CN111502969A - 一种空压站恒压控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种空压站恒压控制系统及方法，该系统包括：压力输入单元、若干个空压机和控制器；压力输入单元，用于采集空压站的母管的当前压力值；控制器，用于根据母管的当前压力值确定各个空压机的实际输出频率，并控制空压站中各个空压机的输出频率为实际输出频率。本申请提供的技术方案，不仅避免了空压机各自运行造成的能源浪费，还平均了空压机的疲劳程度，延长了空压机的使用寿命。

Description

一种空压站恒压控制系统及方法

技术领域

本申请属于空压站技术领域，具体涉及一种空压站恒压控制系统及方法。

背景技术

相关技术中，大多空压站都只是把空压机整齐摆放，工频机根据压力进 行自动加卸载，变频机各自调节压力。在没有良好的管理面前，各自加卸载 过程中，所有的卸载状态都是在浪费能源。变频机的各自运行也没有达到一 个最佳运行点，有可能几台变频机由于压力传感器的差异造成有个别机器响 应速度快达提前到了高频率，有个别机器响应慢仍在低频运行。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的空压站资源浪费的问题，本 申请提供一种空压站恒压控制系统及方法。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种空压站恒压控制系统，该系统 包括：压力输入单元、若干个空压机和控制器；

所述压力输入单元，用于采集空压站的母管的当前压力值；

所述控制器，用于根据所述母管的当前压力值确定空压机的实际输出频 率，并控制所述空压站中各个空压机的输出频率为所述实际输出频率。

优选的，所述控制器，包括：

第一计算模块，用于根据所述空压站的母管的当前压力值获取压力偏差；

第二计算模块，用于利用PID算法，根据所述压力偏差确定各个空压机 的实际输出频率。

进一步的，所述第一计算模块，具体用于：

将空压站的母管的目标压力值减去所述空压站的母管的当前压力值，获 取所述压力偏差。

优选的，所述系统，还包括：电源输入单元，用于为所述空压站恒压控 制系统供电。

进一步的，所述电源输入单元，包括：第一电源模块、第二电源模块、 隔离控制变压器和双电源自动切换开关；

所述第一电源模块通过双电源自动切换开关与控制器连接；

所述第二电源模块、隔离控制变压器、双电源自动切换开关和控制器依 次连接。

进一步的，所述第一电源模块，用于为所述控制器供电；

所述第二电源模块，用于为所述控制器供电；

所述隔离控制变压器，用于将所述第二电源模块提供的电压转换成控制 器的额定电压；

所述双电源自动切换开关，用于若所述第一电源模块发生断电，则控制 所述第二电源模块为所述控制器供电；若所述第一电源模块正常供电，则控 制所述第一电源模块为所述控制器供电，控制所述第二电源模块不为控制器 供电。

优选的，还包括：显示单元，用于显示空压站的母管的当前压力值和空 压站中各个空压机的当前输出频率。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种空压站恒压控制方法，其特征 在于，所述方法包括：

采集空压站的母管的压力值；

根据所述母管的压力值确定空压机的实际输出频率，并控制所述空压站 中各个空压机的输出频率为所述实际输出频率。

优选的，所述根据所述母管的压力值确定空压机的实际输出频率，包括：

根据所述空压站的母管的当前压力值获取压力偏差；

利用PID算法，根据所述压力偏差确定空压机的实际输出频率。

进一步的，所述根据所述空压站的母管的当前压力值获取压力偏差，包 括：

将空压站的母管的目标压力值减去所述空压站的母管的当前压力值，获 取所述压力偏差。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过压力输入单元采集空压站的母管的当前压力值，控制器根据母管的 当前压力值确定各个空压机的实际输出频率，并控制空压站中各个空压机的 输出频率为实际输出频率，使空压站中各个空压机在同一输出频率运行，一 方面避免了空压机各自运行造成的能源浪费，另一方面在满足客户需求量的 前提下，平均了空压机的疲劳程度，延长了空压机的使用寿命。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性 的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申 请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种空压站恒压控制系统的结构示意 图；

图2是根据一示例性实施例示出的另一种空压站恒压控制系统的结构示 意图；

图3是根据一示例性实施例示出的另一种空压站恒压控制系统中电源输 入单元的结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的另一种空压站恒压控制系统的电器原 理图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种空压站恒压控制方法的流程图；

