CNG汽车加气站压缩机PLC控制系统概述

CNG汽车加气站压缩机PLC控制系统概述
宝鸡中燃城市燃气发展有限公司 胡代明
摘要：主要介绍CNG汽车加气站压缩机PLC系统构成及原理。
关键词：CNG加气站；压缩机PLC控制系统

一、CNG汽车加气站压缩机PLC控制系统构成
压缩机PLC控制系统，按照系统功能及其布线，大致可以分为三个级。分别是本地级、中
心控制级、上位显示级。

本地级主要以连接在工艺设备上压缩机运行各级运行参数的二次仪表，包含温度、压力传感
器、现场启动、停止、急停等主令按钮，以及执行各类阀门的电磁阀等电动执行机构。本地
级是控制系统的基础，为压缩机提供最直接的原始判断依据，二次仪表作为其核心部件，随
着科学技术的进步，由隔爆型仪表逐步向本安型仪表过渡。常采用本安型仪表。执行阀门的
开启、关闭是由电磁阀完成的。电磁阀由机械和电气控制部分构成。

中心控制级作为压缩机控制系统的核心，起到正常启、停压缩机功能以及故障联动功能。目
前使用较为普遍的是西门子PLC可编程控制器，该控制器有自带的输入、输出、通信、电
源等模块，这些外设模块同中心CPU之间的联结方式，有带扩展槽和用卡件与CPU同在一
个主板下工作的两种形式。

中心控制级在控制系统中称为下位机。上位显示级作为控制系统的上位机，按照目前使用实
际情况，建设单位为了节省投资，大多采用显示终端，只为用户提供压缩机常见故障代码，
这种显示形式是以PLC控制器输出模块通过LED液晶显示数字代码。无压缩机日常供况运
行告急显示，再者这种情况上升一个层次是能为用户提供压缩机运行数据，以及运行故障报
警设定显示终端的Panlview结构。比较先进的上位机系统，通过CPU联接的通信模块通过
RS232、RS485或Ethernet联结，上位机同下位机PLC控制器进行通信。上位机上面可以根
据用户要求显示实时压缩机工艺系统，各种运行参数，故障报警，可以通过上位机画面手动
遥控工艺系统阀门的开启和停止。并且可以显示历史数据，提供报表等功能。

压缩机供应商根据用户的要求，将符合要求的上、下位机程序安装到上位工控机及下位机控
制器后，压缩机按照相应的程序工作，并将运行参数动态显示到显示终端上。对于复杂的内
部结构不再多述。

二、CNG汽车加气站压缩机PLC控制系统电路结构
上面，只是对压缩机PLC控制系统用文字形式进行了简单介绍，仅有这些也只能对该控制
系统有一个初步的影响，为了能够对压缩机PLC控制系统有一个比较深刻的认识，主要的
目的是当控制系统出了故障后，我们怎样能够在最短的时间内排除，恢复压缩机正常运行。
对于广大维护工作人员来说应该有一定机械方面的知识储备，同时应该对控制系统常用的设
备元件工作原理有比较熟练的掌握，比如PLC控制器常识，继电器、热继电器、软启动控
制器等的工作原理。在建立对以上基础理论知识的掌握后，结合图纸，按照正确的思路，想
必一般技术人员对于排除常见的设备故障应该是一件不难的事。

压缩机PLC控制系统电气原理如图1所示。
图1 压缩机PLC控制系统电路图

1. 总电源电路
该压缩机控制系统主要的电器设备是160kW主电机一台，3kW水泵电动机一台，7.5kW风
扇电动机一台，1.5kW油泵机一台，油加热器及撬房加热系统为单相用电，分别为1kW、
5.5kW及1.5kW气泵电机一台。其供电电源由CNG汽车加气站低压供配电系统配电柜引入，
为380V三相四线制电源，低压配电柜设压缩机用电断路器一台，PLC控制柜设
GCM1-630L/3310/500A一台作为压缩机控制系统总开关，此开关可以对压缩机电机进行短
路及过载保护。

2.主电机的控制
主电机电路由低压断路器QF，软启动器旁路交流接触器KM1、中间继电器KA2，中间继
电器KA1构成。需要主电机启动，必须具务交流继电器KM1得电。亦就是说让中间继电
器KA2得电的条件。

