一、原系统简介：
长丰汽车永州分公司现有4台空压机。三台220KW，一台110KW，一般构成三用一备的控制方式。共用一套储气罐，向公共管网供气。由储气罐进行压力缓冲后将压缩空气送至生产设备中去，为生产提供可靠的气源。由于空压机通常运行在工频状态下，因此在用气量较小的情况下，会导致系统耗电严重，压力上升等一系列不利因素。
原系统是采用控制进气口气阀的大小来控制供气的压力，6KG压力时加载，8KG时卸载，由于用气量不断变化，造成空压机频繁启停，增加设备的磨损，而且控制精度不高，工作量较大，这些因素都不利于空压机的运行。同时，在进气口的阀门两端有很大的压差，因此在阀门上有较大的风阻损耗，这部分损耗在阀门开度不大时非常明显。
而彻底解决以上弊端的最优方案是对其进行变频改造。采用变频控制系统对空压机进行无级调速后，可以做到连续控制空压机的供气量，保证系统供气压力恒定不变；节能效果较好；同时大大减少了空压机的损耗，延长了空压机的寿命。
二、设计方案说明：
本改造采用了“人机界面”＋“PLC+变频器”的组合控制方式，使控制实现智能化。其特点是：系统控制较灵活，可提供良好的设定/监控界面；可操作性强。采用PLC和人机界面后在很大程度上提高了系统的整体控制水平，保证控制的可靠和安全，对系统故障的保护更加完善；另外可省略相应的控制显示仪表，操作便捷。
我公司设计的系统原理图见下：
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B、系统功能特点：
（1）、该系统采用单台电机工频/变频互锁的结构：
该系统中采用单回路工、变频互锁的控制方式。即在硬件设备上，四台系统的控制回路相互独立，互不干扰，保证没有变频运行的空压机可以在软启动设备下自由启动。不仅方便了系统的维修，而且系统的组态也更加灵活，是实现变频轮循控制的硬件基础。
当变频系统出现故障时，也可以通过转换开关打到工频及手动运行，从而保证系统供气的连续性。
而且当其中一台空压机出现故障时，变频控制系统可以很方便的切换到另三台空压机上使用，保证供气和运行的连续性，大大提高了系统的可靠程度。
（2）、系统采用大惯量PID控制算法，实现压力无静差控制：
因为空压机系统输出的压缩空气首先进入储气罐，而且空压机储气罐的管网是公共的，可以等效为一个很大的储气罐。
储气罐可以储存气压的能量，使得压力的变化平稳。但因为储气罐的存在将导致系统反馈的惯量大大增加，使得该系统成为了大惯量控制系统。大惯量控制系统使用普通的PID控制将很可能导致系统超调严重、振荡幅度大、系统不稳定等一系列弊病。
因此在该方案里采用的是专门的大惯量PID控制系统，大幅度降低了系统超调的产生，增强了系统的稳定性。压力精度控制为恒压输出±0.2%Mbps。
（3）、系统采用智能控制，可以实现分时段压力控制：
该系统采用的是西门子S7-300可编程序控制器。可以实现智能化控制即分时段控制。就是指：系统的压力设定不再是一个单纯的设定值，而是一条根据贵厂一天用气量而设定的压力曲线，一旦压力曲线确定下来后系统将根据内部的实时时钟，按照预先设定的压力曲线自动运行。
系统可以将一天24小时自动分为多段（最多为5段），每段的起始时间和终止时间可以人为进行设定；每段都可以设定一个压力设定值，这样当时域性的用气低峰期，可以在较低的压力下运行；相反时域性的用气高峰期，可以在较高的压力下运行，最大可能的进行节能。
（4）、系统可以自动平衡油压、干燥互锁系统：
该系统采用PLC作为主控制系统，对于油压信号、干燥信号等等做到智能互锁功能，保证空压机的安全运行。
（5）、零用气量自动停机功能：
系统还可以根据贵厂的要求实现零用气量自动停机功能。即空压机出口阀门是自动逆止阀，当用气量相当小，而且储气管内的压力非常大的时候，可以自动关机。只有在用气量比较大的时候再恢复开机。
