施耐德Twido PLC 及RM4TG20相序保护继电器在螺杆式空压机行业的应用

［摘要］：
［关键词］： 电机 pid 流量计 modbus
1．概述
空压机是各种工厂，筑路，矿山以及建筑等行业的必备设备，主要用来提供源源不断的具有一定压力的压缩空气，例如给气动阀供气，给需要一定压力气体的工艺流程提供气源。空压机有很多种类，如 螺杆式空压机，活塞式空压机，离心式空压机，涡旋式空压机等等，而螺杆式空压机的市场潜力极大，并在许多行业得到广泛的运用。本文详细地介绍Twido PLC 及RM4TG20相序保护继电器在螺杆式空压机行业的运用。
2．应用描述
（1）系统
在本运用中，采用了施耐德的全套解决方案，主要的硬件配置有 Twido 本体TWDLCAA24DRF＋模拟量模块TWDAMM3HT+TSX08H04M 4行文本屏＋接触器＋相序保护继电器RM4TG20。

1）主控器采用施耐德 小型PLC TWIDO系列TWDLCAA24DRF，该型号PLC性价比非常高，具有14DI/10DO，支持双字运算，14路PID并带自整定功能，运算速度达到每条列表指令0.14微秒，可扩展4个数字量或模拟量模块，通过扩展CanOpen主模块TWDNCO1M 可实现CanOpen 高速通信。
2）模拟量模块采用TWDAMM3HT,该模块具有2AI/1AO， 可以连接0～10V或4～20mA信号，分辨率高达12位。
3）主电机的启动采用三个施耐德接触器进行星三角启动。
4）主电机的相序检测采用施耐德相序保护继电器RM4TG20, 当主电机出现相序故障或缺相时，切断电机三相电源，以保护昂贵的螺杆机头，并把故障信号接入TWIDO PLC 以进行故障报警。
5）人机界面采用施耐德TSX08H04M ４行文本屏，该文本屏功能强大，支持棒图，趋势图，动画等显示功能，可通过MODBUS连接到TWIDO PLC。该屏在系统中主要用来参数的设定和显示，故障报警等等。
TWIDO PLC在空压机系统中担任着集中控制的重要角色，通过采集各种传感器信号，并使用一定的工艺算法，对执行机构进行控制，以下为接线图和控制流程图：
?离散量TWDLCAA24DRF 14I/10Q

?模拟量TWDAMM3HT 2AI/1AO 0~10V/4~20mA 12位

（2）模拟量采集
在螺杆式空压机中，温度和压力信号对保障系统安全可靠运行起到关键作用。温度过高，会影响系统，有可能会导致机头损坏；而压力的的迅速建立，保证空压机的运行效率。
在以往的控制系统中，通常会采用以下两种温度和压力信号采集方案
A)不使用模拟量模块，而是使用温控仪来检测温度信号，压力开关来检测压力信号，通过设置温控仪和压力开关的门限值（上限和下限）以达到设置参数的目的，并把门限输出值接入PLC 离散量输入点。这种方式的缺点很明显：在设置温度和压力时，非常不方便，极其不灵活，而且不能显示温度和压力的当前值，另外温控仪和压力开关的价格也很高

B)使用模拟量模块来检测温度和压力信号，但是由于很多PLC的供应商并不提供同时接温度信号(如PT100热电阻或K型热电偶)和标准模拟量信号(0~10V 或4～20mA，主要用于采集压力信号)的模拟量模块（即使有，价格也很高），这样，就需要使用一个变送器，把温度信号转变为标准模拟量信号。看上去这种方案解决了方案A的问题，然而，仔细一看，无端给客户增加了一个变送器，也就增加了客户的成本。

现在我们采用施耐德的方案，使用一个可接标准信号的模拟量模块TWDAMM3HT来采集温度和压力信号,而不使用变送器。具体做法是：通过模拟量输出给PT100提供一个4mA的恒流源。再通过具体的算法把所测到的温度信号线性化，即可得到我们想要的温度值，采用这种方法，可达到1摄氏度的精度。

（3）相序保护继电器保护螺杆机头
在空压机电气回路里，还有一个非常重要的器件—相序保护继电器RM4TG20。因为在螺杆空压机运用中，是不允许螺杆机头反转的，一旦反转的话，会导致机头损坏。而大部分螺杆空压机厂商都是从国外进口机头，价格相当昂贵，动辄上万元（是空压机中最贵的部分），所以，用户在选择相序保护继电器的时候，首先考虑的是它的可靠性。
目前市场上，用于螺杆空亚机的相序保护继电器主要分为国际和国内两种品牌。国际品牌以施耐德RM4为主，其他的还有OMRON等厂商产品，国内品牌主要有电路板产品和集成相序功能和空压机控制的专用板（例如深圳某厂家提供的空压机专用控制板）。以下是其性能对比。

RM4TG20相序监测和缺相检测
当端子通电时，继电器吸合，如果相序正确并且所有3相带电，黄色LED灯亮，如果缺相故障或者相序不正确，继电器断电；正常工作（无故障）时继电器吸合，当缺相时立即断电。
应用接线图

3．给客户带来的利益：
a.施耐德全套专业解决方案，提高品牌形象
b.改变传统的单片机控制方式，使系统更加可靠，稳定。
c.使用模拟量模块直接采集压力、温度信号，可以让使用者对实时压力和温度一目了然。
d.节省一个压力开关，一个温控仪，节省成本
e.使用HMI,可直接方便的设定压力、温度，对报警了如指掌，还可以储存历史报警数据，并轻松设定设备保养计划
4．结束语
自使用施耐德TWIDO PLC以来，系统运行稳定可靠，并且增加了许多人性化的附加功能，深受客户好评。