空压机的供气。由于用气设备的工作周期或是生产工艺的差别，使得用气量发生波动，有时会造成空压机频繁加载、卸载。空压机卸载后电机仍然工频运转，不仅浪费电能而且增加设备的机械磨损；空压机加载过程是突然加载，也会对设备和电网造成较大的冲击。因此对空压机进行变频改造具有改善电机的启动和运行方式、减少设备的机械磨损、在螺杆式空气压缩机广泛地用于工业生产中，在其控制中采用加载-卸载阀来控制一定范围内节约电能等效果。
　　空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。它的用途广泛，可以用于冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石油化工等各个行业。空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)耗电量的15%。经考察，大部分空压机自身存在着以下几个缺点:
    (1) 当输出压力大于一定值时，自动打开泄载阀，使异步电动机空转，严重浪费能源;
    (2) 异步电动机易频繁的启动、停止，影响电机的使用寿命;
    (3) 工作条件恶劣，噪音大;
    (4) 自动化程度低，输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的，调节速度慢，波动大，不稳定，精度低;
    (5) 空压机工频启动电流大，对电网冲击大，电机轴承磨损大，设备维护量大。
    针对以上存在的问题，我们设计采用PLC和变频器实现对螺杆式空气压缩机的节能改造方案，经分析，该方案自动化程度高，节能效果显著，实用性好。
　　
一、 螺杆式空压机的工作原理
　　 以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理。螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入，该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片形成的压缩腔，阴、阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至气缸壁，高效的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的最小舒适耗量，在气缸壁上形成的一层薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。经压缩后的空气温度较高，其中混有一定的油气，经过油气分离器进行分离，之后，油气经过油冷却器冷却在经过油过滤器流回储油罐，空气经过气后冷却器(空气冷却装置)进行冷却而进入储气罐。
二、 压缩气供气系统组成及空压机控制原理
　　1 压缩气供气系统组成
　　工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、冷干机、过滤器、储气罐、管路、阀门和用气设备组成。
2 空气压缩机的控制原理
　　在工厂的空气压缩机控制系统中，普遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时，加载阀处于不工作态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭，电机空载启动。当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。如果后端用气设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭，电机空载运行。
3 空压机变频节能原理  
螺杆式空压机基本运行方式是加载、减载方式。减载时电机空转,能源白白的浪费，如果利用变频器通过改变电机频率来调节转速，变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力，具有明显的节能效果。空压机变频节能系统原理如下:通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出的相应频率和幅值的交流电，在电动机上得到相应的转速。那么空压机输出对应的压缩空气输出至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。

Ⅰ、控制系统由以下部分组成:变频器、可编程控制器、变频柜、电抗器、压力变送器、震荡传感器等。
Ⅱ、变频调速技术近年来发展迅速，并在许多领域发挥了重要的作用。空压机变频节能系统原理图如下图：

控制系统由以下部分组成:变频器、可编程控制器、变频柜、电抗器、压力变送器、震荡传感器等。
Ⅲ、基于PLC的变频控制系统原理图所示。
PLC由触摸屏、电源、CPU、模拟量输出模块等组成。其中采用PLC来实现电气部分的控制。包括五部分:起动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。
    (1)起动:以两台电机M1，M2为例，可以通过转换开关选择变频/工频启动。
    运行:正常情况，电机M1处于变频调速状态，电动机M2处于停机状态。现场压力变送器检测管网出口压力，并与给定值比较，经PID指令运算，得到频率信号，动动调节转速达到所需压力。
    (2)停止:按下停止按钮，PLC控制所有的接触器断开，变频器停止工作。
    (3)切换:实现M1，M2工频、变频相互切换。
    (4)报警及故障自诊断:空压机内部一般有四个需要监测的量:冷却水压力监测、润滑油监测、机体温度监测、储气罐压力监测。
    
 三、变频节能实施的可行性
   基于空压机的基本工作原理，空压机结构复杂，运转时间长，配备的功率大。为了满足设备的用气需求，储气罐内气体必须保持一定的压力，以作缓冲作用，加上设备自身的原因，空气压力变化幅度必然很大，通常采用切断进气的调节方式来改变排气量。理想转台是供气压力刚好满足需求，保持压力不变，实际上是办不到的，通常是空压机排气量大于实际用气量，空压机保持恒速运转，此时储气罐内气体越积越多，直到压力上升到设定的最高压力。通常采用以下两种方法解决高压问题：一是使空压机卸荷运行，保持运转但不产生气体，此时空压机消耗的功率一般在额定功率的50℅左右，全是无用功；二是停止空压机的运行，这样看起来是节约了电能消耗，但是空气储存的容积有限，当气压低于下限压力值时，空压机再次以额定转速给储气罐加压，直到压力达到上限压力而停止，如此循环，如图1所示。这样频繁的启动和停止，不仅对电网和设备的冲击都很大，而且也缩短了空压机的寿命。实际上，空压机驱动时轴功率与排气压力和其自身的转速呈正比关系，也就是说在实际的运行中，由于设备用气随时在发生变化，致使空压机不能保持在额定的工况下运行，而排气压力的高低直接影响实际的轴功率的大小。
 

针对空压机的运行情况，设计出空压机专用变频节能控制器，可以方便地进行连续调节，保持压力、流量等参数的稳定（如图2所示）。当流量需要量减少时，就可以减低电动机的转速，从而较大幅度地减少了电动机的运行功率，实现了节能的目的。
在空压机的整个运行过程中，如空载运行所占的时间比例（占空比）=t2/(t1+t2)=t2/T(图3)越大，则电能浪费越严重，空压机效率越低，反之电能浪费越小，空压机效率越高。图3中，P0为空载运行