CN105697346B - 一种空压机节能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所提供了一种空压机节能控制方法，通过对空压机本体电机的调速控制以及对辅助散热风机的调速控制，灵活确定空压机及其辅助装置的运行模式，实现智能化控制，使空压机系统可以随时运行在一个高效节能的工作模式下，不仅可以有效延长设备寿命，还可以节约能耗，在成本和可靠性方面均有很大优势具有很好的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于电动机节能控制方法技术领域，尤其涉及一种空压机节能控制方法。
技术背景
现有空压机的能源损耗主要体现在两个方面，一是空压机组的电动机本体全压运行与频繁启停损耗，二是空压机辅助控制装置的运行损耗，尤其是在空压机的工作方式没有得到科学控制时，其启停效率低、运行电流大、设备能耗大，但如果采用人工控制的方式，不但劳动强度大，而且也不能保证控制的及时性与准确性。
申请号为200910112770.4的发明主要公开了一种空压机节能控制方法,空压机的电动机设置有变频启动和工频启动两种方式,该两种方式的选择由接触器形成的控制电路来实现。变频启动由变频器驱动,变频器对电动机的控制信号依据空压机的储气罐上的压力变送器而定。同时,本发明中采用DCS(Distributed Control System分布式控制系统,又称集散控制系统),压力传送器就是DCS的数据采集站,变频器为DCS的控制对象,远程计算机或者工业计算机作为DCS的操作员站或工程师站。本发明具有节能、控制精度高、能耗小、性能优异的特点。
申请号为200910024858.0的发明是空压机智能节能控制系统,其结构是设定压力参数的触摸屏的输出端连接PLC的第一输入端,压力变送器的输出端连接PLC的第二输入端,PLC的输出端连接变频器的输入端,变频器的输出端连接空压机的输入端,空压机的输出端通过储气罐接压力变送器输入端。本发明优点:节能性好,节省电费约20%以上,约半年即可回收投入的资金;运行成本降低,能源成本降低44.3%;提高压力控制精度,可以使管网的系统压力变化保持在±0.2BAR范围内,有效地提高了工况的质量;延长压缩机的使用寿命;降低了空压机的噪音,噪音与原系统比较下降约3至7分贝;供气压力稳定可靠性高,随时可调。
申请号为201210111805.4的发明公开了一种空压机节能智能控制装置，包括外部电源、切换单元、电路控制器、变频调速器、PID算法单元和压力传感器，其中，切换单元包括市电接触器和节电接触器，市电接触器的输入端和节电接触器的输入端择一导通于外部电源的输出端，电路控制器电连接于市电接触器的输出端和空压机电机之间；变频调速器电连接于节电接触器的输出端和空压机电机之间，另压力传感器能够检测储气罐中的空气压力信号，并将空气压力信号传输给PID算法单元，PID算法单元对空气压力信号进行分析和计算，并将控制命令传输给变频调速器，变频调速器调节空压机电机的转速和转矩，使得空压机得以按设定压力值稳定运行，减小机械冲击力且节能。
上述方法的基本节能原理均属于对于空压机电机的调速控制，涉及到DCS、PLC及PID调节原理的运用，但是一方面，基于PLC或是DCS的PID算法虽然性能可靠，结构简单，但无法克服负载参数大范围变化和非线性因素对系统造成的影响，如果要完善PID算法，就需要借助功能模块，由此也带来技术行对封闭、灵活性缺乏，通用性差、成本增加等一系列缺点，另一方面，缺乏对空压机辅助控制装置，如辅助散热风机的节能措施。
发明内容
本发明提供了一种空压机节能控制方法，通过对空压机本体电机的调速控制以及对辅助散热风机的调速控制，使空压机系统可以随时运行在一个高效节能的工作模式下，具有很好的实用价值。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种空压机节能控制方法，包括如下步骤：
1）建立空压机本体电机的调速控制系统，系统包括采样单元、PLC控制器和调速电位器，其中，PLC控制器包括PID算法单元，并连接微机数据库网络；
2）建立空压机辅助散热风机的调速控制模块，模块包括控制芯片、数据存储器、温度检测表和驱动调压电路，所述驱动调压电路与调速电位器连接；
3）采样单元采集本体电机的转速信号传输给PLC控制器，作为PLC控制器的输入信号；PLC控制器根据所设定的输入和反馈信号,计算实际位置和理论位置的偏差以及当前的偏差变化，并将变化量送入微机数据库网络；
4）微机数据库网络将变化量作为量化参数因子，经网络在线查询离散论域控制表，选取最优控制方案，经在线动态处理变为PID控制量，再经量化设定因子将其精确化，便可得到PID控制器的控制参量；
5）将微机数据库网络计算得出的控制参量引入PLC的PID算法单元，得出PID控制值，进而将控制值引入回路，得到PLC输出值；PLC输出值进入调速电位器，得到PWM输出，并通过脉宽调制产生可调的直流平均电压，进行本体电机转速控制。
