CN110701029B - 基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配系统及方法，该系统包括数据追踪采集单元，用于对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集；数据库建立单元，用于根据采集到的数据建立每台机组压力启动的斜率库，以及压损库，并做记忆存储；趋势仿真单元，用于记录每次压力波动的启动时间，通过卡尔曼滤波预测模型进行趋势仿真；预判单元，用于根据趋势仿真结果预判压力下降变化的时间，以及预计压损值；执行单元，用于根据预判出的压力下降变化的时间以及预计压损值对空压机进行精确控制。本发明提高了系统智能化程度，提供动态的需求控制，解决因压损波动产生的浪费问题，以及因生产端的压力波动幅度过大对设备的冲击问题。

Description

基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配系统及方法
技术领域
本发明涉及空压机组调配技术领域，特别涉及一种基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配系统及方法。
背景技术
现今工业企业压缩空气的使用大部分处于多元应用状态，需求极其不稳定，而流体的特性导致管道压损是随流量变化产生跃迁式变化的，而现有的所有空压机组的自动化控制仍采取定点追踪式控制，虽然实现了空压机组远程控制和自动启停等基本功能，在一定基础上平抑了站房的输出压力波动，但无法解决80％的由于流量波动产生的压损性能耗损耗、无法解决由于大流量波动产生的空压站输出端压力骤降问题、无法解决用气端的压力波动幅度过大对设备造成的冲击。
现有技术通过局部的稳压设备解决末端压力波动幅度过大的问题，原理是通过PID控制调节阀做压力平衡控制，由于总管网输出仍然不变，因此末端的压力波动幅度很小，但是该方法不能解决由于流量的变化造成的站房压力骤降的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配系统及方法，满足工业企业生产连续性、动力供给侧的压力稳定供给要求，解决传统自控系统因滞后性控制导致的站房输出压力骤降、末端压力波动幅度过大对生产设备的冲击。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配系统，包括：
数据追踪采集单元，用于对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集；
数据库建立单元，用于根据采集到的数据计算压力启动斜率，建立每台机组的斜率库，然后将同时开始波动的压力采集点的压力同站房输出压力进行分组对比，计算相应的压损数据，建立压损库，并做记忆存储；
趋势仿真单元，用于记录每次压力波动的启动时间，通过卡尔曼滤波预测模型进行趋势仿真；
预判单元，用于根据趋势仿真结果预判压力下降变化的时间，以及将各压力采集点的运行斜率同记忆存储中的数据进行对比筛选，得出预计压损值；
执行单元，用于根据预判出的压力下降变化的时间提前发送控制指令给空压机进行压力提升，并根据预判出的预计压损值控制空压机压力提升的数值。
优选地，所述数据追踪采集单元包括压力变送器，所述压力变送器用于对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集。
优选地，所述数据库建立单元、所述趋势仿真单元和所述预判单元通过工控机、PLC控制器和组态软件实现各自功能，其中，所述工控机用于数据处理及存储，所述PLC控制器用于系统的整体控制，所述组态软件用于人机交互显示、报警显示、报表生成、历史数据查询。
优选地，所述执行单元包括空压机专控模块，所述空压机专控模块用于搭载与空压机进行通信交互的程序代码，并发送控制指令给空压机进行控制。
优选地，所述空压机组调配系统还包括隔离单元，所述隔离单元包括485隔离器，用于保护所述空压机专控模块与所述空压机之间的通讯正常运行。
优选地，所述空压机组调配系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元包括触摸屏。
本发明的实施例还提供一种基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配方法，包括以下步骤：
对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集；
根据采集到的数据计算压力启动斜率，建立每台机组的斜率库，然后将同时开始波动的压力采集点的压力同站房输出压力进行分组对比，计算相应的压损数据，建立压损库，并做记忆存储；
记录每次压力波动的启动时间，通过卡尔曼滤波预测模型进行趋势仿真；
根据趋势仿真结果预判压力下降变化的时间，以及将各压力采集点的运行斜率同记忆存储中的数据进行对比筛选，得出预计压损值；
根据预判出的压力下降变化的时间提前发送控制指令给空压机进行压力提升，并根据预判出的预计压损值控制空压机压力提升的数值。
