CN115143089B - 空压机智能变频驱动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了空压机智能变频驱动控制系统及方法，属于空压机变频技术领域，具体包括：数据获取模块，用于监测空压机所在管网气压，监测管网的用气量，并生成管网用气量历史数据；驱动控制模块，用于对管网过去n天的用气量数据进行拟合，获得用气量预测曲线，控制空压机电机频率，使空压机实时排气量曲线与用气量预测曲线吻合；气压优化模块，用于设定标准气压区间[m,n]，当监测到管网气压高于n时，降低空压机电机频率，使管网气压降至标准气压区间；当监测到管网气压低于m时，提高空压机电机频率，使管网气压升至标准气压区间；本发明实现了自动控制空压机电机频率，避免了空压机电机空载浪费能源。

Description

空压机智能变频驱动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及空压机变频技术领域，具体涉及空压机智能变频驱动控制系统及方法。

背景技术

空压机即空气压缩机，空气压缩机就是提供气源动力，是气动系统的核心设备机电引气源装置中的主体，它是将原动(通常是电动机，即马达)的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。在机械领域及各类生产、装修、制造领域，空压机的应用非常广泛，它是驱动气动工具的源动力。

空压机的控制方式多为开关进气口阀门加载卸载来调节气压，即当用气量减少时，气压升高，到达上限压力时，进气口阀门关闭卸载；气压降低时，进气口阀门打开加载。不能根据气体压力值的大小自动调节电机转速，卸载运行时，空压机不产生压缩空气，电机处于空载运转状态，其用电量为满负载时的60％左右，这部分的电能被白白浪费；由于实际工作时用气设备耗气量并不稳定，通常是加载1分钟，卸载2分钟，反复地加载、卸载对电机、空压机和电网造成很大冲击，且供气压的波动对后道产品生产的质量会产生一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供空压机智能变频驱动控制系统及方法，解决以下技术问题：

(1)现有空压机，不能根据气体压力值的大小自动调节电机转速，当用气量减少，气压升高时，空压机不产生压缩空气，电机处于空载状态，做无用功，浪费电能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

空压机智能变频驱动控制系统及方法，具体包括：

数据获取模块，用于监测空压机所在管网气压，监测所述管网的用气量，并生成所述管网用气量历史数据；

驱动控制模块，用于对所述管网过去n天的用气量数据进行拟合，获得用气量预测曲线，控制空压机电机频率，以所述用气量预测曲线调整空压机实时排气量，使所述空压机实时排气量与所述用气量预测曲线吻合；

气压优化模块，用于设定标准气压区间[m,n]，当监测到管网气压高于n时，降低所述空压机电机频率，减少排气量使管网气压降至标准气压区间；当监测到管网气压低于m时，提高所述空压机电机频率，增加排气量使管网气压升至标准气压区间。

作为本发明进一步的方案，所述气压优化模块设定标准气压区间的过程包括：

获取所述管网单位时间的平均用气量，将所述平均用气量设定为标准用气量；

当所述空压机排气量等于标准用气量，且管网用气量也等于标准用气量时，获取此时的管网气压，将该管网气压设定为标准气压P，并设定气压波动值a，令m＝P-a，n＝P+a，于是获得了所述标准气压区间[m,n]。

作为本发明进一步的方案，所述数据处理模块对用气量数据进行拟合的过程包括：

获取所述管网过去n天的用气量数据，将所述用气量数据对应时间坐标中的日期删除，于是分别获得了不包括日期的时间坐标；

分别选取单个时间坐标对应的n个用气量数据，并将所述n个用气量数据中的极大值和极小值删除，仅对剩余的所有所述用气量数据进行拟合；

以时间信息为横坐标，用气量数据为纵坐标，获得用气量预测曲线。

作为本发明进一步的方案，所述气压优化模块包括：

获取管网气压由P增加至P+a，所需增加的排气总量X，获取管网气压由P降低至P-a，所需减少的排气总量Y；

获取所述用气量预测曲线，若所述预测曲线中存在有曲线段内管网的用气总量下降X，则选取该曲线段的起点时间坐标t1及终点时间坐标t2；

获取所述用气量预测曲线，若所述预测曲线中存在有曲线段内管网的用气总量上升Y，则选取该曲线段的起点时间坐标t3及终点时间坐标t4。

作为本发明进一步的方案，所述气压优化模块还包括：

用于当实时时间坐标处于所述起点时间坐标t1时，控制所述空压机电机频率不变，空压机保持当前排气量L1不变，直至管网气压处于P+a/2时获取此时时间坐标t5，控制空压机排气量降至L1-X/2(t2-t5)；

