CN106764445A - 一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法及装置，属于压缩空气供给与工业过程控制领域。可以降低能源浪费，减少资源消耗。包括通过压力计获取主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值，对多组主管滤波压力值和多组N条支管滤波压力值进行归一化处理，确定主管归一化压力值和N条支管归一化压力值；根据第一时间段主管平均压力值，第二时间段主管平均压力值，第一时间段N条支管平均压力值，第二时间段N条支管平均压力值，通过公式确定压缩空气系统的稳定性；根据N条支管的特性系数和N条支管压力目标下限值，通过公式确定气源总管压力优化设定值；确定控制所述主管压力值。

Description

一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法及装置

技术领域

本发明属于压缩空气供给与工业过程控制领域，更具体的涉及一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法及装置。

背景技术

压缩空气系统是指大气压力的空气被压缩并以较高的压力输给气动系统。压缩空气工业包括气源设备空气压缩机(空压机)、后处理设备、储气罐、输送管网以及管道末端气动设备。

现有的气动技术中，空压机压力设定值采用手动进行设定，为满足末端气动设备压力流量需求，往往将压力设定值长期设定为较高的设定值，从而使空压机长期处于处于较高负荷状态，造成极大的能源浪费。

发明内容

本发明实施例提供一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置及方法，可以降低压缩空气系统总管运行压力和空压机负载压力，从而降低了能源浪费，减少资源消耗。

本发明实施例提供一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法，包括：

通过压力计获取主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值，对所述主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值分别进行滤波，确定主管滤波压力值，N条支管滤波压力值和N条支管滤波流量值；其中，一条支管上设置一个支管压力计和一个流量计；

对多组所述主管滤波压力值和多组所述N条支管滤波压力值进行归一化处理，确定主管归一化压力值和N条支管归一化压力值；

将所述主管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(1)确定第一时间段主管平均压力值和第二时间段主管平均压力值；将所述N条支管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(2)确定第一时间段N条支管平均压力值和第二时间段N条支管平均压力值；

根据所述第一时间段主管平均压力值，所述第二时间段主管平均压力值，所述第一时间段N条支管平均压力值，所述第二时间段N条支管平均压力值，通过公式(3)确定压缩空气系统的稳定性；

当所述压缩空气系统的稳定性为1时，根据第一类支管管道压力平衡状态关系式和最小二乘法确定N条支管的特性系数；

根据所述N条支管的特性系数和N条支管压力目标下限值，通过公式(4)确定气源总管压力优化设定值；

将所述气源总管压力优化设定值和总管压力值进行比较，确定总管压力偏差量，根据所述总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值；或者确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

公式(4)如下所示：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n))

其中，为第一时间段主管平均压力值，Pm^*(i)为主管归一化压力值， 为第二时间段主管平均压力值，为第一时间段N条支管平均压力值，为第二时间段N条支管平均压力值，Pl*(i)为支管归一化压力值，S为压缩空气系统的稳定性，k为稳定阈值，取值范围0.02～0.05，P_best为气源总管压力优化设定值；Ps(l)为系统稳定时对应的最小总管压力值，N为所述第一支管对应的数量值，n表示采集次数。

本发明实施例还提供一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置，包括：空压机，主管直通管道，智能调节阀，主管压力计，和控制模块；

所述空压机和所述主管直通管道连接，所述主管直通管道上设置所述智能调节阀，所述主管直通管道与所述主管压力计和至少一条支管连接；

第一支管上依次设置第一支管流量计和第一支管压力计；

所述控制模块包括压力优化给定单元和过程实时控制单元；

所述压力优化给定单元包括参数设置模块，过程数据采集模块，平稳性分析模块，支路管道特性计算模块和优化设定模块；所述过程实时控制单元包括切换控制模块，空压机压力调节模块和智能调节阀开度设定模块；

所述参数设置模块用于设置节能优化初始参数；所述过程数据采集模块与所述第一支管流量计，所述第一支管压力计和所述主管压力计电联接，用于获取主管压力值，第一支管压力值和第一支管流量值；所述平稳性分析模块和所述支路管道特性计算模块分别用于根据所述主管压力值，所述第一支管压力值和所述第一支管流量值，在压缩空气系统稳定时，通过平稳性分析输出系统，确定所述第一支管的管道特性系数；所述优化设定模块用于根据所述第一支管的管道特性系数和所述节能能优化初始参数，确定气源总管压力优化设定值；

