CN104632631A - 空压机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种空压机控制系统，包括：控制器，与所述控制器连接的变频器，所述变频器与空压机的电机连接，所述控制器还与压强检测元件连接，所述控制器采集所述压强检测元件检测到的压强值，根据设定PID控制函数、所述压强值向所述变频器输出模拟量，基于该模拟量通过所述变频器对所述电机的转速进行控制。基于本发明实施例方案，可以在空压机上的变频控制板老化严重或者原电脑控制系统损坏的情况下，对其进行替换，实现对空压机的控制，可以正常使用空压机，保证生产的正常运行，且实现方便便捷。

Description

空压机控制系统

技术领域

本发明涉及空压控制领域，特别涉及一种空压机控制系统。

背景技术

现在棉纺厂使用空压机的地方越来越广泛，例如清花、条卷并卷、精梳、细纱、络筒都是用气压的，随着纺织设备在不断更新中，对于压缩空气的使用范围、消耗量也在不断的扩大和提高。以GA90VSD空压机为例，这是一种固定单级的变速驱动式的螺杆压缩机，属于阿特拉斯·科普柯公司生产的微油螺杆式系列压缩机，它通过变速驱动压缩机从而避免了从满载到空载的极低效过渡周期，以及消除过多的卸载功率消耗，从而能够很好地满足应用所需的耗气量。

空压机使用时间长以后，很多元器件会出现老化现象，从而影响到空压机的正常使用，以申请人使用的上述型号为GA90VSD的空压机为例，设备制造日期是1999年，正常情况下是需要全天开启使用，使用时间达14年，许多元器件出现老化现象。其中空压机变频控制板老化严重，经过专业维修商反复维修后也不能使用。空压机是保证棉纺厂生产运行所必需的生产设备，一般需要通过购买新机、或者交给厂家提供技术升级的方式来保证生产的正常运行，而这两种方式都需要耗费空压机使用方不菲的费用。针对GA90空压机，目前有对GA90空压机电脑控制器改造升级的方案，以解决空压机花屏、段字、黑屏、显示故障代码等故障，但没有对其空压机控制系统进行改造替代的先例。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供空压机控制系统，其可以替代空压机上已有的控制系统对空压机进行控制，在空压机变频控制板老化严重的情况下，也可以正常使用空压机，保证生产的正常运行。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种空压机控制系统，包括：控制器，与所述控制器连接的变频器，所述变频器与空压机的电机连接，所述控制器还与压强检测元件连接，所述控制器采集所述压强检测元件检测到的压强值，根据设定PID控制函数、所述压强值向所述变频器输出模拟量，基于该模拟量通过所述变频器对所述电机的转速进行控制。

基于上述本发明实施例的方案，其通过配置控制器和变频器，控制器与空压机上已有的压强检测元件连接，可以基于压强检测元件输出的压强值通过变频器对电机的转速进行控制，由于空压机中的压强检测元件的性能未知，因而需要通过实际测试得出PID控制函数，基于该PID控制函数通过变频器对空压机中电机的转速进行控制，从而，即便是在空压机上的变频控制板老化严重或者原电脑控制系统损坏的情况下，基于本发明方案的控制系统，可以对原电脑控制系统进行替换，从而可以实现对空压机的控制，可以正常使用空压机，保证生产的正常运行，且实现方便便捷。

附图说明

图1是本发明实施例的空压机控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1中示出了本发明实施例的空压机控制系统100的结构示意图。

如图1所示，本实施例中的空压机控制系统100包括：控制器101，与控制器101连接的变频器102，变频器102与空压机的电机201连接，控制器101还与空压机原有的压强检测元件202连接，控制器101采集压强检测元件202检测到的压强值，根据设定PID(Proportion-Integral-Differential.，比例-积分-微分)控制函数、该压强值向变频器201输出模拟量，基于该模拟量通过变频器102对电机201的转速进行控制。

基于上述本发明实施例的方案，其通过配置控制器和变频器，控制器与空压机上已有的压强检测元件连接，可以基于压强检测元件输出的压强值通过变频器对电机的转速进行控制，由于空压机中的压强检测元件的性能未知，因而需要通过实际测试得出PID控制函数，基于该PID控制函数通过变频器对空压机组的电机的转速进行控制，从而，即便是在空压机上的变频控制板老化严重或者原电脑控制系统损坏的情况下，基于本发明方案的控制系统，可以对原电脑控制系统进行替换，从而可以实现对空压机的控制，可以正常使用空压机，保证生产的正常运行。