这样在节假日、双休日等非正常工作日时，或者是深夜时，系统将自动停机，最大化的节能。
（6）、人机界面图形化界面，设定更简单，监控更加直观：
该系统采用人机界面，其功能完善，质量可靠。而且在设计中基本采用图形的方式进行显示和监控，使设定和监控更加简单和直观。
（7）、报警信号采用中文显示：
报警信号采用全中文显示，方便直观。可以在第一时间内判断故障的所在，进行故障排除。另外在报警控制的同时，还配备一定的声光报警信号，以及在人机界面上配备故障排除的帮助界面，加快了系统故障的响应速度。
（8）、人机界面中含有关键参数自动记录功能：
在人机界面中，集成了类似于无纸记录仪的参数历史曲线记录功能，可以对近10000个数据进行采集和记录，在人机界面内部自动形成历史曲线，并可以对该曲线实时的进行浏览及打印。
（9）、关键参数在人机界面中直接设定：
若采用分时段压力控制，系统将以图形的方式显示曲线，可以在曲线上直接进行设定。关键参数可以受3级密码进行修改权限的划分，保证参数设定的安全。
综上所述，该方案是一种性价比非常高的设计方案。
附图1：设计方案一次接线图纸
产品图片
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ABB 变频器 成套设备
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PLC 触摸屏 软启动器
湖南长丰汽车制造股份有限公司永州分公司空压机智能控制系统
三、技术方案及组件介绍：
（一）PLC编程
德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商。德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。在中、大型PLC产品领域与美国的A-B公司齐名。
西门子PLC主要产品是S5、S7系列。在S5系列中，S5-90U、S-95U属于微型整体式PLC；S5-100U是小型模块式PLC，最多可配置到256个I/O点；S5-115U是中型PLC，最多可配置到1024个I/O点；S5-115UH是中型机，它是由两台SS－115U组成的双机冗余系统； S5-155U为大型机，最多可配置到4096个I/O点，模拟量可达300多路；SS－155H是大型机，它是由两台S5-155U组成的双机冗余系统。而S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中S7-200系列属于微型PLC、S7-300系列属于于中小型PLC、S7-400系列属于于中高性能的大型PLC。
S7-300是模块化中小型 PLC 系统，它能满足中等性能要求的应用。模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点,使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。
l 多种规格的处理器,系统采用独特的导轨安装；
l 高速的指令处理,可满足快速程序控制要求；
l 浮点数运算,可有效地实现更为复杂的数学运算；
l CPU内集MPI接口,多种通讯模块能用来连接AS一I接口、PROFIBUS和工业以太网总线系统；
l 具有时间/中断驱动、开环定位和PlD等高级控制功能；
l I/O模块采用前连接器方式,维修或更换十分方便；
l 系统自行组态,信号或通讯模块不受限制地随意安放；
l 具有满足高速计数、步进电机和伺服定位控制等特殊应用的l/O模块；
l STEP7编程语言具有大量的以STEP5为基础的指令集,使程序的编制简单快捷；
l 模块化微型PLC 系统，满足中、小规模的性能要求；