图4中，1-电源输入单元，2-显示单元，3-压力传感器。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的 描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的 要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所 有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一 些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种空压站恒压控制系统的结构示意 图，如图1所示，该系统包括：压力输入单元、若干个空压机和控制器；

压力输入单元，用于采集空压站的母管的当前压力值；

控制器，用于根据母管的当前压力值确定空压机的实际输出频率，并控 制空压站中各个空压机的输出频率为实际输出频率。

容易理解的是，控制器分别与压力输入单元和若干个空压机连接。

一些实施例中，压力输入单元可以但不限于通过压力传感器实现。

本实施例提供的一种空压站恒压控制系统，通过压力输入单元采集空压 站的母管的当前压力值，控制器根据母管的当前压力值确定各个空压机的实 际输出频率，并控制空压站中各个空压机的输出频率为实际输出频率，使空 压站中各个空压机在同一输出频率运行，一方面避免了空压机各自运行造成 的能源浪费，另一方面在满足客户需求量的前提下，平均了空压机的疲劳程 度，延长了空压机的使用寿命。

作为上述实施例的一种改进，本发明实施例提供另一种空压站恒压控制 系统的结构示意图，如图2所示，包括：压力输入单元、若干个空压机和控 制器；

压力输入单元，用于采集空压站的母管的当前压力值；

控制器，用于根据母管的当前压力值确定空压机的实际输出频率，并控 制空压站中各个空压机的输出频率为实际输出频率。

容易理解的是，控制器分别与压力输入单元和若干个空压机连接。

一些实施例中，压力输入单元可以但不限于通过压力传感器实现。

进一步可选的，控制器，包括：

第一计算模块，用于根据空压站的母管的当前压力值获取压力偏差；

第二计算模块，用于利用PID算法，根据压力偏差确定空压机的实际输 出频率。

具体可选的，第一计算模块，具体用于：

将空压站的母管的目标压力值减去空压站的母管的当前压力值，获取压 力偏差。

一些实施例中，第二计算模块，具体用于按下式确定空压机第i时刻的 实际输出频率f(i)：

上式中，P_i为第i时刻的压力偏差，k为比例系数，T_i为积分时间，T_D为微分时间；

需要说明的是，本发明实施例对“比例系数、微分时间和积分时间”不 做限定，一些实施例中，可以由本领域技术人员根据工程需要或实验数据进 行设定；

容易理解的是，上述公式中的“dt”和“dP_i”是数学中常见的微积分 中公式中的形式。

进一步可选的，该系统，还包括：电源输入单元，用于为空压站恒压控 制系统供电。

进一步可选的，如图3所示，电源输入单元，包括：第一电源模块、第 二电源模块、隔离控制变压器和双电源自动切换开关；

第一电源模块通过双电源自动切换开关与控制器连接；

第二电源模块、隔离控制变压器、双电源自动切换开关和控制器依次连 接。

具体可选的，第一电源模块，用于为控制器供电；

第二电源模块，用于为控制器供电；

隔离控制变压器，用于将第二电源模块提供的电压转换成控制器的额定 电压；

双电源自动切换开关，用于若第一电源模块发生断电，则控制第二电源 模块为控制器供电；若第一电源模块正常供电，则控制第一电源模块为控制 器供电，控制第二电源模块不为控制器供电。

例如，假设第一电源模块为市电220V/50Hz，第二电源模块为380V/50Hz 单相输入，通过一个隔离控制变压器变出一个220V/50Hz的电源。两路电源 通过一个双电源自动切换开关进行自动转换，其中市电作为常用电源，通过 变压器转换的电源作为备用电源。在常用电源意外有问题时，双电源切换开 关会自动切换到备用电源，从而保证系统的可靠性。