6）辅助散热风机调速控制模块的温度检测表测量当前环境温度值，并由控制芯片实时读取数据存储器中的温度临界值，进行比对，如果达到临界值，则辅助散热风机满负荷运行；如果未能达到，由调速电位器向驱动调压电路输出PWM脉宽调制，使本体电机与辅助散热风机同步运行。
所述采样单元为转速传感器，连接所述PLC控制器的输入通道；所述调速电位器包括PWM波形发生器，连接所述PLC控制器的输出通道；相邻装置间均采用双向信号传输通道连接。
所述控制芯片为DSP芯片，所述数据存储器存储空压机环境温度报警值，所述调压电路包括BUCK降压式变换电路。
本方案中所提供的空压机节能控制方法包括两方面内容，一方面是以PLC控制器为核心对空压机本体电机进行调速控制，另一方面通过温度检测判定，对空压机辅助散热风机进行调速控制。本发明的空压机本体调速方法不同于传统的PID调节算法，即调节控制参数是离散可变的，基于网络数据库的离散论域，尤为适用于负载参数大范围变化和非线性因素的场合，该方法根据系统偏差和偏差变化率，在线对PID参数进行修改，其思想是先找出PID各个参数与偏差和偏差变化率之间的不确定性关系，在运行中通过不断检测来对各个参数进行在线修改，以满足在不同负载状态下对控制参数的不同要求，使控制对象具有良好的动、静态性能。
微机数据库网络的量化因子只是一种微调。从调试步骤看，往往先看量化因子，对于简单的系统，通常只要改变量化因子即可达到基本的控制要求，对于较复杂的控制系统，既要调节量化因子还要调节比例因子，达到共同控制系统的目的。在本体电机运行过程中，系统将转速信号作为PLC的输入信号，PLC根据输出和设定值进行模糊控制计算，电机驱动器用脉宽调制PWM产生可调的直流平均电压，实现本体电机转速的模糊控制，使电动机有良好的起动、制动性能，稳定性也得到加强。
空压机辅助散热风机调速方法是在本机调速的基础上，建立的二位式调速方法，先由温度检测表检测当前空压机运行环境的温度值，并由控制芯片调取数据存储器中的温度临界值，进行比对，如果达到临界值，则辅助散热风机全速运转，反之，由调速电位器向驱动调压电路输出PWM脉宽调制，使本体电机与辅助散热风机同步运行，达到节能高效控制的目的。
通过以上方法的综合运用，可以灵活确定空压机及其辅助装置的运行模式，实现智能化控制，不仅可以有效延长设备寿命，还可以节约能耗，在成本和可靠性方面均有很大优势。
附图说明
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述：
图1为本发明控制方法的调速系统结构图。
图2为本发明空压机本体电机调速原理图。
图3为本发明空压机辅助散热风机驱动调压电路图。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种空压机节能控制方法，包括以PLC控制器为核心对空压机本体电机进行的调速控制，以及通过温度检测判定对空压机辅助散热风机进行的调速控制，具体步骤如下：
1）建立空压机本体电机的调速控制系统，系统包括采样单元、PLC控制器和调速电位器，其中，PLC控制器选择西门子S7- 224XP型，包括PID算法单元，并连接微机数据库网络；采样单元为转速传感器，选用 GM-AV系列测速传感器，可实现宽电压输入与灵敏输出，连接PLC控制器的输入通道；调速电位器可选用BLDC-5015A型，包括PWM波形发生器，连接PLC控制器的输出通道；相邻装置间均采用双向信号传输通道连接。
2）建立空压机辅助散热风机的调速控制模块，模块包括控制芯片、数据存储器、温度检测表和驱动调压电路，驱动调压电路与调速电位器连接；温度检测表用来检测当前环境温度值；控制芯片为DSP芯片；数据存储器存储空压机环境温度的报警值，便于控制芯片的调用和对比；调压电路包括BUCK降压式变换电路，如图3所示，将依据PWM脉宽调制的电压经过降压变换后加到辅助散热风机上。
3）采样单元采集本体电机的转速信号传输给PLC控制器，作为PLC控制器的输入信号；PLC控制器根据所设定的输入和反馈信号,计算实际位置和理论位置的偏差以及当前的偏差变化，并将变化量送入微机数据库网络；利用PLC控制器控制本体电机设备时，PLC对模拟量信号的识别是通过PLC的模拟量输入输出模块来完成的。模拟量输入输出模块采用A/D转换原理，输入端接收来自转速传感器的模拟信号，输出端输出的模拟信号作用于PLC的控制对象，这样能充分利用PLC的智能运算，提高调速系统的智能化程度，以实现对本体电机转速的有效控制；在具体实施例中，将理论位置的偏差设为e，将当前的偏差变化设为e’，并将参变量e与e’送入微机数据库网络，目的在于找出PID算法单元所需三个参数Kp、Ki、Kd分别与e、e’之间的在线关系，在运行中通过不断检测e和e’，得到PID参数的修正量。
4）微机数据库网络将变化量作为量化参数因子，经网络在线查询离散论域控制表，选取最优控制方案，经在线动态处理变为PID控制量，再经量化设定因子将其精确化，便可得到PID控制器的控制参量；
