系统还可以调节进气门以获得相同的结果。 进气阀调节可节制进气,以将压力保持在指定水平内。

降低进入的气体的容量会降低输出处的压力和气体量。 但是,全速切断进气口会导致压缩机在进气口抽真空。 这可能会导致电机过载和过热。

调节控件可通过调节电机控件来防止这种情况的发生。 这与入口减少量匹配。

大多数压缩机在部分负载下运行。 这意味着可以在不接合驾驶员控制装置的情况下调节排量。

  1. 警报和警报

压缩机控制装置配备了警报系统,以在发生问题时警告和警告操作员。

常见警报包括泄漏,过热,机油压力和重要组件故障的警报。 这些警报可能是控制面板上的可视灯或伴随着哔哔声。 它们会警告操作员或技术人员需要立即采取行动的危险。

当被压缩的气体具有危险的物理或化学特性(例如腐蚀性,易燃或有毒)时,这些警报特别有用。

  1. 在不安全条件下自动关机

压缩机内部的大多数组件的容错性都非常低。 传感器监视关键组件的状态。 他们可以采取大刀阔斧的先发制人的措施,以防止出现问题时造成损害。

压缩机控制系统可以启动自动关机。 这在重要部件发生灾难性故障后或在不安全的工作条件下发生。 危险情况包括无法控制的电涌和扼流圈,或电气系统过载。

多个压缩机控制

在需要多个压缩机的行业中,控件链接在一起以形成网络控件 。 一台压缩机担当主角,其他则成为从属。 所有压缩机均由主控制系统控制。

复杂的网络控件共享趋势数据和命令。 所有设备均通过中央处理器控制。 这样可以保持所需的性能和输出变量。

使用压缩机控制

压缩机控制系统对于操纵压缩机变量至关重要。 它们是使压缩机保持最佳工作状态的关键。 它们的目的主要围绕性能安全性和效率。

有几种不同类型的压缩机。 它们都有不同的型号,尺寸和性能等级。 但是,没有可靠的控制系统,没有一个是完整的。

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