CN105864086B - 高速离心鼓风机全自动启动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速离心鼓风机全自动启动控制系统，包括第一判断模块，确认鼓风机组是否能进入启动状态；第一控制模块，当鼓风机机组允许启动的条件满足后，进行高压合闸控制，运行高速变频电机；第二控制模块，在高速变频电机从正常启动运行的同时，启动防喘放空控制时序对防喘放空单元进行控制；第二判断模块，当关闭防喘放空单元后，确认鼓风机机组正常运行；第三控制模块，当鼓风机机组运行正常并达到最小工作转速后，进行变频电机的转速调节控制，已使压缩机工作在最优状态。本发明实现了鼓风机的安全全自动启动，并节省了大量人力成本，规避人工操作带来的误动作、操作延时等问题。

Description

高速离心鼓风机全自动启动控制系统

技术领域

本发明涉及工业自动控制技术领域，尤其涉及一种高速离心鼓风机全自动启动控制系统。

背景技术

鼓风机在应用过程中，鼓风机本体、变频电机单元、空气悬浮轴承和电气系统等控制都采用各单元独立的手动或自动控制，各系统间的操作有时同现场工艺并没有紧密联系起来，导致各系统不能充分发挥其优势，使各系统不能在最优状态下工作。各个系统都需要有人进行值守，进行实时的手动操作，浪费大量人力，在正常运行时操作不及时还会危及各系统单元的安全。

现有技术中，机组启动时，通常由人为手动操作启动过程，一旦某个环节出现操作失误，将导致鼓风机不能正常启动。机组在停机过程中，也是通过人为进行系统各个阀门及电气单元控制，操作失误会导致系统或各单元出现损伤情况。

发明内容

本发明提供解决现有技术中机组启动需要人为手动操作启动或启动过程中各单元不能很好的协同工作，容易造成操作失误的一种高速离心鼓风机全自动启动控制系统。

根据本发明的一个方面，一种高速离心鼓风机全自动启动控制系统，包括：

第一判断模块，确认鼓风机组是否能进入启动状态；

第一控制模块，当步鼓风机机组允许启动的条件满足后，进行高压合闸控制，运行高速变频电机；

第二控制模块，在高速变频电机从正常启动运行的同时，启动防喘放空控制时序对防喘放空单元进行控制；

第二判断模块，当关闭防喘放空单元后，确认鼓风机机组正常运行；

第三控制模块，当鼓风机机组运行正常并达到最小工作转速后，进行变频电机的转速调节控制，已使压缩机工作在最优状态。

进一步地，所述第一判断模块包括：

第一检测单元，检查高速变频空气悬浮轴承离心鼓风机机组是否有联锁信号；

第二检测单元，确认鼓风机管路系统畅通，曝气管路中的防喘放空单元处于完全开启状态；

第三检测单元，测试防喘放空单元中的止回阀和放空阀的打开、关闭顺畅；

第四检测单元，确认SV值设定准确。

进一步地，所述第一控制模块还用于：

在高压合闸，变频电机正常工作之后，同时启动风冷电机或冷却液循环泵。

进一步地，该系统还包括：

温度监测模块，在变频电机运行后，对变频电机温度信号进行监测；对鼓风机的轴承温度信号进行监测；

第四控制模块，当变频电机温度信号和轴承温度过高时需要发出停机命令。

进一步地，所述启动防喘放空控制时序对防喘放空单元进行控制包括：

在高速变频电机从正常启动运行的同时，缓慢关闭防喘放空单元；

当遇到急停、联锁或符合喘振条件时，快速启动防喘放空单元。

进一步地，所述确认机组正常运行包括：

检测是否存在报警、联锁异常信号；

检测启动时鼓风机出口外部压力是否符合要求；

如果否，则确认机组正常运行。

进一步地，所述进行变频电机的转速调节控制包括：

当变频电机达到最小工作转速时，根据实际设定的SV值继续升速直到设定值；

当高速变频电机从正常启动运行自动升速到最小工作转速的过程中，通过所述鼓风机的总管网出口压力与防喘放空单元共同实现全自动调节控制，使鼓风机的总管网出口压力达到设定值；

