CN102003377A

CN102003377A - 一种空压机控制装置及方法

Info

Publication number: CN102003377A
Application number: CN2010105601016A
Authority: CN
Inventors: 曾洪骏; 闫永勤; 周见豪; 张洪林
Original assignee: BEIJING SHIDAI KEYI NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING SHIDAI KEYI NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本实施例公开了一种空压机控制装置及方法，其中装置包括：信号采集模块，用于采集包括空压机的加载信号、功率信号和转速信号的运行状态信息；参数生成模块，用于将为模拟信号的运行状态信息生成数字格式的运行状态参数；参数处理模块，用于根据运行状态参数按预设程序计算生成最优转速；转速输出模块，用于根据最优转速生成速度给定指令控制变频器的转速；变频器，用于控制空压机电机的启停和转速。本实施例通过参数处理模块计算生成最优转速，然后使空压机电机运行在最优转速下；由于最优转速为在可用的转速中平均功耗最小的转速，所以，本实施最大限度的减少了对能源的消耗，从而有效地起到了节能的效果。

Description

一种空压机控制装置及方法

技术领域

本发明涉及机械控制领域，更具体地说，涉及一种空压机控制装置及方法。

背景技术

空压机作为一种广泛应用于矿山、冶金、电力、纺织、石化、造纸、塑胶、烟草等各种行业的重要机械，其工作原理是，利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩，使气体的压强增大，再经冷却和缓冲以后向外输送压力。

目前，现有技术中对于空压机的控制，包括有采用PID控制技术，虽然在采用PID控制技术后，在空压机压缩空气时，电机的转速有所下降，降低了空压机在压缩空气过程中的功耗，但是却加长了电机的加载时间，在用气量较小时，为了控制输出气压的稳定性，PID控制技术会控制电机以较低的转速运行，且很少停机；如果这种低速运行的时间过长，则会因为电机低速运行时存在铜损、铁损以及运动部件的摩擦占用额定功率的比率过高，从而造成能源的浪费。

由于现有技术中的空压机控制装置的节能效果较差，所以，目前急需一种可以有效地节约能源的空压机控制装置。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种空压机控制装置，以解决现有技术存在的空压机的控制装置节能效果较差的问题。

本发明实施例是这样实现的：

一种空压机控制装置，包括：

信号采集模块，用于采集包括空压机的加载信号、功率信号和转速信号的运行状态信息；

参数生成模块，用于将为模拟信号的运行状态信息生成数字格式的运行状态参数；

参数处理模块，用于根据运行状态参数按预设程序计算生成最优转速；

转速输出模块，用于根据所述最优转速生成转速给定指令控制变频器的转速；

变频器，用于控制空压机电机的启停和转速。

优选的，在本发明实施例中，所述信号采集模块为传感器组。

优选的，在本发明实施例中，所述传感器组包括：电压传感器和电流传感器。

优选的，在本发明实施例中，所述电压传感器用于测量空压机内部加载信号；

所述电流传感器通过测量驱动空压机的变频器的电流信号来测得功率信号；

所述电流传感器通过测量驱动空压机的变频器的电流信号来测得空压机转速信号。

优选的，在本发明实施例中，所述参数生成模块包括：

模数转换器。

优选的，在本发明实施例中，所述运行状态参数包括：

由所述加载信号生成的加载参数和卸载参数；

由所述功率信号生成的功率参数；

由所述转速信号生成的转速参数。

优选的，在本发明实施例中，所述参数处理模块包括：

转速与耗电功率对应表存储子模块用于预先记录空压机电机的多个采样转速值与每个采样转速值下的空压机电机耗电功率的转速与耗电功率对应关系表；多个采样转速值为从空压机电机的最小转速到空压机电机的最大转速之间采集的多个等差的转速值；所述采样转速值可以通过转速参数得出；所述空压机电机耗电功率通过所述功率参数得出。

