CN113090515B - 基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，在空压机型合理配置的基础上，通过对系统实时压力和空压机状态的监测分析，判断气量是否供需失衡以及流量波动是否超出机组自身调节能力，并在上述情况出现时进行自动控制，帮助机组找到供需平衡点。通过以上控制策略，实现减小压力波动幅度、减少机组加卸载频次、提高机组运行效率的目的。

Description

基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法

技术领域

本发明涉及空压机组控制技术领域，特别是涉及一种基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法。

背景技术

工厂压缩空气系统常见由离心式空压机、工频螺杆机、变频螺杆机三种不同运行机理的空压机组成供气来源。

离心机的优点是结构简单，运转可靠，流量大，缺点是不适用于气量小的环境，稳定运行状态范围十分有限，控制难度大；应用于作为空压站输出主力。

工频螺杆机的优点是可靠性高，操作方便，缺点是造价较高，应用时，作为空压站次输出主力，与离心机、变频机组合配置形成合理梯度。

变频螺杆机工频螺杆机的优点是可靠性高，操作方便，变频调节，缺点是造价高。应用时，作为空压站的负荷调节模块，维持供需平衡、压力稳定。

空压机的配置组合具有合理梯度，可满足负荷调节范围的连续性，具体表现在：

N₁×(Q_1max-Q_1min)≥Q_2max；

N₁×(Q_1max-Q_1min)+N₂×Q_2max≥Q_3max；

式中：N₁、N₂分别为变频螺杆机和工频螺杆机的台数，Q_1min为变频螺杆机的最小排气量，Q_1max为变频螺杆机的最大排气量，Q_2max为工频螺杆机的额定排气量，Q_3max为离心机的额定排气量。

工厂在运行使用中，往往为保障供气稳定而忽视经济性，具体表现在开机台数过多、机器在低能效状态运行、频繁加卸载等。空压机远程群控系统可解决以上问题，但目前部分公开的控制思路未有十分明确的控制逻辑，或未能对常见的由离心式空压机、工频螺杆机、变频螺杆机等不同机型组成的供气系统进行具体分析，因而可操作性较低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，既能保证供气压力的稳定，又能实现机组运行的高效节能。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，包括：

通过对系统实时压力和空压机状态的监测分析，判断气量是否供需失衡以及流量波动是否超出机组自身调节能力，并在上述情况出现时进行自动控制，使空压机组找到供需平衡点；

系统运行中，当监测到系统实时压力达到允许的下限值，而且已开启的空压机均处在加载状态且均处在满负荷状态时，进入预加机延时；延时计时结束后，对照压力曲线，若实时的压力未上升，则按预设的加机优先级顺序加开一台空压机；

系统运行中，当监测到系统实时压力达到允许的上限值，而且已加载的变频螺杆机均处在最低负荷状态时，进入预减机延时，延时计时结束后，对照压力曲线，若实时的压力未下降，则按预设的减机优先级顺序关闭一台空压机。

优选的，为保障系统压力平缓调节，当关闭一台离心机时，应同步开启一定数量的变频螺杆机及工频螺杆机，以防系统压力迅速降低时加机不及时。

优选的，当系统压力稳定但变频螺杆机长时间低负载运行时，减少变频螺杆机的开机数量以避免低效运行。

进一步的，进行加减机的控制策略还包括：

当系统压力触及高警戒值或是低警戒值时，执行一次加机或减机；或是当离心机放空阀开启，执行一次减机。

其中，所述压力曲线是通过安装在压缩空气主干管上的压力传感器读取系统实时压力后记录形成的。

优选的，各台空压机共享系统实时压力并作为各自的控制调节依据。

优选的，.通过总线通讯方式对各台空压机参数设定，使各台空压机的自身负荷调节以及加卸载控制契合群控逻辑要求；通过总线通讯方式监视各个空压机的运行状态，包括启停状态、加卸载状态、负载率、离心机放空阀开度、累计运行时间，实现对各个空压机的控制。

其中，不同空压机的控制参数及运算关系如下：

对于变频螺杆机，目标压力P₁＝P₀，自动停机压力P_1max，自动启动压力P_1min＝(P₀+P_min)/2；

对于工频螺杆机，加载压力P_2min＝P₀，卸载压力P_2max＝P_max；

对于离心机，目标压力P₃＝(P₀+P_max)/2；

其中，P₀为群控系统设定的压缩空气目标压力，P_min为最低允许压力，P_max为最高允许压力，P_min<P₀<P_max<P_1max。

优选的，默认加机优先级顺序为变频螺杆机→工频螺杆机→离心机；默认减机优先级顺序为工频螺杆机→离心机→变频螺杆机。

优选的，同型号空压机，累计加载运行时间少者优先投用。

本发明在空压机型合理配置的基础上，通过对系统实时压力和空压机状态的监测分析，判断气量是否供需失衡以及流量波动是否超出机组自身调节能力，并在上述情况出现时进行自动控制，帮助机组找到供需平衡点。通过以上控制策略，实现减小压力波动幅度、减少机组加卸载频次、提高机组运行效率的目的。

