CN106401930A - 空压机智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空压机智能控制系统，是针对解决现有同类空压机产品改造升级不便的技术问题而设计。该空压机智能控制系统包括工频空压机和电气柜，电气柜设有电气柜面板，其要点是所述工频空压机的三根电源进线到电气柜电源出线上；电气柜的辅助电源线接到工频空压机的风机电源线和变压器；工频空压机的加载阀两根线并接到电气柜的加载阀；工频空压机的接触器辅助触点接到电气柜的接触器辅助触点；工频空压机的储气罐接到电气柜，通过三通将工频空压机的压力接至压力传感器。电气柜的电气柜面板设有对应的开关按钮、指示灯和触摸屏，触摸屏的系统操作界面设有对应的触摸按钮，系统操作界面通过电气柜内的PLC设有SCACD系统显示于触摸屏。

Description

空压机智能控制系统

技术领域

本发明涉及为工厂提供清洁动力的空压机变频控制系统，是一种空压机智能控制系统。

背景技术

空压机是工厂动力的重要组成部分，为仪器仪表提供气源动力，压缩机是一种输送气体和提高气体压力的机器，应用极广，压缩机不仅是必不可少的，而且是气动系统的核心设备。工频空压机，或称为定频空压机，与变频空压机相比，变频空压机根据负载变化，控制输入的电压频率，其能保持压力、流量、温度等参数的稳定，从而大大提高压缩机的工作性能。而变频空压机具体气压稳定、启动无冲击、可变流量控制、交流电源的电压适应性更好、噪音低等特点，调速达到稳气压，压力开关控制气压有一定压力区间，加载和卸载范围大。如中国专利文献中披露的申请号201310352424.X，申请公开日2015.02.25，发明名称“一种空压机控制装置及控制方法”；该空压机控制装置包括空压机电机，空压机储气罐，其特征在于：空压机储气罐中设置压力传感器，空压机电机一端连接有变频器，压力传感器与变频器相连接；该空压机控制装置由于设置变频器，从而空压机电机实现软起软停，减小启动冲击，延长设备使用年限；同时由于电机运行频率可变，实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机频繁的加载和卸载，从而较大幅度减小电动机的运行功率，使得供气系统气压维持恒定，便可以实现节能的目的。但上述空压机控制装置及控制方法的智能操作较难实现，缺少智能控制系统和操作界面，较难应用于工频空压机的智能化改进和联接线改造。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种空压机智能控制系统，使其解决现有同类空压机产品中工频与变频之间切换操作不便，数控操作和显示结构设计欠佳，工频空压机改造升级不便的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种空压机智能控制系统，该空压机智能控制系统包括工频空压机和电气柜，电气柜设有电气柜面板，电气柜内的控制电路设有PLC，以及辅助电源线、电源出线、电源进线、接触器辅助触点、加载阀，工频空压机设有与电气柜对应的电源出线、电源进线、接触器辅助触点、加载阀，以及断路器、变频器、风机电源线、变压器和三个主接触器；其特征在于所述电气柜的接触器辅助触点和加载阀同时设置于一组八线接线端子，辅助电源线、电源出线、电源进线分别各自位于三线接线端子；工频空压机与电气柜之间的改造联接线具体步骤如下：第一步，工频空压机的三根电源进线到电气柜电源出线上；第二步，电气柜的辅助电源线接到工频空压机的风机电源线和变压器；第三步，工频空压机的加载阀两根线并接到电气柜的加载阀；第四步，工频空压机的接触器辅助触点接到电气柜的接触器辅助触点；第五步，工频空压机的储气罐接到电气柜，通过三通将工频空压机的压力接至压力传感器。注意加载阀如果是AC220V的，电气柜中的KA5用220V；继电器如果是DC24V的，KC21用DC24继电器，默认KC21是220V继电器。

