CN114483557A - 一种压缩空气系统及方法 - Google Patents

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CN114483557A CN202210126561.0A CN202210126561A CN114483557A CN 114483557 A CN114483557 A CN 114483557A CN 202210126561 A CN202210126561 A CN 202210126561A CN 114483557 A CN114483557 A CN 114483557A
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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Abstract

本发明提出了一种压缩空气系统及方法，涉及压缩空气领域，该系统包括控制机构、第一空压机、第二空压机和第三空压机，第一空压机和第二空压机各自分别搭载变频器，第三空压机工频运行，第一空压机和第二空压机的母管设置压力检测器，压力检测器用于检测母管的压力值，并将压力值发送至控制机构处理，控制机构分别控制第一空压机和第二空压机上的变频器以形成负反馈。改变起动特性实现无级调速，延长设备的使用寿命，达到节能降耗的目标。缩短了系统的加载卸载时间和降低了空压机加卸载的运行电流，从而节约电能。

Description

一种压缩空气系统及方法
技术领域
本发明涉及压缩空气领域，具体而言，涉及一种压缩空气系统及方法。
背景技术
空气压缩机是一种用以压缩气体的设备。空气压缩机与水泵构造类似。大多数空气压缩机是往复活塞式，旋转叶片或旋转螺杆。
在实际应用中，大多需要多台空压机组成压缩空气系统进行工作，但在星三角降压启动控制方式下，现场用气量不稳定，气压波动大，因此空压机加载阀，加卸载频繁，造成进气阀的磨损大，维修率高，成本高，平均每3个月左右维修一次。工频状态下频繁启停，抽样检查记录2个小时段启动次数为11次，严重影响交流接触器的使用寿命。
发明内容
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种压缩空气系统及方法，以增加压缩空气系统的使用寿命。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种压缩空气系统，包括第一空压机、第二空压机和第三空压机，所述第一空压机和第二空压机各自分别搭载变频器，第三空压机工频运行，所述第一空压机和第二空压机均与设有压力检测器的母管并联，所述压力检测器用于检测所述母管的压力值，并将压力值发送至控制机构处理，控制机构分别控制所述第一空压机和第二空压机上的变频器以形成负反馈。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，所述控制机构包括控制柜，所述控制柜的电源输出端分别连接所述第一空压机的电源输入端和第二空压机的电源输入端。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，所述控制柜内置PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与所述压力检测器连接用于检测所述母管的压力，所述PLC控制器的输出端均与所述第一空压机的变频器及第二空压机的变频器连接用于控制第一空压机及第二空压机变频输出。
第二方面，本发明实施例提供一种压缩空气方法，应用于所述的系统，所述方法包括：
使第三空压机始终工频运行，设定恒定压力，且不加载卸载；
压力检测器实时获取母管的压力值，当母管的压力值处于最高预设压力值与最低预设压力值之间时标记为正常运行状态，无需加载卸载；
当母管的压力值小于最低预设压力值时，系统自动启动第一空压机并调节第一空压机的输出频率以使得母管的压力值在最高预设压力值与最低预设压力值之间；
当将第一空压机的输出频率调节至最高后母管的压力值还是小于最低预设压力值时，则自动启动第二空压机；
当将第二空压机的频率调节为最高后，母管的压力值大于最高预设压力值时，则自动减少输出频率自动使母管的压力值稳定在最高预设压力值与最低预设压力值之间；
当将第二空压机的频率调节为最低后，母管的压力值大于最高预设压力值时则系统自动退出第二空压机运行。
基于第二方面，在本发明的一些实施例中，所述启动第一空压机作为第一阶梯选择变频恒压运行的步骤包括：
通过控制机构控制第一空压机的工频电源接触器吸合。
基于第二方面，在本发明的一些实施例中，所述自动启动作为第二阶梯选择的第二空压机变频运行的步骤包括：
通过控制机构控制第二空压机的变频电源接触器吸合。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：
所述处理器与所述存储器通过所述数据总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令以执行如所述的方法。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使计算机执行所述的方法。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本发明实施例提供一种压缩空气系统，包括第一空压机、第二空压机和第三空压机，所述第一空压机和第二空压机各自分别搭载变频器，第三空压机工频运行，所述第一空压机、第二空压机和第三空压机均与设有压力检测器的母管并联，所述压力检测器用于检测所述母管的压力值，并将压力值发送至控制机构处理，控制机构分别控制所述第一空压机和第二空压机上的变频器以形成负反馈。