其中，上述控制器101可以采用PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)来实现，

上述PID控制函数可以基于多次测试的结果实际确定。本发明实施例中采用PID控制的方式，运用PLC中的PID(Proportion-Integral-Differential，比例-积分-微分)功能指令，以控制变频器输入的方式控制执行电机的运行。其通过采集压强检测元件输出的压强值，该压强值为空压机当前输出的压强的当前值，并将该压强值与PID控制中设定的输出压强值进行比较，对比较所得到的差值进行PID运算，对差值进行PID运算的目的是让系统的输出压强值达到或者保持在上述设定压强值，对差值进行PID运算得到的结果(即上述模拟量)，输出到变频器102，变频器102基于该模拟量进行工作，从而据此调整空压机组的电机的转速。当压强的当前值小于设定的输出压强值时，空压机组的马达(例如变频马达)转速上升，输出压强增大，趋近设定的输出压强值；当当前的压强值大于设定的输出压强值时，空压机组的马达(例如变频马达)转速下降，也是趋近于设定值。在上述PID控制方式中，可以通过修改PID的比例、微分、积分参数实时修改控制输出的效果。

此外，本发明实施例中，还可以通过人机界面实时显示相关的关键参数，还可以通过人机界面对相关参数进行设置。据此，如图1所示，本实施例中的系统还可以包括有触摸屏104，用以实现这种人机交互。

上述基于采集到的压强值与设定的输出压强值的比较结果对变频器进行控制，进而对空压机组的电机的转速进行控制的方式，本发明实施例中可将其称之为PID控制模式。本发明实施例中还可以设置有另外一种模式，称之为恒频模式，在实际运行过程中，可在这两种模式间进行切换，以充分利用保证空压机工作的性能。

在一个实施例中，上述控制器101可以PID控制模式下工作时，即在基于上述模拟量通过变频器101对电机的转速进行控制时，若监测到满足PID恒频转换条件，则从PID控制模式切换到恒频模式运行，即根据设定恒频值、设定转速模拟量函数确定恒定模拟当量，基于该恒定模拟当量通过变频器102控制空压机的电机运行，在恒频模式运行时，即在基于所述恒定模拟当量通过变频器102控制空压机的电机运行时，若监测到满足恒频PID转换条件，则从恒频模式切换到PID控制模式运行，即基于上述模拟量通过变频器102对空压机的电机的转速进行控制。

在一个具体示例中，上述PID恒频转换条件可以做如下设定：上述压强值大于第一预设压强当量、上述模拟量小于预设转速当量；上述恒频PID转换条件可以做如下设定：上述压强值小于第二预设压强当量。其中，上述第一预设压强当量可以由控制器根据设定第一预设压强阈值、上述设定压强函数确定，上述第二预设压强当量可以根据设定第二预设压强阈值、上述设定压强函数确定，上述预设转速当量可以根据设定电机转速阈值、设定转速函数确定。

上述第一预设压强阈值、第二预设压强阈值、设定电机转速阈值可以是基于多次测试的结果进行综合确定，在一个具体示例中，上述第一预设压强阈值可以设置为0.1bar(巴，压强单位，1巴(bar)＝100千帕(KPa)＝10牛顿/平方厘米＝0.1MPa)，上述第二预设压强阈值可以设置为0.3bar，上述设定电机转速阈值可以为1980转每分钟。

其中，在上述从PID控制模式转换到恒频模式时，以及从恒频模式切换到PID控制模式时，可以是在延时一定时间段后，再进行模式的切换，以防止误动作。即在监测到满足PID恒频转换条件时，在延时预定时间段后，再基于上述恒定模拟当量通过变频器控制空压机的电机运行；在监测到满足恒频PID转换条件时，在延时预定时间段后，再基于模拟量通过变频器对电机的转速进行控制。两个预定时间段可以基于实际需要进行设定，可以设置为相同，也可以设置为不同，例如可以均设置为40秒。

如图1所示，在一个具体示例中，本发明实施例中的空压机控制系统还可以包括有温度传感器103，该温度传感器103与控制器101连接，控制器101采集温度传感器103检测到的温度值，根据设定温度函数、温度报警值确定温度报警当量，根据上述设定温度函数、温度停机值确定温度停机当量，并在温度值大于或者等于温度报警当量时进行报警，在温度值大于或者等于温度停机当量时控制空压机停止工作。该报警的信息可以在触摸屏104上进行显示，同时可进行其他的相关提示。