平均转速计算子模块，用于通过功率参数获取当前转速值ω、通过加载参数和卸载参数获取当前的单次加载时间t₁和当前的单次卸载时间t₂；通过公式

计算得出平均转速

最优转速选择子模块，用于在不小于所述平均转速且不大于空压机电机的最大转速中选择耗电量最低的转速值为最优转速。

优选的，在本发明实施例中，还包括变频器启停指令模块，用于根据所述加载参数和卸载参数向控制变频器启动或停止运转的启停指令。

本发明实施例还提供了一种空压机控制方法，包括步骤：

采集包括空压机的加载信号、功率信号和转速信号的运行状态信息；

将为模拟信号的运行状态信息生成数字格式的运行状态参数；

根据运行状态参数按预设程序计算生成最优转速；

根据所述最优转速生成转速给定指令控制变频器的转速；

通过变频器控制空压机电机的启停和转速。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例中通过信号采集模块采集空压机的运行状态信息，从而得知包括空压机的转速、功耗即加载卸载的信息；然后，通过参数生成模块通过采集的运行状态信息生成运行状态参数；这样，通过参数处理模块计算生成最优转速，然后使空压机电机运行在最优转速下；由于最优转速为在可用的转速中平均功耗最小的转速，所以，本发明实施中的空压机控制装置，使空压机在可以满足当下工作的供气量需要的前提下，最大限度的减少了对能源的消耗，从而有效地起到了节能的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所述空压机控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中所述空压机控制装置中参数处理模块的结构示意图；

图3为本发明又一实施例中所述空压机控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术存在的空压机的控制装置节能效果较差的问题，本发明实施例提供一种空压机控制装置，如图1所示，包括：信号采集模块1，用于采集包括空压机7的加载信号、功率信号和转速信号的运行状态信息；参数生成模块2，用于将为模拟信号的运行状态信息生成数字格式的运行状态参数；参数处理模块3，用于根据运行状态参数按预设程序计算生成最优转速；转速输出模块4，用于根据所述最优转速生成转速给定指令控制变频器的转速；变频器5，用于控制空压机电机6的启停和转速。

在空压机7的实际工作中，是通过空压机电机6带动空压机7运转工作，从而来对空气进行压缩的；并且，在对空气进行压缩的过程中，当压缩腔中的压力达到设定值的时候，卸载空压机电机6，从而使空压机8失去动力，停止对空气的进一步压缩。

发明人在实施本发明的过程中发现，在现有技术中，造成空压机能源浪费的原因至少包括：当电动机以过低的转速运行的时间过长时，由于铜损、铁损以及运动部件的摩擦占用额定功率的比率过高，所以，能源的有效输出相对较小，只有较少的输出能量用于对气体的压缩，从而造成能源的浪费；但是，如果电动机的转速过高，压缩产生的热量就越不容易散出，从而越接近绝热压缩；由于绝缘压缩式气体温度升高，气体的压力会随着温度的升高而加大，从而使得对压缩作用力的反作用力增大，进而使得对气体的压缩更加的耗费能量，进而造成能源的浪费。

为了避免由于电动机的转速过高或是过低而造成能源的浪费，在本发明实施例中，通过变频器5将空压机电机6控制在最优转速，以使得空压机7的转速在保证空压机7的供气量的前提下，空压机电机6的能耗尽量的小。从而有效地节约能源。

具体的，在本发明实施例中的空压机控制装置中，信号采集模块1用来采集空压机7的加载信号、功率信号和转速信号，从而可以实时的得到空压机7的运行状态信息。

在实际应用中，采集空压机7的加载信号、功率信号和转速信号，具体可以使用传感器组来完成，即由多个传感器来组成信号采集模块；优选的，传感器组具体可以包括：电压传感器和电流传感器；从而可以通过对空压机7的电压和电流的监测，获取空压机7的运行状态信息。

具体的，可以是，通过电压传感器来测得空压机7处于加载状态的时间段，由于空压机7具有加载和卸载两种状态，所以，当测得了空压机7处于加载状态的时间段后，非加载状态的时间段也就是卸载状态时间段。

此外，电流传感器可以通过测量驱动空压机7的变频器的电流信号来测得功率信号，或是，间接来自驱动空压机7的电流值，然后经过换算成功率信号。

电流传感器还可以通过测量驱动空压机7的变频器的电流信号来测得空压机7的实际转速信号，或是，间接来自驱动空压机7的电流值，然后经过换算成空压机的实际转速信。

由于一般情况下，采集到的这些运行状态信息为模拟信号，而模拟信号不利于在后续的分析处理过程中的应用，所以，还要通过参数生成模块2将这些运行状态信息转换为数字格式的运行状态参数；比如，可以由加载信号生成的加载参数和卸载参数；由功率信号生成的功率参数；由转速信号生成的转速参数。

具体的，可以是通过参数生成模块2中的模数转换器实现运行状态信号到运行状态参数的转换。

当得到空压机7的实时运行状态参数后，参数处理模块可以根据运行状态参数来计算生成最优转速；具体的：

在参数处理模块3中，可以包括：转速与耗电功率对应表存储子模块31、平均转速计算子模块32和最优转速选择子模块33，

转速与耗电功率对应表存储子模块31用于预先记录空压机电机的多个采样转速值与每个采样转速值下的空压机电机6耗电功率的转速与耗电功率对应关系表；多个采样转速值为从空压机电机6的最小转速到空压机电机6的最大转速之间采集的多个等差的转速值；所述采样转速值可以通过转速参数得出；空压机电机6耗电功率通过所述功率参数得出。