使用时，使第三空压机始终工频运行，设定恒定压力，且不加载卸载；压力检测器实时获取母管的压力值，当母管的压力值处于最高预设压力值与最低预设压力值之间时标记为正常运行状态，无需加载卸载；当母管的压力值小于最低预设压力值时，启动第一空压机并调节第一空压机的频率以使得母管的压力值在最高预设压力值与最低预设压力值之间；当将第一空压机的频率调节至最高后母管的压力值还是小于最低预设压力值时，则自动启动第二空压机；并调节第二空压机的频率以使得母管的压力值稳定在最高预设压力值与最低预设压力值之间；如当第二空压机变频输出最小时，母管的压力值还是大于最高预设压力值时则系统自动退出所述第二空压机，退出第二空压机后：系统由第三空压机(工频)加上第一空压机运行，第一空压机变频调节控制母管的压力值在正常值范围内，
原先的星三角启动，通过加卸载阀进行压力控制的模式改为：所述压力检测器用于检测所述母管的压力值，并将压力值发送至控制机构处理，控制机构分别控制所述第一空压机和第二空压机上的变频器以形成负反馈。改变起动特性实现无级调速，延长设备的使用寿命，达到节能降耗的目标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一种压缩空气系统一实施例的结构示意图；
图2为本发明一种压缩空气系统中控制机构的结构示意图；
图3为本发明一种压缩空气系统中电路连接结构图；
图4为本发明一种压缩空气系统中电路连接结构图；
图5为变频技术与非变频技术的压力控制对比的示意图；
图6为本发明一种压缩空气方法的流程图。
图标：1、控制机构；11、控制柜；2、第一空压机；3、第二空压机；4、第三空压机；6、压力检测器；7、母管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，也可以通过其它的方式实现。系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本申请的多个实施例的系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
功能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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备，可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等，执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
经过长期的研究和实践，本申请的发明人发现，在实际应用中，大多需要多台空压机组成压缩空气系统进行工作，但在星三角降压启动控制方式下，现场用气量不稳定，气压波动大，因此空压机加载阀，加卸载频繁，造成进气阀的磨损大，维修率高，成本高，平均每3个月左右维修一次。工频状态下频繁启停，抽样检查记录2个小时段启动次数为11次，严重影响交流接触器的使用寿命。
鉴于此，请参考图1-5，第一方面，本发明实施例提供一种压缩空气系统，包括第一空压机、第二空压机和第三空压机，所述第一空压机和第二空压机各自分别搭载变频器，第三空压机工频运行，所述第一空压机、第二空压机和第三空压机均与设有压力检测器的母管并联，所述压力检测器用于检测所述母管的压力值，并将压力值发送至控制机构处理，控制机构分别控制所述第一空压机和第二空压机上的变频器以形成负反馈。
使用时，使第三空压机始终工频运行，设定恒定压力，且不加载卸载；压力检测器实时获取母管的压力值，当母管的压力值处于最高预设压力值与最低预设压力值之间时标记为正常运行状态，无需加载卸载；当母管的压力值小于最低预设压力值时，启动第一空压机并调节第一空压机的频率以使得母管的压力值在最高预设压力值与最低预设压力值之间；当将第一空压机的频率调节至最高后母管的压力值还是小于最低预设压力值时，则自动启动第二空压机；当将第二空压机的频率调节为最高后，母管的压力值大于最高预设压力值时，则自动减少第二空压机的频率以使得母管的压力值在最高预设压力值与最低预设压力值之间；此时第三空压机(工频)+第一空压机(变频)第二空压机(变频)三台同时运行，当第二空压机变频输出最小值时，母管的压力值大于最高预设压力值系统自动退出所述第二空压机，退出第二空压机后此时第三空压机(变频)+第一空压机变频二台机组运行，若母管的压力值还是大于最高预设压力值，说明系统用气量很少则自动退出所述第一空压机。
由原先的星三角启动，通过加卸载阀进行压力控制的模式改为：所述压力检测器用于检测所述母管的压力值，并将压力值发应送至控制机构处理，控制机构分别控制所述第一空压机和第二空压机上的变频器以形成负反馈。改变起动特性实现无级调速，延长设备的使用寿命，达到节能降耗的目标。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，所述控制机构包括控制柜，所述控制柜的电源输出端分别连接所述第一空压机的电源输入端和第二空压机的电源输入端。
