CN107830407B - 一种稳定气动主管网压力的控制装置及控制方法 - Google Patents

一种稳定气动主管网压力的控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稳定气动主管网压力的控制装置及控制方法。所述的控制装置包括：空气压缩机、过滤器、分离器、储气罐Ⅰ、截止阀Ⅰ、截止阀Ⅱ、储气罐Ⅱ、截止阀Ⅲ、间歇性大流量用气设备、其他正常用气设备、可编程控制器、截止阀Ⅳ和压力传感器。可编程控制器统计各用气支路压力值和所有空气压缩机运行时间，并设定压力范围等级和开机关机队列。当有间歇性大流量用气设备开启时，一方面通过控制所有支路截止阀的启闭状态，使储气罐及时稳定一定范围的压力波动；另一方面，当储气罐不足以稳定较大的压力波动时，根据开机关机队列控制备用压缩机的启闭状态，进而稳定主管网的压力。最大限度地实现了整个气动系统主管网和各支路管网的压力稳定。

Description

一种稳定气动主管网压力的控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于气动节能领域，特别涉及一种稳定气动主管网压力的控制装置及控制方法。
背景技术
铝合金轮毂、电解铝、轮胎等企业的气动管网由于生产线维护或工艺性要求，间歇性大流量用气现象很普遍，经常导致气动管网压力的大范围波动，严重时会影响其他生产线的正常运行。
现有稳定气动主管网压力控制方法的压力控制点为主管网的储气罐压力，在间歇性大流量用气工况下，由于受气动管网传输距离和储气罐缓冲作用等因素的影响，储气罐压力变化明显滞后于各支路用气管网压力变化，导致不能及时稳定各支路气动管网的压力。
为了减小气动管网的压力波动范围，提高气动管网的供气质量，就要针对间歇性大流量用气工况来改进现有的控制方法。
发明内容
本发明的目的是：针对现有稳定气动主管网压力控制方法存在的问题，提出了一种稳定气动主管网压力的控制装置及控制方法。
本发明的技术方案是：
一种稳定气动主管网压力的控制装置，其包括空气压缩机（1）、过滤器（2）、分离器（3）、储气罐Ⅰ（4）、截止阀Ⅰ（5）、截止阀Ⅱ（6）、储气罐Ⅱ（7）、截止阀Ⅲ（8）、间歇性大流量用气设备（9）、其他正常用气设备（10）、可编程控制器（11）、截止阀Ⅳ（12）和压力传感器（13）；空气压缩机（1）包含正在工作的空气压缩机和备用空气压缩机，它们相互并联，组成气动管网装置的空气压缩机群；截止阀Ⅱ（6）、储气罐Ⅱ（7）、截止阀Ⅲ（8）安装于各间歇性大流量用气设备的旁路；压力传感器（13）安装于车间各支路管网中，用来测量各支路管网压力值；压力传感器（13）通过导线连接于可编程控制器（11）的输入端，空气压缩机（1）、截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）通过导线连接于可编程控制器（11）的输出端；当各支路管网压力正常时，正在工作的空气压缩机输出压缩空气，备用空气压缩机不工作，各支路的截止阀Ⅳ（12）是开启状态，截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）是关闭状态；当各支路管网压力不正常时，可编程控制器（11）通过控制截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）的启闭状态和所有空气压缩机的工作状态，实现主管网和各支路管网的压力稳定，空气压缩机的使用寿命也得到最大限度的延长。
所述控制装置，其中，压力传感器（13）实时测量各支路管网的压力值并传输至可编程控制器（11）；可编程控制器（11）处理各支路压力值，将处理结果输出至所有支路的截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12），控制其开启或关闭，通过储气罐Ⅱ（7）的充气或放气，及时稳定支路的压力；还将处理结果输出给空气压缩机（1）来控制备用空气压缩机开启或关闭以稳定主管网压力。