所述切换控制模块用于获取所述主管压力值和所述智能调节阀的当前开度值，根据所述主管压力值，所述当前开度值和所述节能能优化初始参数之间的大小关系，确定与所述空压机压力调节模块连接或者与所述智能调节阀开度设定模块连接；所述空压机压力调节模块用于调节所述空压机的压力设定值；所述智能调节阀开度设定模块用于调节所述智能调节阀的开度值。

本发明实施例中，提供了一种缩空气系统的节能优化控制方法及装置，在压缩空气工业系统气源压力控制中，气源管道压力长期处于偏高状态存在增加系统能量消耗的问题，本文提出基于气源总管压力最优的气源管道压力优化节能控制装置及方法，通过调节空压机压力设定值对主管压力进行粗调，同时控制调节阀在70％—90％开度范围内实现压力的小偏差精准调节，避免了调节阀对阀前压力的显著影响，整体装置和方法解决了气源管道压力长期处于较高压力状态造成能源较大浪费的问题，达到了气源管道压力的优化精准控制，同时降低了空压机的运行负载压力，具有良好的节能效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供了一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的控制模块包括的压力优化给定单元结构示意图；

图4为本发明是实施例提供的控制模块包括的过程实时控制单元结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示例性示出本发明实施例提供了一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法流程示意图，图2例性示出本发明实施例提供的一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置结构示意图；该方法和装置可以应用在压缩空气供给与工业过程控制领域。

如图1所示，本发明实施例提供的一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法，包括以下步骤：

步骤101，通过压力计获取主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值，对所述主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值分别进行滤波，确定主管滤波压力值，N条支管滤波压力值和N条支管滤波流量值；其中，一条支管上设置一个支管压力计和一个流量计；

步骤102，对多组所述主管滤波压力值和多组所述N条支管滤波压力值进行归一化处理，确定主管归一化压力值和N条支管归一化压力值；

步骤103，将所述主管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(1)确定第一时间段主管平均压力值和第二时间段主管平均压力值；将所述N条支管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(2)确定第一时间段N条支管平均压力值和第二时间段N条支管平均压力值；

步骤104，根据所述第一时间段主管平均压力值，所述第二时间段主管平均压力值，所述第一时间段N条支管平均压力值，所述第二时间段N条支管平均压力值，通过公式(3)确定压缩空气系统的稳定性；

步骤105，当所述压缩空气系统的稳定性为1时，根据第一类支管管道压力平衡状态关系式和最小二乘法确定N条支管的特性系数；

步骤106，根据所述N条支管的特性系数和N条支管压力目标下限值，通过公式(4)确定气源总管压力优化设定值；

步骤107，将所述气源总管压力优化设定值和总管压力值进行比较，确定 总管压力偏差量，根据所述总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值；或者确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值；

公式(1)如下所示：

公式(2)如下所示：

公式(3)如下所示：

公式(4)如下所示：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n))

其中，为第一时间段主管平均压力值，Pm^*(i)为主管归一化压力值， 为第二时间段主管平均压力值，为第一时间段N条支管平均压力值，为第二时间段N条支管平均压力值，k维稳定阈值，取值范围0.02～0.05，P_best为气源总管压力优化设定值；Ps(l)为系统稳定时对应的最小总管压力值，N为所述第一支管对应的数量值，n表示采集次数。

在对本发明实施例提供的一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法介绍之前，先结合图2，图3和图4，对本发明实施例提供一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置进行说明。

图2为本发明实施例提供的一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置，图3为本发明实施例提供的控制模块包括的压力优化给定单元结构示意图，图4为本发明是实施例提供的控制模块包括的过程实时控制单元结构示意图。

如图2所示，本发明实施提供的一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置，包括：空压机101，储气罐102，主管直通管道103，逆止阀104，第一手动调节阀105，智能调节阀106，第二手动调节阀107，主管压力计108，旁通管道109和旁通阀110，气体入口端111，气体出口端112和控制模块113。

具体地，空压机101和主管直通管道103之间连接有储气罐102，主管直通管道103和储气罐102连接的一端设置有气体入口端111，管直通管道103的另一端设置气体出口端112，在气体出口端112上分别与主管压力计108和至少一条支管连接。

