CN111927814B - 一种基于边缘计算的离心空压机组节能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，包括如下步骤：在多台设备的控制器处安装物联网关，再将物联网关依次与边缘服务器、云端服务器通讯连接；然后在云端服务器配置各台设备的进口导叶IGV调节范围h、初始目标压力值x、目标压力调节步长k、以及各台设备的性能值；在总管道安装流量计，并安装第二物联网关，监测周期内的平均用气量为Qa，将每台设备单位能耗从小到大排列，并将每台设备单位能耗Y最小值对应的产气量依次相加；本发明适用于由2台或以上离心空压机组成的压缩空气站，通过边缘计算，协同控制各设备目标压力的方式，在保证不触发喘振的提前下，减少空压机排空浪费，达到节能的效果。
Description
技术领域
本发明涉及离心空压机技术领域，特别涉及一种基于边缘计算的离心空压机组节能的方法。
背景技术
离心空压机具有大排量、高效率、无油等优点，在大型工厂中的应用越来越广泛。但离心空压机作为一种透平机械，在流量降低到一定程度时会触发喘振这个致命缺陷，对设备安全有严重的危害。为了保证设备不发生喘振，离心空压机会在流量减少到喘振预警线时，自动打开BOV排空阀，确保设备不会进入喘振区。在工业现场，用气量总是在不断的波动中，由于设备选型或参数调节不当，离心机往往会出现大量的气体排空浪费情况。
根据目标供气压力，对多台离心空压机设置对应的目标压力值，在系统压力升高时，理想情况下各设备监测的系统压力应一同达到目标压力并同步调节，但实际上由于气体管网结构差异，或者设备型号差异导致的压力表精度偏差以及阀门动作灵敏度的区别而无法做到同步，所以会出现单台设备排空而其余的设备仍有调节余量的情况。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于边缘计算的离心空压机组节能的方法。
针对上述目的，本发明技术方案如下：
一种基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，包括如下步骤：
步骤1、在多台设备的控制器处安装物联网关，再将再将物联网关依次与边缘服务器、云端服务器通讯连接；
步骤2、然后在云端服务器配置各台设备的进口导叶IGV调节范围h、初始目标压力值x、目标压力调节步长k、以及各台设备的性能值；
步骤3、在总管道安装流量计，并安装第二物联网关，实现与边缘服务器的通讯，监测周期内的平均用气量为Qa，将每台设备单位能耗从小到大排列，并将每台设备单位能耗Y最小值对应的产气量依次相加，直到产气量第一次超出Qa，则对应的设备为最优的设备；
步骤4、通过设备控制器来进行进口导叶开度的调节，实时匹配各空压机进口导叶的开度；
步骤5、用边缘服务器实时监测各设备的进口导叶开度为t，并每隔一定周期b，选定单位能耗最小的设备为标准，实时计算设备控制器已调节比例为y，y=（1-t1）/h1，并以标准y作为基准，促使所有设备调节比例相同，计算其他设备的理论开度为Tn，Tn=1-y*hn；
步骤6、若Tn>t，则表示该设备调节过快，需要通过增加其目标压力，使t增大，使该设备目标压力调整至x+k，若Tn<t，则表示该设备调节过慢，需要通过降低其目标压力，使t变小，使该设备目标压力调整至x-k。
较佳地，所述步骤1中设备控制器通过RS-485与物联网关实现通讯；
较佳地，所述步骤1中物联网关通过lora与边缘服务器通讯。
较佳地，所述步骤1中的边缘服务器通过4G的方式与云端服务器通讯。
较佳地，所述步骤2中性能值包括额定排气量q、单位能耗w、目标压力调节频率b；其中h，x，q，w，k，b由各空压机出厂性能和用气需求压力决定。
较佳地，所述步骤3中设备单位能耗从小到大排列设包括Y1，Y2，Y3，对应设备的产气量设包括P1，P2，P3；所述单位能耗Y最小值对应的产气量按依次相加为P1+P2+P3。
较佳地，所述步骤1中多台设备为多台离心空压机。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明适用于由2台或以上离心空压机组成的压缩空气站，通过边缘计算，协同控制各设备目标压力的方式，在保证不触发喘振的提前下，减少空压机排空浪费，达到节能的效果；边缘计算控制系统通过实时监测各设备的进口导叶IGV的开度，对调节超前的设备，远程调节提高设备的目标压力值，对调节滞后的设备，远程调节降低设备的目标压力值，通过动态计算调节设备的目标压力来间接调整设备的进口导叶IGV的开度，在保证不触发喘振的情况下，使各台设备可以得到充分的调节，减少单台设备排空而其余的设备仍有调节余量的情况，最终达到安全节能的目标。
附图说明
图1为本发明设备网络连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。
实施例1：
参照图1，本发明提供一种基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，包括如下步骤：
步骤1、在空压站3台离心空压机10（分别计为1#，2#，3#）控制器处安装物联网关，通过RS-485实现通讯，物联网关通过lora与边缘服务器20通讯，边缘服务器20通过4G的方式与云端服务器30通讯，搭建云边端的通讯结构；
步骤2、在云端服务器30配置各台离心空压机10的进口导叶IGV调节范围均为30%，初始目标压力值为7.0bar，额定排气量均为100m3/ min，单位能耗分别为5.80kW/（m3/min），5.70kW/（m3/ min），5.90kW/（m3/ min），目标压力调节步长为0.1bar，目标压力调节频率为10min；
