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[摘 要]以企业节能减排、降低成本为目标，合理利用能源、降低产品成本及节能改造投资的原则，对唐山轨道客车有限责任公司（以下称唐车公司）的现有生产工艺、生产能力、设计能耗和实际能耗进行了调研。根据调研数据，以确保安全生产为原则，安装空压站节能监控管理及自动控制节能系统。通过安装空压站节能监控管理及自动控制节能系统可以实现空气压缩机的高效运行，并可提高空压机群的运行稳定性及均衡性，同时降低工人的劳动强度。
[关键词]空压机；节能；节能监控；自动控制
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0192-01
第一部分、项目概述
压缩空气作为昂贵的二次能源被广泛应用，而空压机是一种运行成本（电费）远远大于初期购买费用的特殊设备，其耗电量占整个系统用电的96%，是名副其实的电老虎，对气动系统运行的科学管理日益重要。重视压缩空气系统的节能改善工作，并积极投入规划与建构高效率的压缩空气系统，贡献己力来强化企业竞争能力，确保企业的最大效益，已成为当今企业管理者刻不容缓的任务。
唐车公司使用较多的高压用气，当用气量富裕时，会造成空压机的卸载或者进气阀的频繁动作，导致空压机的运行效率较低。本次技术攻关，主要针对空压机高低压用风不均，整体控制、操作复杂的情况。对整个空压机及管路安装监控、调节设施，达到使空压机设备自动运行，高、低压风互相补充，降低空压机运行负载能耗。最大限度内将节能减排、能源充分利用措施融入到工厂生产当中，减少工厂运行中不合理的浪费，为企业创造最大的经济效益。
第二部分、空压机现状
目前唐车公司拥有两个空压机站，共10 台空压机（其中一台报废）。空压机的信息如表：
两个空压机站高、低压分别联通，每台空压机独自运行，没有联控。空压机的开启与关闭都是人工巡检压力高低后操作的；空压机的基本信息，包括空压机的运行状态，运行压力，流量，冷却水温度等运行参数不能实时监控，只能靠人工定期巡检。
唐车公司主要是风动工具、加工中心、喷涂用风。用气量大的车间主要是铝合金车间和涂装车间。铝合金车间每个站点都有一个分气缸，分气缸通过三联件与风动工具连接，风动工具主要是阿特拉斯、CP；其他车间主要是风动工具为主。
第三部分、空压机节能技术攻关方案
根据唐车公司压缩空气系统所存在的问题，以保证正常生产、提高企业生产效率、降低能耗为原则，提出如下节能改造方案。
1） 安装空压站节能监控管理系统。通过安装空压站节能监控管理系统可以实现空气压缩机的高效运行，并可提高空压机群的运行稳定性，同时降低工人的劳动强度。
2） 安装自动控制节能模块。唐车公司采用高低压供气方式，此种方式优势是降低空压机的运行负载能耗；劣势是系统被人为的分为两个系统，每个系统的供需不好实时的匹配，造成一定的浪费。安装自动控制节能模块，可解决上述问题。
1 空压机节能监控管理系统
（1）由于现场的空压机来自三个不同的厂家，故需分类组建两套通信网络，从而实现主站PLC 控制器对现场空压机设备的数据采集。
（2）主站PLC 前面加有通信模块具有传输距离远，通信速度快的有点，可以实现超远距离通信。完全满足现场的通信距离要求。
（3）在空压站的上位机监控系统，可以很方便的实现管理人员对空压机的管理。上位机中分别显示每台空压机当前的运行状态、具体的运行参数、空压机的负载率以及空压站的高低压的压力情况、冷却水系统的运行情况等，管理人员可在监控室内管理空压机，减少劳动强度。
该方案可以通过通讯方式实现对空压机运行数据采集，可把设备的运行状态及报警信息上传至联控系统，并可以通过干接点信号实现对每台设备的控制。对无通讯功能的空压机通过硬接点同样实现对空压机的控制。
2 自动控制节能模块
唐车公司使用较多的高压用气，当用气量富裕时，会造成空压机的卸载或者进气阀的频繁动作，导致空压机的运行效率较低。根据这种情况，增加自动控制节能模块可以很好的解决此类问题。自动控制节能模块通过设置参数，可调节空压机高效运行，稳定高压端压力平稳，并实现自动调节高压空压机群的产气量，实现供需的平衡，同时平衡高低压用气。