所述电气柜的电气柜面板设有变频/停止/工频的三工位选择开关、工频状态指示灯、变频状态指示灯、急停按钮、变频运行指示灯、变频故障指示灯、休眠状态指示灯和触摸屏，所述触摸屏的系统操作界面设有实时数据、实时曲线、电机参数、设定压力、能耗测定、故障记录、报警复位的按钮，所述系统操作界面通过电气柜内的PLC设有SCACD系统显示于触摸屏。变频/停止/工频的三工位选择开关选择到右边工频位置时，工频空压机工作在工频状态，工频状态指示灯亮起；选择到左边变频位置时，工频空压机处于变频状态，变频状态指示灯亮起；选择到中间停止位置时，工频空压机自动进入停机程序。当出现紧急状况时，急停按钮用于断电工频空压机；当工频空压机处于变频运行状态时，变频运行指示灯亮起；当变频器出现故障时，变频故障指示灯亮起，故障信息参考触摸屏故障提示，以及变频器故障代码；当用气量减少，到达休眠点，计时开始，计时达到休眠设定时间，休眠状态指示灯亮起。触摸屏用于显示、设定参数信息。

所述SCACD系统的实时数据，实时读取的运行参数有：储气罐瞬时压力(MPa)、主机电机瞬时功率(KW)、电机瞬时电流(A)、主机瞬时频率(Hz)、主机有功电度(KWh)；实时读取的运行状态有：急停信号、工频选择、变频选择、变频故障、加载信号、Y-Δ信号、变频启动、变频投入、休眠指示、工频启动；除了“变频故障”和“急停信号”在正常状态显示为红色，在故障状态下显示为黄色外，其它信号指示均用红色代表信号未到达，用绿色代表信号已就绪。

所述SCACD系统的实时曲线界面设有出气压力和设定压力的曲线图，以及输出功率和额定功率的曲线图。通过上述曲线了解工频空压机的储气罐压力及功率运行负荷情况。

所述SCACD系统的电机参数界面设有电机参数的唤醒压力输入框和报警复位按钮。电机参数达到唤醒压力的数值时，该空压机智能控制系统的电机自动启动。

所述SCACD系统的设定压力界面设有手动调节按钮和自动调节按钮，“自动调节”标准的操作步骤如下：首先工频空压机需要在“变频选择”模式下启动，待工频空压机运行稳定后，在“设定参数”一栏中；手动修改压力设定值，若工频空压机工作在“手动调节”模式，则需要将工频空压机“压力调节”模式切换到“自动调节”模式，此时变频器频率自动通过压力反馈值PID调节，使得压力反馈逐渐趋于压力目标设定值。

所述SCACD系统的能耗测定界面设有确认按钮、开始按钮、结束按钮、复位按钮，“校准时间”一栏中的确认按钮对触摸屏系统时间进行校准设置，“起始时间”一栏中开始按钮对第一组开始记录时间和电表读数数据被自动记录在“起始时间”一栏中；当能耗测定时间到时，点击“结束时间”一栏中的结束按钮，第二组结束记录时间和电表读数被自动记录在“结束时间”一栏中，复位按钮设置于“统计能耗”一栏。

所述SCACD系统的故障记录界面设有当前报警、历史报警、报警记录的按键。

所述工频空压机的电机过载保护器设有联锁停机保护设置。只有工频空压机所在的工艺管道上的阀门具有工艺流通条件后(即相应阀门打开就位)，方可操作空压机的启动。

本发明节能效果、能效管理好，智能控制和数据采集准确；适用于工厂空压机的节能减排，及其同类产品的进一步改进。

附图说明

图1是本发明的改造联接线线示意图。

图2是本发明的电气柜面板示意图。

图3是本发明的系统操作界面示意图。

图4是本发明的系统操作界面中实时数据下示意图。

附图序号及名称：1、工频空压机，2、电气柜，3、压力传感器，4、接触器辅助触点，5、加载阀，6、电气柜面板，7、系统操作界面。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的改造、使用和工作原理作进一步描述。该空压机智能控制系统的实施例以国产北京腾控公司优秀的PLC(T910系列)和触摸屏(TP070)为平台，如图1-图3所示，该空压机智能控制系统包括工频空压机1和电气柜2，电气柜设有电气柜面板6，电气柜内的控制电路设有PLC，以及辅助电源线、电源出线、电源进线、接触器辅助触点4、加载阀5，工频空压机设有与电气柜对应的电源出线、电源进线、接触器辅助触点、加载阀，以及断路器、变频器、风机电源线、变压器和三个主接触器。电气柜的接触器辅助触点和加载阀同时设置于一组八线接线端子，辅助电源线、电源出线、电源进线分别各自位于三线接线端子。工频空压机与电气柜之间的改造联接线具体步骤如下：第一步，工频空压机的三根电源进线到电气柜电源出线上；第二步，电气柜的辅助电源线接到工频空压机的风机电源线和变压器；第三步，工频空压机的加载阀两根线并接到电气柜的加载阀；第四步，工频空压机的接触器辅助触点接到电气柜的接触器辅助触点；第五步，工频空压机的储气罐接到电气柜，通过三通将工频空压机的压力接至压力传感器3。