具体地，在主管直通管道103上依次设置第一手动调节阀105，逆止阀104，智能调节阀106，第二手动调节阀107。

进一步的，在主管直通管道103的气体入口端111上还连接有旁通管道109，该旁通管道109的另一端与主管直通管道103的气体出口端112连接，并且在旁通管道109上还设置旁通阀110。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置所包括的支管的数量可以有多条，在本发明实施例中，对支管的具体数量不做限定。以下以第一类支管为例，介绍本发明实施例所提供的一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置，其中，第一类支管可以包括多条支管。

具体地，第一类支管114上依次设置第一类支管流量计115和第一类支管压力计116。第一类支管流量计115和第一类支管压力计116的输出端以及主管压力计108的另一端分别与控制模块113的输入端联接；控制模块的输出端与空压机101和智能调节阀106电联接。

具体地，本发明实施例提供的控制模块113包括压力优化给定单元和过程实时控制单元。

如图3所示，该压力优化给定单元包括参数设置模块201，过程数据采集模块202，平稳性分析模块203，支路管道特性计算模块204和优化设定模块205。

在步骤101之前，需要先进行初始参数设置，其中，需要设置的初始参数包括支管压力目标下限值、智能调节阀开度最大值、智能调节阀开度最小值、切换控制条件值、空压机设定压力上限值、空压机设定压力下限值。

在实际应用中，参数设置模块201用于设置节能优化初始参数；在本发明实施例中，可以将参数设置模块201设置的气源总管压力下限值设定为Pm_down；第一类支管压力目标下限值设定为P_down(l)(l＝1,2,…,N)，其中，N为第一类支管包括的支管的个数；智能调节阀开度最大值设定为L_max；智能调节阀开度最小值设定为L_min；空压机设定压力上限值设定为Pset_max；空压机设定压力下限值设定为Pset_min；切换控制条件值设定为β；

在步骤101中，通过设置在主管上的压力计获取主管的压力值。设置在支管上的支管压力计和支管流量计分别获取支管的压力值和支管的流量值，由于在实际应用中，一条支管上设置一个支管压力计和一个流量计，即N条支管上的设置的N个支管压力值和N个支管流量值，分别获取N条支管的N条支管压力值和N条支管流量值。

进一步地，对连续M次获取到的主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值分别采用公式(10)进行滤波，确定主管滤波压力值，N条支管滤波压力值和N条支管滤波流量值。

其中，公式(10)如下所示：

公式(10)中，Pm为主管滤波压力值，P_l为N条支管滤波压力值，Q_l为N条支管滤波流量值，P_Z ^(l)为N条支管压力值，Q_Z ^(l)为N条支管流量值，P₁为主管压力值。

在实际应用中，过程数据采集模块202与第一类支管流量计115，第一类支管压力计116和主管压力计108电联接，用于获取第一类支管流量计115感测到的第一类支管的第一类支管流量值，第一类支管压力计116感测到的第一类支管的第一类支管压力值，主管压力计108感测到的主管压力值；数据采集模块202与平稳性分析模块203电联接。

在步骤102中，连续获取多组主管滤波压力值，多组N条支管滤波压力值和多组N条支管滤波流量值，从而可以得到一组如公式(11)所示的序列：

其中，n表示采集次数；Pm(i)为第i次采集到主管滤波压力值，P_l(i)为第i次采集到N条支管滤波压力值，Q_l(i)为第i次采集到N条支管滤波流量值。

进一步地，通过下列公式(12)对多组主管滤波压力值序列和多组N条支管滤波压力值序列进行归一化处理，得到主管归一化压力值和N条支管归一化压力值。

具体地，公式(12)如下所示：

其中，Pm^*(i)主管归一化压力值，N条支管归一化压力值。

在实际应用中，平稳性分析模块203用于将过程数据采集模块202输出的主管压力值、第一类支管流量值以及第一类支管压力值，进行平稳性分析，平稳性分析模块203与支路管道特性计算模块204电联接。

在步骤103中，将主管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(1)确定第一时间段主管平均压力值和第二时间段主管平均压力值。

具体地，公式(1)如下所示：

进一步地，将N条支管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(2)确定第一时间段N条支管平均压力值和第二时间段N条支管平均压力值。

具体地，公式(2)如下所示：

在步骤104中，根据第一时间段主管平均压力值，第二时间段主管平均压力值，第一时间段N条支管平均压力值，第二时间段N条支管平均压力值，通过公式(3)确定压缩空气系统的稳定性。