进一步可选的，一些实施例中，所述系统，还包括：显示单元，用于显 示空压站的母管的当前压力值和空压站中各个空压机的当前输出频率；

控制器，还用于将空压站的母管的当前压力值传送至显示单元；

控制器，还用于获取空压站中各个空压机的当前输出频率，并将空压站 中各个空压机的当前输出频率传送至显示单元。

一些实施例中，也可以通过显示单元设置各个空压机的相关参数；

需要说明的是，本发明实施例中涉及的“也可以通过显示单元设置各个 空压机的相关参数”方式，是本领域技术人员所熟知的，因此，其具体实现 方式不做过多描述。

容易理解的是，显示单元还用于显示当前时间，例如，某年某月某日某 时某分的空压站的母管的当前压力值和某年某月某日某时某分的各个空压机 的当前输出频率。

一些实施例中，显示单元可以但不限于通过可触摸或者不可触摸的显示 器实现。

为了进一步说明上述空压站恒压控制系统，本发明实施例提供一电气原 理图，如图4所示，包括：

PLC控制器、电源输入单元、压力传感器和显示单元。

进一步的，电源输入单元包括两路电源输入、一个双电源自动切换开关 和隔离控制变压器；其中，两路电源输入包含一路常用电源和一路备用电源， 常用电源线号为L1和N1，常用电源为一组市电220V/50Hz，并接到双电源自 动切换开关的常用电源口；备用电源线号为L2和N3，备用电源为一路 380V/50Hz，备用电源经过一个隔离控制变压器变成220V/50Hz，然后接至双 电源自动切换开关的备用电源口；如果常用电源异常，开关会自动切换到备 用电源；双电源自动切换开关将两路电源进行选择后，最终输出一路 220V/50Hz的电源给PLC控制器供电，接到PLC控制器的电源端口L5和N5；

进一步的，显示单元(即触摸屏HMI)的24V和0V端口分别连接PLC控 制器的线号203和204，从而形成24V的直流电源，给显示单元(即触摸屏 HMI)供电；PLC控制器和显示单元(即触摸屏HMI)之间通过一根485通讯 线连接，PLC控制器的接口COM0与显示单元(即触摸屏HMI)COM端口连接。

进一步的，图4中，线号217和218为母管的压力传感器BP1的引出线。 压力传感器的引出线217和218接至PLC控制器的PI+和PI-；PLC控制器的 内部含有转换电路，可以将压力传感器的压力信号转化为4-20mA电流信号； PLC控制器将4-20mA模拟量信号，转化为0-10000的数值，经过编程，内部 计算，最终转化为实际压力值。

进一步的，图4中，线号为A1+、B1-、A2+、B2-、A3+和B3-，可以分别 和最多三台空压机进行通讯；默认的通讯协议为Modbus-RTU，RS-485接口； PLC控制器将运算的频率结果，通过这几个通讯接口传输给空压机，最终实现 几台空压机都以相同的频率去运行。

本实施例提供的另一种空压站恒压控制系统，通过压力输入单元采集空 压站的母管的当前压力值，控制器根据母管的当前压力值确定各个空压机的 实际输出频率，并控制空压站中各个空压机的输出频率为实际输出频率，使 空压站中各个空压机在同一输出频率运行，一方面可以稳定用气量，稳定出 口压力，避免了空压机各自运行造成的能源浪费，另一方面在满足客户需求 量的前提下，保证所有空压机输出同样的频率，平均了空压机的疲劳程度， 延长了空压机的使用寿命；进一步的，使得母管压力和客户实际用气点更接 近，因此可以更加准确的反应用气需求；从实际应用及实验数据上来看，所 有空压机在同一输出频率运行比不是同一输出频率运行，所耗的电量以及能 源浪费减少了许多，从而实现了节能的预期目的，响应了国家节能减排的号 召。

本实施例还提供一种空压站恒压控制方法，如图5所示，该方法可以但 不限于用于终端中，包括以下步骤：

步骤101：采集空压站的母管的压力值；

步骤102：根据母管的压力值确定空压机的实际输出频率，并控制空压站 中各个空压机的输出频率为该实际输出频率。

需要说明的是，“采集空压站的母管的压力值”可以但不限于通过压力 传感器实现，即在空压站母管上安装压力传感器。

本实施例提供的一种空压站恒压控制方法，通过采集空压站的母管的压 力值，根据母管的当前压力值确定各个空压机的实际输出频率，并控制空压 站中各个空压机的输出频率为实际输出频率，使空压站中各个空压机在同一 输出频率运行，一方面避免了空压机各自运行造成的能源浪费，另一方面在 满足客户需求量的前提下，平均了空压机的疲劳程度，延长了空压机的使用 寿命。