3 空压机节能原理
空压机群节能监控管理系统节电原理如下：
（1）空压机节能监控管理系统改变原来空压机的分散运行、不协调的现状，实现对空压机的集中控制，同时增加预测调压技术进行智能化控制。
（2）优化空压机运行压缩过程控制功能，改变空气压缩机绝热压缩过程能耗，根据热力学压缩空气压缩规律，以运行能耗为目标控制空压机高效运行，理论基础主要是空压机的电力能耗的3 部分：
1）气体压缩过程中电机消耗的电能；
2）电机、运动部件、驱动装置自身的损耗；
3）当压强达到并自动卸载后的电机空耗。
节能监控管理系统针对当前空压机节能效果较差而研发，使空压机在满足供气量需要的前提下，最大限度地减少能源的消耗，真正有效地起到了节能的效果。
第四部分、系统增加后效益
通过技术攻关，不仅增加对空压机启动、停止、加载/卸载的控制功能，而且还在系统中集成了空压机群能耗优化运行算法，使空压机群始终在最低能耗的状态下运行。
通过使用本空压站节能监控管理系统，具体的效益如下：
1） 降低压缩空气系统能耗，实现空压机群运行能耗年降低运行费用61～76 万。（节能率在12%～15%，节能效益计算方式为：2011 年空压机耗电量*电价*12%～15%）。
2）可以直接降低空压机的加卸载频率，直接降低设备的故障率，降低维护费用。
3） 提高气源质量，降低压力波动范围，有效保证气源的稳定，避免因气源原因而导致设备损坏或影响生产。
4） 空压机站输出的压缩空气质量的改善，可提升产品质量及环保机构认可度，延长工厂的管道寿命，减少了三联件的损坏，减少维护工作量，直接降低维护成本。
参考文献
[1] 韩俊英、谭跃进，压缩机与供气系统的现状和发展，通用机械，2004（4），通用机械出版社
[2] Henry Van Ormer，容量控制影响螺杆压缩机的动力费用，PowerVol.120，NO.12，P58-60
[3] 张继忠，螺杆式空气压缩机节能改造，设备管理与维修，2012（06）
1作者简介
巩占成，男，工学学士学位，工程师，主要从事轨道车辆生产用动能供应规划实施工作。曾全程参与唐车公司动车组提能能源供应系统建设。2012年唐山市技术改造先进个人。
[关键词]空压机；节能；节能监控；自动控制
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0192-01
第一部分、项目概述
压缩空气作为昂贵的二次能源被广泛应用，而空压机是一种运行成本（电费）远远大于初期购买费用的特殊设备，其耗电量占整个系统用电的96%，是名副其实的电老虎，对气动系统运行的科学管理日益重要。重视压缩空气系统的节能改善工作，并积极投入规划与建构高效率的压缩空气系统，贡献己力来强化企业竞争能力，确保企业的最大效益，已成为当今企业管理者刻不容缓的任务。
唐车公司使用较多的高压用气，当用气量富裕时，会造成空压机的卸载或者进气阀的频繁动作，导致空压机的运行效率较低。本次技术攻关，主要针对空压机高低压用风不均，整体控制、操作复杂的情况。对整个空压机及管路安装监控、调节设施，达到使空压机设备自动运行，高、低压风互相补充，降低空压机运行负载能耗。最大限度内将节能减排、能源充分利用措施融入到工厂生产当中，减少工厂运行中不合理的浪费，为企业创造最大的经济效益。
第二部分、空压机现状
目前唐车公司拥有两个空压机站，共10 台空压机（其中一台报废）。空压机的信息如表：
两个空压机站高、低压分别联通，每台空压机独自运行，没有联控。空压机的开启与关闭都是人工巡检压力高低后操作的；空压机的基本信息，包括空压机的运行状态，运行压力，流量，冷却水温度等运行参数不能实时监控，只能靠人工定期巡检。
唐车公司主要是风动工具、加工中心、喷涂用风。用气量大的车间主要是铝合金车间和涂装车间。铝合金车间每个站点都有一个分气缸，分气缸通过三联件与风动工具连接，风动工具主要是阿特拉斯、CP；其他车间主要是风动工具为主。
