CN103306958A - 空压站智能节电控制系统运转的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动控制技术，具体的说是涉及一种用于工业用空气压缩机变频控制的方法。本发明所述的方法，主要步骤为：实时采集空气压缩机的输出端的当前气压值，与预设的预设气压值进行对比，若大于预设气压值，则根据两则的差值得出变频器输出频率的增加值，得出新的变频器当前输出频率，根据该频率控制空气压缩机加速运转，若小于，则根据两则的差值得出变频器输出频率的减少值，得出新的变频器当前输出频率，根据该频率控制空气压缩机减速运转。本发明的有益效果为，极大的降低了空气压缩机的能耗，实现了空压站运行过程中的自动控制与监测，并具有实现方式简单，成本低廉。本发明尤其适用于工业用空气压缩机控制。

Description

空压站智能节电控制系统运转的方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术及可编程技术，具体说是将可编程控制技术、变频技术、故障数字处理技术应用于工业压缩空气站点，解决压缩机运行过程中空载问题、压力爬升能耗浪费问题、人员值班问题，达到工业用空气压缩站空压机优化运行。

背景技术

空气压缩机作为工业企业重要的动力源，广泛应用于工业企业各个领域，同时空气压缩机又是众所周知的电老虎，空气压缩机所需电量约占全国发电总量的7%--8%。由于传统的设计理念及压缩机的使用习惯，同时由于企业用气工况不一样，压缩机在实际使用中都会出现空载现象。空气压缩机系统本身具有自动加载及自动卸载功能，在实际使用过程中压力达到设定要求后机组会自动卸载，但空载运行时机组仍在消耗电能，空载所消耗的能耗占电机功率的45%----60%，因此造成了能源的极大浪费，同时也提高了企业的生产成本。

发明内容

本实发明所要解决的技术问题是，一是降低空压站空压机空载时间，节约电耗；二是降低爬升能耗消耗，节约电耗，三是短信报警，远程控制，无人值守，降低人员成本增加设备可靠性，就是针对目前空气压缩机运行过程中存在的普片突出问题，提出一种空压站智能节电控制系统运转的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种空压站智能节电控制系统运转的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.实时采集空气压缩机的输出端的当前气压值；

b.判断采集到的当前气压值是否是预设气压值范围，若是，则进入步骤a,若气压值低于设定气压值范围，则进入步骤c，若气压值高于设定气压值范围，则进入步骤d；若出现故障则启动步骤e。

c获取当前气压值与预设气压值的差值，将增加值与当前输出频率相加后得出新的变频模块当前输出频率，根据该频率控制空气压缩机加速运转，如在变频模块范围内加速运行还不能达到预设要求，系统则增加压缩机运行台数，系统压力达到设定范围之后，停止变频模块运行，同时返回步骤a；

d.获取预设气压值与当前气压值的差值，根据差值得出变频模块运行输出频率的减少值，将当前输出频率与减少值相减后得出新的变频模块当前输出频率，如低于变频模块调整范围系统则停止某台压缩机运行，根据该频率控制空气压缩机减速运转，达到气压设定范围后，返回步骤a。

e．启动短信报警模块，给指定工作人员发短信，提供故障代码。也可以增加将该信号上传至中控系统或利用网络传输至设备维修单位。

具体的，所述变频模块、PLC控制模块、短信报警模块、压力检测单元、控制电源等安装在一个固的装置内，同时变频模块接在空压站某一台空压机上，其他空压机设备上需用数据线连接，通过数据线进入控制系统。

具体的，步骤a还包括设置输入控制模块与变频模块和空气压缩机连接，用于接收输入数据和控制变频模块和空气压缩机的运行。

具体的，所述输入控制模块包括数据输入单元、数据处理单元、控制单元和在线可编程单元，所述数据输入单元为触摸屏、键盘和遥控器中的一种或多种，所述数据处理单元为单片机，所述控制单元用来控制变频模块、报警模块、压力检测单元和空气压缩机运行，所述在线可编程单元用于接收输入的在线编程信息，设定输入控制模块的运行方式。

具体的，所述输入控制模块还包括信息采集模块，所述信息采集模块用于采集空气压缩机的机组运行状态信息和变频器的运行状态，并将采集到的信息传递到数据处理单元。

本发明的有益效果为，极大的降低了空气压缩机的能耗，实现了空压站运行过程中的自动控制与监测，并具有实现方式简单，安装简单、产品通用性强、成本低廉。

附图说明

图1为本发明的空压站智能节电控制系统运转的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对发明的工作原理做进一步的说明：

