CN106704193B - 螺杆式电动空压机组节能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆式电动空压机组节能控制系统，主控机，其包括一台第一螺杆电动空压机、与第一螺杆电动空压机连接的变频器、与所述变频器连接的第一控制器、与高压风输送管道连接的第一风压传感器，其将检测的管道风压数据传输至第一控制器；多个从动机，从动机包括：第二螺杆电动空压机、与第二螺杆电动空压机连接的工频控制器、与高压风输送管道连接的第二风压传感器，其将检测的管道风压数据传输至工频控制器；其中，所述工频控制器与所述第一控制器连接，所述第一控制器采集第一风压传感器和第二风压传感器检测的压强值，根据设定的PID控制，控制变频器控制电机的频率以及从动机的启停。本发明具有节能、故障自动跳转启动的功能。

Description

螺杆式电动空压机组节能控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及空压机控制系统领域。更具体地说，本发明涉及一种螺杆式电动空压机组节能控制系统。

背景技术

空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机(通常是电动机)的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空压机作为主要工业产品之一，是各个工厂必不可少的设备。

老式的空压机靠人工进行操作，在不需要高压风的时候仅能转为空载功能来减少能源的浪费，不能实现自动开启、关闭，不能实行联合控制，也不具备变频、保护等功能，控制方式较为单一，因此，存在着大量的电能浪费现象。传统的电动空压机是采用人工进行启动和关闭，当施工现场不需要多余风量的时候，空压机会转为空功率载状态(空载状态的功率为负载功率的30％至50％)；①当施工现场不需要空压机时，如果未通知进行停机或操作司机工作失误造成未关机时，空压机始终处于运行状态；②当1台空压机满足不了要求，启动第2台空压机的时候，其中1台空压机处于负载状态，另一台始终处于在负载和空载之间切换的状态，造成机械的损伤和电能的浪费。

近一两年市场上新面市的节能型空压机，具备空载过久自动关机的功能，但不具备自动开启的功能，与我公司开发的电动空压机节能技术控制系统相比，节约电能的效率较低。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种螺杆式电动空压机组节能控制系统及控制方法，当需要不足1台空压机提供风量时，装有变频器的主控机便可使用低功率模式提供满足要求的高压风，且具备故障停机、故障自动跳转启动下一台设备、自动轮换调休的功能。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种螺杆式电动空压机组节能控制系统，包括：

主控机，其包括一台第一螺杆电动空压机、与第一螺杆电动空压机连接的变频器、与所述变频器连接的第一控制器、与高压风输送管道连接的第一风压传感器，其将检测的管道风压数据传输至第一控制器；

多个从动机，任一从动机包括：第二螺杆电动空压机、与第二螺杆电动空压机连接的工频控制器、与高压风输送管道连接的第二风压传感器，其将检测的管道风压数据传输至工频控制器；

其中，所述工频控制器与所述第一控制器连接，所述第一控制器采集第一风压传感器和第二风压传感器检测的压强值，根据设定的PID控制，控制变频器控制电机的频率以及从动机的启停。

本发明还提供了一种螺杆式电动空压机组的节能控制方法：

第一风压传感器和第二风压传感器实时检测高压风输送管道的风压，并将最终压力信息发送给第一控制器；

第一控制器采集到的风压值与预定值进行比较，

当风压值高于预定值的范围，第一控制器发出停机信号；

当风压值在预定值范围内，第一螺杆电动空压机和第二螺杆电动空压机均正常供风；

当风压值低于预定值的范围时，第一控制器检测调节范围是否为变频器的调节范围内，当调节范围在变频器的调节范围，则第一控制器调节变频器；当超出变频器的调节范围，则第一控制器控制控制从动机的开启。

优选的是，将多个从动机依次编号，并将每台从动机的编号信息载入第一控制器；

当从动机超出运行保护参数时，对应的工频控制器将检测到的故障信号发送至第一控制器，所述第一控制器发出停机信号至对应编号的从动机，并发出开机信号至下一编号的从动机。

优选的是，所述运行保护参数包括：第二螺杆电动空压机的温度、电压以及油量；

所述工频控制器内预先设定有所述保护参数的范围值，并实时采集对应第二螺杆电动空压机的参数值与设定的保护参数范围值进行比较。

优选的是，将多个从动机依次编号，并将每台从动机的编号信息载入第一控制器；

当主控机启动后，所述第一控制器间隔时间T₁采集每台从动机的累积运行时间t，并与第一预设时间T₂进行比较，当启动的任一从动机累积运行时间t大于第一预设时间T₂时，所述第一控制器发出停机信号至对应编号的从动机，并发出启动信号至未启动、且累积运行时间t小于第一时间T₂的从动机。

