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新焦点Newfocus螺杆并联机组控制柜PLC技术应用

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发表于 2014-11-17 09:56:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

并联压缩机制冷系统以其高效节能、稳定可靠、成本较低的独特优点,成为目前制冷工程优先选用的系统,逐渐被终端用户和设计单位认识和接受;越来越多的低温物流配送中心、食品加工厂、速冻设备和大型冷库,开始使用并联压缩制冷系统取代原来的单机制冷系并联压缩机系统就是将多台压缩机并联连接,安装在一个公共的机架上,共用吸排气集管、冷凝器及储液器等部件,在自身配置的高性能中央处理器,一般是一台高性能的PLC控制器或者是一台并联机组专用控制器的控制下,测控工作参数,优化运行状态、协调工作,向制冷系统的主蒸发器或者各个末端冷库的冷风机组提供制冷剂。

并联压缩机系统一般分为:半封活塞压缩机并联机组和螺杆压缩机并联机组。其中,螺杆压缩机早期主要用于单机或“多机配打”制冷系统,螺杆压缩机并联机组技术出现的比较晚,但由于单台制冷量较大;容积效率高;能级调节范围宽广,可以实现无级调节,有利于实现变频调节;高可靠性;零件数量少,维修容易;而得到越来越广泛的应用。

近几年,随着私营食品企业、蔬菜加工企业,大型超市,集贸市场,冷库短期租赁等行业的不断发展,建造大规模、小分间的集中冷库成为冷链行业的发展趋势,市场建设需求量逐年攀升。在这种趋势下,螺杆并联机组的优点显得更加突出。螺杆压缩机的功耗较大是一直存在的问题,因此,并联压缩机组控制系统的中央处理器在整个系统的节能运行控制、工况优化匹配控制、安全控制等方面起着至关重要的作用;对其控制原理、实现方法的深入研究富有深远的节能环保意义和实用价值。

1、并联压缩机组控制系统的现状与PLC控制方案

目前国内大多数并联机组的控制系统,多采用微电脑控制器的控制方案。就其控制功能来看,基本上是时间继电器+温度继电器+压力继电器的组合,仅能实现简单的安全联动和时间顺序控制,谈不上能级调节控制和程序调节控制,一般也没有远程通信功能,因此无法和PLC控制方案相提并论。PLC是一种高可靠性控制装置,它与可编程程序调节器、DOS系统同被列为“不损坏仪表”,集三电(电控、电仪、电传)于一体,具有较高的性能价格比,是多联机组控制系统的首选。


我司产品控制思路简述:机组控制器靠压力或温度控制压缩机组和冷却塔的启停,末端库的电磁阀靠冷库内的温度传感器控制开停。机组和末端库可选配集中监控或远程监控功能。具体控制逻辑因客户不同、适用场所不同会有所区别。

以 3 并联机组打 4 个冷库为例:机组部分靠采集压力(4-20MA)或者温度(NTC 或 PT)传感器来采集信号,反馈给控制器(可编程控制器 PLC),实现对机组部分的压缩机、冷凝风扇的控制,并平衡各台压缩机的运转频率,自动分配负载的运行时间,确保各台压缩机运行时间均匀,可实现能量平衡,大大提高机组的运行效率。机组保护有曲轴加热、高、低压保护,模块保护,油压差保护等。压缩机的电流保护为本厂保护系统的一大亮点,为智能型电动机保护器,可显示压缩机运行的电流,同可通过按键切换查看 A\B\C 三相电流和整定电流,精度高(市场上一般的厂家电流控制精度只能做到 10-20%,我厂可做到 1%,这样在并联机组或大功率压缩机保护中就大大降低了误报警的几率),保护时间可调,独到的故障电流锁定功能可在压缩机发生过载、缺相告警时,锁定发生故障时的电流,帮助客户进行故障原因分析,并可选配通讯功能,如客户需要在触摸屏上采集电流信号,亦可实现。靠冷库内的温度传感器反馈温度信号给温控模块,可单点亦可多点测温、控温控制电磁阀开停,并与机组部分联动,末端库和机组部分的数据集成在触摸屏或者电脑上实现集中控制。

PLC采用运行时间均衡控制或运行时间顺序控制的总体控制策略,保证了每台机头的运行时间均衡,使每台机头的磨损程度保持基本一致,大大提高了整台机组的运行寿命。

PLC控制程序采用梯形图控制语言进行编程;上位集控主计算机采用了昆仑KL-EV3000专用工控软件,可以实现:系统实时监控、状态曲线监视、报警显示、系统控制、数据的存储、现实、打印等功能,较好地满足了用户的要求;并且,由于采用了基于标准的TCP/IP通信协议的现场总线技术因此,还可以较好的和冷库的控制系统机型系统进行整合,实现DCS集散式控制系统。


人机界面我们摒弃了落后的按钮开关操作界面,采用了昆仑通态高清晰度真彩MCGS触摸屏为操作界面的较为先进的控制方案,该触摸屏防水、防油污、防尘,在实际应用中取得了良好的效果。其运行控制、参数设置界面如下图所示,菜单直观、操作更具人性化、风格简约。