本发明提出的空压站智能节电控制系统运转的方法，主要采用的技术方案为使PLC可编程控制单元同变频模块、压力检测单元、报警装置组成一个智能化控制系统，代传统的工频控制方式或单一的变频控制方式；同时解决传统控制单台压缩机运行到站点内所有压缩机实现集成控制达到按需供气，节约压缩机使用中空载及爬升电能消耗，实现短信故障报警，增加可靠性，实现空压系统根据系统设置运行，实现无人值守，降低人员使用成本。其依据的原理为：传统压缩机采用工频控制时,用气端压力达到系统设定压力后，所有压缩机会空载运行，这是因为工业用空气压缩机在使用过程中不能频繁启动、停机所致（频繁启动启动电流高对电网电压冲击大，同时频繁启动容易对电机造成损坏），压缩机空载运行会导致压缩机空载能耗的浪费；同时传统压缩机运行方式机组需要频繁对加卸载，每次加卸载都会有电流突变，因为工频机组是通过设定“加载压力（工作压力下限）”和“卸载压力（工作压力上限）”来控制空气压缩机的工作范围，会导致排气压力在工作压力上限和下限之间不停的浮动，假设实际用气压力为6Bar，工频机组设定“工作压力上限”和“工作压力下限”分别为6bar和8bar。排气压力就会在8bar和6bar之间浮动，而电磁阀控制进气阀在8bar时卸载，6bar时加载，2bar压差就带来了高负荷电流损耗。而采用智能节电系统控制时,控制系统根据用压力检测模块提供的系统压力信号启动、打开空气压缩机，通过变频模块实时调节电机转速,根据实际需求气量按需产气，既降低了空压站个空压机单独运行导致的空载能耗浪费，也避免了卸载加载能耗浪费，通过设置控制模块，能够将排气压力稳定在设定压力的0.01Mpa误差范围内，从而实现能源的极大节约。

本发明的具体实施流程如图1所示：

首先通过压力传感器采集空气压缩机的排气管网输出端的当前实时气压值，然后将采集到的当前气压值与预设的预设气压值进行对比，判断是否在预设气压值范围内，若是，则继续采集当前实时气压值并判断，若不是，则判断是否出现故障，若出现故障，则启动故障报警模块并发送故障信息，若不是，则判断当前气压值与预设气压值的大小，若是当前值大于预设值，则获取当前气压值与预设气压值的差值，并根据差值计算出空压站内某台空压机处于待机状态，或启动变频模块，变频模块控制压缩机转速做系统压力微调；若当前值小于预设值，则获取预设气压值与当前气压值的差值，控制系统控制变频模块调整空压机频率，控制空气压缩机加速运转或启动空压站内相应压缩机工作。

其主要原理为：变频恒压控制是以压缩空气出口管网气压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供气压力跟随设定的供气压力。设定的供气压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供气压力维持在设定的供气压力范围内。

在实际的控制过程中，输入控制模块采用PID控制系统来控制空气压缩机的运转。变频模块同空压站内某一台压缩机相连，压力变送器将数据采集，通过与变频模块、控制模块连线，设定相关PID参数，控制压缩机动、停止或控制电机运行速度来满足空气压力变化需求。一个变频模块带动多台机组，并通过PLC组态，根据压力变化来实时投入相应机组。采用压力变送器将数据采集，将数据送入如型号为西门子EM235模拟量处理模块进行处理，通过输入设备设定运行参数，通过图型号为西门子S7-200cpu226的可编程单元，通过与变频模块接线，设定相关PID参数，控制电机运行速度来满足空气压力变化需求。

PID控制模块可以安装在智能节电控制箱内，运行中，气压由压力传感器的信号4-20mA送入变频模块内部的PID模块，与用户设定的压力值进行比较，以判断何时增加或减少空压机，在系统运行过程中，如果实际供气压力低于设定压力，PID控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频模块输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供气压力与设定压力的差值，将这个增量和变频模块当前的输出值相加，得出的值即为变频模块当前应该输出的频率。该频率使压缩机组转速增大，从而使实际供气压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供气压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供气压力高于设定压力，情况刚好相反，变频模块的输出频率将会降低，压缩机组的转速减小，实际供气压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供气压力和设定压力相等。

PID控制模块在运行过程中可以采集空气压缩机的运行状态和故障信息以及变频模块的运行状态和故障信息等。

举例一个空压站有三台110KW的普通机组，平均加载时间按70%计算（空载30%为压缩机行业平均标准），一年运行6000小时，电费0.7元/度，智能化节电控制系统同传统机组比较，普通机组将产生两个损耗：