步骤3、在总管道安装流量计，并安装物联网关，实现与边缘服务器20的通讯，从而监测周期内的平均用气量为190m3/ min，将各台离心空压机10单位能耗从小到大排列，对应的额定排气量分别为q1，q2，q3，将q1，q2，q3依次相加，直至第一次超过190m3/ min，则对应的离心空压机10为需要开启的最优离心空压机10，则最优离心空压机10为1#和2#；
步骤4、用气量190m3/ min是实时变化的，离心空压机10为了保证排气压力接近7.0bar，其控制器本身已经使用PID算法，来进行进口导叶开度的调节，由于各台离心空压机精度差异，以及缺乏协同，各台离心空压机10的进口导叶会出现调节不同步，导致过早放空浪费的情况，为了保证调节的同步性，需要实时匹配各台离心空压机进口导叶的开度；
步骤5、通过离心空压机10控制器安装的物联网关，边缘服务器20实时监测1#和2#的进口导叶开度分别为80%、85%，每隔10min，选定单位能耗最小的离心空压机10，即2#为标准，实时计算离心空压机10控制器已调节比例为y，y=（1-85%）/30%=50%，以标准y作为基准，促使所有离心空压机10调节比例相同，计算1#离心空压机10的理论开度为Tn，Tn=1-50%*30%=85%，因为85%>80%，则表示1#离心空压机10调节过快，需要通过增加其目标压力，使进口导叶开度变大，则1#离心空压机目标压力调整至7.0+0.1=7.1bar。
步骤6、间隔10min后进入下个周期，边缘服务器20实时监测1#和2#的进口导叶开度分别为85%、80%，计算y=（1-80%）/30%=67%，以标准y作为基准，促使所有空压机调节比例相同，计算1#离心空压机10的理论开度为Tn，Tn=1-67%*30%=80%，因为80%<85%，则表示1#离心空压机10调节过慢，需要通过减小其目标压力，使进口导叶开度变大，则1#离心空压机目标压力调整至7.1-0.1=7.0bar。
通过实施例1可知，本发明适用于由2台或以上离心空压机组成的压缩空气站，通过边缘计算，协同控制各设备目标压力的方式，在保证不触发喘振的提前下，减少空压机排空浪费，达到节能的效果；边缘计算控制系统通过实时监测各设备的进口导叶IGV的开度，对调节超前的设备，远程调节提高设备的目标压力值，对调节滞后的设备，远程调节降低设备的目标压力值，通过动态计算调节设备的目标压力来间接调整设备的进口导叶IGV的开度，在保证不触发喘振的情况下，使各台设备可以得到充分的调节，减少单台设备排空而其余的设备仍有调节余量的情况，最终达到安全节能的目标。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在多台设备的控制器处安装物联网关，再将物联网关依次与边缘服务器、云端服务器通讯连接；
步骤2、然后在云端服务器配置各台设备的进口导叶IGV调节范围h、初始目标压力值x、目标压力调节步长k、以及各台设备的性能值；
步骤3、在总管道安装流量计，并安装第二物联网关，实现与边缘服务器的通讯，监测周期内的平均用气量为Qa，将每台设备单位能耗从小到大排列，并将每台设备单位能耗Y最小值对应的产气量依次相加，直到产气量第一次超出Qa，则对应的设备为最优的设备；
步骤4、通过设备控制器来进行进口导叶开度的调节，实时匹配各空压机进口导叶的开度；
步骤5、用边缘服务器实时监测各设备的进口导叶开度为t，并每隔一定周期b，选定单位能耗最小的设备为标准，实时计算设备控制器已调节比例为y，y=（1-t1）/h1，t1为选定单位能耗最小设备的进口导叶开度，h1为选定单位能耗最小设备的进口导叶IGV调节范围，并以标准y作为基准，促使所有设备调节比例相同，计算其他设备的理论开度为Tn，Tn=1-y*hn，hn为其他设备的进口导叶IGV调节范围；
步骤6、若Tn>t，则表示步骤5用边缘服务器实时监测的该设备调节过快，需要通过增加其目标压力，使t增大，使该设备目标压力调整至x+k，若Tn<t，则表示步骤5用边缘服务器实时监测的该设备调节过慢，需要通过降低其目标压力，使t变小，使该设备目标压力调整至x-k。
2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，其特征在于，所述步骤1中设备控制器通过RS-485与物联网关实现通讯。
3.根据权利要求2所述的基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，其特征在于，所述步骤1中物联网关通过lora与边缘服务器通讯。
4.根据权利要求3所述的基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，其特征在于，所述步骤1中的边缘服务器通过4G的方式与云端服务器通讯。
5.根据权利要求1所述的基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，其特征在于，所述步骤2中性能值包括额定排气量q、单位能耗w、目标压力调节频率b；其中h，x，q，w，k，b由各空压机出厂性能和用气需求压力决定。
6.根据权利要求1所述的基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，其特征在于，所述步骤3中设备单位能耗从小到大排列设包括Y1，Y2，Y3，对应设备的产气量包括P1，P2，P3；所述单位能耗Y最小值对应的产气量按依次相加为P1+P2+P3。
7.根据权利要求6所述的基于边缘计算的离心空压机组节能的方法，其特征在于，所述步骤1中多台设备为多台离心空压机。
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