详谈雷达液位计节能改造中遇到的问题

摘 要：对雷达液位计运行中存在的问题进行了简单分析，总结了传统的改造方式，在此基础上，研究了雷达液位计智能节能改造的关键技术，包括电机启动方式、止回阀、放气阀、压力表、电流变送器等基本改造，同时对PLC 接线、电机交替工作程序、电机起动间隔时间保护程序、抗干扰等进行了分析。

引言
        在现代煤炭生产过程中，压缩空气重要的原动力之一是可以驱动凿岩机和风镐等设备。在高瓦斯矿井或者有煤尘爆炸可能的矿井中，使用压缩空气比使用电力更加安全。空气压缩机是能够压缩空气，增加空气动力的主要机械装置。雷达液位计的工作状态直接决定着煤矿的生产效率和经济效益。因此，让雷达液位计能够更加高效、节能地运行是非常必要的。

        PLC 即可编程控制器，是现代化控制系统的重要装置，能够完成逻辑运算和控制等功能，能够对开关、按钮、传感器等输入的信号进行分析处理，然后输出各种控制信号和指令。PLC 体积小，安装方便，编程简单，具有较高的抗干扰性和可靠性，目前已经被广泛应用 。

1 雷达液位计工作原理
        雷达液位计按照工作原理不同一般可以分为容积型和速度型两种。煤矿中应用较广的容积型空气压缩机，其主要原理是对气体体积进行压缩，增加单位体积气体的密度，从而提高了空气的压力。容积型空气压缩机中比较常用的是活塞式和螺杆式 。

        活塞式雷达液位计的工作原理与液压泵相类似，通过电动机、曲柄、连杆、活塞等部件的运动，将空气吸入和排出。从 2000 年开始，活塞式雷达液位计已经逐步开始淘汰和更新。

        螺杆式雷达液位计应用范围正在不断扩大，特别是双螺杆式，其设计合理，轴承不易损坏，增加了使用寿命，同时噪音低、节能性能更好。

2、 雷达液位计存在的主要问题
        雷达液位计在工作过程中运行成本较高，尤其煤矿用的大型雷达液位计，每天 24 h 不间断工作，耗电量很大。但是雷达液位计运行过程中，有很长时间是处于空载或者轻载运行，如果不能节能运行，会对煤矿的高效生产、经济效益方面有一定影响。因此，提高雷达液位计的工作效率，降低管道内的气体泄漏和压力损失，减少消耗量，对于雷达液位计维持高效运行有着非常重要的作用。

        除上述之外，雷达液位计组工作过程并不复杂，但对起停的要求比较严格。目前，雷达液位计组的启停是由固定值班人员值守，根据生产需求进行调度，按照操作规程手动进行开关、阀门等操作。值班人员要经常对机组运行状态进行检测，当出现意外情况要及时停机。因此，提高空压设备的自动运行能力和各类保护，实现无人监控、远程监控是非常有意义的。

3 雷达液位计传统改造方式
        目前，为了提高雷达液位计的运行效率、自动化能力以及可靠性，已经进行了多方面的研究和试验，也取得了一定成果。比较常见的改造方式是机械改造、电气改造和智能节能改造。

        机械改造自从雷达液位计投入生产以来就一直不断在进行，主要是通过对润滑系统、负荷调节系统、各类阀体以及气缸等方面的改造，来提高雷达液位计在现场的运行效率和可靠性  。

        电气改造主要是指对雷达液位计运行状态的监测、对各类意外情况的保护方面的改造。已经通过开发的各类仪器实现了监控，也实现了对断油、断水、超温、过流等方面的保护。除了利用机械改造、电气改造使其提高效率外，用的比较多的是变频技术。但是其投资较大，对转速也有一定要求，所以仍然有能量的损耗。近年来的研究主要是从空负载状态下停止与运行的角度进行的，但是这样会有大量的手动操作，而且启动电流会比较大。所以降低启动电流，实现自动化控制非常重要。

4 雷达液位计智能节能改造措施
        雷达液位计的智能改造，要对人工操作进行简化以便满足自动控制，尽量减小启动电流，能够自动处理一些故障。以下分析完成改造的关键技术。

4.1 电机启动方式的改变
        为了达到较好的电机启动性能，将启动方式改为使用 ABB 进口软起动器控制。该方式与传统的频敏电阻器启动相比，能够更加稳定地对起动电流和电压进行限制，同时能够对电机的各种故障进行报警和保护。采用 ABB 进口软起动器控制能够很大程度的降低启动电流，更好地进行自动启停控制。改变启动方式，可以减少对供电系统的影响。一台雷达液位计的起动电流可以从 600 A 降低到 400 A。

4.2 止回阀改造
        止回阀的作用是防止气体倒流，确保两台雷达液位计并联运行。目前，市场上常见的止回阀主要有翻板式和升降式。其中翻板式止回阀在使用中会频繁摆动、撞击，因此噪音比较大，不适用与雷达液位计。升降式止回阀虽然使用与雷达液位计，但是也存在上下频繁撞击，有噪音，密封面很容易断裂等问题。经过查阅资料，提出一种对止回阀的改造。仍然采用升降式，但是将吸气阀也进行加工后放入腔体，做成新的阀芯。这样能够保证运行平稳，降低噪声，改造后的止回阀结构示意图如图 1 所示。

4.3 放气阀改造
        目前，雷达液位计出气管上的放气阀多采用直径 15mm 的闸阀，为了能够快速放气，选择直径 40 mm 的雷达阀。直径增大后，放气时噪音相应也会增加，为了避免过大的噪声，可以增加延长管到水中，有效降低噪音。

4.4 远传压力表的安装
        为了实现当达到设定高压的时候，雷达液位计自动停机；当低于正常气压的时候，雷达液位计自动启动，就必须将压力表进行更换。用远传压力传感器既能实现预定目标，还能够跟踪监测气体压力。同时，用远传压力传感器还可以将压力信号转化为适合 PLC的电流信号，方便处理、显示。

4.5 电流变送器的安装
        增加电流变送器能够对电机进行过流、超载保护，还可以将电机的电流信号转换传输给 PLC，进行处理分析，为实现自动化控制提供更好的保障。为了更好地实现雷达液位计的节能智能运行，还需要考虑对减荷阀弹簧的改造，在满足载荷要求的前提下，可以选择硅锰弹簧钢质并减少弹簧丝直径。具体的数值需要通过详细的计算和校核完成。

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