如图1所示，在一个具体示例中，控制器101还与空压机系统中已有的压差检测元件203连接，控制器101采集压差检测元件203输出的压差值，根据设定压差函数确定与压差报警值对应的压差报警当量，在该压差值小于或者等于压差报警当量时，进行报警。该报警的信息可以在触摸屏104上进行显示，同时可进行其他的相关提示。

此外，上述控制器101还可以根据设定压强函数、压强报警值确定压强报警当量，根据设定压强函数、压强停机值确定压强停机当量，在上述压强值大于或者等于压强报警当量时进行报警，在压强值大于或者等于压强停机当量时控制空压机停止工作。该报警的信息可以在触摸屏104上进行显示，同时可进行其他的相关提示。

其中，在上述控制空压机停止工作后，控制器在预设时间段内接收到开机指令时，禁止开机。由于变频器的功率较大，通过这种延时开机的方式，可以有效避免频繁启动停机对变频器造成损伤，达到保护变频器的目的。

以下结合一个具体示例中的工作过程进行详细举例说明。

本发明提供的系统上电后，首先PLC数据初始化，控制器101采集压强检测元件202检测到的压强值、压差检测元件203检测到的压差值、温度传感器103检测到的温度值。由于这里的压强值本质上只是一个模拟量，并不是表征压强特性的具体数据，无法进行数字化显示和识别，因此还需要通过设定压强函数将该压强值转化为数字化压强值，通过设定压差函数将该压差值转化为数字化压差值，通过设定温度函数将该温度值转化为数字化温度值，转换后得到的数字化压强值、数字化压差值、数字化温度值可输出值触摸屏104进行显示。

另外，系统中还设置有相应的标准阈值，例如压强报警值、压强停机值、压差报警值、温度报警值、温度停机值等，这些数值都是具体的数字化数值，不能直接与采集的到的压强值等进行比较，因此需要进行相应的运算，将其运算成为系统程序可以识别的当量值。

在一个具体示例中，可以通过设定压强函数，将上述压强报警值、压强停机值分别换算为压强报警当量、压强停机当量，可以通过设定压差函数，将上述压差值换算为压差报警当量，通过设定温度函数，将上述温度报警值、温度停机值分别换算为温度报警当量、温度停机当量。例如，假设预设压强报警值为4.7bar，经预设压强函数运算后，其对应的压强当量是3795.367。

上述设定压强函数，可以基于实际测量数据来确定，是输入压强与系统压强当量的函数。例如，假设在人机界面中设定的压强报警值是9bar，经过压强函数换算后，对应的压强报警当量是565.61×9+1137＝6227.49，当系统检测到的压强值达到该压强报警当量时，系统就会在人机界面上提示报警，当检测到的压强值达到相应的压强停机当量时，系统会停机并在人机界面上显示。

上述设定PID控制函数，可以基于压强值确定输出至变频器的模拟量，基于该模拟量改变变频器的工作状态，进而实现对空压机组的电机的转速的控制。控制器输出给变频器的模拟量，可以使得变频器采用与该变频器对应的频率进行工作，从而使得变频器工作时提供的旋转磁场发生变化，由于旋转磁场发生变化，空压机组的电机基于该旋转磁场获得的电源也会发生变化，从而使得电机的转速也发生变化。根据检测到的压强值的变化电压范围，PID输入输出的范围可以设置为14位(0000Hex-3FFFHex)，以控制器101采用欧姆龙CP1H PLC为例，其数模转换方式为12000，所以PID输出转换到模拟量的函数为：0000Hex/3FFFHex直线转换成0000Hex/2EE0Hex，对应的函数公式可以为：其中，Y表示输出的模拟量，X表示采集到的压强检测元件检测到的压强值。

在一个具体示例中，可以通过设定温度函数，将上述温度报警值、温度停机值分别换算为温度报警当量、温度停机当量，即转换到PLC可以识别的当量。温度值范围0-150摄氏度，以控制器101采用欧姆龙CP1H PLC为例，其数模转换方式为12000，则相应的温度函数可以为：其中，Y表示相应的温度当量(例如温度报警当量)，X表示系统设定的温度值(例如温度报警值)。例如，假设系统里设定的温度报警值为105摄氏度，对应的温度报警当量是即控制器检测到温度传感器送入的输入值(温度值)达到8400时，会在人机界面中提示报警，当控制器检测到温度传感器送入的输入值达到相应的温度停机当量时，系统会停机并提示。