l 各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务；
l 简单实用的分布式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活；
l 方便用户和简易的无风扇设计；
l 当控制任务增加时，可自由扩展；
l 大量的集成功能使它功能非常强劲；
l 用于恶劣环境条件下的PLC；
l 扩展温度范围从-25°C 到+70°C；
l 适用于特殊的环境( 污染空气中使用)；
l 允许短时冷凝以及短时机械负载的增加；
l S7-300 采用经过认证的PLC 技术；
l 易于操作、编程、维护和服务；
l 特别适用于汽车工业、环境技术、采矿、化工厂、生产技术以及食品加工等领域；
l 低成本的解决方案。
（二） ACS800技术数据
进线电源
3-相供电电压 U3IN =380…415V+10%
U51N=380…500V+10%
频率 48-63HZ
功率因数 COS@1=0.98(基波)
COS@=0.93...0.95(总体)
效率
额定功率时 >98%
输出特性：
3-相输出电压 0-U3IN / U51N
频率控制 0-±300HZ
0-±120HZ(带DU/DT滤波器时)
弱磁点频率范围 8-300HZ
电机控制软件 直接转矩控制（DTC）
转矩控制 转矩阶跃响应时间
开环 <5MS额定转矩
闭环 〈5MS额定转矩
非线性度（额定转矩时）
开环 ±4%
闭环 ±1%
速度控制 静态精度
开环 10%电机滑差的
闭环 额定转速的0.01%
动态精度 ：
开环 0.3-0.4%秒
闭环 0.1-0.2%秒
机壳 ：
颜色 浅灰色NCS1502-Y(RAL90021/PMS420C)
黑色ES900
环境要求：
环境温度
运输 -40- +70℃
储存 -40- +70℃
运行 -15- +50℃
40-50℃时输出功率降低(1%I℃)
相对湿度 5至95%，没有冷凝。
冷却方式 空气冷却
海拔高度 0-1000M，不需要降容
1000-4000M需要降容
ACS800是为大功率设计的交流传动，应用于广泛的工业领域。其使用最先进的控制算法直接转矩控制（DTC），能精确的控制功率器件的每一次开关，相对于矢量和标量控制，可减少冗于的开关次数，能效更高。且内置交流输入电抗器。
（三）软启动器：
PST软起动器提供了一种全新的功能叫力矩控制，使用此功能，可以调节电动机输入电压，从而使例句控制按预先设定的曲线对电动机的起动和停止进行控制。
Softstart软启动器( PSS、PSD不带热过载断电器/非标准型内置电子过载断路器 / 重载型内置电子过载断路器)具有悠久的专业经验和先进的电动机保护，可节省电能、省电、省时、省能、又省钱，可靠性高能全面解决鼠笼式电动机开动及停止所带来的机械及电气冲击问题，如:
水泵电机起动停止时管道内的水压波动问题；
起动风机时传动皮带打滑及轴承应力过大的问题；
减少压缩机、离心机、 搅动机等设备在起动时对齿轮箱及传动皮带的应力；
输送带起动或停止过程中由于颠簸而造成的产品倒跌及损坏的问题；
一般起动电流过高会使电网电压下降，从而导至对电网中的其它负载造成于扰；
软启动器可延长机械使用寿命，减少维修工作量，可避免因故障停机所造成的严重代价。
结构特点：
更紧密的设计
更容易的安装及设计
电压范围高达690V
全部接线均在前面
两种运行模式可供选择(外接/内接 )
（四）设备箱
设备箱的设计遵循以下主要技术性能指标：
1）环境要求：
A）工作温度：-35C-+60C
B）相对温度：〈85〈%(+30C)
C）大气压强：70-106KPA
2）输入电压
A)交流390V+15%
（2）防护等级达到IP54。
（3）箱体包装整齐。