具体地，公式(3)如下所示：

在步骤105中，当压缩空气系统的稳定性状态为非稳定时，第一类支管管道压力平衡状态关系式通过公式(13)表示，可以通过公式(13)确定N条支管的特性系数。

具体地，公式(13)如下所示：

而当压缩空气系统的稳定性状态为稳定时，则不能用第一类支管管道压力平衡状态关系式确定N条支管的特性系数。在本发明实施例中，可以将公式(13)表示的第一类支管管道压力平衡状态关系式通过公式(5)变形，即在公式(13)中引人新的中间变量，将公式(5)确定为第二类支管管道压力平衡状态关系式。

进一步地，对公式(5)采用最小二乘法，通过公式(6)，确定N条支管的特性系数。

具体地，公式(5)如下所示：

具体地，公式(6)如下所示：

在实际应用中，支路管道特性计算模块204用于接收平稳性分析模块203输出的压缩空气系统稳定状态、主管压力值序列、第一类支管压力值序列、第一类支管流量值序列，并且在压缩空气系统稳定时，根据主管压力值序列，第一类支管压力值序列以及第一类支管流量值序列确定第一类支管的管道特性系数。

在步骤106中，当压缩空气系统的稳定性为1时，根据N条支管滤波流量值，通过公式(7)确定N支管流量稳定值。

根据N条支管流量稳定值，根据N条支管的特性系数，N条支管压力目标下限值，通过公式(8)确定N条支管流量稳定值时所需的最小总管压力值。

具体地，公式(7)如下所示：

具体地，公式(8)如下所示：

其中，P_down(l)为支管压力目标下限值，Pm_down为气源总管压力下限值。

进一步地，在确定N条支管流量稳定值时所需的最小总管压力值的基础上，通过公式(4)确定确定气源总管压力优化设定值。

具体地，公式(4)如下所示：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n)) (4)

在实际应用中，优化设定模块205的输入端分别与支路管道特性计算模块204和参数设置模块201电联接，优化设定模块205用于根据第一支管的管道特性系数和支管压力目标下限值，确定气源总管压力优化设定值。

如图4所示，过程实时控制单元包括切换控制模块301，空压机压力调节模块302和智能调节阀开度设定模块303。

在步骤107中，将气源总管压力优化设定值和总管压力值进行比较，确定总管压力偏差量，根据总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节空压机压力值控制主管压力值；或者确定通过调节智能调节阀的开度控制主管压力值，具体分为下列两方面：

一方面

根据总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值，包括：

当总管压力偏差量的绝对值大于切换控制条件时，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值。

具体地，当偏差量大于零时，确立将空压机压力值调整为Pset_next＝Pset+θ(θ＞0)；或者当偏差量小于零时，确立将空压机压力值调整为Pset_next＝Pset-θ(θ＞0)。其中，θ为每次压力调节的最小压力变化量，取值范围介于0.01到0.1Mpa。

进一步地，空压机压力值调整范围符合：

在实际应用中，换控制模块301用于获取主管压力值和智能调节阀106的当前开度值，根据主管压力值，当前开度值和节能能优化初始参数之间的大小关系，确定与空压机压力调节模块302连接，空压机压力调节模块302用于调节空压机101的压力设定值。

另一方面：

根据总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节智能 调节阀的开度控制所述主管压力值，包括：

当总管压力偏差量的绝对值小于切换控制条件时，确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值。

具体地，根据开度设定值增量和气源总管压力优化设定值对应的智能调节阀开度值，通过公式(9)确定智能调节阀的开度调节值；

其中，公式(9)如下所示：

L_next＝L+ΔL (9)

其中，L_next为智能调节阀的开度调节值，ΔL为智能调节阀的开度设定值增量，a为控制死区，k₁为控制器增益系数，L为智能调节阀开度值。

进一步地，智能调节阀的开度调节范围符合：

在实际应用中，换控制模块301用于获取主管压力值和智能调节阀106的当前开度值，根据主管压力值，当前开度值和节能能优化初始参数之间的大小关系，与智能调节阀开度设定模块303连接，智能调节阀开度设定模块303用于调节智能调节阀106的开度值。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了还提供了控制气源总管压力优化确定方法和控制气源总管压力过程实时控制方法。

具体地，本发明实施例提供的控制气源总管压力优化确定方法包括以下步骤：

步骤1001：参数设置模块设置初始参数，所述的初始参数包括：气源总管压力下限值Pm_down、各个支管压力目标下限值P_down(l)(l＝1,2,…,N)其中N为支管个 数、智能调节阀开度最大值L_max、智能调节阀开度最小值L_min，空压机设定压力上限值Pset_max、空压机设定压力下限值Pset_min、切换控制条件值β。