优选的是，所述第一控制器发出启动信号至未启动、且累积运行时间t小于第一预设时间T₂的从动机，具体为：将未启动的从动机的累积运行时间t与第二预设时间T₃进行比较，所述第一控制器发出启动信号至未启动、且累积运行时间t小于第二预设时间T₃的从动机；第二预设时间T₃＜第一预设时间T₂。

优选的是，还包括DTU；

所述第一控制器将检测到的第一螺杆电动空压机以及第二螺杆电动空压机的模拟量信号传输至DTU，所述DTU将模拟量信号无线传输至终端。

优选的是，所述模拟量为第一螺杆电动空压机和第二螺杆电动空压机的气压、油温、电压、电流以及空负载。

本发明至少包括以下有益效果：通过对用风量进行精确检测，并将相关数据传输给主控机的第一控制器，由第一控制器发送信号至从动机，实现联合控制，提供刚好能够满足要求的高压风，实现空压机的节能控制，减少了功率上的损失。

本技术相对于现有技术，具有节约电能、降低人工劳动强度、延长机械使用寿命的效果。经实地对数据进行统计分析，可达到24％的节能效果。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的控制流程图；

图2为本发明所述主动机和从动机的开启、关闭示意图。

具体实施方式

下面结合实施方式对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种螺杆式电动空压机组节能控制系统，包括：

主控机，其包括一台第一螺杆电动空压机、与第一螺杆电动空压机连接的变频器、与所述变频器连接的第一控制器、与高压风输送管道连接的第一风压传感器，其将检测的管道风压数据传输至第一控制器；

多个从动机，任一从动机包括：第二螺杆电动空压机、与第二螺杆电动空压机连接的工频控制器、与高压风输送管道连接的第二风压传感器，其将检测的管道风压数据传输至工频控制器；

其中，所述工频控制器与所述第一控制器连接，所述第一控制器采集第一风压传感器和第二风压传感器检测的压强值，根据设定的PID控制，控制变频器控制电机的频率以及从动机的启停。

在上述技术方案中，在开启设备后，第1台空压机也就是主控机的第一螺杆电动空压机开始提供高压风动力，如风量满足不了工作的需要，第一风压传感器就会将压力传输至主控机的控制系统：第一控制器中，主控机的第一控制器则发出信号至第2台从动机开始供风，如果还是满足不了工作的需要，则由主控机发出信号，按顺序依次开启其他空压机：第二螺杆电动空压机。开启空压机并加载供风时，1整台电动空压机所提供的风量是额定的，如果所需要的风量不需要数台整台设备提供时，则由主控机的变频器发挥作用，降低主控机的电机功率，提供恰好能够满足需要的风量。反之，如果不需要这么多的风量，则由第一风压传感器和第二风压传感器发信号给主控机的第一控制器，再由第一控制器发出信号至从动机，依次自动关闭第二螺杆电动空压机，变频器降低第一螺杆电动空压机功率进行供风。主控机起到主要补压作用，当主控机无法快速满足加压时，会启动或关闭从动机进行增压或减压。采集到隧道用气端的压强值后，可根据采集压强值的大小与程序里设定的预设值的大小进行对比，通过采集值与预设值的CMP，采用PID运算方式，控制增加或减少动力源数量，输出恒定的压强值。本发明还提供了一种螺杆式电动空压机组的节能控制方法：

第一风压传感器和第二风压传感器实时检测高压风输送管道的风压，这里的高压风输送管道只有一个，第一风压传感器和第二风压传感器均是采集同一高压风输送管道的压力，并将最终压力信息发送给第一控制器。

第一控制器采集到的风压值与预定值进行比较：

当风压值高于预定值的范围，根据检测的风压值高出的值与一台第二螺杆电动空压机的额定风量进行比较，计算需要关闭的第二螺杆电动空压机的数量，通过第一控制器发出停机信号给对应数量的第二螺杆电动空压机。

当风压值在预定值范围内，第一螺杆电动空压机和第二螺杆电动空压机均正常供风，控制器不会发出停止或启动信号。

当风压值低于预定值的范围时，第一控制器检测调节范围是否为变频器的调节范围内，变频器的调节范围取决于第一螺杆电动空压机的最大输出风量，当调节范围在变频器的调节范围，则第一控制器调节变频器，通过第一螺杆电动空压机调节高压风输送管道的风压；当超出变频器的调节范围，则第一控制器控制控制从动机的开启，从动机依据设置参数，按照一定的先后顺序，逐步启动各台空压机，直到达到预定的风压值为止。。

在另一种技术方案中，将多个从动机依次编号(例如，1-2-3-4......)，并将每台从动机的编号信息载入第一控制器；

当2号从动机超出运行保护参数时，对应的2号从动机的工频控制器将检测到的故障信号发送至第一控制器，所述第一控制器发出停机信号至对应编号(2号)的从动机，并发出开机信号至没有开启的任一从动机。