由于通过参数生成模块2可以获取空压机的实时的转速参数和功率参数，所以，可以以空压机电机6的最小转速值开始，到空压机电机6的最大转速值之间，按照每隔设定值的就记录该转速下的空压机电机6的耗电功率。比如，可以是，从空压机电机6的最小转速开始，通过此时获得功率参数，可以得知在此转速下的耗电功率，记录空压机电机的耗电功率；然后，可以每次增加百分之一的额定转速即为设定采样转速值，具体方式可以通过获得的实时的转速参数值，确定每次增加的转速值；在每增加完一次转速后，通过实时获得的功率参数，可以得知每个采样转速值的转速下的耗电功率，从而可以得到空压机电机6的多个采样转转速值与每个采样转速值下的空压机电机6耗电功率的对应关系表。

在得到空压机电机6的多个采样转速值与每个转速值下的空压机电机6耗电功率的转速与耗电功率对应关系表后，将该转速与耗电功率对应关系表存储至转速与耗电功率对应表存储子模块31。

平均转速计算子模块32用于通过转数参数获取当前转速值ω、通过加载参数和卸载参数获取当前的单次加载时间t₁和当前的单次卸载时间t₂；通过公式

计算得出平均转速

虽然在转速与耗电功率对应表存储子模块31中存储的采样转速与耗电功率对应表中可以得出功耗最小的转速，但是，在实际应用中，还要考虑空压机的供气量的要求，也就是，空压机7的转速至少要使空压机7所压缩空气的供气量满足当下工作的需要。

为此，在本发明实施例中，首先让空压机电机6按照额定转速运转，然后，通过功率参数获取当前实际的转速值ω。

由于空压机7在压缩空气的过程中，当压缩腔中的压力达到设定值的时候，会卸载空压机电机6，而且，在当压缩腔中的压力低于设定值的时候，会加载空压机电机6，来使空压机7继续压缩空气增加压缩腔中的压力。这样，通过加载参数和卸载参数，可以获取当前的单次加载时间t₁和当前的单次卸载时间t₂，从而也就可以得到一个加载卸载周期，t₁+t₂；比如，当空压机7以1200转的转速，每加载运转20秒的时间后，会卸载停运40秒；此时，获得的单次加载时间t₁为20秒，单次卸载时间t₂为40秒；由此可以得知，在每加载卸载周期内，即60秒的时间内，以1200转的转速运转20所产生的供气量即可满足当下工作的需要，所以，在60秒内空压机7的平均转速即为满足当下工作的需要的转速。

通过公式

可以计算得出平均转速

还是以当空压机7以1200转的转速，每加载运转20秒的时间后，会卸载停运40秒为例；带入上述公式，平均转速为：1200*20/(20+40)＝400；即，平均转速为400转。也就是说，当空压机以400转的转速运转时是可以满足供气量的需求的；但是，此时的转速虽然低，但不一定为最优的转速。这是因为，此时虽然不会产生过高的转速，从而使得被压缩的空气对压缩作用力产生较大的反作用力，进而使得对气体的压缩更加的耗费能量，但是，由于得到的平均转速有可能过低，这样，则会因为电机低速运行时存在铜损、铁损以及运动部件的摩擦占用额定功率的比率过高，所以进而造成能源的浪费由于从而造成能源的浪费。

最优转速选择子模块33，用于在不小于平均转速且不大于空压机电机的最大转速中选择耗电量最低的转速值为最优转速。

由于高于平均转速的空压机电机转速均是可以产生满足当下工作的需要的供气量的转速，所以，不小于平均转速且不大于空压机电机的最大转速之间的转速均为可用转速；由于在可用转速中，从每个转速所对应的耗电功率转速与耗电功率对应表存储子模块中存储的转速与耗电功率对应表中可以得到每种转速所消耗的功率，所以可以计算出每种转速单位时间内的耗电量，其中，单位时间内的耗电量最少的转速即为最优转速；

具体的，最优转速可以按照以下的方式计算得出：

在每个加载卸载周期内，在每个转速时的耗电量W为在该转速时的耗电功率P乘以加载时间t₁，即W＝Pt₁。

通过上述的计算，可以得出在每个采样转速值时的一个加载卸载周期的耗电量W，由于耗电量W为在一个加载卸载周期内的耗电量，所以在一个加载卸载周期内的平均耗电功率等于一个加载卸载周期的耗电量W除以一个加载卸载周期的所用时间，即，