如图3、图4所示，SCACD系统的触摸屏界面具体如下：

实时数据：在操作界面上点击实时数据按钮，触摸屏进入以下“实时数据”；通过“实时数据”运行人员对空压机的运行参数和运行状态一目了然。实时读取的运行参数有：储气罐瞬时压力(MPa)、主机电机瞬时功率(KW)、电机瞬时电流(A)、主机瞬时频率(Hz)、主机有功电度(KWh)；实时读取的运行状态有：急停信号、工频选择、变频选择、变频故障、加载信号、Y-Δ信号、变频启动、变频投入、休眠指示、工频启动；除了“变频故障”和“急停信号”在正常状态显示为红色，在故障状态下显示为黄色外，其它信号指示均用红色代表信号未到达，用绿色代表信号已就绪。

如图4所示，代表工频空压机此时工作在变频模式，且工频空压机变频主回路已经闭合，工频空压机Y-Δ信号已就绪，工作在加载状态，此时变频器已投入运行，即可看到工频空压机当前的反馈频率为41.8Hz。若工频空压机运行出现异常，操作人员可紧急拍下急停按钮，此时工频空压机将迅速切断主回路电源，避免工频空压机运行异常情况进一步扩大，此时急停信号将变为如下指示：急停信号按钮，并交替闪烁。若变频器运行当中出现异常，系统自动发出工频空压机停机信号，断开所有的主回路电源，此时的“变频故障”指示为：变频故障按钮，并交替闪烁，柜内的警报器将出现持续的报警声，提醒操作人员注意工频空压机故障停机，此时操作人员通过查看变频器的故障代码来确认变频器的故障原因，若需要对报警声音进行消音，操作人员在触摸屏的右上角位置通过按报警复位按钮来复位。“变频停机延迟”指示的时间，代表当工频空压机在变频模式下正常停机时，变频器需要完成频率慢慢降到0Hz并断开主回路电源所需要的时间数(秒)。“变频停机延迟时间”在程序中已经固化为40S，触摸屏不能对其进行修改设定；“变频休眠延迟”指示的时间，代表当工频空压机在变频模式下长时间工作在空载工况下时，变频器需要完成休眠等待的延迟时间(秒)；“变频休眠延迟时间”，在电机参数中进行设定修改，但任何参数的修改需要有专业的工程师进行授权方可修改，请不要随意修改控制参数。

实时曲线：在操作界面上点击实时曲线按钮，触摸屏进入以下“实时曲线”，通过对“实时曲线”的观察，从而基本了解目前工频空压机的储气罐压力及功率运行负荷情况。当前工况下工艺用气量不是很大，工频空压机没有处在长时间的加载状态，中间有一段时间工频空压机处在休眠状态，这段时间工频空压机处在停机状态，有效避免工频空压机在空载情况下作无用功情况，从而为用户实现最大程度的节能。

电机参数：在操作界面上点击电机参数按钮，触摸屏进入以下“电机参数”，其中的“唤醒压力”的设定值在触摸屏上完成修改操作；具体操作方法只要在黄色数字区域轻轻触摸点击，即可跳出键盘输入；完成对数值的修改后，最后单击确认退出键盘。

设定压力：在操作界面上点击设定压力按钮，触摸屏进入以下“设定压力”；本系统对于变频恒压控制的“自动调节”标准的操作步骤如下：首先工频空压机需要在“变频选择”模式下启动，待工频空压机运行稳定后，操作人员在“设定参数”一栏中；手动修改压力设定值，若工频空压机工作在“手动调节”模式，则需要将工频空压机“压力调节”模式切换到“自动调节”模式，此时变频器频率自动通过压力反馈值PID调节，使得压力反馈逐渐趋于压力目标设定值。设定使用压力的值，应在工频空压机本体控制器上下限压力的中间值；如：上限压力设定为0.8MPa，下限设定为0.6MPa，压力应设定在0.7MPa-0.02MPa。PID调节参数在厂家现场调试已经确定了最佳的参数，不能随意进行修改。工频空压机恒压调节在用气量高峰时段调节效果明显，但在工艺用气量比较低的情况下，往往会出现变频器最低保证频率输出运行，工频空压机压力仍然高于设定值的情况出现，此时变频器将自动进入休眠模式，从而使得工频空压机压力控制在合理范围之内。