在有间歇性大流量用气设备的工况下，各管网压力会产生波动，频繁启停备用空气压缩机，会减少压缩机的寿命，而且备用空气压缩机从开始启动到完全正常工作有一定时间的滞后，会影响对各管网压力的稳定。所以，安装储气罐Ⅱ（7）于各间歇性大流量用气设备的旁路，当有较小的压力波动时，可编程控制器（11）控制所有支路截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）的开启或关闭，进而控制所有支路的储气罐Ⅱ（7）充气或放气，及时稳定各支路压力；当储气罐Ⅱ（7）的压缩空气不足以稳定各支路的压力波动时，依照压力等级范围和开机关机队列，可编程控制器（11）逐次开启或关闭备用空气压缩机，提高主管网供气量，稳定各主管网和各支路管网的压力。
在可编程控制器（11）中，设置压力低等级波动范围值为“Pa上和Pa下”；中等级波动范围值为“Pb上和“Pb下”；高等级波动范围值为“Pc上和Pc下”；危险波动范围值为“Pd上和Pd下”；其中，Pd上>Pc上>Pb上>Pa上>Pa下> Pb下>Pc下>Pd下；并将四个等级的压力范围值存储于可编程控制器（11）中。可编程控制器（11）实时接收各支路压力传感器（13）传输的压力值，并与设定的压力范围值进行比较；同时，可编程控制器（11）实时统计所有空气压缩机的运行时间，根据运行时间由短至长排出开机队列，由长至短排出关机队列，并实时更新开启队列和关闭队列；这样优先开启运行时间最短的空气压缩机（1），优先关闭运行时间最长的空气压缩机（1），保证各空气压缩机运行时间均衡，延长各空气压缩机使用寿命。
一种使用所述控制装置的控制方法，其包括以下步骤：
可编程控制器（11）实时处理各用气支路压力值和所有空气压缩机运行时间，依据运行时间由短至长排出开机队列，由长至短排出关机队列。
当各用气支路压力值低于“Pa下”时，可编程控制器（11）输出信号给各支路的截止阀，控制所有支路截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）开启，控制所有支路截止阀Ⅳ（12）关闭，保证所有支路储气罐Ⅱ（7）进行放气，及时稳定各支路的压力。当各用气支路压力值低于“Pb下”时，可编程控制器（11）输出信号给空气压缩机（1），按开机队列开启第一台备用空气压缩机。当各用气支路压力值低于“Pc下”时，可编程控制器（11）输出控制信号，按开机队列开启第二台备用空气压缩机。如果各用气支路压力值低于危险压力“Pd下”时，依照开机队列开启其他备用空气压缩机，直到支路管网压力稳定。当所有的备用空气压缩机都开启以后，各用气支路压力仍然低于危险压力“Pd下”时，根据各支路压力值的大小，选择最低压力值的支路，控制该支路截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）处于关闭状态，将该支路的间歇性大流量设备从管网中隔离出去，进一步保证主管网的压力稳定；当隔离一个支路间歇性大流量设备后，压力还是低于危险压力“Pd下”时，继续隔离其他支路的间歇性大流量设备；使主管网和各支路管网的压力值逐渐增大。
当各用气支路的压力值低于“Pa上”且高于“Pa下”的正常工作范围时，可编程控制器（11）输出信号给各支路的截止阀，控制所有支路截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）处于关闭状态，控制所有支路截止阀Ⅳ（12）处于开启状态，此时各支路的储气罐Ⅱ（7）即不充气，也不放气。
当各用气支路压力值高于“Pa上”时，可编程控制器（11）输出信号给各支路的截止阀，控制所有支路截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）开启，控制所有支路截止阀Ⅳ（12）关闭，使所有支路的储气罐Ⅱ（7）处于充气状态；当各用气支路压力值高于“Pb上”时，可编程控制器（11）输出信号给空气压缩机（1），按关机队列关闭第一台空气压缩机；当各用气支路压力值高于“Pc上”时，可编程控制器（11）输出控制信号，按关机队列关闭第二台空气压缩机；如果各用气支路压力值高于危险压力“Pd上”时，依照关机队列关闭其他空气压缩机；使主管网和各支路管网的压力值逐渐减小。
重复上述过程使主管网和各支路管网的压力值逐渐稳定，直到各支路压力处于低于“Pa上”且高于“Pa下”的正常工作范围。