步骤1002：过程数据采集模块连续M次采集主管压力计、各支管压力计以及各支管流量计采集到的主管压力值P₁、各支管压力值P_Z ^(l)(l＝1,2,…,N)以及各支管流量值Q_Z ^(l)(l＝1,2,…,N)，经滤波处理输出主管压力值Pm、各个支管压力值P_l(l＝1,2,…,N)以及各支管流量值Q_l(l＝1,2,…,N)，N为支管个数，滤波计算公式如公式(10)所示：

步骤1003：平稳性分析模块连续采集n次过程数据采集模块滤波输出的主管压力值Pm、各个支管压力值P_l(l＝1,2,…,N)以及各支管流量值Q_l(l＝1,2,…,N)，得到一组如公式(11)所示的序列：

Pm(i),(i＝1,2,…,n)

P_l(i),(l＝1,2,…N,i＝1,2,…,n)

Q_l(i),(l＝1,2,…N,i＝1,2,…,n) (11)

其中，n为数据序列长度；

步骤1004：将主管压力值Pm、各个支管压力值P_l(l＝1,2,…,N)，进行归一化处理进行归一化处理得到Pm^*、P_l ^*(l＝1,2,…,N)，公式(12)如下所示：

步骤1005：计算序列Pm^*、P_l ^*(l＝1,2,…,N)的前后半段平均值，计算公式如 公式(1)和公式(2)所示：

步骤1006：判断数据的稳定性，输出系统的稳定状态S，S＝1为稳定，S＝0为不稳定，计算方法如公式(3)：

其中，k为稳定阈值，一般可以取0.02～0.05之间的常数。

步骤1007：若S＝1执行步骤1008，否则执行步骤1014；

步骤1008：支路管道特性计算模块根据管道压力平衡状态时有如公式(13)所示的关系：

其中为第l支管道特性系数。依据此关系计算各个支管道的特性系数

若平稳性分析模块输出系统的稳定状态为稳定，即S＝1，即系统已经达到稳定工况状态，计算过程中间变量x_l(i)，如公式(5)所示：

步骤1009：利用最小二乘法求取各个支管道的特性系数公式(6)如下所示：

输出各个支管道的特性系数

步骤1010:优化设定模块计算N支管流量稳定值如下公式(7)所示：

步骤1011：计算当前稳定流量所需的最小总管压力值Ps(l),(l＝1,2,…,N)，该过程为求解下列公式(8)的约束优化问题：

步骤1012：通过公式(4)计算出气源总管压力优化设定值P_best，公式(4)如下：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n))， (4)

步骤1013：输出气源总管压力优化设定值P_best；

步骤1014：结束。

本发明实施例提供的控制气源总管压力过程实时控制方法包括以下步骤：

步骤1101：切换控制模块计算气源总管压力优化设定值P_best与实时主管压力值Pm的偏差量ΔP；

步骤1102：偏差量ΔP的绝对值与所设定的切换控制条件值β进行比较，若|ΔP|≥β或者L＝L_min或者L＝L_max，执行步骤1103，通过调节空压机压力设定值控制主管压力；若|ΔP|≤β，执行步骤1105，通过调节智能调节阀的开度设定值控制主管压力；

步骤1103：空压机压力调节模块判断偏差量ΔP是否大于零，若偏差量ΔP大于零，确立空压机压力值Pset_next为Pset+θ(θ＞0)；若偏差量ΔP小于零，空 压机压力值Pset_next为Pset-θ(θ＞0)，θ为每次压力调节的最小压力变化量，一般取0.01到0.1Mpa之间的固定值；

步骤1104：更新空压机的压力设定值为Pset_next'，Pset_next'为对Pset_next进行限幅输出，有以下关系：

步骤1105：智能调节阀开度设定模块确定智能调节阀的开度设定值增量ΔL，计算公式如下：

其中，a为控制死区，k₁为控制器增益系数，气开型智能调节阀为正值，气关型智能调节阀为负值；

步骤1106：读取控制器输出的开度设定值增量ΔL和当前智能调节阀开度值L，确定智能调节阀开度值设定值L_next，计算式如下：

L_next＝L+ΔL；

步骤1107：智能调节阀开度值设定值L_next进行限幅处理，得到经过限幅处理的智能调节阀开度值设定值L_next'，有以下关系：

输出智能调节阀开度值设定值L_next'到执行器智能调节阀中；

步骤1108：结束。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结 合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法，其特征在于，包括：

