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　　引言

　　离心式压缩机是一种利用叶轮的高速旋转将气体在压缩腔内进行压缩，使压缩气体具有一定压力的设备。它具有容量大、体积小、结构简单、运行平稳、供气均匀等特点，是冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等工业企业的关键设备之一，在生产过程中起着非常重要的作用。

　　某厂一台离心式压缩机仍采用常规模拟仪表控制系统，控制系统通用性差，控制电器多其监控系统和保护系统技术水平低下，整机抗干扰能力差，系统的故障率高，已发生多起误停车事故，严重影响了工厂的安全生产，扰乱了正常的生产秩序。

　　1 控制系统的总体设计

　　1.1控制系统的组成

　　从离心式压缩机工作原理来看，要保证其正常运行必须保证电机、润滑、冷却等多个系统的安全正常运行，因此可以把整个控制系统划分为压力控制、电机控制、润滑油控制、冷却水控制、各种保护控制和监测控制等六大子控制系统，其中，压力控制子系统主要用于调节进出口气体的压力和流量，是实现压缩机正常工作的主体系统;冷却水控制子系统采用专用的控制设备实现，提供恒定压力的冷却水。

　　1.2控制系统总体设计

　　PLC 具有抗干扰能力强、安装调试方便、功能完善、组合灵活等特点，已成为现代工业过程控制的有效解决方案之一。根据离心式压缩机控制系统的要求，完全可以采用PLC 替代原有的控制系统。为实现方便快捷的自动控制，采用上位机与下位机配合控制，上位机用工业控制组态软件实现对离心式压缩机的工作运行状态进行在线监测和控制，下位机则选用日本三菱公司生产的FX2N 系列PLC 实现其控制功能。

　　考虑到离心式压缩机控制系统参数较多，其中有32个开关量信号和24路模拟量信号。模拟量信号可选用模拟量输入模块FX2N-4AD 和输出模块FX2N-4DA，传感器的信号不需要转换电路进行转换，就可以直接接到模拟量模块。经综合计算输入输出信号点数，选用FX2N-128MR 的PLC 作为控制基本单元，具体配置见图1所示。

　　下位机程序采用三菱P L C 编程软件GX-developer 进行程序开发，可以实现在线或离线梯形图编辑、故障诊断显示和监控，还可以完成串行通信接口参数设定以及一些算法功能。PLC 与上位机的连接用一根专用电缆，采用FX2N-422-B D 通讯模块实现工业控制组态软件与上位机的通信，上位机主要承担监察管理功能，同时兼备部分控制功能，如发出运行，停止命令等。

　　2 各控制子系统的设计

　　2.1润滑油控制子系统设计

　　润滑油系统在整个离心式压缩机控制系统中占有非常重要的作用，是设备实现正常工作的基本保证。离心式压缩机的润滑油控制系统由油泵、油箱、加热器、油冷却器、检测油温的传感器和与各供油点相连接的管路等多个部分组成。润滑系统中的检测参数有轴承温度检测、油箱温度检测和油压检测等。其中滑动轴承处的油温必须严格控制，以利于形成压力油膜;当油箱中的油温低于要求时则电加热器开始工作，使油温能达到系统所需温度，油温过高则立即停止加热。当油温高于5 7 ℃时，系统发出声光警报，当油温高于6 3 ℃时，系统自动跳机。图2 为油温低于15℃时发出报警的梯形图。

　　2.2电机控制子系统设计

　　主电机控制系统回路有电机电流、电机轴瓦温度、电机轴位移等模拟量输入。为保护离心式压缩机正常启动和停止，设置了离心式压缩机的启动条件和停止条件。考虑到压缩机由于油温、油压、气温、冷却水水压等因素的限制要求，会出现紧急停机的现象。因此，只有满足正常启动条件，主电机才可以启动，当电机达到额定转速后，再将压缩机的流量、压力逐渐调至所需的工况条件，投入正常运行状态。

　　当机组发生如转子的径向振幅达到或超过停机限值;润滑系统油压过低或密封系统气压过低时以事故联锁停机。停机时，机组旁通阀快速开启，同时主排气路上的止逆阀强制关闭。

2.3保护控制子系统

　　离心式压缩机系统的主要保护环节有轴位移、电机轴瓦温度(主电机)、各段进气温度、出口气体温度、出口气体压力、出口气体流量、轴承温度、各段振动等，这些参数通过设置在各个位置的传感器将采集到的模拟量信号输入PLC 的模拟量单元中，P L C 进行判断系统是否异常，当参数值达到规定限值时，就发出声光讯号报警甚至跳机，使离心式压缩机在运行时能合理地处理发生的相关问题。

　　2.4压力流量控制系统设计

　　离心式压缩机根据后续生产环节用气的需要，通过调节段入口处的入口导叶打开程度控制气体流量和压力。当压缩机进口流量与出口压力不匹配，气体部分回流或全部回流必然导致气体压力波动、温度增加，造成压缩机轴向出现低频大振幅周期性气流震荡。就是通常所说的“喘振”现象，喘振使压缩机的性能恶化，气流参数(压力、流量)产生大幅波动，噪声和震动加剧，严重时足以损坏压缩机。离心式压缩机的防喘振控制采用可变极限流量法进行控制，它按照压缩机的喘振曲线，使之在任何一种转速下都有一个不同的流量来控制压缩机，以保证不发生喘振，由于对任何转速的流量都工作在低于喘振极限位置，因此消耗能量较少，比较节能。图3 是防喘振控制的部分梯形图。

　　2.5PLC 与上位机的连接

　　PLC 与上位机的通讯是采用串行传输方式，由于传输距离较远，采用以平衡方式传输的RS-422 接口标准进行通信，即双端发送和双端接收，根据两条传输线之间的电位差值来决定逻辑状态。离心式压缩机的工作运行状态采用M C G S 工控组态软件进行在线监测和控制。M C G S 工控组态软件具有延续性强、扩充性好、封装性好(易学易用)、通用性、强大的数据处理功能和方便的报警设置等特点，根据离心式压缩机工作的实际情况，利用M C G S 工控组态软件提供的PLC 、开放式的数据库和画面制作工具，在组态环境中完成离心式压缩机的动画设计、流程控制、报警组态、报表设计、设备连接等组态工作，就完成了一整套基于 的离心式压缩机监控系统。压缩机运行时，通过运行环境实现动画显示、实时报表输出显示等，实现在线监控。图4 所示为控制动画界面。

　　3.结论

　　利用P L C 结合M C G S 组态软件对离心式压缩机监控系统进行改造后，完善了该压缩机安全保护措施，实现了压缩机运行状态的实时监控，大大改善了控制性能，降低了系统的运行噪声，减轻了维护工作量。目前该系统运行平稳，节能效果明显。