当高速变频空气悬浮轴承离心鼓风机正常运行后，对机组的转速进行调节控制，分别可以按压力、流量、溶解氧量进行完全自动调节，以使鼓风机工作在最优状态。

进一步地，该系统还包括：

第五控制模块，当鼓风机启动过程中出现故障时，启动退守策略。

进一步地，该系统还包括：

第六控制模块，在高速变频电机及励磁机停止运行时，启动空间加热器进行加热。

进一步地，该系统还包括：

在鼓风机进入正常工作状态之后，接收停机指令，并执行停机指令，所述停机指令包括保压停机和泄压停机。

本发明实施例中提供了高速离心鼓风机全自动启动控制系统，实现了鼓风机的安全全自动启动，并节省了大量人力成本，规避人工操作带来的误动作、操作延时等问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种防喘放空单元的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的防喘放空单元中放空阀5的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的高速变频空气悬浮轴承离心鼓风机全自动控制系统的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例结合鼓风机组各个系统单元(鼓风机本体单元、变频电机单元和防喘放空单元等)的控制要求及特点，设置系统的控制逻辑，实现一键式安全启动鼓风机的控制功能。其中，如图1所示，防喘放空单元位于风机出口与风机入口汇管处，具体包括与风机1的出口连接的管道8、止回阀和放空阀5。止回阀设置在曝气管道8上。曝气管道8和放空阀5通过三通连接管7与风机1的出口连接。放空阀5包括顶杆封堵机构和驱动顶杆封堵机构的气囊13。气囊13通过气囊连接管4与风机1的出口连接。气囊连接管4上设置有气管节流阀2和两位三通电磁阀3。气管节流阀2设于两位三通电磁阀3的上游端。

如图2所示，放空阀5包括三通9、固定设置在三通9的直管右侧的气囊13和由气囊13驱动的顶杆封堵机构，三通9的直管左端与三通连接管7连接，三通9的直管内右侧设置有定位板12。顶杆封堵机构包括滑动设置于定位板12上的顶杆15、设置在顶杆15右端的与气囊13相适配的定位板12和设置在顶杆15右端的封堵盘11，定位板12与定位板12之间设置有弹簧17。三通9的直管左端设置有与封堵盘11相适配的密封环10。定位板12上设置有用于气体进出的溢流口19。弹簧17套装在顶杆15上。气囊13通过盖板14固定设置在三通9的右端，盖板14上设置有与气囊13连通的气囊进气口18，盖板14和定位板12之间形成气囊13伸缩的空腔。具体使用时，鼓风机的出风口同时与三通9的进气口和气囊进气口18连接，并且同时和排气主管道连接，在气囊进气口18前端还设置限压阀和电磁阀。在风机1启动之后，出口气流通过封堵盘11和三通9之间的间隙排放到大气中，当风机1的转速达到要求的工作转速时，两位三通电磁阀3的开关闭合，一部分出口气流通过气管节流阀2和两位三通电磁阀3由气囊进气口10缓缓进入气囊13中，使气囊13膨胀，逐渐推动顶杆15向左移动，最终使封堵盘11和密封环10完全贴合，此刻风机1出口压力高于管道内的压力，气流从曝气管道8排出。在停机瞬间，气囊进气口10前的两位三通电磁阀瞬间关闭，使气囊13与风机1的出口断开，同时气囊13与大气相通，此时气囊13中气体压力高于外界气体压力，气体从气囊13中迅速流入大气，气囊13压力下降，顶杆15在两侧压差及弹簧17的作用下向右移动，使封堵盘11和密封环10瞬间断开，风机1出口气流通过该间隙排放到大气中，导致风机1出口压力急剧下降使曝气管道8上的止回阀门关闭，当气囊13中压力与大气压相同时，放空阀5达到初始位置，直至风机1停止运行。另外，由于停机放空这一动作是依靠两位三通电磁阀3断开(即电磁阀断电)而实现的，说明鼓风机在运行中即使突然断电也可以做出放空的动作，对鼓风机的运行保护有了很大的提升。