在上述技术方案中，出现设备故障后，不用停止所有设备，保证了向高压风输送管道输送风压的正常运行，仅需通过预先设定的保护参数检测哪台从动机出现故障，并调度其他未运作的从动机替补，实现了故障自动跳转启动下一台设备的功能。

并且，在上述技术方案中，再下次开机过程中，第一控制器在分配开机任务时会越过故障机，并发出开机信号至序号排在故障机下一个编号的空压机，使故障机始终处于停机状态。

在另一种技术方案中，所述运行保护参数包括：第二螺杆电动空压机的温度、电压以及油量。所述工频控制器内预先设定有所述保护参数的范围值，并实时采集对应第二螺杆电动空压机的参数值与设定的保护参数范围值进行比较。

在上述技术方案中，第二螺杆电动空压机会出现的问题有高温、高电压、低电压、缺油、机械故障等情况，检测这些参数的载体为各种传感器，例如温度传感器，油量传感器等，这些传感器将检测的数据传输至工频控制器，再由工频控制器将信号传输给第一控制器，第一控制器内由预先设定的各类保护参数的范围值，当检测的数据超过保护参数的最高值或者低于保护参数的最低值时，第一控制器就会发出停机指令，对应编号的第二螺杆电动空压机进入停机程序。

在另一种技术方案中，将多个从动机依次编号，并将每台从动机的编号信息载入第一控制器；

当主控机启动后，所述第一控制器间隔时间T₁采集每台从动机的累积运行时间t，并与第一预设时间T₂进行比较，当启动的任一从动机累积运行时间t大于第一预设时间T₂时，所述第一控制器发出停机信号至对应编号的从动机，并发出启动信号至未启动、且累积运行时间t小于第一时间T₂的从动机。

在上述技术方案中，当从动机为多组时，因第二螺杆电动空压机开启顺序为编号1-2-3-4......依次进行，编号靠前的第二螺杆电动空压机运行时间较多，编号靠后的第二螺杆电动空压机运行时间较少，因此，当编号靠前的空压机运行总时间达到人员设定的工作时长，主控机的第一控制器会发出信号至其他运行总时间较少的从动机运行，避免了空压机运行时间不均匀的现象，进而保护了从动机。

在另一种技术方案中，所述第一控制器发出启动信号至未启动、且累积运行时间t小于第一预设时间T₂的从动机，具体为：将未启动的从动机的累积运行时间t与第二预设时间T₃进行比较，所述第一控制器发出启动信号至未启动、且累积运行时间t小于第二预设时间T₃的从动机；第二预设时间T₃＜第一预设时间T₂。

在上述技术方案中，进一步根据累积运行时间来调控需要开启的从动机，尽量实现每台从动机之间的累计运行时间均衡。

在另一种技术方案中，还包括DTU；

所述第一控制器将检测到的第一螺杆电动空压机以及第二螺杆电动空压机的模拟量信号传输至DTU，所述DTU将模拟量信号无线传输至终端。

在上述技术方案中，通过传感器将气压、油温、电压、电流、空负载情况等数据传输至第一控制器，第一控制器(含RS485通讯接口)将数据传输至DTU(含RS485通讯接口),DTU通过GPRS将数据传输至终端接收模块，通过通讯协议实现控制器与GPRS终端接收模块之间的通讯。GPRS终端接收模块设有固定的网络IP地址，网络平台系统通过访问固定的网络IP地址获取空压机运行数据，将空压机运行数据和状况显示在网络平台上。

另外，同理，在远程操作方面，网络平台电脑PC端和手机APP端通过网络端将开机、停机、参数设置等命令通过网络反向传输至空压机主控机控制器，通过主控机控制器实现相关操作。

在另一种技术方案中，所述模拟量为第一螺杆电动空压机和第二螺杆电动空压机的气压、油温、电压、电流以及空负载。

本申请目前已经在3个施工地点实施过，并经过专业的节能评估机构进行节能鉴定。如图1-2所示，以160KW电动空压机为例，注从动机械PLC为本申请的工频控制器。电动空压机低碳节能技术控制系统采用联合控制技术对数台空压机进行综合管理，并通过在主控机的第一螺杆电动空压机上安装变频器，将主控机的功率锁定在0至160KW范围内变动。在主控机上设置空压机系统压力范围值，将空压机数量和控制压力设定在一定范围内，当系统检测到压力值低于设定范围下限时，自动控制系统内的空压机起动来提高供气量，当系统检测到压力高于设定范围上限时，自动控制系统内相应功率的空压机停止来减小产气量。如果一台空压机满足不了供风需求，则主控机向第2、3、4台等电动空压机发出信号，自第2台空压机依次自动开启直至能够产生满足现场需要的风量为止。若现场理论上需要3.5台电动空压机的供风量才能满足现场需要，则根据第一控制器(PLC)提前设定的程序，控制系统会自动启动编号为1至4号的电动空压机，其中2、3、4号空压机为满功率160KW运行，1号(装有变频器)电动空压机则启用变频模式，在功率为0.5台*160KW＝80KW的状态下运行，仅此一项功能就可在1台设备上比常规人工控制节约80KW/h的电力消耗。