能耗测定：在操作界面上点击能耗测定按钮，触摸屏进入以下“能耗测定”；通过“校准时间”功能，点击确认按钮，“校准时间”一栏中对触摸屏系统时间进行校准设置；当进行能耗测定时，首先点击复位按钮，对原记录数据进行初始化后，单击开始按钮后，第一组开始记录时间和电表读数数据被自动记录在“起始时间”一栏中；当能耗测定时间到时，点击结束按钮，第二组结束记录时间和电表读数被自动记录在“结束时间”一栏中；通过查看“统计能耗”一栏，消耗电能和统计时间自动计算得出，方便人工记录统计。

故障记录：在操作界面上点击故障记录按钮，触摸屏进入以下“故障记录”；用户既可查看“报警记录”，又可查看“当前报警”，以及“历史报警”信息，方便用户对报警记录的查询操作。

报警复位：在操作界面上点击报警复位按钮，触摸屏进入电机参数界面，报警复位按钮设置于电机参数界面。

该空压机智能控制系统的系统维护具体如下：值班人员在操作时，应正确操作。系统在运行时，具体现象和操作如下：为了保护工频空压机运行状态下不被工艺管道堵死，工频空压机的电机过载保护器中做了联锁停机保护设置；只有工频空压机所在的工艺管道上的阀门具有工艺流通条件后(即相应阀门打开就位)，方可操作空压机的启动。若系统长时间在变频模式下运行，将工频回路断路器断开；若系统需要切换到工频运行，将正在运行的工频空压机正常停机后，再完成切换操作，并检查工频断路器是否合闸，勿直接将运行的工频空压机进行工频到变频或者变频到工频的切换操作，等工频空压机停机后方可完成操作。若“急停信号”或者“变频故障”出现黄红颜色交替闪烁的现象，是系统发出设备故障信息，及时对设备进行故障复位；若发现变频器的故障不能被复位，则是变频器的硬件故障发出，需要首先记录故障代码后，对变频器进行断电重启后再开机；若故障仍不能消除的，请切换到工频使用，并联系厂家维修。若触摸屏出现通讯数据中断现象，对PLC及触摸屏进行断电重启操作；若仍然出现数据中断问题，检查通讯网线是否完好，并且检查水晶头是否插好。若触摸屏出现按键偏移误差现象，定期对触摸屏屏幕进行校准操作，操作方法如下：人机界面上电启动后，按住屏幕的左上角大约3-5秒钟，出现屏幕校准提示，按照提示操作即可。

综上所述，本发明最大限度的节约生产成本和提高生产效率，具有扩展方便，运行稳定，抗干扰性强的特点，完全满足空压机变频改造的需要，实现系统的最优化运行。本系统具备可视化软件的各个特征：实时监测各电量参数，采集设备运行状态信息，并且可上传各设备运行状态信息，执行现场控制操作指令。本系统使用腾控TP Mananger嵌入版组态软件进行人机界面组态，使得本系统具有操作简单、界面友好的特点，开发的SCACD系统(SCADA系统即数据采集与监视控制系统，以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统，应用领域广，应用于数据采集与监视控制，以及过程控制)的操作也完全符合中控人员原有操作习惯的特点。本系统的操作说明包括三个部分：电气柜面板、SCACD系统和系统维护；电气柜面板设有电气柜的按钮操作和指示灯说明，SCACD系统主要讲述了操作方法和主要的功能介绍，系统维护提供了可能出现的常见故障及排除的方法。

本发明通过改造一台变频空压机，达到恒压、节能目地。其具备如下特点：施工简单，只需5步即可完成；操作便捷，只需设置几个参数，即可完成；工频/变频模式可选，在变频模式下恒压、节能，在工频模式下作为安全备用；使用方便、智能(标准机配备触摸屏)；设定、显示直观便捷；有压力、功率动态曲线显示(用于观察压力、功率变化趋势)；有电能统计功能，在工频和变频模式下皆可统计，方便对比节能；实时查看设备运行电流、瞬时功率、累计电度、变频器运行频率；储气罐的压力传感器接到柜内即可读取系统压力。