在本发明实施例中，防喘放空单元中涉及到的主要控制部件是放空阀5和两位三通电磁阀3。放空阀5要产生缓慢关闭和快速开启的状态必须在气囊13的进气端两位三通电磁阀3上加装气管节流阀2，原理：放空阀5关闭时，电磁阀打开使其出风口侧压缩空气缓慢进入气囊。阀门产生缓慢关闭过程。开启时因电磁阀关闭使气囊与大气相连。风机出口侧产生的压力高于大气压，风压会使封堵盘反向运动压缩气囊，使其快速收缩。从而阀门快速开启。放空阀5的气囊13采用鼓风机的出口风压作为气源，不需要复杂的外部气源控制装置，利用风机本身出风口压力驱动。实际工况环境中要求风机开机启动前先处于完全打开状态，此时风机出口和大气连接，风机处于无负载状态。根据现场使用环境，达到设定的转速或者设定的压力时，缓慢自动关闭防喘放空单元并继续进行加载，直至达到设定的压力范围。此目的是防止鼓风机瞬间加载造成的电流过高和发生喘振。该防喘放空单元的优势是省去压缩空气源的需求，进而为达到一键式安全启动鼓风机的控制功能创造便利条件。

参见图3，本发明实施例提供的一种高速变频空气悬浮轴承鼓风机全自动启动控制系统，包括第一判断模块10、第一控制模块20、第二控制模块30、第二判断模块40及第三控制模块50。

其中，第一判断模块10，确认鼓风机组是否能进入启动状态。其中，第一判断模块包括第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元及第四检测单元。其中，第一检测单元检查高速变频空气悬浮轴承离心鼓风机机组是否有联锁信号。当没有联锁信号时，符合要求。第二检测单元确认鼓风机管路系统畅通，曝气管路中的防喘放空单元处于完全开启状态。其中，开启状态是指防喘放空单元中的放空阀5处于打开状态。第三检测单元测试防喘放空单元中的止回阀和放空阀的打开、关闭顺畅。要求快速开启、缓慢关闭；测试防喘放空单元中的两位三通电磁阀3的打开、关闭状态，要求电磁阀失电打开、带电关闭；当打开、关闭顺畅时，符合要求。通常情况下鼓风机启动和停止时，管道下流的压力比吐出口的压力高，这会导致空气出现逆流现象。为了防止突然喘振点运转等这些情况的发生，更好的解决这一问题，当出现喘振时，可以通过两位三通电磁阀3快速启动防喘放空单元，并在到达一定水平的压力前把从鼓风机出来的空气放出到大气中或bypass来保护系统。即控制两位三通电磁阀3启动，图1中的管路4立刻泄压与大气相通，图1中的放空阀5左侧的压力大于放空阀5右侧压力，压力差推动放空阀5立刻打开，由于压差的存在会使阀门完全开启。由于能快速启动防喘放空单元，省去压缩空气源的需求，进而为达到一键式安全启动鼓风机的控制功能创造便利条件。

第四检测单元确认SV值设定准确。例如，污水处理厂使用的控制方式为CURRENTSET(电流设定)。没有压力的情况下禁止开机。如果有压力的情况下，SV值根据污水处理厂的实际情况设定，SV值的最大最小值在现场调试时已设定好，不要随意更改；其中，在启动之前操作人员把SV设定值设定为65％-75％，此时情况下允许开机，不允许SV值在低于65％或者高于75％情况下开机。设定时需确认控制方式和准确设定SV值，如果数据没有设定成功则需要重新设定，直到显示数据准确为止。

如果满足以上条件，则允许鼓风机组进入启动状态。

另外，如果上一次鼓风机停机非常突然，需要再启动鼓风机时，大约要等待至少2分钟。

第一控制模块20，当步鼓风机机组允许启动的条件满足后，进行高压合闸控制，运行高速变频电机。其中，由于高速运转的变频电机在运转过程中会使变频电机本体升温很快，这样不利于变频电机工作，所以变频电机设有风冷电机(机型一)/冷却液循环泵(机型二)。在合闸正常工作之后，同时启动风冷电机(机型一)/冷却液循环泵(机型二)。停机过程中，风冷的情况下(机型一)变频电机停止运转之后的1分钟或温度降至60℃，以上两个条件以后达到的为执行优选，等条件满足后，再停止风冷电机的运转。冷却液循环泵(机型二)进行水冷的情况下，变频电机停止运转之后，待温度降至60℃后冷却液循环泵可停止。