基于第一方面，在本发明的一些实施例中，所述控制柜内置PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与所述压力检测器连接用于检测所述母管的压力，所述PLC控制器的输出端均与所述第一空压机的变频器及第二空压机的变频器连接用于控制第一空压机及第二空压机变频输出。
第二方面，本发明实施例提供一种压缩空气方法，应用于所述的系统，所述方法包括：
S1：使第三空压机始终工频运行，设定恒定压力，且不加载卸载；
该步骤中，第三空压机始终不加载卸载，通过第一空压机和第二空压机进行加载卸载，第三空压机能够在大部分情况下满足系统的工作，在无法满足的时候才需要一次开启第一空压机和第二空压机。
S2：压力检测器实时获取母管的压力值，当母管的压力值处于最高预设压力值与最低预设压力值之间时标记为正常运行状态，无需加载卸载；
该步骤中，该步骤中，第一空压机、第二空压机和第三空压机都与母管连通，通过母管的压力状态来确定是否需要加载卸载，具体的，在母管上设置压力检测器，压力检测器可以实时获取母管的压力，并将数据传输给控制模块如PLC，PLC根据预设的程序自动控制第一空压机、第二空压机的加载卸载，保证母管处于正常压力范围内。
S3：当母管的压力值小于最低预设压力值时，系统自动启动第一空压机并调节第一空压机的输出频率以使得母管的压力值在最高预设压力值与最低预设压力值之间；
该步骤中，压力检测器实时获取母管的压力值，并将压力值传输给控制模块如PLC，PLC将压力值与最低预设压力值进行比较，如果母管的压力值小于最低预设压力值时，则启动第一空压机并调节第一空压机的输出频率。这样，可以保障母管的压力值处于正常压力范围内。需要说明的是，最低预设压力值可根据实际情况进行设置。
S4：当将第一空压机的输出频率调节至最高后母管的压力值还是小于最低预设压力值时，则自动启动第二空压机；
该步骤中，压力检测器实时获取母管的压力值，并将压力值传输给控制模块如PLC，PLC将压力值与最低预设压力值进行比较，当小于最低预设压力值时，则自动启动第二空压机。这样，可以保障母管的压力值处于正常压力范围内。需要说明的是，最低预设压力值可根据实际情况进行设置。
S5：当将第二空压机的频率调节为最高后，母管的压力值大于最高预设压力值时，则自动减少输出频率自动使母管的压力值稳定在最高预设压力值与最低预设压力值之间；
该步骤中，压力检测器实时获取母管的压力值，并将压力值传输给控制模块如PLC，PLC将压力值与最高预设压力值进行比较，如果母管的压力值还是大于最高预设压力值时，则自动减少输出频率自动使母管的压力值稳定在最高预设压力值与最低预设压力值之间。
S6：当将第二空压机的频率调节为最低后，母管的压力值大于最高预设压力值时则系统自动退出第二空压机运行。
该步骤中，PLC将获取的压力值与最高预设压力值进行比较，如果母管的压力值大于最高预设压力值时则系统自动退出第二空压机运行。
压力检测器、PLC控制器、第三空压机、第一空压机、第二空压机组成了一个闭环负反馈控制系统实现了自动调频的顺序控制系统，以使压缩空气系统稳定在一个目标控制值内。
基于第二方面，在本发明的一些实施例中，所述启动第一空压机作为第一阶梯选择变频恒压运行的步骤包括：
通过控制机构控制第一空压机的工频电源接触器吸合。
基于第二方面，在本发明的一些实施例中，所述自动启动作为第二阶梯选择的第二空压机变频运行的步骤包括：
通过控制机构控制第二空压机的变频电源接触器吸合。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：
所述处理器与所述存储器通过所述数据总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令以执行如所述的方法。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使计算机执行所述的方法。
本发明系统的节能分析：
空压机的加卸载是空压机运行工况的一种重要性能，负载时间和卸载时间是空压机运行的重要参数。变频改造后缩短了系统的加卸载时间和降低了空压机加卸载的运行电流，从而节约电能。
空载浪费：根据一般空压机运行情况，卸载时空压机用电占负载用电的45％，一般工厂生产上不管用气多少，普通螺杆机从上班到下班一直如此，虽然气压打满后机组会卸载运行，但卸载运行时机组在空载损耗，那么一台普通空压机会因此浪费电。也就是说：变频空压机不存在卸载，因此也不存在空载浪费。一般情况下空压机的实际用气量会小于机组的额定产量，有的是因为购买时考虑的余量，有的是因为局部时间只用一部分的气，有的是因为生产工艺改变的问题等等，这样的状况会多供少用属于“用不完”。
例：阿特拉斯空压机：卸载时间占31.38％，负载时间占68.62％，压差为1.0bar。
计算法：
31.38％卸载时间*(204空载电流*1.732*0.8)≈34KWh；
负载时间占68.62％*(250负载电流*1.732*0.8)≈91KWh；
每小时耗电总量125KWh；
请参考图5，低压力省电：“高压低用”这也很浪费，就像“用不完”一样。一般空压机始终一个压力范围内频繁加卸载工作，实际也就只用低压力就可以了，假设压差0.5bar爬升会让机组多消耗4.2％(每爬升1.0bar多耗7％的电流)，一台普通空压机会因4.2％的频繁负载多浪费电。同样如果是变频空压机它始终能保持以上供气压差。