进一步可选的，步骤102可以通过但不限于以下过程实现：

1021：根据空压站的母管的当前压力值获取压力偏差；

具体可选的，步骤1021，包括：

将空压站的母管的目标压力值减去空压站的母管的当前压力值，获取压 力偏差。

1022：利用PID算法，根据压力偏差确定空压机的实际输出频率；

一些实施例中，步骤1022，可以但不限于按下式确定空压机第i时刻的 实际输出频率f(i)：

上式中，P_i为第i时刻的压力偏差，k为比例系数，T_i为积分时间，T_D为微分时间；

需要说明的是，本发明实施例对“比例系数、微分时间和积分时间”不 做限定，一些实施例中，可以由本领域技术人员根据工程需要或实验数据进 行设定；

容易理解的是，上述公式中的“dt”和“dP_i”是数学中常见的微积分 中公式中的形式。

1023：控制空压站中各个空压机的输出频率为该实际输出频率。

本实施例提供的另一种空压站恒压控制方法，通过采集空压站的母管的 当前压力值，根据母管的当前压力值确定各个空压机的实际输出频率，并控 制空压站中各个空压机的输出频率为实际输出频率，使空压站中各个空压机 在同一输出频率运行，一方面可以稳定用气量，稳定出口压力，避免了空压 机各自运行造成的能源浪费，另一方面在满足客户需求量的前提下，保证所 有空压机输出同样的频率，平均了空压机的疲劳程度，延长了空压机的使用 寿命；进一步的，使得母管压力和客户实际用气点更接近，因此可以更加准确的反应用气需求；从实际应用及实验数据上来看，所有空压机在同一输出 频率运行比不是同一输出频率运行，所耗的电量以及能源浪费减少了许多， 从而实现了节能的预期目的，响应了国家节能减排的号召。

本实施例还提供一种可读存储介质，其上存储有可执行程序，可执行程 序被处理器执行时实现上述空压站恒压控制方法中的步骤。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些 实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于 描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中， 除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为， 表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的 代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实 现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时 的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域 的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实 现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的 指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另 一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来 实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具 有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编 程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或 部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一 种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或 其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模 块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模 块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立 的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描 述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例 中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或 示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多 个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施 例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申 请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种空压站恒压控制系统，其特征在于，所述系统包括：压力输入单元、若干个空压机和控制器；

所述压力输入单元，用于采集空压站的母管的当前压力值；

所述控制器，用于根据所述母管的当前压力值确定空压机的实际输出频率，并控制所述空压站中各个空压机的输出频率为所述实际输出频率。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器，包括：

第一计算模块，用于根据所述空压站的母管的当前压力值获取压力偏差；

第二计算模块，用于利用PID算法，根据所述压力偏差确定空压机的实际输出频率。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一计算模块，具体用于：

将空压站的母管的目标压力值减去所述空压站的母管的当前压力值，获取所述压力偏差。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统，还包括：电源输入单元，用于为所述空压站恒压控制系统供电。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电源输入单元，包括：第一电源模块、第二电源模块、隔离控制变压器和双电源自动切换开关；

所述第一电源模块通过双电源自动切换开关与控制器连接；

所述第二电源模块、隔离控制变压器、双电源自动切换开关和控制器依次连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一电源模块，用于为所述控制器供电；

所述第二电源模块，用于为所述控制器供电；

所述隔离控制变压器，用于将所述第二电源模块提供的电压转换成控制器的额定电压；

所述双电源自动切换开关，用于若所述第一电源模块发生断电，则控制所述第二电源模块为所述控制器供电；若所述第一电源模块正常供电，则控制所述第一电源模块为所述控制器供电，控制所述第二电源模块不为控制器供电。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统，还包括：显示单元，用于显示空压站的母管的当前压力值和空压站中各个空压机的当前输出频率。

8.一种空压站恒压控制方法，其特征在于，所述方法包括：

采集空压站的母管的压力值；

根据所述母管的压力值确定空压机的实际输出频率，并控制所述空压站中各个空压机的输出频率为所述实际输出频率。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述母管的压力值确定空压机的实际输出频率，包括：

根据所述空压站的母管的当前压力值获取压力偏差；

利用PID算法，根据所述压力偏差确定空压机的实际输出频率。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述空压站的母管的当前压力值获取压力偏差，包括：

将空压站的母管的目标压力值减去所述空压站的母管的当前压力值，获取所述压力偏差。

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