1 引言
PLC和變頻調(diào)速技術(shù)以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性被廣泛應(yīng)用在機(jī)械、冶金、制造、化工、紡織等領(lǐng)域，但在乙炔壓縮機(jī)上應(yīng)用國內(nèi)還是首次。乙炔壓縮機(jī)是以電石為原料生產(chǎn)溶解乙炔的主要生產(chǎn)設(shè)備，主要用于乙炔氣灌瓶，氣灌瓶對(duì)金屬切割工藝提供高效便利的動(dòng)力。乙炔氣灌裝時(shí)，所處壓力會(huì)逐漸升高，當(dāng)灌裝達(dá)到后期，由于壓力升高，乙炔氣會(huì)因高溫而分解并放出大量的熱，易導(dǎo)致爆炸。為使乙炔氣在丙酮溶劑內(nèi)充分溶解，保持乙炔氣的穩(wěn)定，不能超過一定的速度，因此當(dāng)乙炔瓶的數(shù)量變化時(shí)，就涉及一個(gè)氣量調(diào)節(jié)的問題，以往曾采用改變電機(jī)的極數(shù)來調(diào)節(jié)，近年來PLC和變頻控制迅猛發(fā)展，可編程控制器和變頻器質(zhì)量穩(wěn)定，調(diào)節(jié)直觀方便，為乙炔壓縮機(jī)的安全可靠性提供了更加可靠的工業(yè)控制設(shè)備。江西氣體壓縮機(jī)有限公司為滿足用戶不同工況下的應(yīng)用需求，率先開發(fā)了在乙炔壓縮機(jī)上應(yīng)用PLC(西門子公司的LOGO！可編程控制器)和變頻調(diào)速(艾墨森生產(chǎn)的變頻器)技術(shù)，對(duì)溫度、速度、流量、壓力等工藝變量進(jìn)行控制，取得了良好的性能效果和經(jīng)濟(jì)效益，該項(xiàng)目為2005年度江西省科技成果和科技部科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金立項(xiàng)。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成
江西氣體壓縮機(jī)有限公司生產(chǎn)的變頻乙炔壓縮機(jī)［如2Z-1.5/25型變頻乙炔壓縮機(jī)，拖動(dòng)電機(jī)采用了YB225M-8隔爆型(dIICT4)三相異步電動(dòng)機(jī)，變頻器為EV2000-4T0300G[1]］，控制系統(tǒng)有可編程控制及變頻控制電路，由頻率給定電路、空氣開關(guān)、交流接觸器組、頻率選擇開關(guān)、壓力信號(hào)輸入電路、隔離式安全柵、故障報(bào)警電路、電源電路、油泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和壓縮機(jī)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成，頻率給定電路又由可編程控制器和變頻器構(gòu)成。有關(guān)電儀原理如圖1所示:

圖1 電儀原理框圖

3 控制原理及功能實(shí)現(xiàn)
3.1 變頻控制電路
變頻控制電路由頻率給定電路和變頻器啟動(dòng)停止電路組成。
(1) 頻率給定電路由可編程控制器LOGO、頻率選擇開關(guān)SA2、中間繼電器KA7～12、及指示燈HL8～13組成(見圖2)。用戶可根據(jù)實(shí)際用氣量來選擇不同的排氣量，比如將頻率選擇開關(guān)SA2旋至“50%排氣量”時(shí)，中間繼電器KA7得電動(dòng)作，相應(yīng)的指示燈HL8被點(diǎn)亮，同時(shí)中間繼電器KA7的常開輔助觸點(diǎn)閉合，輸出至可編程控制器LOGO的輸入端I1(見圖3)，可編程控制器LOGO內(nèi)部已編好程序，通過可編程控制器LOGO的輸出端Q1、Q2、Q3輸出開關(guān)量至變頻器的多段速輸入端，再對(duì)變頻器進(jìn)行頻率設(shè)定為25Hz，使之對(duì)應(yīng)于“50%排氣量”時(shí)的轉(zhuǎn)速。同樣，不同檔位的頻率選擇，輸出至可編程控制器LOGO的I1～I(xiàn)6輸入端，就會(huì)輸出不同的Q1～Q3狀態(tài)，對(duì)變頻器多段頻率進(jìn)行設(shè)定(50%、60%、70%、80%、90%、100%)，使之對(duì)應(yīng)于不同排氣量時(shí)的頻率，乙炔壓縮機(jī)達(dá)到不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行的需求。

圖2 速度給定與指示梯形圖[2]

圖3 LOGO可編程控制器示意圖

(2) 變頻器啟動(dòng)停止電路參見圖4，由啟動(dòng)按鈕SB2、停止按鈕SB1、中間繼電器KA13的常開輔助觸點(diǎn)11、11a端子及交流接觸器KM1線圈組成，控制變頻器的上電，只有當(dāng)乙炔壓縮機(jī)潤滑油壓力建立后，即中間繼電器KA13的輔助觸點(diǎn)11、11a端子閉合后，交流接觸器KM1才會(huì)動(dòng)作。

圖4 變頻器啟動(dòng)停止電路示意圖

3.2 壓力信號(hào)輸入電路
壓力信號(hào)輸入電路由潤滑油壓力、進(jìn)氣壓力和排氣壓力信號(hào)輸入電路組成(見圖5)。

圖5 壓力信號(hào)輸入電路與工藝保護(hù)電路梯形圖速度給定與指示梯形圖[2]