（4）箱体表面要求有可防腐防锈措施。
（5）箱体边板必须冲孔，均匀分布，利于散热和排水；箱体左右两侧上部中央开散热孔，要求使用冲孔或百页式。
（6）设备箱必须牢固。
（7）所有箱体进出线口需带防水锁扣。
（8）箱体应该有充足的安装空间，方便设备安装维护。
（9）箱体进线孔必须装有胶套保护，防止各种线缆被挂伤。
（10）箱体在适当位置安装有接地铜螺栓，有接地固定位置。
（11）箱体正面上应有机柜的各种功能标签以便维护。
（12）机箱的型号及内容空间要求：机箱内部要求能容纳变频器及相关配套设备，有宽裕合理的接线窨。机箱的内部空间应是所有箱内设备的2倍以上，以保证箱内设备的散热和空气流通。
柜体型式采用GGD柜。
1、概述
■ GGD型交流低压配电柜适用于发电厂，变电站，厂矿企业等电力用户的交流50HZ，额定工作电压380V额定工作电流至3150A的配电系统、作为动力，照明及配电设备的电能转换、分配与控制之间。
■ GGD型交流低压配电柜是根据能源部主管上级，广大电力用户及设计部门的要求，本着安全、经济、合理、可靠的原则设计的新型低压配电柜。产品具有分断能力高，动热稳定性好，电气方案灵活、组合方便、系列性，实用性强，结构新颖，防护等级高等特点。可作为低压成套开关设备的更新换代产品使用。
■ GGD型交流低压配电柜符合IEC439《低压成套开关设备和控制设备》GB7251《低压成套开关设备》等标准。
2、使用条件
■ 周围空气温度不高于+40℃不低于-5℃。24h内的平均温度不得高于+35℃。
■ 户内安装使用，使用地点海拔高度不得超过2000M。
■ 周围空气相对湿度在最高温度为+40℃时不超过50%。在较低温度时允许有较大的相对湿度。（例如+20C℃时为90%）应考虑到由于温度的变化可能会偶然产生凝露的影响。
■ 设备安装时与垂直的倾斜度不超过5%。
■ 设备安装在无剧烈震动和冲击的地方，以及不足使电器元件受到腐蚀的场所。
■ 用户有特殊要求时可与制造厂协商解决。
3、电气性能
■ 基本电气参数
■ 主电路方案GGD柜的主电路设计了129个方案，共298个规格（不包括辅助电路的功能变化及控制电压的变化而派生的方案和规格）。其中 GGD1型 49个方案 123个规格GGD2型 53个方案 107个规格GGD3型 27个方案 68个规格主电路方案是征求了广大设计，使用部门的意见选编的。增加了发电厂需要的方案。额定电流增加至3150A，适合2000KVA及以下的配电变压器选用。此外，为适应无功补偿的需要设计了GGJ1、GGJ2电容补偿柜，基本主电路方案4个，共12个规格。
■ 辅助电路方案辅助电路的设计分供用电方案和发电厂方案两部分。GGD柜内有足够的空间安装二次元件，专用的LMZ3D型电流互感器可满足发电厂和特殊用户附设继电保护时的需要。
■ 主母线考虑到价格比和以铝代 铜的可行性，额定电流在1500A及以下时采用单铝排母线。额定电流大于1500A时采用双铜排母线。生产厂按此规定制造样机并通过型式试验。生产厂也可根据用户的要求将铝母线换成同等载流量的铜母线。母线的搭接面可采用搪锡工艺处理。
■ 电器元件选择
● GGD柜可采用国内已能批量生产的较为先进的电器元件。如ME、DZ20、DW15等。同时也根据经济，合理的原则，在充分考虑可行性的前提下保留了部分可用的老产品如DZ10等。不选用已淘汰的产品。
● HD13BX和HS13B型旋转操作式刀开关是根据GGD柜独特结构的需要而设计的专用元件，它改变了机构的操作方式，保留了老产品的优点，是一种实用新型的电器元件。
● 如设计部门根据用户需要，选用性能更优良，技术更先进的新型电器元件时，因GGD柜具有良好的安装灵活性，一般不会因更新电器元件造成制造和安装方面的困难。