附图说明

图1为本发明的群控控制方法中的加减机判断逻辑流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是通过对由离心机、工频螺杆机、变频螺杆机组成的供气系统进行分析，制定合理的加减机判断逻辑和顺序，并进行系统实时状态监控，在判定条件成立时进行自动控制，通过加减机帮助机组找到供需平衡点，从而实现群控的。

具体的，本发明实施例中，所述空压机组群控控制方法，包括如下控制策略：一是对由离心机、工频螺杆机、变频螺杆机组成的空压机的供气系统进行分析，制定合理的加减机顺序，并根据允许压力范围对各台空压机进行参数设定。二是通过对系统实时压力和空压机状态的监测分析，判断气量是否供需失衡以及流量波动是否超出机组自身调节能力。三是在上述情况出现时自动控制，帮助机组找到供需平衡点。通过以上控制策略，实现减小压力波动幅度、减少机组加卸载频次、提高机组运行效率的目的。

其中，在自动控制时，采用以下策略帮助机组找到供需平衡点：

当系统实时压力偏低，已开启的空压机均处在加载状态且均处在满负荷状态，系统压力未处于上升通道，则执行加机；当系统实时压力偏高，已加载的变频螺杆机均处在最低负荷状态，系统压力未处于下降通道，则执行减机。

如图1所示，本发明的基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，通过以下步骤实现：

A.制定各类空压机投用及减机的默认优先级。默认加机顺序为：变频螺杆机→工频螺杆机→离心机；默认减机顺序为：工频螺杆机→离心机→变频螺杆机。同型号空压机，累计加载运行时间少者优先投用。

B.通过总线通讯方式监视空压机的运行状态，包括启停状态、加卸载状态、负载率、离心机放空阀开度、累计运行时间等；通过安装在压缩空气主干管上的压力传感器读取系统的实时压力P，并记录压力曲线；各台空压机均可共享系统实时压力，并作为其本机调节的依据。

C.通过总线通讯方式对各台空压机进行参数设定，使各台空压机的自身负荷调节及加卸载控制契合群控逻辑的要求。具体的控制参数及运算关系如下：

变频螺杆机：目标压力P₁＝P₀，自动停机压力P_1max，自动启动压力P_1min＝(P₀+P_min)/2；

工频螺杆机：加载压力P_2min＝P₀，卸载压力P_2max＝P_max；

离心机：目标压力P₃＝(P₀+P_max)/2；

其中：P₀为群控系统设定的压缩空气目标压力，P_min为最低允许压力，P_max为最高允许压力(P_min<P₀<P_max<P_1max)。

D.如图1所示，系统运行中，当满足下述全部条件时，进入预加机延时：

①系统实时压力偏低且接近允许下限，即P≤(P₀+P_min)/2；

②已开启的空压机：均处在加载状态，均处在满负荷状态。

延时计时结束，对照压力曲线，若压力未上升(延时计时末系统实时压力P≤延时计时初系统实时供气压力P)，说明当前已投用空压机的总输出能力不足，则指令加开一台空压机，加机优先级见上述技术方案A。

E.如图1所示，系统运行中，当满足下述全部条件时，进入预减机延时：

①系统实时压力偏高且接近允许上限，即P≥(P₀+P_max)/2；

②已加载的变频螺杆机：均处在最低负荷状态；

延时计时结束，对照压力曲线，若压力未下降(延时计时末系统实时压力P≥延时计时初系统实时供气压力P)，说明当前已投用空压机过多，则指令关闭一台空压机，减机优先级见上述技术方案A。

F.为保障系统压力平缓调节，当关闭一台离心机时，应同步开启一定数量的变频螺杆机及工频螺杆机：

变频螺杆机增加开机台数：

工频螺杆机增加开机台数：

其中，n为当前处于加载状态的变频螺杆机台数，N₁为变频螺杆机总台数，Q_1min为变频螺杆机的最小排气量，Q_1max为变频螺杆机的最大排气量，Q_2max为工频螺杆机的额定排气量，Q_3max为离心机的额定排气量，roundup为函数向上取整，rounddown为函数向下取整，min为取小值函数，max为取大值函数。