当实时时间坐标处于所述起点时间坐标t3时，控制所述空压机电机频率不变，空压机保持当前排气量L2不变，直至管网气压处于P-a/2时，获取此时时间坐标t6，控制空压机排气量升至L2+X/2(t4-t6)。

作为本发明进一步的方案，所述气压优化模块还包括；

用于当时间坐标位于t3或者t4时，重新将所述空压机排气量调整为与当前时间坐标的用气量预测曲线相同。

作为本发明进一步的方案，所述数据获取模块通过压力传感器测量所述管网气压，所述压力传感器设置于所述管网进气口。

空压机智能变频驱动控制方法，包括以下步骤：

监测空压机所在管网气压，监测所述管网的用气量，并生成所述管网用气量历史数据；

对所述管网过去n天的用气量数据进行拟合，获得用气量预测曲线，控制空压机电机频率，以所述用气量预测曲线调整空压机实时排气量，使所述空压机实时排气量与所述用气量预测曲线吻合；

设定标准气压区间[m,n]，当监测到管网气压高于n时，降低所述空压机电机频率，减少排气量使管网气压降至标准气压区间；当监测到管网气压低于m时，提高所述空压机电机频率，增加排气量使管网气压升至标准气压区间。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过获取空压机所在管网的用气量历史数据，历史用气量历史数据与实时用气量数据存在较大时间尺度上的相似性，于是通过对其拟合获得用气量预测曲线，能够预先对空压机电机频率进行调控，避免了频繁地根据管网气压改变电机频率，避免了排气量变化延迟对管网气压造成的影响，对于较小时间尺度上的气压变化，本发明通过设定标准气压区间，允许气压存在小范围的波动，并实时获取管网气压，当管网气压超出标准气压区间时，能够及时调整空压机电机频率，避免空压机电机空载浪费能源，从而将管网气压保持在标准气压区间内。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为空压机智能变频驱动控制系统，具体包括：

数据获取模块，用于监测空压机所在管网气压，监测所述管网的用气量，并生成所述管网用气量历史数据；

驱动控制模块，用于对所述管网过去n天的用气量数据进行拟合，获得用气量预测曲线，控制空压机电机频率，以所述用气量预测曲线调整空压机实时排气量，使所述空压机实时排气量与所述用气量预测曲线吻合；

气压优化模块，用于设定标准气压区间[m,n]，当监测到管网气压高于n时，降低所述空压机电机频率，减少排气量使管网气压降至标准气压区间；当监测到管网气压低于m时，提高所述空压机电机频率，增加排气量使管网气压升至标准气压区间。

空压机的控制方式多为开关进气口阀门加载卸载来调节气压，即当用气量减少时，气压升高，到达上限压力时，进气口阀门关闭卸载；气压降低时，进气口阀门打开加载。不能根据气体压力值的大小自动调节电机转速，卸载运行时，空压机不产生压缩空气，电机处于空载运转状态，其用电量为满负载时的60％左右，这部分的电能被白白浪费；由于实际工作时用气设备耗气量并不稳定，通常是加载1分钟，卸载2分钟，反复地加载、卸载对电机、空压机和电网造成很大冲击，且供气压的波动对后道产品生产的质量会产生一定的影响；

本发明通过获取空压机所在管网的历史用气量数据，由于历史用气量数据与当日用气量数据存在较大时间尺度上的相似性，于是通过对其拟合获得单日用气量预测曲线，能够预先对空压机电机频率进行调控，避免了频繁地根据管网气压改变电机频率，避免了排气量变化延迟对管网气压造成的影响，对于较小时间尺度上的气压变化，本发明通过设定标准气压区间，允许气压存在小范围的波动，并实时获取管网气压，当管网气压超出气压区间时，能够及时调整空压机电机频率，从而改变管网气压至空压机工作范围。