例：空压机：卸载时间占31.38％，负载时间占68.62％，压差为0.5bar。
产生爬升浪费计算法：68.62％负载时间*(因压差爬升132KW*4.2％)≈3.8KWh。
变频节能柜本身的能耗：132KW/小时*1.1％*8000H/年＝11616*0.65＝7550元。
实际每年节能:实际空压机节能(125+3.8)KW*8000H/年*0.65元/度—(102*8000H/年+节能柜本身能耗11616)*0.65＝131810元/年(正负3％左右)。
未装备本系统之前电表读数及空压机运行总时间如下表1，测试时间：2021年01月20日。
表1，未装备本系统之前电表读数及空压机运行总时间
机组编号 第一空压机 第二空压机 第三空压机
电表读数 5845.5 14120.6 1555.5
抄表时间 18点59分 18点38分 18点38分
未装备本系统之前电表读数及空压机的工频测试结果如下表2。测试时间：2021年01月20日。
表2，未装备本系统之前电表读数及空压机的工频测试结果
Figure BDA0003500578360000141
以上读数，未开启变频模式前，平均每小时消耗功率为：188.9度。
未装备本系统之前电表读数及空压机运行总时间如下表3。
表3，未装备本系统之前电表读数及空压机运行总时间
机组编号 第一空压机 第二空压机 第三空压机
电表读数 5845.8 14128.7 1560.6
抄表时间 23点42分 23点43分 23点43分
装备了本系统电表读数及空压机运行总时间如下表4，测试时间：2021年01月21日。
表4，装备了本系统电表读数及空压机运行总时间
Figure BDA0003500578360000151
以上读数开启变频模式，平均每小时消耗功率为：161度。
经过实测对照，装备了本系统后每小时节电为27.9Kwh，每年按8000小时计算，年节能电量为：8000*28＝224000Kwh，年节约费用为：224000*0.65＝145600元。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种压缩空气系统，其特征在于，包括第一空压机、第二空压机和第三空压机，所述第一空压机和第二空压机各自分别搭载变频器，第三空压机工频运行，所述第一空压机、第二空压机和第三空压机均与设有压力检测器的母管并联，所述压力检测器用于检测所述母管的压力值，并将压力值发送至控制机构处理，控制机构分别控制所述第一空压机和第二空压机上的变频器以形成负反馈。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气系统，其特征在于，所述控制机构包括控制柜，所述控制柜的电源输出端分别连接所述第一空压机的电源输入端和第二空压机的电源输入端。
3.根据权利要求3所述的一种压缩空气系统，其特征在于，所述控制柜内置PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与所述压力检测器连接用于检测所述母管的压力，所述PLC控制器的输出端均与所述第一空压机的变频器及第二空压机的变频器连接用于控制第一空压机及第二空压机变频输出。
4.一种压缩空气方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述的系统，所述方法包括：
使第三空压机始终工频运行，设定恒定压力，且不加载卸载；
压力检测器实时获取母管的压力值，当母管的压力值处于最高预设压力值与最低预设压力值之间时标记为正常运行状态，无需加载卸载；
当母管的压力值小于最低预设压力值时，系统自动启动第一空压机并调节第一空压机的输出频率以使得母管的压力值在最高预设压力值与最低预设压力值之间；
当将第一空压机的输出频率调节至最高后母管的压力值还是小于最低预设压力值时，则自动启动第二空压机；
当将第二空压机的频率调节为最高后，母管的压力值大于最高预设压力值时，则自动减少输出频率自动使母管的压力值稳定在最高预设压力值与最低预设压力值之间；
当将第二空压机的频率调节为最低后，母管的压力值大于最高预设压力值时则系统自动退出第二空压机运行。
5.根据权利要求4所述的一种压缩空气方法，其特征在于，所述启动第一空压机作为第一阶梯选择变频恒压运行的步骤包括：
通过控制机构控制第一空压机的工频电源接触器吸合。
6.根据权利要求4所述的一种压缩空气方法，其特征在于，所述自动启动作为第二阶梯选择的第二空压机变频运行的步骤包括：
通过控制机构控制第二空压机的变频电源接触器吸合。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：
所述处理器与所述存储器通过所述数据总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令以执行如权利要求4至6任一项所述的方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使计算机执行如权利要求4至6任一所述的方法。
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