优选地，所述对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集的时间为至少一个月。
优选地，所述对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集的内容包括：采集空压机排气压力及运行功率、主管压力、末端生产车间压力及流量。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明与传统空压机群控系统相比，提高了系统智能化程度，首次植入了预测功能，提供动态的需求控制，随时根据压损的变化及时调整生产端的真实需求，通过每时刻不同的需求进行匹配性供给，解决了因压损波动产生的浪费问题，解决了生产端的压力波动幅度过大对设备的冲击问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的空压机组调配系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的空压机组调配系统的工作流程示意图；
图3是本发明实施例提供的空压机组调配方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的实施例首先提供了一种基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配系统，如图1所示，所述空压机组调配系统包括：
数据追踪采集单元101，用于对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集；
数据库建立单元102，用于根据采集到的数据计算压力启动斜率，建立每台机组的斜率库，然后将同时开始波动的压力采集点的压力同站房输出压力进行分组对比，计算相应的压损数据，建立压损库，并做记忆存储；
趋势仿真单元103，用于记录每次压力波动的启动时间，通过卡尔曼滤波预测模型进行趋势仿真；
预判单元104，用于根据趋势仿真结果预判压力下降变化的时间，以及将各压力采集点的运行斜率同记忆存储中的数据进行对比筛选，得出预计压损值；
执行单元105，用于根据预判出的压力下降变化的时间提前发送控制指令给空压机进行压力提升，并根据预判出的预计压损值控制空压机压力提升的数值。
图2为本发明实施例提供的空压机组调配系统的工作流程示意图，详细说明如下：“末端”代表生产车间；“P”代表生产车间对应的压力；“同时启动分组”代表同一时间有压力波动并符合机组斜率库对应的机组斜率的空压机。
工作流程如下：对工厂多个生产末端的压力数据P进行追踪采集；通过相关变化率模型来计算压力启动斜率，建立斜率库，然后将同时开始波动的几个压力采集点的压力同站房输出压力进行分组对比，计算相应的压损数据，建立压损库，并做记忆存储，一定数据量后进行对比筛选；记录每次压力波动的启动时间，通过卡尔曼滤波预测模型进行趋势仿真；根据仿真趋势预判压力下降变化的时间，提前发指令给空压机进行压力提升；将各压力采集点的运行斜率同记忆存储数据进行对比筛选，得出预计压损值，并传输给空压机进行精准控制。
本发明与传统空压机群控系统相比，提高了系统智能化程度，首次植入了预测功能，提供动态的需求控制，随时根据压损的变化及时调整生产端的真实需求，通过每时刻不同的需求进行匹配性供给，解决了因压损波动产生的浪费问题，解决了生产端的压力波动幅度过大对设备的冲击问题。
优选地，数据追踪采集单元101包括压力变送器，压力变送器用于对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集。
优选地，数据库建立单元102、趋势仿真单元103和预判单元104通过工控机、PLC控制器和组态软件实现各自功能，其中，工控机用于数据处理及存储，PLC控制器用于系统的整体控制，组态软件用于人机交互显示、报警显示、报表生成、历史数据查询等。
优选地，执行单元105包括空压机专控模块，空压机专控模块用于搭载与空压机进行通信交互的程序代码，并发送控制指令给空压机进行控制。
优选地，空压机组调配系统还包括隔离单元，隔离单元包括485隔离器，用于保护空压机专控模块与空压机之间的通讯正常运行。
优选地，空压机组调配系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元包括触摸屏。触摸屏能够实现数据显示、报警显示、指令输入等功能。
相应地，本发明的实施例还提供了一种基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：
对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集；
根据采集到的数据计算压力启动斜率，建立每台机组的斜率库，然后将同时开始波动的压力采集点的压力同站房输出压力进行分组对比，计算相应的压损数据，建立压损库，并做记忆存储；
记录每次压力波动的启动时间，通过卡尔曼滤波预测模型进行趋势仿真；
根据趋势仿真结果预判压力下降变化的时间，以及将各压力采集点的运行斜率同记忆存储中的数据进行对比筛选，得出预计压损值；