Claims (9)

1.一种空压机智能控制系统，该空压机智能控制系统包括工频空压机(1)和电气柜(2)，电气柜设有电气柜面板(6)，电气柜内的控制电路设有PLC，以及辅助电源线、电源出线、电源进线、接触器辅助触点(4)、加载阀(5)，工频空压机设有与电气柜对应的电源出线、电源进线、接触器辅助触点、加载阀，以及断路器、变频器、风机电源线、变压器和三个主接触器；其特征在于所述电气柜(2)的接触器辅助触点(4)和加载阀(5)同时设置于一组八线接线端子，辅助电源线、电源出线、电源进线分别各自位于三线接线端子；工频空压机与电气柜之间的改造联接线具体步骤如下：第一步，工频空压机(1)的三根电源进线到电气柜电源出线上；第二步，电气柜的辅助电源线接到工频空压机的风机电源线和变压器；第三步，工频空压机的加载阀两根线并接到电气柜的加载阀；第四步，工频空压机的接触器辅助触点接到电气柜的接触器辅助触点；第五步，工频空压机的储气罐接到电气柜，通过三通将工频空压机的压力由软管接至压力传感器(3)。

2.如权利要求1所述的空压机智能控制系统，其特征在于所述电气柜(2)的电气柜面板(6)设有变频/停止/工频的三工位选择开关、工频状态指示灯、变频状态指示灯、急停按钮、变频运行指示灯、变频故障指示灯、休眠状态指示灯和触摸屏，所述触摸屏的系统操作界面(7)设有实时数据、实时曲线、电机参数、设定压力、能耗测定、故障记录、报警复位的按钮，所述系统操作界面通过电气柜内的PLC设有SCACD系统显示于触摸屏。

3.如权利要求2所述的空压机智能控制系统，其特征在于所述SCACD系统的实时数据，实时读取的运行参数有：储气罐瞬时压力(MPa)、主机电机瞬时功率(KW)、电机瞬时电流(A)、主机瞬时频率(Hz)、主机有功电度(KWh)；实时读取的运行状态有：急停信号、工频选择、变频选择、变频故障、加载信号、Y-Δ信号、变频启动、变频投入、休眠指示、工频启动；除了“变频故障”和“急停信号”在正常状态显示为红色，在故障状态下显示为黄色外，其它信号指示均用红色代表信号未到达，用绿色代表信号已就绪。

4.如权利要求2所述的空压机智能控制系统，其特征在于所述SCACD系统的实时曲线界面设有出气压力和设定压力的曲线图，以及输出功率和额定功率的曲线图。

5.如权利要求2所述的空压机智能控制系统，其特征在于所述SCACD系统的电机参数界面设有电机参数的唤醒压力输入框和报警复位按钮。

6.如权利要求2所述的空压机智能控制系统，其特征在于所述SCACD系统的设定压力界面设有手动调节按钮和自动调节按钮，“自动调节”标准的操作步骤如下：首先工频空压机(1)需要在“变频选择”模式下启动，待工频空压机运行稳定后，在“设定参数”一栏中；手动修改压力设定值，若工频空压机工作在“手动调节”模式，则需要将工频空压机“压力调节”模式切换到“自动调节”模式，此时变频器频率自动通过压力反馈值PID调节，使得压力反馈逐渐趋于压力目标设定值。

7.如权利要求2所述的空压机智能控制系统，其特征在于所述SCACD系统的能耗测定界面设有确认按钮、开始按钮、结束按钮、复位按钮，“校准时间”一栏中的确认按钮对触摸屏系统时间进行校准设置，“起始时间”一栏中开始按钮对第一组开始记录时间和电表读数数据被自动记录在“起始时间”一栏中；当能耗测定时间到时，点击“结束时间”一栏中的结束按钮，第二组结束记录时间和电表读数被自动记录在“结束时间”一栏中，复位按钮设置于“统计能耗”一栏。

8.如权利要求2所述的空压机智能控制系统，其特征在于所述SCACD系统的故障记录界面设有当前报警、历史报警、报警记录的按键。

9.如权利要求2所述的空压机智能控制系统，其特征在于所述工频空压机(1)的电机过载保护器设有联锁停机保护设置。