在变频电机运行后，还需要对变频电机的温度信号进行监测，并将监测到变频电机的温度信号发送至监测控制系统的CPU。由于鼓风机没有设置轴承振动与轴承位移信号，只设置轴承温度信号，当轴承温度过高时需要发出停机命令，以保护鼓风机和变频电机的安全。例如：当出现某个轴承温度过大时，需要对机组进行快速的紧急停机，这个过程需要对防喘放空单元按照事先预案进行紧急动作，即首先将防喘放空单元中的放空阀5和两位三通电磁阀3打开，以将鼓风机出口压力进行泄放，待变频电机转速下降后，将鼓风机腔体内气体压力降低，以保证压力不会过高，才继续进行停机。轴承温度信号通过现场的Pt100温度传感器，再传送至监测控制系统的CPU。CPU接收到变频电机的温度信号和轴承温度信号后，内部可以组态成二取二联锁停机(联锁值设定)，也就是说CPU检测到两个信号都过高时(即超过预设的温度值时)，才进行停机控制。

第二控制模块30，在高速变频电机从正常启动运行的同时，启动防喘放空控制时序对防喘放空单元进行控制。其中，防喘放空控制时序是指对防喘放空单元进行控制的时序。即鼓风机启动后，防喘放空单元处于开启状态，此时防喘放空单元出口和大气连接，当机组启动并正常运行后，可以延迟4S(这个时间可以根据现场实际情况及不同型号鼓风机进行适当调整)，启动防喘放空装置控制时序。该防喘放空装置控制时序包括：一、缓慢关闭防喘放空单元，直到达到设定的工作压力范围。即：通过气囊13、气囊连接管4、及其上设置的气管节流阀2和两位三通电磁阀3(见图1)，使出口压力作用于气囊，推动放空阀5动作，对风机防喘放空单元(见图1)实现自动调节，并继续进行加载，直到达到设定的工作压力范围。二、当遇到急停、联锁或符合喘振条件时，快速启动防喘放空单元，并在到达一定水平的压力前把从鼓风机出来的空气放出到大气中或bypass来保护系统。

第二判断模块40，当关闭防喘放空单元后，确认鼓风机机组正常运行。其中，确认机组正常运行可包括：

步骤401、检测是否存在报警、联锁等异常信号。若没有，则认为符合要求。

步骤402、检测启动时鼓风机出口外部压力是否符合要求。若符合要求，则认为步骤402符合要求。例如，检测启动时鼓风机出口外部压力不能低于污水处理池中3米水柱(可以根据现场实际情况及不同型号鼓风机进行适当调整，3米针对的是200马力双叶轮高速变频空气悬浮轴承离心鼓风机)，同时决不允许通过操作防喘放空单元中的放空阀5来增加压力的操作方法。

满足401和402的条件，认为鼓风机组正常运行。

第三控制模块50，当鼓风机机组运行正常并达到最小工作转速后，进行变频电机的转速调节控制，已使压缩机工作在最优状态。其中，进行变频电机的转速调节控制可以包括：

步骤501、当变频电机达到最小工作转速时，根据实际设定的SV值继续升速直到设定值；

步骤502、当高速变频电机从正常启动运行自动升速到最小工作转速的过程中，通过鼓风机的总管网出口压力与防喘放空单元共同实现全自动调节控制，使鼓风机的总管网出口压力达到设定值。其中防喘放空单元的控制包括：通过气囊13、气囊连接管4、及其上设置的气管节流阀2和两位三通电磁阀3，使出口压力作用于气囊，推动放空阀5动作，对防喘放空单元实现自动调节，以使所述鼓风机组工作在正常运行工况。

步骤503、当高速变频空气悬浮轴承离心鼓风机正常运行后，对机组的转速进行调节控制，分别可以按压力、流量、溶解氧量进行完全自动调节，以使鼓风机工作在最优状态。

其中，高速变频电机及励磁机长时间不运转的情况下，会受潮对高速变频电机及励磁机工作不利，所以在高速变频电机及励磁机停止下来之后就应该启动它们的空间加热器，在高速变频电机及励磁机运转之后就停止它们空间加热器的运行。

本发明实施例提供的系统还包括：当鼓风机启动过程中出现故障时，启动退守策略。退守策略为进行现场查看与维修，若在预设时间内排除故障，则鼓风机继续启动，若超过预设时间没有排除故障，则重新执行启动过程。