根据预判出的压力下降变化的时间提前发送控制指令给空压机进行压力提升，并根据预判出的预计压损值控制空压机压力提升的数值。
为满足预测功能的准确性和稳定性，对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集的时间为至少一个月。
优选地，对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集的内容包括：采集空压机排气压力及运行功率、主管压力、末端生产车间压力及流量。通过采集以上数据进行大数据分析，形成基础斜率库、压损库等，以及相应的数学模型，为后续预测提供充分的数据支持。
本发明应用的具体实例如下：空压站房的机组数量大于等于2台，空压机具备基本的RS485/RS232/PROFIBUS-DP通讯方式，主要面向离心机的群组控制；采集某工厂生产车间入口波动幅度较大的几个压力点，排序并确定每个车间流量波动时的压力下降斜率和由此造成的末端压力下降值，通过压力波动规律做趋势预测，借助数据库的原始斜率数据对比进行补充判断，提前调整空压机的设定压力参数，从而保证各个车间生产压力的稳定。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配系统，其特征在于，包括：
数据追踪采集单元，用于对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集；
数据库建立单元，用于根据采集到的数据计算压力启动斜率，建立每台机组的斜率库，然后将同时开始波动的压力采集点的压力同站房输出压力进行分组对比，计算相应的压损数据，建立压损库，并做记忆存储；
趋势仿真单元，用于记录每次压力波动的启动时间，通过卡尔曼滤波预测模型进行趋势仿真；
预判单元，用于根据趋势仿真结果预判压力下降变化的时间，以及将各压力采集点的运行斜率同记忆存储中的数据进行对比筛选，得出预计压损值；
执行单元，用于根据预判出的压力下降变化的时间提前发送控制指令给空压机进行压力提升，并根据预判出的预计压损值控制空压机压力提升的数值。
2.根据权利要求1所述的空压机组调配系统，其特征在于，所述数据追踪采集单元包括压力变送器，所述压力变送器用于对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集。
3.根据权利要求1所述的空压机组调配系统，其特征在于，所述数据库建立单元、所述趋势仿真单元和所述预判单元通过工控机、PLC控制器和组态软件实现各自功能，其中，所述工控机用于数据处理及存储，所述PLC控制器用于系统的整体控制，所述组态软件用于人机交互显示、报警显示、报表生成、历史数据查询。
4.根据权利要求1所述的空压机组调配系统，其特征在于，所述执行单元包括空压机专控模块，所述空压机专控模块用于搭载与空压机进行通信交互的程序代码，并发送控制指令给空压机进行控制。
5.根据权利要求4所述的空压机组调配系统，其特征在于，所述空压机组调配系统还包括隔离单元，所述隔离单元包括485隔离器，用于保护所述空压机专控模块与所述空压机之间的通讯正常运行。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的空压机组调配系统，其特征在于，所述空压机组调配系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元包括触摸屏。
7.一种基于压力轨迹预测和管网压损的空压机组调配方法，其特征在于，包括以下步骤：
对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集；
根据采集到的数据计算压力启动斜率，建立每台机组的斜率库，然后将同时开始波动的压力采集点的压力同站房输出压力进行分组对比，计算相应的压损数据，建立压损库，并做记忆存储；
记录每次压力波动的启动时间，通过卡尔曼滤波预测模型进行趋势仿真；
根据趋势仿真结果预判压力下降变化的时间，以及将各压力采集点的运行斜率同记忆存储中的数据进行对比筛选，得出预计压损值；
根据预判出的压力下降变化的时间提前发送控制指令给空压机进行压力提升，并根据预判出的预计压损值控制空压机压力提升的数值。
8.根据权利要求7所述的空压机组调配方法，其特征在于，所述对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集的时间为至少一个月。
9.根据权利要求7所述的空压机组调配方法，其特征在于，所述对工厂多个生产末端的压力数据进行追踪采集的内容包括：采集空压机排气压力及运行功率、主管压力、末端生产车间压力及流量。
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基于PLC技术在空压机排气压力性能试验自动检测与控制系统的研究;李娟娟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20140115;C029-95 *

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