本发明提供的一种稳定气动主管网压力的控制装置及控制方法，当有间歇性大流量用气设备开启时，一方面通过控制所有支路截止阀的启闭状态，使储气罐及时稳定一定范围的压力波动；另一方面，当储气罐不足以稳定较大的压力波动时，通过可编程控制器控制备用压缩机的启闭状态，进而稳定各主管网的压力。本发明提供的控制装置和控制方法改善了传统以主管网储气罐压力为控制点的弊端，延缓了备用空气压缩机的启动时间，又增加了空气压缩机开机队列和关机队列，延长了空气压缩机的使用寿命。该控制装置和控制方法最大限度地实现了气动系统主管网的压力稳定。
附图说明
图1是本发明所述一种稳定气动主管网压力的控制装置组成框图。
图2是本发明所述一种稳定气动主管网压力的控制方法的控制流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施实例对本发明作进一步详细描述。
以下结合图1、图2，描述本发明所述的控制装置和控制方法。其中，图1为本发明所述一种稳定气动主管网压力的控制装置组成框图；图2为本发明所述一种稳定气动主管网压力的控制方法的控制流程图。一种稳定气动主管网压力的控制装置，由空气压缩机（1）、过滤器（2）、分离器（3）、储气罐Ⅰ（4）、截止阀Ⅰ（5）、截止阀Ⅱ（6）、储气罐Ⅱ（7）、截止阀Ⅲ（8）、间歇性大流量用气设备（9）、其他正常用气设备（10）、可编程控制器（11）、截止阀Ⅳ（12）和压力传感器（13）组成。空气压缩机（1）包含备用空气压缩机，它们相互并联，组成气动管网装置的空气压缩机群；截止阀Ⅱ（6）、储气罐Ⅱ（7）、截止阀Ⅲ（8）安装于各间歇性大流量用气设备的旁路；压力传感器（13）安装于各支路管网中，用来测量各支路管网压力值；压力传感器（13）通过导线连接于可编程控制器（11）的输入端，空气压缩机（1）、截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）通过导线连接于可编程控制器（11）的输出端。当各管网压力正常时，备用空气压缩机不工作，各支路的截止阀Ⅳ（12）是开启状态，截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）是关闭状态。
其中，压力传感器（13）实时测量各支路压力值并传输至可编程控制器（11）；可编程控制器（11）处理各支路压力值，将处理结果传送至所有支路的截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12），控制其开启或关闭，通过储气罐Ⅱ（7）及时稳定支路的压力；还将处理结果传送给空气压缩机（1）来控制备用空气压缩机开启或关闭以稳定主管网压力。
按如图1所示，首先连接气动管网设备，然后将压力传感器（13）和可编程控制器（11）通过导线安装到气动管网系统上，开启气动系统和控制装置，在可编程控制器（11）中设置四个压力等级波动范围值：“Pa上和Pa下”、“Pb上和Pb下”、“Pc上和Pc下”以及“Pd上和Pd下”,并调试完毕。压力传感器（13）实时测量各支路的压力值，通过导线传输至可编程控制器（11）中，可编程控制器（11）实时统计所有空气压缩机运行时间，依据运行时间排列出空气压缩机开启队列和关闭队列，并实时更新开启队列和关闭队列。
当正常用气设备运行时各支路管网的压力值在允许范围内。间歇性大流量用气设备开启后，用气支路管网压力会立即减小，对应主管网压力也随之逐渐减小；间歇性大流量用气设备关闭后，用气支路管网压力会立即增大，对应主管网压力也逐渐增大。