● 为进一步提高电路的动稳定能力，GGD柜有专用的ZMJ型组合式母线夹和绝缘支撑件。母线夹由高强度、高阻燃型PPO合金材料热塑成型，绝缘强度高、自熄性能好，结构独特，只需调整积木式间块即可方便地组合成单母线夹或双母线夹。绝缘支撑是套筒式模压结构，成本低、强度高，解决了老产品爬电距离不够的缺陷。
4、结构特点图一
外形示意图
■ GGD型交流低压配电柜的柜体采用通用柜形式，构架用8MF冷弯型钢局部焊接组装而成，构架另件及专用配套另件由型钢定点生产厂配套供货，以保证柜体的精度和质量。通用柜的另部件按模块原理设计，并有20模的安装孔，通用系数高，可以使工厂实现予生产。既缩短了生产制造周期，也提高了工作效率。
■ GGD柜设计是充分考虑到柜体运行中的散热问题。在柜体上下两端均有不同数量的散热槽孔，当柜内电器元件发热后，热量上升，通过上端槽孔排出，而冷风不断地由下端槽孔补充进柜，使密封的柜体自下而上形成一个自然通风道，达到散热的目的。
■ GGD柜按照现代化工业产品造型设计的要求，采用黄金分割比的方法设计柜体外形和各部分的分割尺寸，使整柜美观大方，面目一新。
■ 柜门用转轴方式活动铰链与构架相连，安装、拆卸方便。门的折边处均嵌有一根山型橡胶条，关门时门与构架之间嵌条有一定的压缩行程，能防止门与柜体直接碰撞，也提高了门的防护等级。
■ 装有电器元件的仪表门，用多股软铜线与构架相连。柜内的安装件与构架之间用滚花螺钉连接，整柜构成完整的接地保护电路。
■ 柜体面漆选用聚脂桔型烘漆，附着力强，质感好，整柜呈亚光色调，避免了眩目效应，给值班人员创造了较舒适的视觉环境。
■ 柜体的顶盖在需要时可拆除，便于现场主母线的装配和调整，柜顶的四角装有吊环，用于起吊和装运。
■ 柜体的防护等级为IP30，用户也可根据环境的要求在IP20—IP40之间选择。
5、安装与使用产品到达收货地点后，首先应当检查包装是否完整无损，发现问题应及时通知制造厂查找原因。对于不立即安装的产品，应根据正常使用条件的规定，置于适当的场所。
■ 产品安装图二
安装示意图
产品的安装应按安装示意图进行（见附图2），基础槽钢和螺栓由用户自备，主母线安装时应将搭接面修理平整，处理干净，涂上中性凡士林或采用其它措施，然后用螺栓紧固。
■ 产品在安装完毕后，投入运行前需进行如下项目检查与试验。
◇ 检查柜面漆有无脱落，柜内是否干燥、清洁。
◇ 电器元件的操作机构是否灵活，不应有卡滞或操作力过大现象。
◇ 主要电器的通断是否可靠、准确。辅助接点的通断是否可靠准确。
◇ 仪表指示与互感器变比及极性是否正确。
◇ 母线连接是否良好，绝缘支撑、安装件及附件是否安装牢固可靠。
◇ 辅助接点是否符合要求，熔断器的熔芯规格是否正确，断电器的整定值是否符合设计要求，动作是否准确。
◇ 电路和接点是否符合电器原理图。
◇ 保护电路系统是否符合要求。
◇ 用500伏兆欧表测量绝缘电阻值不得低于1兆欧。
■ 使用注意事项◇ 本产品为不靠墙安装，单面（正面）操作，双面开门维修的低压配电柜。产品的维修通道及柜门，必须经考核合格的专业人员方可进入或开启进行操作、检查和维修。
◇ 空气断路器，经过多次合、分后，会使主角头局部烧伤和产生碳类物质，使接触电阻增大，应定期对空气断路器按其说明书进行维护和检查。
四、设备安装与施工
（一）安装要求
全部电气系统和部件的安装、调试及部件本身质量应符合国家有关电气专业标准和规范；
机柜或机箱的安装必须牢固稳定，有足够的体积和安装空间，排放整齐，漆色一致，涂层足够，柜门及手把、锁等机构灵活、坚固耐用，关紧严实；
机柜有防盗、防撬保护，VFD显示、控制；
防尘保护：在机柜进风口和出风口处安装防尘过滤网，定期清除过滤网上灰尘，以防滤网堵塞引起机柜排热失效；
机柜的承载力必须坚固（如：建筑承重墙、柱等），具有长期稳定性；安装后不得有影响美观的明显几何差，与其它电气设备合理摆放。