如上所述，控制器101输出至变频器102的模拟量，实际上是实现了对电机的驱动控制，即电机的驱动依靠的是PLC的模拟量输出，因此，可以通过PLC输出的模拟量来表示电机的转速，而PLC输出的模拟量并不是可以直接输出显示的数字格式，且该模拟量并不能直接代表电机的转速。因而可以通过电机速度显示函数来实现转换，以电机转速范围为0～4950r/min(转每分钟)，上述控制器101采用欧姆龙CP1H PLC、其数模转换方式为12000为例，相应的电机速度显示函数可以为：其中，Y表示电机转速，X表示控制器输出的模拟量。

此外，在满足PID恒频模式转换条件的情况下，需要用设定恒频值来控制空压机的电机运行，而设定恒频值并不是系统可以直接识别的数据类型，因而需要进行数据转换，以将输入的设定恒频值转换成系统里的模拟量，从而以恒频速度控制电机。以电机转速范围为0～4950r/min(转每分钟)，上述控制器101采用欧姆龙CP1H PLC、其数模转换方式为12000为例，相应的转换函数可以为：其中，Y表示控制器需输出的模拟量，X表示设定恒频值，该设定恒频值为设定的电机的恒定转速。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种空压机控制系统，其特征在于，包括：控制器，与所述控制器连接的变频器，所述变频器与空压机的电机连接，所述控制器还与压强检测元件连接，所述控制器采集所述压强检测元件检测到的压强值，根据设定PID控制函数、所述压强值向所述变频器输出模拟量，基于该模拟量通过所述变频器对所述电机的转速进行控制。

2.根据权利要求1所述的空压机控制系统，其特征在于，所述控制器还用于在基于所述模拟量通过所述变频器对所述电机的转速进行控制时监测到满足PID恒频转换条件时，根据设定恒频值、设定转速模拟量函数确定恒定模拟当量，基于该恒定模拟当量通过所述变频器控制所述空压机的电机运行，在基于所述恒定模拟当量控制所述空压机的电机运行时监测到满足恒频PID转换条件时，基于所述模拟量通过所述变频器对所述电机的转速进行控制。

3.根据权利要求2所述的空压机控制系统，其特征在于，所述PID恒频转换条件包括：所述压强值大于第一预设压强当量、所述模拟量小于预设转速当量，所述恒频PID转换条件包括：所述压强值小于第二预设压强当量，所述控制器根据设定第一预设压强阈值、所述设定压强函数确定所述第一预设压强当量，根据设定第二预设压强阈值、所述设定压强函数确定所述第二预设压强当量，根据设定电机转速阈值、设定转速函数确定所述预设转速当量。

4.根据权利要求3所述的空压机控制系统，其特征在于，所述第一预设压强阈值为0.1bar，所述第二预设压强阈值为0.3bar，所述设定电机转速阈值为1980转每分钟。

5.根据权利要求2所述的空压机控制系统，其特征在于，所述控制器在监测到满足PID恒频转换条件时，在延时预定时间段后，基于所述恒定模拟当量控制所述空压机的电机运行，在监测到满足恒频PID转换条件时，在延时预定时间段后，基于所述模拟量通过所述变频器对所述电机的转速进行控制。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的空压机控制系统，其特征在于，还包括与所述控制器连接的温度传感器，所述控制器采集所述温度传感器检测到的温度值，根据设定温度函数、温度报警值确定温度报警当量，根据所述设定温度函数、温度停机值确定温度停机当量，在所述温度值大于或者等于所述温度报警当量时进行报警，在所述温度值大于或者等于所述温度停机当量时控制空压机停止工作。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的空压机控制系统，其特征在于，所述控制器还与压差检测元件连接，所述控制器采集所述压差检测元件输出的压差值，根据设定压差函数确定与压差报警值对应的压差报警当量，在所述压差值小于或者等于所述压差报警当量时，进行报警。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的空压机控制系统，其特征在于，所述控制器还根据设定压强函数、压强报警值确定压强报警当量，根据所述设定压强函数、压强停机值确定压强停机当量，在所述压强值大于或者等于所述压强报警当量时进行报警，在所述压强值大于或者等于所述压强停机当量时控制空压机停止工作。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的空压机控制系统，其特征在于，在空压机停止工作后，所述控制器在预设时间段内接收到开机指令时，禁止开机。

10.根据权利要求1至5任意一项所述的空压机控制系统，其特征在于，还包括与控制器连接的触摸屏，用以对报警信息进行显示，并接收对参数的设置，该参数包括温度报警值、温度停机值、压差报警值、压强报警值、压强停机值、恒频值。