第三部分、空压机节能技术攻关方案
根据唐车公司压缩空气系统所存在的问题，以保证正常生产、提高企业生产效率、降低能耗为原则，提出如下节能改造方案。
1） 安装空压站节能监控管理系统。通过安装空压站节能监控管理系统可以实现空气压缩机的高效运行，并可提高空压机群的运行稳定性，同时降低工人的劳动强度。
2） 安装自动控制节能模块。唐车公司采用高低压供气方式，此种方式优势是降低空压机的运行负载能耗；劣势是系统被人为的分为两个系统，每个系统的供需不好实时的匹配，造成一定的浪费。安装自动控制节能模块，可解决上述问题。
1 空压机节能监控管理系统
（1）由于现场的空压机来自三个不同的厂家，故需分类组建两套通信网络，从而实现主站PLC 控制器对现场空压机设备的数据采集。
（2）主站PLC 前面加有通信模块具有传输距离远，通信速度快的有点，可以实现超远距离通信。完全满足现场的通信距离要求。
（3）在空压站的上位机监控系统，可以很方便的实现管理人员对空压机的管理。上位机中分别显示每台空压机当前的运行状态、具体的运行参数、空压机的负载率以及空压站的高低压的压力情况、冷却水系统的运行情况等，管理人员可在监控室内管理空压机，减少劳动强度。
该方案可以通过通讯方式实现对空压机运行数据采集，可把设备的运行状态及报警信息上传至联控系统，并可以通过干接点信号实现对每台设备的控制。对无通讯功能的空压机通过硬接点同样实现对空压机的控制。
2 自动控制节能模块
唐车公司使用较多的高压用气，当用气量富裕时，会造成空压机的卸载或者进气阀的频繁动作，导致空压机的运行效率较低。根据这种情况，增加自动控制节能模块可以很好的解决此类问题。自动控制节能模块通过设置参数，可调节空压机高效运行，稳定高压端压力平稳，并实现自动调节高压空压机群的产气量，实现供需的平衡，同时平衡高低压用气。
3 空压机节能原理
空压机群节能监控管理系统节电原理如下：
（1）空压机节能监控管理系统改变原来空压机的分散运行、不协调的现状，实现对空压机的集中控制，同时增加预测调压技术进行智能化控制。
（2）优化空压机运行压缩过程控制功能，改变空气压缩机绝热压缩过程能耗，根据热力学压缩空气压缩规律，以运行能耗为目标控制空压机高效运行，理论基础主要是空压机的电力能耗的3 部分：
1）气体压缩过程中电机消耗的电能；
2）电机、运动部件、驱动装置自身的损耗；
3）当压强达到并自动卸载后的电机空耗。
节能监控管理系统针对当前空压机节能效果较差而研发，使空压机在满足供气量需要的前提下，最大限度地减少能源的消耗，真正有效地起到了节能的效果。
第四部分、系统增加后效益
通过技术攻关，不仅增加对空压机启动、停止、加载/卸载的控制功能，而且还在系统中集成了空压机群能耗优化运行算法，使空压机群始终在最低能耗的状态下运行。
通过使用本空压站节能监控管理系统，具体的效益如下：
1） 降低压缩空气系统能耗，实现空压机群运行能耗年降低运行费用61～76 万。（节能率在12%～15%，节能效益计算方式为：2011 年空压机耗电量*电价*12%～15%）。
2）可以直接降低空压机的加卸载频率，直接降低设备的故障率，降低维护费用。
3） 提高气源质量，降低压力波动范围，有效保证气源的稳定，避免因气源原因而导致设备损坏或影响生产。
4） 空压机站输出的压缩空气质量的改善，可提升产品质量及环保机构认可度，延长工厂的管道寿命，减少了三联件的损坏，减少维护工作量，直接降低维护成本。
参考文献
[1] 韩俊英、谭跃进，压缩机与供气系统的现状和发展，通用机械，2004（4），通用机械出版社
[2] Henry Van Ormer，容量控制影响螺杆压缩机的动力费用，PowerVol.120，NO.12，P58-60
[3] 张继忠，螺杆式空气压缩机节能改造，设备管理与维修，2012（06）
1作者简介
巩占成，男，工学学士学位，工程师，主要从事轨道车辆生产用动能供应规划实施工作。曾全程参与唐车公司动车组提能能源供应系统建设。2012年唐山市技术改造先进个人。