如图2所示，可编程控制器（11）对各支路压力值和空气压缩机的运行时间进行实时数据处理，并按照如图2所示的控制方法实时输出控制命令给各支路截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）、截止阀Ⅳ（12）和所有的空气压缩机。当各用气支路压力值低于“Pa下”时，可编程控制器（11）输出信号给各支路的截止阀，控制所有支路截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）开启，控制所有支路截止阀Ⅳ（12）关闭，保证储气罐Ⅱ（7）及时稳定各支路下降的压力。当各用气支路压力值低于“Pb下”时，可编程控制器（11）输出信号给空气压缩机（1），按开机队列开启第一台备用空气压缩机。当各用气支路压力值低于“Pc下”时，可编程控制器（11）输出控制信号，按开机队列开启第二台备用空气压缩机。如果各用气支路压力值低于危险压力“Pd下”时，依照开机队列开启其他备用空气压缩机，直到支路管网压力稳定；当所有的备用空气压缩机都开启以后，各用气支路压力仍然低于危险压力“Pd下”时，根据各支路压力值的大小，选择最低压力值的支路，控制该支路截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）处于关闭状态，将该支路的间歇性大流量设备从管网中隔离出去，进一步保证主管网的压力稳定；当隔离一个支路间歇性大流量设备后，压力还是低于危险压力“Pd下”时，继续隔离其他支路的间歇性大流量设备；上述过程使主管网和各支路管网的压力值逐渐增大。
当各用气支路压力值高于“Pa上”时，可编程控制器（11）输出信号给各支路的截止阀，控制所有支路截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）关闭，控制所有支路截止阀Ⅳ（12）开启，取消储气罐Ⅱ（7）的压力补充。当各用气支路压力值高于“Pb上”时，可编程控制器（11）输出信号给空气压缩机（1），按关机队列关闭第一台空气压缩机。当各用气支路压力值高于“Pc上”时，可编程控制器（11）输出控制信号，按关机队列关闭第二台空气压缩机。如果各用气支路压力值高于危险压力“Pd上”时，依照关机队列关闭其他空气压缩机，直到支路管网压力稳定。上述过程使各管网的压力值逐渐减小。
由上述过程，一方面通过控制所有支路截止阀的启闭状态，使储气罐及时稳定一定范围的压力波动；另一方面，当储气罐不足以稳定较大的压力波动时，根据开机关机队列控制备用压缩机的启闭状态，进而稳定各管网的压力。该控制装置和控制方法最大限度地实现了气动系统主管网的压力稳定。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种稳定气动主管网压力的控制方法，其特征在于：实现所述控制方法的控制装置由空气压缩机（1）、过滤器（2）、分离器（3）、储气罐Ⅰ（4）、截止阀Ⅰ（5）、截止阀Ⅱ（6）、储气罐Ⅱ（7）、截止阀Ⅲ（8）、间歇性大流量用气设备（9）、其他正常用气设备（10）、可编程控制器（11）、截止阀Ⅳ（12）和压力传感器（13）组成；空气压缩机（1）包含正在工作的空气压缩机和备用空气压缩机，它们相互并联，组成气动管网装置的空气压缩机群；截止阀Ⅱ（6）、储气罐Ⅱ（7）、截止阀Ⅲ（8）安装于各间歇性大流量用气设备的旁路；压力传感器（13）安装于车间各支路管网中，用来测量各支路管网压力值；压力传感器（13）通过导线连接于可编程控制器（11）的输入端，空气压缩机（1）、截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）通过导线连接于可编程控制器（11）的输出端；当各支路管网压力正常时，正在工作的空气压缩机输出压缩空气，备用空气压缩机不工作，各支路的截止阀Ⅳ（12）是开启状态，截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）是关闭状态；当各支路管网压力不正常时，可编程控制器（11）通过控制截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）的启闭状态和所有空气压缩机的工作状态；
压力传感器（13）实时测量各支路管网的压力值并传输至可编程控制器（11）；可编程控制器（11）处理各支路压力值，将处理结果输出至所有支路的截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12），控制其开启或关闭，通过储气罐Ⅱ（7）的充气或放气，及时稳定支路的压力；还将处理结果输出给空气压缩机（1）来控制备用空气压缩机开启或关闭以稳定主管网压力；
