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关键词：变频调速技术 活塞式空压机
一、项目的由来
珠海经济特区玻璃纤维企业有限公司动力车间，拥有三台活塞式空压机,为全厂提供压缩空气，是重要的动力来源。我们知道如果在空压机进气管路上装上节流阀，调节时节流阀逐渐关闭，使进气受到节流，压力降低，也就是使压力系数lp减小，由排气量公式：
Q=p/4D2Slplvltlln
可知，当改变了lp时，排气量Q也就随之变化。同时，我们也注意到多级压缩机采用节流进气调节，将引起级间压力重新分配，致使活塞力均匀性受到破坏，同时使末级的排气温度升高，甚至超过许用温度。因此，调节范围受到限制，经济性比较差，再加之设备使用年限久，所以，各种气阀、活塞环、导向环等部件容易损坏，维修费时、费工，使正常的生产受到影响。1999年4月，我们与该公司经过充分地协商，决定采用闭环控制方式，对原空压机系统进行恒压供气改造。改造结果证明：系统供气的精度得到了提高，故障率大幅度下降，并取得了一定的节能效果，达到了预期的目的。
二、系统改造前的状况
原系统输出压力在0.6~0.75MPa之间波动。
加载时间85秒，电流115安培；卸载时间35秒，电流5安培。
压力波动对管网冲击大，加载/卸载时噪音大。
开环控制，不能保证控制精度。
起动电流大。
输出气压大于0.75MPa时，自动打开泄载阀，造成能源浪费。
三、系统改造后的期望指标
空压机输出压力必须控制在（0.6±0.05）MPa范围内。
软起动方式。
分段运行控制。
油温、压力报警功能。
能与原操作系统切换；与备用机组切换。
四、系统方案的设计
理论依据
从空压机排气量公式可知，汽缸的面积和长度基本是不变的，唯有系数lp、lv、lt、ll及转速n的调节，才能有效地调整排气量Q。前面说过各种系数的变化范围有限，这样看来，理想的调节方式就是改变转速n。连续的转速调节，优点在于气量调节连续，调节工况比功率消耗小，压缩机各级压力比保持不变，压缩机上不需要设置专门的调节机构，转速降低后，气阀和管路中的压力损失少，气体在汽缸中的热交换改善，单位气体量的功耗降低，各种易损件的寿命延长。
2、系统采用SIEMENSMIDI MASTER75KW变频器为执行机构，SIEMENS6ES7 214-1BC01-0XB0可编程序控制器（PLC）为控制单元，用KYB600G08AM/1Y0Y工业压力变送器对压力信号采样，反馈给PXW9智能调节仪（PID）。此信号在PID内与工艺设定信号进行叠加和运算后，作为变频器的运行给定信号。
三、控制系统软件的实现
控制程序框图如图二所示。当系统准备条件就绪时，（无故障，卸荷阀关闭，各种压力正常，刀闸开关已选择好），就可以启动运行。因为整个系统是一个快速响应过程，所以采用PI算法控制。当过程变量（PV）大于设置值（SP）时，PID输出模拟的信号减小，变频器减速运行；反之，PID输出的摸拟信号增大，变频器加速运行。如果系统压力超过PID内置上限，变频器又转到上限频率运行。
四、系统的调试和运行
99年4月底，开始了空压机系统的调试和试运行。变频器下限频率定在20HZ，上限设为50HZ，工作压力定在0.6Mpa。经过一段时间的运行，取得了以下的效果：
1、运行转速降低近50%
改造前为工频运行，压缩机转速为501转/分，改造后测定正常情况下，运行转速为268转/分，即可满足供气要求。
它使：a设备寿命延长：
活塞环：改造前，平均寿命为50天，改造后，已使用110天未更换（其中含50天全速运行），阀片冲击声消除。
b噪音降低，优化了工作环境。
2、供气压力稳定
改造前罐压力设定在0.60加载，0.75卸载，改造后，工作压力设定在0.60Mpa。稳定时，压力偏差0.01MPa。
3节电效果
电表对该站用电量的记录为：
改造前的4月份为45878KW.h，改造后的6月份为40645KW.h，节电5233KW.h/月。（这是由改造的1#机所得） | 