(1) 潤滑油壓力信號(hào)輸入電路(見圖6)，由壓力控制器SP2(控制油壓)輸出一開關(guān)量，由A1、A2接線端子接入隔離式安全柵GL1的輸入端9、10腳，由隔離式安全柵GL1的輸出端5、6腳輸出給工藝故障報(bào)警電路的3、29端，當(dāng)潤滑油壓力低于整定值時(shí)，由故障報(bào)警電路輸出停機(jī)命令給工藝故障綜合中間繼電器KA6(見圖5)使中間繼電器KA1(見圖4)斷開，變頻器的FWD和COM輸入端無運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)輸入(見圖9)，使變頻器停止工作，乙炔壓縮機(jī)停止運(yùn)行。

圖6 排氣壓力信號(hào)輸入隔離式安全柵GL1電路

(2) 排氣壓力信號(hào)輸入電路(見圖6)，由電接點(diǎn)氨壓表SP3(控制排氣壓力)輸出一開關(guān)量，由A3、A4接線端子接入隔離式安全柵GL1的輸入端11、12腳，由隔離式安全柵GL1的輸出端7、8腳輸出給工藝故障報(bào)警電路的3、33端，當(dāng)排氣壓力高于整定值時(shí)，由工藝故障報(bào)警電路輸出停機(jī)命令給工藝故障綜合中間繼電器KA6(見圖5)使中間繼電器KA1(見圖4)斷開，變頻器的FWD和COM輸入端無運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)輸入(見圖9)，使變頻器停止工作，乙炔壓縮機(jī)停止運(yùn)行。
(3) 進(jìn)氣壓力信號(hào)輸入電路(見圖7)，由電接點(diǎn)氨壓表SP1(控制進(jìn)氣壓力)輸出一開關(guān)量，由A5、A6接線端子接入隔離式安全柵GL2的輸入端9、10腳，由隔離式安全柵GL2的輸出端5、6腳輸出給工藝故障報(bào)警電路的3、27端，當(dāng)進(jìn)氣壓力低于整定值時(shí)，由工藝故障報(bào)警電路輸出停機(jī)命令給工藝故障綜合中間繼電器KA6(見圖5)使中間繼電器KA1(見圖4)斷開，變頻器的FWD和COM輸入端無運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)輸入(見圖9)，使變頻器停止工作，乙炔壓縮機(jī)停止運(yùn)行。

圖7 隔離式安全柵接線示意圖

3.3 電源電路
電源電路(見圖6)由隔離變壓器、壓敏電阻RV、熔斷器FU、開關(guān)式穩(wěn)壓電源DY和穩(wěn)壓二極管VD組成，電源電路輸出+24V電壓，供給壓力信號(hào)輸入電路中的安全式隔離柵GL1和GL2，作為安全式隔離柵GL1和GL2的工作電源。
3.4 油泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
油泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(見圖8)，由啟動(dòng)按鈕SB3、停止按鈕SB4、熱繼電器FR的常閉輔助觸點(diǎn)2、4端子及交流接觸器KM2線圈組成，控制油泵電機(jī)的啟停。當(dāng)油泵電機(jī)過載時(shí)，熱繼電器FR動(dòng)作，油泵電機(jī)M2停止運(yùn)轉(zhuǎn)(見圖9)。

圖8 油泵電機(jī)與壓縮機(jī)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路梯形圖[2]

圖9 油泵電機(jī)與壓縮機(jī)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路示意圖

3.5 壓縮機(jī)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
壓縮機(jī)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)(見圖8)，電路由啟動(dòng)按鈕SB5、停止按鈕SB6、交流接觸器KM2的常開輔助觸點(diǎn)21、23端子、工藝故障綜合中間繼電器KA6的常閉輔助觸點(diǎn)23、25端子、熱繼電器FR的常閉輔助觸點(diǎn)2、4端子及中間繼電器KA1線圈組成，控制壓縮機(jī)主電機(jī)M1的啟停(見圖9)。只有當(dāng)油泵電機(jī)M2啟動(dòng)且油壓建立后，壓縮機(jī)主電機(jī)M1才允許啟動(dòng)，運(yùn)行中若出現(xiàn)工藝故障或油泵電機(jī)M2過載，均能使壓縮機(jī)主電機(jī)M1停止運(yùn)行。

4 結(jié)束語
變頻乙炔壓縮機(jī)可以根據(jù)所需用，通過手動(dòng)或者編程控制實(shí)現(xiàn)排氣量的連續(xù)變化或分級(jí)輸出，組合出多種方式(主要有50%、60%、70%、80%、90%、100%六檔)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得頻率給定值與排氣量近乎成正比關(guān)系。從而實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)代替多臺(tái)壓縮機(jī)的作用，滿足不同工況下的應(yīng)用需求，節(jié)約成本，提高了效益。同時(shí)還具有很好的性價(jià)比、操作方便、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此變頻調(diào)速方式擁有廣闊的發(fā)展前景。
PLC和變頻調(diào)速在乙炔壓縮機(jī)上的應(yīng)用，解決了乙炔氣灌裝時(shí)存在的安全隱患，編程控制會(huì)自動(dòng)檢測乙炔氣的壓力和溫度，當(dāng)達(dá)到設(shè)定指標(biāo)時(shí)，機(jī)器自動(dòng)降低灌氣量，施行安全灌氣，一旦乙炔氣溫度超限，機(jī)器會(huì)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，使充氣的安全性大大提高。