微机数据库网络将e和e’作为量化参数因子，经模糊控制规则动态处理变为模糊控制量，再经量化设定因子Up、Ui、Ud将其精确化，便可得到PID控制器的控制参量△Kp、△Ki和△Kd，微机数据库网络的使用原理是运用查表法来寻找最符合当前运行环境的离散论域，因为对于离散论域，量化的输入量是一定个数的，能够针对不同的输入组合，通过离线计算的方法得到相应的控制量，经过修正调试，从而生成一张控制查询表，再把查询表作为数据块经PID算法单元导入到PLC存储器中。微机数据库网络运行时只需根据输入，通过查表子程序访问该数据块，查询表中输出，就能完成控制计算。
5）将微机数据库网络计算得出的控制参量引入PLC的PID算法单元，得出PID控制值，进而将控制值引入回路，得到PLC输出值；PLC输出值进入调速电位器，得到PWM输出，并通过脉宽调制产生可调的直流平均电压，进行本体电机转速控制；
设Kp’、Ki’、Kd’为常规PID算法单元的预整定值，则PID控制值Kp= Kp’+△Kp，Ki=Ki’+△Ki，Kd= Kd’+△Kd，从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳定精度等方面来考虑，Kp有利于改善调速精度，使响应速度加快，增强系统的稳态、动态特性；Ki有效消除系统的稳态误差，Ki越大，系统的静态误差消除越快，不过Ki过大时，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调，Ki过小时，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度；Kd能有效改善系统的动态特性，在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报，但Kd过大，会使响应过程提前制动，从而延长调节时间，降低系统的抗干扰性能；微机数据库网络的动态自主设定可以采用比较简单的控制系统响应曲线，即通过加入积分环节的控制系统，调节积分增益模块，使响应速度有所加快，并且稳定性加强，达到较好的消除系统余差的目的，最终根据PLC的输出控制PWM输出电路板进行脉宽调制，产生可调的直流平均电压，从而实现本体电机转速控制。
6）辅助散热风机调速控制模块的温度检测表测量当前环境温度值，并由控制芯片实时读取数据存储器中的温度临界值，进行比对，如果达到临界值，则辅助散热风机满负荷运行；如果未能达到，由调速电位器向驱动调压电路输出PWM脉宽调制，使本体电机与辅助散热风机同步运行。
空压机辅助散热风机调速方法是在本机调速的基础上，建立的二位式调速方法，先由温度检测表检测当前空压机运行环境的温度值，并由控制芯片调取数据存储器中的温度临界值，进行比对，如果达到临界值，则辅助散热风机全速运转，反之，由调速电位器向驱动调压电路输出PWM脉宽调制，使本体电机与辅助散热风机同步运行，达到节能高效控制的目的。通过以上方法的综合运用，可以灵活确定空压机及其辅助装置的运行模式，实现智能化控制，不仅可以有效延长设备寿命，还可以节约能耗，在成本和可靠性方面均有很大优势。
Claims (2)
1.一种空压机节能控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）建立空压机本体电机的调速控制系统，系统包括采样单元、PLC控制器和调速电位器，其中，PLC控制器包括PID算法单元，并连接微机数据库网络，所述采样单元为转速传感器，连接所述PLC控制器的输入通道；所述调速电位器包括PWM波形发生器，连接所述PLC控制器的输出通道；相邻装置间均采用双向信号传输通道连接；
2）建立空压机辅助散热风机的调速控制模块，模块包括控制芯片、数据存储器、温度检测表和驱动调压电路，所述驱动调压电路与调速电位器连接；
3）采样单元采集本体电机的转速信号传输给PLC控制器，作为PLC控制器的输入信号；PLC控制器根据所设定的输入和反馈信号,计算实际位置和理论位置的偏差以及当前的偏差变化，并将变化量送入微机数据库网络；
4）微机数据库网络将变化量作为量化参数因子，经网络在线查询离散论域控制表，选取最优控制方案，经在线动态处理变为PID控制量，再经量化设定因子将其精确化，便可得到PID控制器的控制参量；
5）将微机数据库网络计算得出的控制参量引入PLC的PID算法单元，得出PID控制值，进而将控制值引入回路，得到PLC输出值；PLC输出值进入调速电位器，得到PWM输出，并通过脉宽调制产生可调的直流平均电压，进行本体电机转速控制；
6）辅助散热风机调速控制模块的温度检测表测量当前环境温度值，并由控制芯片实时读取数据存储器中的温度临界值，进行比对，如果达到临界值，则辅助散热风机满负荷运行；如果未能达到，由调速电位器向驱动调压电路输出PWM脉宽调制，使本体电机与辅助散热风机同步运行。
2.如权利要求书1所述的空压机节能控制方法，其特征在于：所述控制芯片为DSP芯片，所述数据存储器存储空压机环境温度报警值，所述调压电路包括BUCK降压式变换电路。
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| GR01 | Patent grant | ||
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