运行过程中，通过对温度、风压、运行时间等数据的统计和监控，可实现设备轮流工作，避免了设备工作时间差别较大的情况发生，同时具备故障停机、保护停机、故障自动跳转启动下一台设备的功能，通过网络平台和手工均可进行操作和参数设定。

具体实测数据见表1。

表1

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施方式。

Claims (7)

1.一种螺杆式电动空压机组的节能控制方法，其特征在于，

螺杆式电动空压机组节能控制系统，包括：

主控机，其包括一台第一螺杆电动空压机、与第一螺杆电动空压机连接的变频器、与所述变频器连接的第一控制器、与高压风输送管道连接的第一风压传感器，其将检测的管道风压数据传输至第一控制器；

多个从动机，任一从动机包括：第二螺杆电动空压机、与第二螺杆电动空压机连接的工频控制器、与高压风输送管道连接的第二风压传感器，其将检测的管道风压数据传输至工频控制器；

其中，所述工频控制器与所述第一控制器连接，所述第一控制器采集第一风压传感器和第二风压传感器检测的压强值，根据设定的PID控制，控制变频器控制电机的频率以及从动机的启停；

控制方法包括：

第一风压传感器和第二风压传感器实时检测高压风输送管道的风压，并将最终压力信息发送给第一控制器；

第一控制器采集到的风压值与预定值进行比较，

当风压值高于预定值的范围，根据检测的风压值高出的值与一台第二螺杆电动空压机的额定风量进行比较，计算需要关闭的第二螺杆电动空压机的数量，通过第一控制器发出停机信号给对应数量的第二螺杆电动空压机；

当风压值在预定值范围内，第一螺杆电动空压机和第二螺杆电动空压机均正常供风；

当风压值低于预定值的范围时，第一控制器检测调节范围是否为变频器的调节范围内，当调节范围在变频器的调节范围，则第一控制器调节变频器；当超出变频器的调节范围，则第一控制器控制从动机的开启。

2.如权利要求1所述的螺杆式电动空压机组的节能控制方法，其特征在于，将多个从动机依次编号，并将每台从动机的编号信息载入第一控制器；

当从动机超出运行保护参数时，对应的工频控制器将检测到的故障信号发送至第一控制器，所述第一控制器发出停机信号至对应编号的从动机，并发出开机信号至下一编号的从动机。

3.如权利要求2所述的螺杆式电动空压机组的节能控制方法，其特征在于，所述运行保护参数包括：第二螺杆电动空压机的温度、电压以及油量；

所述工频控制器内预先设定有所述保护参数的范围值，并实时采集对应第二螺杆电动空压机的参数值与设定的保护参数范围值进行比较。

4.如权利要求1所述的螺杆式电动空压机组的节能控制方法，其特征在于，将多个从动机依次编号，并将每台从动机的编号信息载入第一控制器；

当主控机启动后，所述第一控制器间隔时间T₁采集每台从动机的累积运行时间t，并与第一预设时间T₂进行比较，当启动的任一从动机累积运行时间t大于第一预设时间T₂时，所述第一控制器发出停机信号至对应编号的从动机，并发出启动信号至未启动、且累积运行时间t小于第一时间T₂的从动机。

5.如权利要求4所述的螺杆式电动空压机组的节能控制方法，其特征在于，所述第一控制器发出启动信号至未启动、且累积运行时间t小于第一预设时间T₂的从动机，具体为：将未启动的从动机的累积运行时间t与第二预设时间T₃进行比较，所述第一控制器发出启动信号至未启动、且累积运行时间t小于第二预设时间T₃的从动机；第二预设时间T₃＜第一预设时间T₂。

6.如权利要求4所述的螺杆式电动空压机组的节能控制方法，其特征在于，还包括DTU；

所述第一控制器将检测到的第一螺杆电动空压机以及第二螺杆电动空压机的模拟量信号传输至DTU，所述DTU将模拟量信号无线传输至终端。

7.如权利要求6所述的螺杆式电动空压机组的节能控制方法，其特征在于，所述模拟量为第一螺杆电动空压机和第二螺杆电动空压机的气压、油温、电压、电流以及空负载。