通过压力计获取主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值，对所述主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值分别进行滤波，确定主管滤波压力值，N条支管滤波压力值和N条支管滤波流量值；其中，每条支管上设置一个支管压力计和一个流量计；

对多组所述主管滤波压力值和多组所述N条支管滤波压力值进行归一化处理，确定主管归一化压力值和N条支管归一化压力值；

将所述主管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(1)确定第一时间段主管平均压力值和第二时间段主管平均压力值；将所述N条支管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(2)确定第一时间段N条支管平均压力值和第二时间段N条支管平均压力值；

根据所述第一时间段主管平均压力值，所述第二时间段主管平均压力值，所述第一时间段N条支管平均压力值，所述第二时间段N条支管平均压力值，通过公式(3)确定压缩空气系统的稳定性；

当所述压缩空气系统的稳定性为1时，根据第一类支管管道压力平衡状态关系式和最小二乘法确定N条支管的特性系数；

根据所述N条支管的特性系数和N条支管压力目标下限值，通过公式(4)确定气源总管压力优化设定值；

将所述气源总管压力优化设定值和主管压力值进行比较，确定总管压力偏差量，根据所述总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值；或者确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值；

公式(1)如下所示：

$E_{{\mathrm{Pm}}^{*}}\left(1\right)=\frac{2}{n}\underset{i=1}{\overset{n/2}{\Σ}}{\mathrm{Pm}}^{*}\left(i\right);E_{{\mathrm{Pm}}^{*}}\left(2\right)=\frac{2}{n}\underset{i=n/2}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{Pm}}^{*}\left(i\right)$

公式(2)如下所示：

$E_{P_l^{*}}\left(1\right)=\frac{2}{n}\underset{i=1}{\overset{n/2}{\Σ}}{P}_l^{*}\left(i\right);E_{P_l^{*}}\left(2\right)=\frac{2}{n}\underset{i=n/2}{\overset{n}{\Σ}}{P}_l^{*}\left(i\right),(l=1,2,...,N)$

公式(3)如下所示：

公式(4)如下所示：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n))

其中，为第一时间段主管平均压力值，为主管归一化压力值，为第二时间段主管平均压力值，为第一时间段N条支管平均压力值，为第二时间段N条支管平均压力值，Pl*(i)为支管归一化压力值，S为压缩空气系统的稳定性，k为稳定阈值，取值范围0.02～0.05，P_best为气源总管压力优化设定值；Ps(l)为系统稳定时对应的最小总管压力值，N为所述第一支管对应的数量值，n表示采集次数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述主管的稳定性为1时，根据管道压力平衡状态关系式和最小二乘法确定N条支管的特性系数，包括：

当所述压缩空气系统的稳定性为1时，所述第一类支管管道压力平衡状态关系式通过公式(5)确定为第二类支管管道压力平衡状态关系式，对所述第二类支管压力平衡状态关系式采用最小二乘法，通过公式(6)确定所述N条支管的特性系数；

所述第一管道压力平衡状态关系式为：

所述公式(5)为：

$x_l\left(i\right)=\sqrt{Pm\left(i\right)-P_l\left(i\right)},(l=1,2,...N,i=1,2,...,n)$

所述公式(6)为：

其中，Pm为主管滤波压力值，P_l为N条支管滤波压力值，Pm(i)为第i次采集到的主管压力值，P_l(i)为第i次采集到的N条支管压力值，Q_l为N条支管流量值，为N条支管的特性系数，x_l(i)为中间变量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述N条支管的特性系数和N条支管压力目标下限值，通过公式(4)确定气源总管压力优化设定值之前，还包括：

当所述压缩空气系统的稳定性为1时，根据所述N条支管滤波流量值，通过公式(7)确定N条支管流量稳定值；

根据所述N条支管流量稳定值，根据所述N条支管的特性系数，N条支管压力目标下限值，通过公式(8)确定所述N条支管流量稳定值时所需的最小总管压力值；

所述公式(7)如下所示：

$\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{Q_l}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_l\left(i\right),(l=1,2,...,N)$