主电机工作原理分析如下：
启动：当系统在自动待机情况时，储气瓶低压信号（系统压力）P8二次仪表将该低压信号
传输到PLC控制中心A1模块。PLC根据下位机内部用户程序。作压缩机开启准备，其过
程较为复杂。具体工作流程是：中间集电器KA5得电，KA5常开触点吸合，交流接触器
KM4得电吸合，油泵启动，并返回信号至CPU1M-1.3；中间继电器KA3得电，其常开触点
吸合，交流接触器KM2吸合，水泵电机运行，并返回水泵运行信号至CPU2M-2.0；中间继
电器KA4得电，交流接触器KM3得电吸合，风扇电机启动，并返回风扇启动信至
CPU1M-1.1。以上条件具备的同时在任何一个前面条件出现不满足时，后面均不执行，比如
油泵启动故障就会启动水泵了，此时PLC如未检测到其CPU输入端对应的如“停止、复位、
外部泄露、风扇过载、油泵过载、油池液位低限、油箱液位低限、油箱液位低限、水泵过载、
气泵过载”这其中的任一信号时，中间继电器KA1得电，软启动器启动，软启动器按照设定
程序，给出旁路输出信号012到CPU输入端，KA2得电，KM1得电，主电机启动，（KA10～
13得电再失电）打开排污阀，再关闭排污阀，最后中间继电器KA8得电，进气阀打开，压
缩机运转。系统待机与按主令电气按钮启动其工作过程是一样的。
停机：当系统压力传感器P8检测到系统工艺系统压力达到设定的最大参数时，或者手动按
动主令停止按钮时。KA2失电，主电机停止，KA3失电水泵停止运行，KA5失电油泵电机
停止运行，KA4失电，风扇电机停止，KA8失电进气阀关闭，KA10～13得电1～4级排污
阀打开泄荷。

故障停机：当PLC控制器运行过程中检测到如压力、温度载等故障，以上故障信息系统通
过输出模块D，接通上位显示终端设备，并停止运行。其停机顺序同上，并同时给出声光报
警等。故障排除后，复位系统重新进入待机状态。

3.水泵电机电路
水泵电机电路由主电路及控制电路构成，其主电路由空气断路器QF2、交流接触器KM2、
热继电器FR2及水泵电机M2构成。其控制电路由中间继电器KA3、交流接触器KM2、CPU
输出端子、热继电器常开触点FR2等。

4. 风扇电机电路
主电路：断路器QF3、交流接触器KM3、热继电器FR3、风扇电机M3。
控制回路：中间继电器KA4、交流接触器线圈KM3、CPU输出端子、热继电器常开触点
FR2。

5.油泵电机电路
主电路：断路器QF3、交流接触器KM4、热继电器FR4、油泵电机M4。
控制回路：中间继电器KA5、交流接触器线圈KM4、热继电器常开触点FR4、CPU输出端
子。

6. 油加热器电路
主电路：断路器QF5、交流接触器KM5、油加热电阻R5。
控制回路：中间继电器KA6、交流接触器线圈KM5、CPU输出端子。
7.撬房加热器
主电路：断路器QF6、交流接触器KM6、撬房电加热电阻R6。
控制回路：中间继电器KA7、交流接触器线圈KM6、CPU输出端子。
8.气泵电机
主电路：断路器QF7、交流接触器KM7、热继电器FR5、气泵电机M5。
控制回路：中间继电器KA15、交流接触器线圈KM7、热继电器FR5常开触点、CPU输出
端子。

9. 进气阀、排污阀控制电路
进气阀控制电路由中间继电器KA8，与电磁阀DT1构成。排污阀共有四个，分别为1～4
级。其控制电路分别由中间继电器KA10、KA11、K12、K13控制。

10.信号灯显示、故障报警电路
信号灯显示包括运行指示灯HL2，其控制电路由中间继电器KA1～KA4常开触点及中间继
电器KA14常开触点构成。当系统主机启动，主机运行，水泵、风扇电机启动时，均使中间
继电器KA14线圈得电，其常开触点闭合，灯HL2点亮，系统运行指示。当系统停机时，
KA1～KA4均失电，信号HL2灭，同时KA14常闭触点吸合停止指示灯点亮，系统停机状
态。

当系统出现任何故障时，由CPU自身输出端子，接通光报警信号灯HL1，同时接通声报警
蜂鸣器，提示故障出现。

11. 现场二次仪表信号回路及开关量信号回路
标准CNG加气站现场仪表信号大约有16个，如一排压力、温度等信号。本系统二次仪表
采用本安型仪表。包括现场取源部件、连接线、安全栅、A1-16、24V电源DY2、CPU输入
扩展模块构成。现场仪表传出4-20MA标准信号，通过安全栅到CPU输入模块AI同CPU
内部构成通路。

对于诸如象启动、停止、复位、过载、设备运行返回等开关量信号，在本系统中，接于CPU
自来输入端，其基本电路为24V电源DY1，各类开关按钮，继电器常开触点及CPU输入一
体模块构成。