CNG汽車加氣站壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)概述

CNG汽車加氣站壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)概述

寶雞中燃城市燃?xì)獍l(fā)展有限公司胡代明

摘要：主要介紹CNG汽車加氣站壓縮機(jī)PLC系統(tǒng)構(gòu)成及原理。

關(guān)鍵詞：CNG加氣站；壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)

一、CNG汽車加氣站壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成

壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)，按照系統(tǒng)功能及其布線，大致可以分為三個(gè)級(jí)。分別是本地級(jí)、中心控制級(jí)、上位顯示級(jí)。

本地級(jí)主要以連接在工藝設(shè)備上壓縮機(jī)運(yùn)行各級(jí)運(yùn)行參數(shù)的二次儀表，包含溫度、壓力傳感器、現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)、停止、急停等主令按鈕，以及執(zhí)行各類閥門的電磁閥等電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本地級(jí)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為壓縮機(jī)提供最直接的原始判斷依據(jù)，二次儀表作為其核心部件，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，由隔爆型儀表逐步向本安型儀表過渡。常采用本安型儀表。執(zhí)行閥門的開啟、關(guān)閉是由電磁閥完成的。電磁閥由機(jī)械和電氣控制部分構(gòu)成。

中心控制級(jí)作為壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的核心，起到正常啟、停壓縮機(jī)功能以及故障聯(lián)動(dòng)功能。目前使用較為普遍的是西門子PLC可編程控制器，該控制器有自帶的輸入、輸出、通信、電源等模塊，這些外設(shè)模塊同中心CPU之間的聯(lián)結(jié)方式，有帶擴(kuò)展槽和用卡件與CPU同在一個(gè)主板下工作的兩種形式。

中心控制級(jí)在控制系統(tǒng)中稱為下位機(jī)。上位顯示級(jí)作為控制系統(tǒng)的上位機(jī)，按照目前使用實(shí)際情況，建設(shè)單位為了節(jié)省投資，大多采用顯示終端，只為用戶提供壓縮機(jī)常見故障代碼，這種顯示形式是以PLC控制器輸出模塊通過LED液晶顯示數(shù)字代碼。無(wú)壓縮機(jī)日常供況運(yùn)行告急顯示，再者這種情況上升一個(gè)層次是能為用戶提供壓縮機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及運(yùn)行故障報(bào)警設(shè)定顯示終端的Panlview結(jié)構(gòu)。比較先進(jìn)的上位機(jī)系統(tǒng)，通過CPU聯(lián)接的通信模塊通過RS232、RS485或Ethernet聯(lián)結(jié)，上位機(jī)同下位機(jī)PLC控制器進(jìn)行通信。上位機(jī)上面可以根據(jù)用戶要求顯示實(shí)時(shí)壓縮機(jī)工藝系統(tǒng)，各種運(yùn)行參數(shù)，故障報(bào)警，可以通過上位機(jī)畫面手動(dòng)遙控工藝系統(tǒng)閥門的開啟和停止。并且可以顯示歷史數(shù)據(jù)，提供報(bào)表等功能。

壓縮機(jī)供應(yīng)商根據(jù)用戶的要求，將符合要求的上、下位機(jī)程序安裝到上位工控機(jī)及下位機(jī)控制器后，壓縮機(jī)按照相應(yīng)的程序工作，并將運(yùn)行參數(shù)動(dòng)態(tài)顯示到顯示終端上。對(duì)于復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不再多述。

二、CNG汽車加氣站壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)

上面，只是對(duì)壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)用文字形式進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，僅有這些也只能對(duì)該控制系統(tǒng)有一個(gè)初步的影響，為了能夠?qū)�壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)有一個(gè)比較深刻的認(rèn)識(shí)，主要的目的是當(dāng)控制系統(tǒng)出了故障后，我們?cè)鯓幽軌蛟谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)排除，恢復(fù)壓縮機(jī)正常運(yùn)行。對(duì)于廣大維護(hù)工作人員來(lái)說應(yīng)該有一定機(jī)械方面的知識(shí)儲(chǔ)備，同時(shí)應(yīng)該對(duì)控制系統(tǒng)常用的設(shè)備元件工作原理有比較熟練的掌握，比如PLC控制器常識(shí)，繼電器、熱繼電器、軟啟動(dòng)控制器等的工作原理。在建立對(duì)以上基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握后，結(jié)合圖紙，按照正確的思路，想必一般技術(shù)人員對(duì)于排除常見的設(shè)備故障應(yīng)該是一件不難的事。

壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)電氣原理如圖1所示。

圖1壓縮機(jī)PLC控制系統(tǒng)電路圖

1.總電源電路

該壓縮機(jī)控制系統(tǒng)主要的電器設(shè)備是160kW主電機(jī)一臺(tái)，3kW水泵電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，7.5kW風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，1.5kW油泵機(jī)一臺(tái)，油加熱器及撬房加熱系統(tǒng)為單相用電，分別為1kW、5.5kW及1.5kW氣泵電機(jī)一臺(tái)。其供電電源由CNG汽車加氣站低壓供配電系統(tǒng)配電柜引入，為380V三相四線制電源，低壓配電柜設(shè)壓縮機(jī)用電斷路器一臺(tái)，PLC控制柜設(shè)GCM1-630L/3310/500A一臺(tái)作為壓縮機(jī)控制系統(tǒng)總開關(guān)，此開關(guān)可以對(duì)壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行短路及過載保護(hù)。

2.主電機(jī)的控制

主電機(jī)電路由低壓斷路器QF，軟啟動(dòng)器旁路交流接觸器KM1、中間繼電器KA2，中間繼電器KA1構(gòu)成。需要主電機(jī)啟動(dòng)，必須具務(wù)交流繼電器KM1得電。亦就是說讓中間繼電器KA2得電的條件。

主電機(jī)工作原理分析如下：

啟動(dòng)：當(dāng)系統(tǒng)在自動(dòng)待機(jī)情況時(shí)，儲(chǔ)氣瓶低壓信號(hào)（系統(tǒng)壓力）P8二次儀表將該低壓信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制中心A1模塊。PLC根據(jù)下位機(jī)內(nèi)部用戶程序。作壓縮機(jī)開啟準(zhǔn)備，其過程較為復(fù)雜。具體工作流程是：中間集電器KA5得電，KA5常開觸點(diǎn)吸合，交流接觸器KM4得電吸合，油泵啟動(dòng)，并返回信號(hào)至CPU1M-1.3；中間繼電器KA3得電，其常開觸點(diǎn)吸合，交流接觸器KM2吸合，水泵電機(jī)運(yùn)行，并返回水泵運(yùn)行信號(hào)至CPU2M-2.0；中間繼電器KA4得電，交流接觸器KM3得電吸合，風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng)，并返回風(fēng)扇啟動(dòng)信至CPU1M-1.1。以上條件具備的同時(shí)在任何一個(gè)前面條件出現(xiàn)不滿足時(shí)，后面均不執(zhí)行，比如油泵啟動(dòng)故障就會(huì)啟動(dòng)水泵了，此時(shí)PLC如未檢測(cè)到其CPU輸入端對(duì)應(yīng)的如“停止、復(fù)位、外部泄露、風(fēng)扇過載、油泵過載、油池液位低限、油箱液位低限、油箱液位低限、水泵過載、氣泵過載”這其中的任一信號(hào)時(shí)，中間繼電器KA1得電，軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，軟啟動(dòng)器按照設(shè)定程序，給出旁路輸出信號(hào)012到CPU輸入端，KA2得電，KM1得電，主電機(jī)啟動(dòng)，（KA10～13得電再失電）打開排污閥，再關(guān)閉排污閥，最后中間繼電器KA8得電，進(jìn)氣閥打開，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)待機(jī)與按主令電氣按鈕啟動(dòng)其工作過程是一樣的。

停機(jī)：當(dāng)系統(tǒng)壓力傳感器P8檢測(cè)到系統(tǒng)工藝系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定的最大參數(shù)時(shí)，或者手動(dòng)按動(dòng)主令停止按鈕時(shí)。KA2失電，主電機(jī)停止，KA3失電水泵停止運(yùn)行，KA5失電油泵電機(jī)停止運(yùn)行，KA4失電，風(fēng)扇電機(jī)停止，KA8失電進(jìn)氣閥關(guān)閉，KA10～13得電1～4級(jí)排污閥打開泄荷。