2、螺杆并联机组采用PLC控制的节能效果分析


随着外界负荷大幅度的变化,虽然螺杆式压缩机可以采用滑阀来调节其输气量,调节过程中,压缩机的压缩功几乎是随输气量的减少而成比例地减少,尽管如此,对于用单台压缩机组成的单级系统来说,由于在低负荷下的低效率运行、频繁启动,及其运转中的实际机械损耗部分几乎仍然不变,因此,其系统的单位制冷功耗要比多联机组构成的系统高得多。

在同一系统中采用多台压缩机并联来代替单台压缩机运行,在冷负荷发生动态变化时,并联压缩机组将通过PLC和各种传感器所组成的控制系统,调节整个制冷系统中压缩机的减载、加载、启动、停机,使得并联压缩机组的吸气压力保持在恒定和正常的工作范围内工作,从而大大提高了系统的的工作效率,节省能源;特别是在制冷量较大,而且制冷量波动明显的系统中,节能控制的效果更为明显,如:气调冷库、高温冷库、流态速冻机等,平均节能可以达到18%。当制冷量降到50%--75%时,多台主机组成的机组比单台机组节能15%--26%。实践证明:当总制冷负荷保持在50%时,系统的综合节能效果最为明显!

由于,采用了PLC控制的并联压缩机组可以采用分时化霜的工作模式,即在一部分冷间的冷风机持续供冷的同时,另外一部分冷间的冷风机进入化霜工作模式,因此,就可以实现在不消耗额外电能的前提下应用热排气回流化霜技术,避免电化霜带来的巨大的电能消耗量,而电除霜是整个冷库系统运行中的耗电大户,通常情况下,净面积250m,净高5.3m的低温冷库电化霜每年消耗的电能就高达25万多度。如果采用热气化霜,这项消耗就可以完全避免,而由于采用热气化霜产生的初始投资成本增量,一般可以在2年内收回。

并联压缩机组不但对工况调节带来好处,同时也带来了一系列其它优点:其一是可以用较少的机型来满足不同输气量的需要,便于制造厂生产,降低成本;其二是使用时可以逐台启动主机,对电网冲击小,启动装置的要求低,如30kw以下机型可以直接启动;其三是运转效率可以提高,当其中某一台主机出现故障时,可以单独维修而系统仍然可以维持运行,而对于单台机组构成的制冷系统,系统将完全停止运行,这对于食品的安全储藏,将是无法想象的。

3、并联压缩机组工程实践中的主要问题


采用并联螺杆式压缩机组构成的制冷系统,必将促使螺杆式压缩机向小型化发展,这就需要考虑小型螺杆式压缩机的效率和制造工艺及成本等问题,单机标准工况制冷量确定必须合理。

另外,PLC的生产商较多,所以,采用PLC控制系统的并联压缩机组,在工程实践当中也存在较多的问题;问题之一就是:制冷系统的中央控制系统,和并联压缩机组控制系统的接口兼容问题,包括:电气接口、通讯协议、标准规范等等,其中,通信协议问题最为突出;S7-200可编程序控制器通过采用EM277PROFIBUS扩展从站模块和PPI、MPI通信协议或自由通信方式,RS485控制总线;也可以通过采用CP243-1通信处理机,TCP/IP通信协议和工业以太网;与中央9 主控计算机保持高速通信,实时监控整个冷库制冷系统的全自动运行状态,在必要时及时给于人工干预,确保系统设备和储藏食品的安全。

另外一个突出的问题是控制器的环境规格是否可以满足冷库机房内,高温、高湿、磁扰的工作环境,某公司生产的PLC控制器在环境较好的控制机房内工作时表现良好,可是,一旦安装到制冷机组设备间,工作就不太稳定,主要表现在锈蚀、通信响应不稳定,抗震性差等方面。

我司选用的西门子S7-200PLC的工作环境技术参数是:工作环境温度:0℃~55℃工作环境湿度:95%非冷凝湿度机械震动:15G,11ms脉冲,3轴向6次震动静电放电:对所有通信端口和面8KV辐射电磁场:MHz~1GHz10v/m


空气放电由于PLC适合工作于比较恶劣的工业环境中因此,并联压缩机组控制系统采用以PLC为核心的控制系统是一种比较理想的方案,完全能够满足整个制冷系统的节能降耗、安全运行的控制要求,实际运行的测试结果显示:拥有较好的以PLC为核心的控制系统的并联压缩机组制冷系统比拥有较好的能级控制系统的单台制冷系统更为节能,当并联压缩机组控制系统和冷库其他设备的控制系统通过现场总线联网组成DCS集散式控制系统之后,其整体的节能和人力资源消耗降低的效益更加明显,如果从并联压缩机组市场应用规模,和宏观GWP效应的角度考虑,其社会效益更为可观。

福柯思电气专注于为制冷行业提供安全稳定的成套电气设计方案,国内已做过大量大型的速冻、冷藏等制冷工程控制系统,积累了丰富的项目经验和多项工程的实测数据,欢迎广大制冷圈的朋友来电咨询、探讨。技术咨询:焦工18962622189;业务联系:南区张经理18906222912;北区徐经理:18906222909。



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