在得到每个采样转速值的平均功率后，即可知道在可用转速中耗电功率最小的转速，此转速即为最优转速。

转速输出模块4，用于根据最优转速生成控制变频器5的转速给定指令；

在本发明实施例中，包括有用于控制空压机电机6的启停和转速的变频器5，从而可以控制空压机电机6的转速，而变频器5接收来自转速输出模块4的转速给定指令，从而控制空压机电机6的转速，使其运转在设定的转速下，在本发明实施例中，是使空压机电机6的转速保持为最优转速。从而达到节能的效果。

综上所述，本发明实施例中通过信号采集模块采集空压机的运行状态信息，从而得知包括空压机的转速、功耗即加载卸载的信息；然后，通过参数生成模块通过采集的运行状态信息生成运行状态参数；这样，通过参数处理模块计算生成最优转速，然后使空压机电机运行在最优转速下；由于最优转速为在可用的转速中平均功耗最小的转速，所以，本发明实施中的空压机控制装置，使空压机在可以满足当下工作的供气量需要的前提下，最大限度的减少了对能源的消耗，从而有效地起到了节能的效果。

在上述实施例中，还可以包括变频器启停指令模块，用于根据所述加载参数和卸载参数向控制变频器启动或停止运转的启停指令。

在现有技术中，空压机的压力到达设定值时，会自动卸载空压机电机，但这种方式中，在空压机卸载电机后，空压机电机一般还要保持空转；之所以在空压机卸载电机后，空压机电机还要空转，是因为，在用气量较小的时候，由于很容易达到设定值，所以空压机电机会频繁的卸载，但是，由于空压机电机的每次启动都会产生较大的冲击电流，所以如果空压机电机频繁的启动会造成设备的损坏，因此，在这种情况下，为了避免频繁的启动空压机电机产生的冲击电流对设备产生破坏，一般情况下，要保持空压机电机的空转以使得在每次在空压机加载电机的时候避免冲击电流。

由于现有技术中，空压机电机会不得不经常处于空转状态，所以会造成能源的严重浪费。

由于在本发明实施例中，采用了变频器来控制空压机电机的运行，由于变频器可以空压机电机的柔性启动，所以在每次的启动过程中不会产生较大的冲击电流，从而也就不会对设备产生破坏。

所以，本发明实施例中，还设有了变频器启停指令模块，这样，当空压机的压力到达设定值时，自动卸载空压机电机后，由于空压机电机的加载信号可以通过信号采集模块的电压传感器测得，并生成加载和卸载参数，所以根据卸载参数即可判断空压机电机是否卸载，当空压机电机卸载后，变频器启停指令模块向变频器发送停止运转的变频器停止指令，从而使得空压机电机及时的停止运转，避免像现有技术中由于要保持空转而造成能源的浪费。在需要加载空压机电机的时候，变频器启停指令模块向变频器发送启动运转的变频器启动指令，从而使得空压机电机可以柔性启动。

在本发明的另一实施例中，还提供了一种空压机控制方法，包括步骤：

根据运行状态参数按预设程序计算生成最优转速；

根据所述最优转速生成转速给定指令控制变频器的转速；

通过变频器控制空压机电机的启停和转速。

在本发明实施例中，所述空压机控制方法的具体原理和有益效果与图1所示出的实施例中的空压机控制装置类似，在此就不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种空压机控制装置，其特征在于，包括：

变频器，用于控制空压机电机的启停和转速。

2.根据权利要求1所述控制装置，其特征在于，所述信号采集模块为传感器组。

3.根据权利要求2所述控制装置，其特征在于，所述传感器组包括：电压传感器和电流传感器。

4.根据权利要求3所述控制装置，其特征在于，所述电压传感器用于测量空压机内部加载信号；

5.根据权利要求4所述控制装置，其特征在于，所述参数生成模块包括：模数转换器。

6.根据权利要求5所述控制装置，其特征在于，所述运行状态参数包括：

由所述加载信号生成的加载参数和卸载参数；

由所述功率信号生成的功率参数；

由所述转速信号生成的转速参数。

7.根据权利要求5所述控制装置，其特征在于，所述参数处理模块包括：

计算得出平均转速

8.根据权利要求7所述控制装置，其特征在于，还包括变频器启停指令模块，用于根据所述加载参数和卸载参数向控制变频器启动或停止运转的启停指令。

9.一种空压机控制方法，其特征在于，包括步骤：

根据运行状态参数按预设程序计算生成最优转速；

根据所述最优转速生成转速给定指令控制变频器的转速；

通过变频器控制空压机电机的启停和转速。