在有间歇性大流量用气设备的工况下，各管网压力会产生波动；当有较小的压力波动时，可编程控制器（11）控制所有支路截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）的开启或关闭，进而控制所有支路的储气罐Ⅱ（7）充气或放气，及时稳定各支路压力；当储气罐Ⅱ（7）的压缩空气不足以稳定各支路的压力波动时，依照压力等级范围和开机关机队列，可编程控制器（11）逐次开启或关闭备用空气压缩机，提高主管网供气量，稳定各主管网和各支路管网的压力；
在可编程控制器（11）中，设置压力低等级波动范围值为“Pa上和Pa下”；中等级波动范围值为“Pb上和“Pb下”；高等级波动范围值为“Pc上和Pc下”；危险波动范围值为“Pd上和Pd下”；其中，Pd上>Pc上>Pb上>Pa上>Pa下> Pb下>Pc下>Pd下；将四个等级的压力范围值存储于可编程控制器（11）中；可编程控制器（11）实时接收各支路压力传感器（13）传输的压力值，并与设定的压力范围值进行比较；
同时，可编程控制器（11）实时统计所有空气压缩机的运行时间，根据运行时间由短至长排出开机队列，由长至短排出关机队列；这样优先开启运行时间最短的空气压缩机（1），优先关闭运行时间最长的空气压缩机（1）；
可编程控制器（11）实时处理各用气支路压力值和所有空气压缩机运行时间，依据运行时间由短至长排出开机队列，由长至短排出关机队列；
当各用气支路压力值低于“Pa下”时，可编程控制器（11）输出信号给各支路的截止阀，控制所有支路截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）开启，控制所有支路截止阀Ⅳ（12）关闭，保证所有支路储气罐Ⅱ（7）进行放气，及时稳定各支路的压力；当各用气支路压力值低于“Pb下”时，可编程控制器（11）输出信号给空气压缩机（1），按开机队列开启第一台备用空气压缩机；当各用气支路压力值低于“Pc下”时，可编程控制器（11）输出控制信号，按开机队列开启第二台备用空气压缩机；如果各用气支路压力值低于危险压力“Pd下”时，依照开机队列开启其他备用空气压缩机，直到支路管网压力稳定；当所有的备用空气压缩机都开启以后，各用气支路压力仍然低于危险压力“Pd下”时，根据各支路压力值的大小，选择最低压力值的支路，控制该支路截止阀Ⅱ（6）、截止阀Ⅲ（8）和截止阀Ⅳ（12）处于关闭状态，将该支路的间歇性大流量设备从管网中隔离出去，进一步保证主管网的压力稳定；当隔离一个支路间歇性大流量设备后，压力还是低于危险压力“Pd下”时，继续隔离其他支路的间歇性大流量设备；使主管网和各支路管网的压力值逐渐增大；
当各用气支路的压力值低于“Pa上”且高于“Pa下”的正常工作范围时，可编程控制器（11）输出信号给各支路的截止阀，控制所有支路截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）处于关闭状态，控制所有支路截止阀Ⅳ（12）处于开启状态，此时各支路的储气罐Ⅱ（7）即不充气，也不放气；
当各用气支路压力值高于“Pa上”时，可编程控制器（11）输出信号给各支路的截止阀，控制所有支路截止阀Ⅱ（6）和截止阀Ⅲ（8）开启，控制所有支路截止阀Ⅳ（12）关闭，使所有支路的储气罐Ⅱ（7）处于充气状态；当各用气支路压力值高于“Pb上”时，可编程控制器（11）输出信号给空气压缩机（1），按关机队列关闭第一台空气压缩机；当各用气支路压力值高于“Pc上”时，可编程控制器（11）输出控制信号，按关机队列关闭第二台空气压缩机；如果各用气支路压力值高于危险压力“Pd上”时，依照关机队列关闭其他空气压缩机；使主管网和各支路管网的压力值逐渐减小；
重复上述过程使主管网和各支路管网的压力值逐渐稳定，直到各支路压力处于低于“Pa上”且高于“Pa下”的正常工作范围；
当有间歇性大流量用气设备开启时，一方面通过控制所有支路截止阀的启闭状态，使储气罐及时稳定一定范围的压力波动；另一方面，当储气罐不足以稳定较大的压力波动时，根据开机关机队列控制备用压缩机的启闭状态，进而稳定各主管网的压力。
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