要求走线整齐美观，匹配合理、箱内器件结构恰当，有足够的空间便于操作、维修、散热以及将来改造用，即便于维护。
部件质量优良，容量足够，操作及动作安全可靠，灵活准确，仪表显示精确流畅；
保证全部电气系统和部件一年四季能满足采购人空压站生产环境下正常工作；
全部调试设置的参数应正确合理，监控、监视界面清晰明了，易于操作、检查，系统数据记录完整，统计全面，方便打印分析，满足设备正常生产并处于最优工况运行的要求，应能准确对系统进行监控、显示、报警并及时进行保护。
（二）施工安装
1、机械安装
1）环境要求
为了变频调速系统能长期稳定和可靠地运行，对变频调速系统的安装环境作如下要求：
最低环境温度0℃，最高环境温度40℃，工作环境的温度变化应不大于5℃/h。如果环境温度超过允许值，应考虑配备相应的空调设备；
本变频调速系统的标准产品安装高度要小于海拔1000米。若安装高度超过海拔1000米,必须在设备订货时说明，以便采取特殊设计。
环境湿度要求小于90%（20℃），相对湿度的变化率每小时不超过5%，避免凝露；
不要将变频调速系统安装在有较大灰尘、腐蚀或爆炸性气体、导电粉尘等空气污染的环境里。
2）柜体安装
变频调速系统设备安装时，考虑通风散热及操作空间的需要，整套装置背面离墙距离不得小于1000mm，装置顶部与屋顶空间距离不得小于1000mm，装置正面离墙距离不得小于1500mm。
所有柜体应牢固安装于基座之上，并和厂房大地可靠连接。变压器屏蔽层及接地端子PE也应接至厂房大地。各柜体之间应相互连接成为一个整体。
安装过程中,要防止变频调速系统受到撞击和震动,所有柜体不得倒置,倾斜角度不得超过30。。
2、电气安装
电气安装主要包括柜体到现场的输入输出高压电缆、柜体之间的连接线、柜体和现场的控制及信号线的配线。
1)、电源及电机线的连接
输入电源线连接到端子L1、L2、L3；
电机线连接到U、V、W，并注意相序关系；
确保输入电压满足要求；
确保电源线的线径及耐压满足要求；
确保输入侧高压开关已经采用了有效的防雷措施；
2）控制线的连接
控制柜连线主要包括控制电源进线、远程控制接线、检测信号线、模拟量输入线、模拟量输出线、现场状态接线、开关量输出接线。如果用户有特殊要求，可以根据用户需求重新配置。
电气安装注意事项
输入和输出的高压电缆必须经过严格的耐压测试；
输入和输出电缆必须分开配线，防止绝缘损坏造成危险；
现场到变频调速系统的信号线，应该与强电电线分开布线，信号线必须采用绞线的方式，最好采用屏蔽线，屏蔽线的一端可靠接地；
要一直保证变频调速系统柜体和厂房大地的可靠连接，保证人员安全。
设备进行电气安装时，应为控制系统埋设专用接地极，要求接地电阻不大于1Ω。
测量变压器的绝缘电阻及进行工频耐压试验之前，必须断开变压器和功率单元。
五、技术服务
1、 现场服务计划表
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2、 安装、调试重要工序
3. 培训
培训时间：变频调速系统完成连续72小时负载运行后，可安排三天。变频调速系统安装调试期间，买方（用户方）技术人员可以跟随学习。
培训方式：现场授课＋实地讲解＋操作演示＋厂方人员实际操作。
培训老师：服务商与制造商工程师。
参加人员：厂方技术人员、操作人员、运行值班人员及其他用户方安排的人员。
培训内容：
投资服务公司与制造公司介绍
变频调速原理
空压机节能原理
ABB变频调速系统原理
变频调速系统的装置实物介绍
变频调速系统的操作培训
变频调速系统使用注意事项
变频调速系统常见故障处理、变频调速系统的日常维护
B 货物配件清单表
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