G.变频螺杆机的优化配置。当系统较长时间同时处于下述状态时，指令关闭一台变频螺杆机，以避免低效运行：

①(P₀+P_min)/2<P<(P₀+P_max)/2；

②∑δ<n×K₁；

③∑δ<(n-1)×K₂；

其中，n为当前处于加载状态的变频螺杆机台数，∑δ为当前处于加载状态的变频螺杆机实时负载率之和，K₁为设置的负载率控制下限，K₂为设置的负载率控制上限。

H.为保证群控系统的完善，所述控制策略还包括如下内容：

①设置系统压力的高、低警戒值，当压力触及警戒值时，立即执行一次加机或减机，而无需满足其它判断条件；

②当离心机放空阀开启，立即执行一次减机。

由上述的技术方案可知，本发明在空压机型合理配置的基础上，通过对系统实时压力和空压机状态的监测分析，判断气量是否供需失衡以及流量波动是否超出机组自身调节能力，并在上述情况出现时进行自动控制，帮助机组找到供需平衡点，这样能实现减小压力波动幅度、减少机组加卸载频次、提高机组运行效率的目的。

本发明适用于由离心机、工频螺杆机、变频螺杆机组成的供气系统，应当指出的是，这三种空压机代表了常见空压机的几种典型运行特征，因此本发明亦适用于其他与此三者之一有类似运行特征的空压机型。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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.基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，其特征在于，通过对系统实时压力和空压机状态的监测分析，判断气量是否供需失衡以及流量波动是否超出机组自身调节能力，并在气量供需失衡以及流量波动超出机组自身调节能力的情况出现时进行自动控制，使空压机组找到供需平衡点；

系统运行中，当监测到系统实时压力达到允许的下限值，而且已开启的空压机均处在加载状态且均处在满负荷状态时，进入预加机延时；延时计时结束后，对照压力曲线，若系统实时压力未上升，则按预设的加机优先级顺序加开一台空压机；

系统运行中，当监测到系统实时压力达到允许的上限值，而且已加载的变频螺杆机均处在最低负荷状态时，进入预减机延时，延时计时结束后，对照压力曲线，若系统实时压力未下降，则按预设的减机优先级顺序关闭一台空压机；

为保障系统压力平缓调节，当关闭一台离心机时，应同步开启预定数量的变频螺杆机及工频螺杆机，以防系统压力迅速降低时加机不及时。

2.根据权利要求1所述基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，其特征在于，当系统压力稳定但变频螺杆机长时间低负载运行时，减少变频螺杆机的开机数量以避免低效运行。

3.根据权利要求1所述基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，其特征在于，控制策略还包括：

当系统实时压力触及高警戒值或是低警戒值时，执行一次加机或减机；或是当离心机放空阀开启，执行一次减机。

4.根据权利要求1所述基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，其特征在于，所述压力曲线是通过安装在压缩空气主干管上的压力传感器读取系统实时压力后记录形成的。

5.根据权利要求1所述基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，其特征在于，各台空压机共享系统实时压力并作为各自的控制调节依据。

6.根据权利要求1所述基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，其特征在于，通过总线通讯方式对各台空压机参数设定，使各台空压机的自身负荷调节以及加卸载控制契合群控逻辑要求；通过总线通讯方式监视各个空压机的运行状态，包括启停状态、加卸载状态、负载率、离心机放空阀开度、累计运行时间，实现对各个空压机的控制。

7.根据权利要求1所述基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，其特征在于，不同空压机的控制参数及运算关系如下：

对于变频螺杆机，目标压力P₁＝P₀，自动停机压力P_1max，自动启动压力P_1min＝(P₀+P_min)/2；

对于工频螺杆机，加载压力P_2min＝P₀，卸载压力P_2max＝P_max；

对于离心机，目标压力P₃＝(P₀+P_max)/2；

其中，P₀为群控系统设定的压缩空气目标压力，P_min为最低允许压力，P_max为最高允许压力，P_min<P₀<P_max<P_1max。

8.根据权利要求1所述基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，其特征在于，默认加机优先级顺序为变频螺杆机→工频螺杆机→离心机；默认减机优先级顺序为工频螺杆机→离心机→变频螺杆机。

9.根据权利要求1所述基于压力及负荷计算的空压机组群控控制方法，其特征在于，同型号空压机，累计加载运行时间少者优先投用。

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