在本发明的一种优选的实施例中，所述气压优化模块设定标准气压区间的过程包括：

获取所述管网单位时间的平均用气量，将所述平均用气量设定为标准用气量；

当所述空压机排气量等于标准用气量，且管网用气量也等于标准用气量时，获取此时的管网气压，将该管网气压设定为标准气压P，并设定气压波动值a，令m＝P-a，n＝P+a，于是获得了所述标准气压区间[m,n]；

通过获取空压机排气量与管网用气量处于平衡状态时的管网气压，从而设定标准气压，并设定波动气压值，防止电机频率频繁改变，保护电机电路。

在本发明的另一种优选的实施例中，所述数据处理模块对用气量数据进行拟合的过程包括：

获取所述管网过去n天的用气量数据，将所述用气量数据对应时间坐标中的日期删除，于是分别获得了不包括日期的时间坐标；

分别选取单个时间坐标对应的n个用气量数据，并将所述n个用气量数据中的极大值和极小值删除，仅对剩余的所有所述用气量数据进行拟合；

以时间信息为横坐标，用气量数据为纵坐标，获得用气量预测曲线；

首先将时间坐标进行处理，获得不包括日期的时间坐标，从而方便对数据进行处理，然后将同一时间坐标对应的n个用气量数据中的极大值和极小值去除，避免用气量历史数据中的突发情况对预测曲线的拟合造成影响。

在本发明的一种优选的实施例中，所述气压优化模块包括：

获取管网气压由P增加至P+a，所需增加的排气总量X，获取管网气压由P降低至P-a，所需减少的排气总量Y；

获取所述用气量预测曲线，若所述预测曲线中存在有曲线段内管网的用气总量下降X，则选取该曲线段的起点时间坐标t1及终点时间坐标t2；

获取所述用气量预测曲线，若所述预测曲线中存在有曲线段内管网的用气总量上升Y，则选取该曲线段的起点时间坐标t3及终点时间坐标t4。

值得注意的是，所述气压优化模块还包括：

用于当实时时间坐标处于所述起点时间坐标t1时，控制所述空压机电机频率不变，空压机保持当前排气量L1不变，直至管网气压处于P+a/2时获取此时时间坐标t5，控制空压机排气量降至L1-X/2(t2-t5)；

当实时时间坐标处于所述起点时间坐标t3时，控制所述空压机电机频率不变，空压机保持当前排气量L2不变，直至管网气压处于P-a/2时，获取此时时间坐标t6，控制空压机排气量升至L2+X/2(t4-t6)。

当气压达到区间上限或者下限时，再调整电机频率控制排气量难以及时改变管网内部气压，容易造成气压突破管网上下限，影响管网安全，于是本申请通过获取气压达到区间上限和下限时，空压机相对于管网用气量所多排出的排气总量或者少排出的排气总量，在预测曲线中提前寻找可能发生超限的曲线段，于是能够在气压达到极限值之前就能够控制空压机降低或增加排气量，提前调整气压值，从而避免气压出现较大的波动，且将原本不同改变的电压频率调整为两段固定频率，增加了电机的稳定性。

在本实施例的一种情况中，所述气压优化模块还包括；

用于当时间坐标位于t3或者t4时，重新将所述空压机排气量调整为与当前时间坐标的用气量预测曲线相同；

此时气压超限的风险相对较低，于是将空压机排气量重新与预测曲线调整一致。

在本发明的另一种优选的实施例中：所述数据获取模块通过压力传感器测量所述管网气压，所述压力传感器设置于所述管网进气口；

通过设置于管网进气口的压力传感器测量管网压力。

基于上述实施例的空压机智能变频驱动控制方法，包括以下步骤：

监测空压机所在管网气压，监测所述管网的用气量，并生成所述管网用气量历史数据；

对所述管网过去n天的用气量数据进行拟合，获得用气量预测曲线，控制空压机电机频率，以所述用气量预测曲线调整空压机实时排气量，使所述空压机实时排气量与所述用气量预测曲线吻合；