A、空载损耗

B、压差损耗，

其中：

A、单台压缩机空载损耗：

30%卸载时间×卸载时所产生的空载电流损耗（45%×110KW/小时）×6000小时/年×0.7元/度=62370元/年

B、单台压缩机压差损耗：

70%加载时间×高出2bar压差所带来的损耗（10%×110KW/小时）×6000小时/年×0.7元/度=32340元/年。

一个三台压缩机的空压站一年浪费（62370+32340）×3=284130元

综上所述，加装智能化节电控制系统后空压站年节约能耗为284130元，如果空压站内压缩机多，电机功率大节电效果会更加明显。

输入控制模块中还包括可编程序控制器（plc），可根据不同的工程自行编程，灵活性强。根据控制对象的多少，压力、温度等数据采集的多少来选择cpu模块、I/O模块、模拟量模块等硬件。Plc对空压机的控制一般采用I/O控制，同时实现PLC与空压机进行Rs485通信，以实时采集空压机的运行数据。要进行Rs485通信，需要空压机提供其所采用的通信协议等数据。如空压机与plc的通信协议不匹配，只需增加协议转换模块。

输入控制模块采用的输入设备可以为触摸屏等方便可用的输入设备，根据实际情况自由选择。对空气压缩机机组的控制主要分为自动控制状态和手动控制状态。在自动控制状态下，只需要按下启动按钮后机组自行进行运转，系统会根据现场监控到的压力值变化进行空压机的启动、及停止。在每天首次运行时因整个空压机管网压力低，系统按一定间隔顺序启动所有的机组，快速将管网压力保证至用户需求值，同时对机组的运行状态进行监控，在压力值达到客户使用要求时，按照先起先停的原则，依次对机组进行启动变频，模块或停机操作。手动控制状态是根据用户通过输入设备输入的数据进行控制。

为了实现对空气压缩机运行状态的实时检测，在控制空气压缩机运转的过程中采集的相关参数及空气压缩机和变频模块的运行状态及故障信息通过显示界面反馈给操作员，并且可以通过互联网传递到其他通过有线或无线连接建立了通信连接的计算机设备，也可以通过相连接的计算机设备输入控制指令进行参数设定操作。可以设定的工作参数应当至少包括有：压力值设定、上线压力设定、下限压力设定、频率预设值、变频器工作频率上限、变频器工作频率下限、机组轮换时间及运行保护停机。

Claims (6)

1.空压站智能节电控制系统运转的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.实时采集空气压缩机的输出端的当前气压值；

b.判断采集到的当前气压值是否处于预设气压值范围内，若是，则返回步骤a,若否，则判断是否出现故障，若是，则进入步骤e，若否，则继续判断当前气压值是否低于设定气压值，若是，则进入步骤c，若否，则进入步骤d；

c获取当前气压值与预设气压值的差值，将增加值与当前输出频率相加后得出新的变频模块当前输出频率，根据该频率控制空气压缩机加速运转，如在变频模块范围内加速运行还不能达到预设要求，系统则增加压缩机运行台数，系统压力达到设定范围之后，停止变频模块运行，同时返回步骤a；

d.获取预设气压值与当前气压值的差值，根据差值得出变频模块运行输出频率的减少值，将当前输出频率与减少值相减后得出新的变频模块当前输出频率，如低于变频模块调整范围，系统则停止某台压缩机运行，根据该频率控制空气压缩机减速运转，达到气压设定范围后，返回步骤a；

e.启动故障报警模块，给指定工作人员发送故障信息，提供故障代码，同时将该故障信息上传至中控系统或利用网络传输至设备维修单位。

2.根据权利要求1所述的空压站智能控制系统运转的方法，其特征在于，步骤a是通过设置在空气压缩器输出口处的压缩空气出口管网上的压力传感器采集气压值，所述压力传感器的信号输出端与变频模块连接。

3.根据权利要求2所述的空压站智能控制系统站运转的方法，其特征在于，所述变频模块和故障报警模块安装在空气压缩机站点上。

4.根据权利要求3所述的空压站智能控制系统运转的方法，其特征在于，步骤a还包括输入控制模块与变频模块与空气压缩机连接，用于接收输入数据和控制变频模块及空气压缩机的运行。

5.根据权利要求4所述的空压站智能控制系统运转的方法，其特征在于，所述输入控制模块包括数据输入单元、数据处理单元、控制单元和在线可编程单元，所述数据输入单元为触摸屏、键盘和遥控器中的一种或多种，所述数据处理单元为单片机，所述控制单元用来控制变频器和空气压缩机运行，所述在线可编程单元用于接收输入的在线编程信息，设定输入控制模块的运行方式。

6.根据权利要求5所述的空压站智能控制系统运转的方法，其特征在于，所述输入控制模块还包括信息采集模块，所述信息采集模块用于采集空气压缩机的机组运行状态信息和变频器的运行状态，并将采集到的信息传递到数据处理单元。

Images