故障停機(jī)：當(dāng)PLC控制器運(yùn)行過程中檢測(cè)到如壓力、溫度載等故障，以上故障信息系統(tǒng)通過輸出模塊D，接通上位顯示終端設(shè)備，并停止運(yùn)行。其停機(jī)順序同上，并同時(shí)給出聲光報(bào)警等。故障排除后，復(fù)位系統(tǒng)重新進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

3.水泵電機(jī)電路

水泵電機(jī)電路由主電路及控制電路構(gòu)成，其主電路由空氣斷路器QF2、交流接觸器KM2、熱繼電器FR2及水泵電機(jī)M2構(gòu)成。其控制電路由中間繼電器KA3、交流接觸器KM2、CPU輸出端子、熱繼電器常開觸點(diǎn)FR2等。

4.風(fēng)扇電機(jī)電路

主電路：斷路器QF3、交流接觸器KM3、熱繼電器FR3、風(fēng)扇電機(jī)M3。

控制回路：中間繼電器KA4、交流接觸器線圈KM3、CPU輸出端子、熱繼電器常開觸點(diǎn)FR2。

5.油泵電機(jī)電路

主電路：斷路器QF3、交流接觸器KM4、熱繼電器FR4、油泵電機(jī)M4。

控制回路：中間繼電器KA5、交流接觸器線圈KM4、熱繼電器常開觸點(diǎn)FR4、CPU輸出端子。

6.油加熱器電路

主電路：斷路器QF5、交流接觸器KM5、油加熱電阻R5。

控制回路：中間繼電器KA6、交流接觸器線圈KM5、CPU輸出端子。

7.撬房加熱器

主電路：斷路器QF6、交流接觸器KM6、撬房電加熱電阻R6。

控制回路：中間繼電器KA7、交流接觸器線圈KM6、CPU輸出端子。

8.氣泵電機(jī)

主電路：斷路器QF7、交流接觸器KM7、熱繼電器FR5、氣泵電機(jī)M5。

控制回路：中間繼電器KA15、交流接觸器線圈KM7、熱繼電器FR5常開觸點(diǎn)、CPU輸出端子。

9.進(jìn)氣閥、排污閥控制電路

進(jìn)氣閥控制電路由中間繼電器KA8，與電磁閥DT1構(gòu)成。排污閥共有四個(gè)，分別為1～4級(jí)。其控制電路分別由中間繼電器KA10、KA11、K12、K13控制。

10.信號(hào)燈顯示、故障報(bào)警電路

信號(hào)燈顯示包括運(yùn)行指示燈HL2，其控制電路由中間繼電器KA1～KA4常開觸點(diǎn)及中間繼電器KA14常開觸點(diǎn)構(gòu)成。當(dāng)系統(tǒng)主機(jī)啟動(dòng)，主機(jī)運(yùn)行，水泵、風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，均使中間繼電器KA14線圈得電，其常開觸點(diǎn)閉合，燈HL2點(diǎn)亮，系統(tǒng)運(yùn)行指示。當(dāng)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，KA1～KA4均失電，信號(hào)HL2滅，同時(shí)KA14常閉觸點(diǎn)吸合停止指示燈點(diǎn)亮，系統(tǒng)停機(jī)狀態(tài)。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障時(shí)，由CPU自身輸出端子，接通光報(bào)警信號(hào)燈HL1，同時(shí)接通聲報(bào)警蜂鳴器，提示故障出現(xiàn)。

11.現(xiàn)場(chǎng)二次儀表信號(hào)回路及開關(guān)量信號(hào)回路

標(biāo)準(zhǔn)CNG加氣站現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)大約有16個(gè)，如一排壓力、溫度等信號(hào)。本系統(tǒng)二次儀表采用本安型儀表。包括現(xiàn)場(chǎng)取源部件、連接線、安全柵、A1-16、24V電源DY2、CPU輸入擴(kuò)展模塊構(gòu)成。現(xiàn)場(chǎng)儀表傳出4-20MA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過安全柵到CPU輸入模塊AI同CPU內(nèi)部構(gòu)成通路。

對(duì)于諸如象啟動(dòng)、停止、復(fù)位、過載、設(shè)備運(yùn)行返回等開關(guān)量信號(hào)，在本系統(tǒng)中，接于CPU自來(lái)輸入端，其基本電路為24V電源DY1，各類開關(guān)按鈕，繼電器常開觸點(diǎn)及CPU輸入一體模塊構(gòu)成。

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