本发明实施例提供的系统还包括：在鼓风机进入正常工作状态之后，接收停机指令，并执行停机指令。停机指令包括保压停机和泄压停机；在保压停机(即风冷机型/机型一)过程中，对包括维持在最小工作转速10秒以上，然后对风机防喘放空单元进行控制，使之处于完全开启状态；在泄压停机(即水冷机型/机型二)过程中，对风机防喘放空单元进行放空控制，使之处于完全开启状态(即控制两位三通电磁阀3启动，图1中的管路4立刻泄压与大气相通，图1中的放空阀5左侧的压力大于放空阀5右侧压力，压力差推动放空阀5立刻打开，由于压差的存在会使阀门完全开启)。从而有效避免空气出现逆流现象和防止突然喘振点运转等这些情况的发生。

通过本发明实施例的技术方案，实现了鼓风机的安全全自动启动、全自动调速及停机处理，并节省了大量人力成本，规避人工操作带来的误动作、操作延时等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种高速离心鼓风机全自动启动控制系统，其特征在于，包括：

第一判断模块，确认鼓风机组是否能进入启动状态；

第一控制模块，当鼓风机机组允许启动的条件满足后，进行高压合闸控制，运行高速变频电机；

第二控制模块，在高速变频电机从正常启动运行的同时，启动防喘放空控制时序对防喘放空单元进行控制；

第二判断模块，当关闭防喘放空单元后，确认鼓风机机组正常运行；

第三控制模块，当鼓风机机组运行正常并达到最小工作转速后，进行变频电机的转速调节控制，以使压缩机工作在最优状态；所述进行变频电机的转速调节控制包括：

当变频电机达到最小工作转速时，根据实际设定的SV值继续升速直到设定值；

当高速变频电机从正常启动运行自动升速到最小工作转速的过程中，通过所述鼓风机的总管网出口压力与防喘放空单元共同实现全自动调节控制，使鼓风机的总管网出口压力达到设定值；

当高速离心鼓风机正常运行后，对机组的转速进行调节控制，分别可以按压力、流量、溶解氧量进行完全自动调节，以使鼓风机工作在最优状态。

2.根据权利要求1所述的高速离心鼓风机全自动启动控制系统，其特征在于，所述第一判断模块包括：

第一检测单元，检查高速离心鼓风机机组是否有联锁信号；

第二检测单元，确认鼓风机管路系统畅通，曝气管路中的防喘放空单元处于完全开启状态；

第三检测单元，测试防喘放空单元中的止回阀和放空阀的打开、关闭顺畅；

第四检测单元，确认SV值设定准确。

3.根据权利要求1所述的高速离心鼓风机全自动启动控制系统，其特征在于，所述第一控制模块还用于：

在高压合闸，变频电机正常工作之后，同时启动风冷电机或冷却液循环泵。

4.根据权利要求1所述的高速离心鼓风机全自动启动控制系统，其特征在于，还包括：

温度监测模块，在变频电机运行后，对变频电机温度信号进行监测；对鼓风机的轴承温度信号进行监测；

第四控制模块，当变频电机温度信号和轴承温度过高时需要发出停机命令。

5.根据权利要求1所述的高速离心鼓风机全自动启动控制系统，其特征在于，所述启动防喘放空控制时序对防喘放空单元进行控制包括：

在高速变频电机从正常启动运行的同时，缓慢关闭防喘放空单元；

当遇到急停、联锁或符合喘振条件时，快速启动防喘放空单元。

6.根据权利要求1所述的高速离心鼓风机全自动启动控制系统，其特征在于，所述确认机组正常运行包括：

检测是否存在报警、联锁异常信号；

检测启动时鼓风机出口外部压力是否符合要求；

如果否，则确认机组正常运行。

7.根据权利要求1所述的高速离心鼓风机全自动启动控制系统，其特征在于，还包括：

第五控制模块，当鼓风机启动过程中出现故障时，启动退守策略；所述退守策略为进行现场查看与维修，若在预设时间内排除故障，则鼓风机继续启动，若超过预设时间没有排除故障，则重新执行启动过程。

8.根据权利要求1所述的高速离心鼓风机全自动启动控制系统，其特征在于，还包括：

第六控制模块，在高速变频电机及励磁机停止运行时，启动空间加热器进行加热。

9.根据权利要求1所述的高速离心鼓风机全自动启动控制系统，其特征在于，还包括：

在鼓风机进入正常工作状态之后，接收停机指令，并执行停机指令，所述停机指令包括保压停机和泄压停机。