所述公式(8)如下所示：

$min\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}Ps\left(l\right)$

其中，为N条支管流量稳定值，Q_l为第i次采集到的N条支管流量值，P_down(l)为支管压力目标下限值，Pm_down为气源总管压力下限值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值，包括：

当所述总管压力偏差量的绝对值大于所述切换控制条件时，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值；

所述根据所述总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值，包括：

当所述总管压力偏差量的绝对值小于所述切换控制条件时，确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值，包括：

当所述偏差量大于零时，确立将所述空压机压力值调整为Pset_next＝Pset+θ(θ＞0)；或者

当所述偏差量小于零时，确立将所述空压机压力值调整为Pset_next＝Pset-θ(θ＞0)；其中，θ为每次压力调节的最小压力变化量，取值范围介于0.01到0.1Mpa；且所述空压机压力值调整范围符合

其中，Pset_next为空压机压力值调节值，Pset为当前时刻空压机压力设定值，Pset_max为空压机设定压力上限值，Pset_min为空压机设定压力下限值。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值，包括：

根据开度设定值增量和所述气源总管压力优化设定值对应的所述智能调节阀开度值，通过公式(9)确定所述智能调节阀的开度调节值；

所述公式(9)如下所示：

L_next＝L+ΔL；

其中，L_next为所述智能调节阀的开度调节值，ΔL为所述智能调节阀的开度设定值增量，ΔP为总管压力偏差量，L为所述智能调节阀当前开度值，a为控制死区，k₁为控制器增益系数。

7.一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置，其特征在于，包括：空压机(101)，主管直通管道(103)，智能调节阀(106)，主管压力计(108)，和控制模块(113)；

所述空压机(101)和所述主管直通管道(103)连接，所述主管直通管道(103)上设置所述智能调节阀(106)，所述主管直通管道(103)与所述主管压力计(108)和至少一条支管连接；

第一支管(114)上依次设置第一支管流量计(115)和第一支管压力计(116)；

所述控制模块(113)包括压力优化给定单元和过程实时控制单元；

所述压力优化给定单元包括参数设置模块(201)，过程数据采集模块(202)，平稳性分析模块(203)，支路管道特性计算模块(204)和优化设定模块(205)；所述过程实时控制单元包括切换控制模块(301)，空压机压力调节模块(302)和智能调节阀开度设定模块(303)；

所述参数设置模块(201)用于设置节能优化初始参数；所述过程数据采集模块(202)与所述第一支管流量计(115)，所述第一支管压力计(116)和所述主管压力计(108)电联接，用于获取主管压力值，第一支管压力值和第一支管流量值；所述平稳性分析模块(203)和所述支路管道特性计算模块(204)分别用于根据所述主管压力值，所述第一支管压力值和所述第一支管流量值，在压缩空气系统稳定时，通过平稳性分析输出系统，确定所述第一支管的管道特性系数；所述优化设定模块(205)用于根据所述第一支管的管道特性系数和所述节能能优化初始参数，确定气源总管压力优化设定值；

所述切换控制模块(301)用于获取所述主管压力值和所述智能调节阀(106)的当前开度值，根据所述主管压力值，所述当前开度值和所述节能能优化初始参数之间的大小关系，确定与所述空压机压力调节模块(302)连接或者与所述智能调节阀开度设定模块(303)连接；所述空压机压力调节模块(302)用于调节所述空压机(101)的压力设定值；所述智能调节阀开度设定模块(303)用于调节所述智能调节阀(106)的开度值。

8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，还包括储气罐(102)，气体入口端(111)，气体出口端(112)，第一手动调节阀(105)，逆止阀(104)，第二手动调节阀(107)；

所述储气罐(102)设置在所述空压机(101)和所述主管直通管道(103)之间；

所述气体入口端(111)设置在所述储气罐(102)与所述主管直通管道(103)之间；

所述气体出口端(112)设置在所述主管直通管道(103)与所述主管压力计(108)之间；

所述第一手动调节阀(105)，所述逆止阀(104)和所述第二手动调节阀(107)依次设置在所述主管直通管道(103)上，且所述逆止阀(104)和所述第二手动调节阀(107)之间还包括所述智能调节阀(106)。

9.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，还包括旁通管道(109)和旁通阀(110)；

所述旁通管道(109)的一端与所述所述气体入口端(111)相连，所述旁通管道(109)的另一端与所述气体出口端(112)相连；所述旁通阀(110)设置在所述旁通管道(109)上。