摘要：本文主要介绍了通过PLC实现汽车加气站用天然气压缩机的增压压缩控制方案，并简要说明了S7-200西门子可编程序控制器和西安西普公司STR系列软起动器在本应用中的特点和优势。该方案在实践基础上能满足压力、温度监控的实时性和可靠性的要求。

关键词：CNG 软起动器 PLC

随着世界石油资源的逐步枯竭和国家对改善大气环境质量的高度重视，我国对丰富的天然气资源进行了勘探开发，实施西气东输工程，用天然气作为汽车燃料已成为我国汽车行业的最佳选择。在我国和国外的很多城市，天然气资源丰富的地区开始逐步使用天然气加气站代替传统的加油站。本文所介绍的方案即为适用于汽车加气站使用的天然气压缩机控制系统。系统采用西普公司STR-B系列软起动器及SIEMENS的S7-200系列可编程控制器，压力变送器、温度传感器等组成一套完整的天然气压缩机控制、保护系统。PLC采用模块化结构，易于扩展和根据工艺要求调整控制方式；12位的模拟量采集精度能够实时有效的监测各压力和温度的变化；文本显示器使各压力上、下限报警值设定更为方便、快捷，并实时显示现场各压力和温度值的变化。

系统主要由天然气压缩电机（132KW）、STR软起动器、一用一备冷却水泵电机、加热器等组成主回路。STR软起动器负责在起动过程中限制压缩机产生的高起动电流并于起动完成后实时检测电机故障；冷却水泵用于对压缩机的水冷。由西门子PLC系列（包括温度和模拟量采集模块、TD200文本显示器等）和继电器回路组成控制回路。所有故障、控制信息进入PLC以满足系统时序要求。系统要求由温度传感器测量各级排气温度，由压力变送器测量进气和各级排气压力送往PLC模拟量模块进行处理。

控制系统采用PLC、模拟量模块和文本显示器实时监控系统参数，进行数值调整和故障报警停机等系统控制和显示功能。压缩机采用交流软启动器并配合其多种保护功能完成启动和运行检测保护。具体要求是：

（1）主回路要求：

为了降低压缩机起动时的起动电流，改善起动特性，要求采用数字式交流软起动器进行起动。水泵电机直接起动。软起动器起动性能良好且要求在起动和运行过程中对电机过载、三相不平衡和缺相等故障进行报警和及时处理。

（2）控制方式和流程：

系统通过PLC来实现手动和自动两种控制功能。

A、手动：

手动功能用于调试及检修试车之用。可以通过按钮单独地控制主机和冷却水泵的起停。

B、自动：

自动运行时，系统检测压缩机、软起动器、水泵电机的状态，实时测量和显示进气、各级排气和冷却水的压力和温度，通过PLC实现主机的正常起停，自动起停和故障处理等工作方式。自动运行时，对水泵、压缩机、进气阀门和各个排气阀门根据制定的工艺流程进行控制。故障处理及时、准确，对于不同故障要求采取报警立即停车、报警延时停车或只报警不停车处理。在自动模式下，应有自动定期排污处理，且排污周期、排污时间可以设定。

（3）人机界面

采用TD200中英文文本显示器对系统的进气压力、各级排气压力和温度进行显示，对各个压力变送器的量程和系统报警上、下限值进行设定。设定值时应有密码保护。默认显示界面为系统累计工作时间。

（1）硬件：

132KW天然气压缩机采用西安西普公司STRB132-3软起动器进行起动。STR系列软起动器具有两种控制方式：键盘控制和远控；三种起动模式：电压斜坡起动、限流起动和点动；两种停车模式：自由停车和软停车。本身具有缺相、电机过载、起动过流、运行过流、干扰和过热等10种保护功能。采用独特结构，在起动完成旁路接触器吸合后，仍然实时检测并显示电机电流，各种保护功能依然有效，不需外加电机保护器件。使用简单方便，一般工作人员在说明书指导下即可进行操作。本系统中，主回路和软起动端子接线如图1-1所示。 控制系统采用西门子S7-200系列可编程控制器，选用CPU 226能满足系统输入输出点数的要求。所有的控制信号、故障信号，测量值（温度和压力）、设定值都进入PLC进行处理，根据系统要求，由软件依据外部各个信号进行起停控制，报警控制及其他处理。

（2）软件

软件编写平台为西门子提供的软件工具包STEP 7-MICRO/WIN32，S7-200系列小型化PLC可以应用于各种自动化系统，结构紧凑并具有强大的指令集，不需要用手持编程器，只需要在所提供的软件环境下用梯形图即可编写出符合系统要求的控制程序。专用的PC/PPI编程电缆可以通过设置DIP开关将PLC连接到计算机。连接成功后即可进行程序的上载和下载，并支持在线改写。软件的编写根据控制工艺流程分为两大部分：自动控制和手动控制。在手动模式下，允许对主电路的各个部分进行独立的操作，包括对压缩机、两台水泵、加热器等的单独操作，在这种模式下没有报警显示和报警处理功能。在自动模式下各个部分的起动和运行要受到水压、进气和排气压力以及温度的影响。其具体的程序控制流程如图1-2所示。

采用PLC控制的加气站用天然气压缩机软起动系统，由于天然气易燃易爆的特性，在系统设计中充分考虑了设备的防爆性能，对于从非安全区采集的压力信号通过安全栅进行隔离保护。采用交流数字式软起动器代替了传统的降压起动方式，改善了压缩机的起动性能，对 电机故障可以进行及时有效的处理，而且结构紧凑使用简单，免维修。通过近百台的实践应用，系统运行可靠安全，故障处理及时准确。

5结束语

压缩机软起动控制系统已经被广泛应用于包括西安、长春、成都、乌鲁木齐等城市在内的全国各个地区，并出口至新加坡、巴基斯坦和孟加拉等国。随着天然气资源的逐步开发，尤其大城市中CNG汽车将逐步替代传统的以汽油为燃料的汽车，应用于汽车加气站的天然气压缩机控制必将有更广阔的前景。

 

[1] SIEMENS.S7-200可编程序控制器系统手册.2000.6