设定标准气压区间[m,n]，当监测到管网气压高于n时，降低所述空压机电机频率，减少排气量使管网气压降至标准气压区间；当监测到管网气压低于m时，提高所述空压机电机频率，增加排气量使管网气压升至标准气压区间。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.空压机智能变频驱动控制系统，其特征在于，具体包括：

数据获取模块，用于监测空压机所在管网气压，监测所述管网的用气量，并生成所述管网用气量历史数据；

驱动控制模块，用于对所述管网过去n天的用气量数据进行拟合，获得用气量预测曲线，控制空压机电机频率，以所述用气量预测曲线调整空压机实时排气量，使所述空压机实时排气量与所述用气量预测曲线吻合；

气压优化模块，用于设定标准气压P、气压波动值a和标准气压区间[m,n]，其中m=P-a，n=P+a，当监测到管网气压高于n时，降低所述空压机电机频率，减少排气量使管网气压降至标准气压区间；当监测到管网气压低于m时，提高所述空压机电机频率，增加排气量使管网气压升至标准气压区间：

所述气压优化模块包括：

获取管网气压由P增加至P+a，所需增加的排气总量X，获取管网气压由P降低至P-a，所需减少的排气总量Y；

获取所述用气量预测曲线，若所述预测曲线中存在有曲线段内管网的用气总量下降X，则选取该曲线段的起点时间坐标t1及终点时间坐标t2；

获取所述用气量预测曲线，若所述预测曲线中存在有曲线段内管网的用气总量上升Y，则选取该曲线段的起点时间坐标t3及终点时间坐标t4；

所述气压优化模块还包括：

用于当实时时间坐标处于所述起点时间坐标t1时，控制所述空压机电机频率不变，空压机保持当前排气量L1不变，直至管网气压处于P+a/2时获取此时时间坐标t5，控制空压机排气量降至L1-X/2(t2-t5)；

当实时时间坐标处于所述起点时间坐标t3时，控制所述空压机电机频率不变，空压机保持当前排气量L2不变，直至管网气压处于P-a/2时，获取此时时间坐标t6，控制空压机排气量升至L2+X/2(t4-t6)。

2.根据权利要求1所述的空压机智能变频驱动控制系统，其特征在于，所述气压优化模块设定标准气压区间的过程包括：

获取所述管网工作时间段内单位时间的平均用气量，将所述平均用气量设定为标准用气量；

当所述空压机排气量等于标准用气量，且管网用气量也等于标准用气量时，获取此时的管网气压，将该管网气压设定为标准气压P，并设定气压波动值a，令m=P-a，n=P+a，于是获得了所述标准气压区间[m,n]。

3.根据权利要求1所述的空压机智能变频驱动控制系统，其特征在于，数据处理模块对用气量数据进行拟合的过程包括：

获取所述管网过去n天的用气量数据，将所述用气量数据对应时间坐标中的日期删除，于是分别获得了不包括日期的时间坐标；

分别选取单个时间坐标对应的n个用气量数据，并将所述n个用气量数据中的极大值和极小值删除，仅对剩余的所有所述用气量数据进行拟合；

以时间信息为横坐标，用气量数据为纵坐标，获得用气量预测曲线。

4.根据权利要求1所述的空压机智能变频驱动控制系统，其特征在于，所述气压优化模块还包括；

用于当时间坐标位于t3或者t4时，重新将所述空压机排气量调整为与当前时间坐标的用气量预测曲线相同。

5.根据权利要求1所述的空压机智能变频驱动控制系统，其特征在于，所述数据获取模块通过压力传感器测量所述管网气压，所述压力传感器设置于所述管网进气口。

6.基于权利要求1所述的空压机智能变频驱动控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

监测空压机所在管网气压，监测所述管网的用气量，并生成所述管网用气量历史数据；

对所述管网过去n天的用气量数据进行拟合，获得用气量预测曲线，控制空压机电机频率，以所述用气量预测曲线调整空压机实时排气量，使所述空压机实时排气量与所述用气量预测曲线吻合；

设定标准气压区间[m,n]，当监测到管网气压高于n时，降低所述空压机电机频率，减少排气量使管网气压降至标准气压区间；当监测到管网气压低于m时，提高所述空压机电机频率，增加排气量使管网气压升至标准气压区间。

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