CN115263717A - 一种空气压缩机智能化控制节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气压缩机智能化控制节能系统，包括输出气压采集模块，用于实时采集空气压缩机的气压数据；能耗分析模块，用于对空气压缩机进行能耗分析，得到能耗分析数据；控制模块，包括：第一分析单元，用于对气压数据进行分析，生成第一调整指令和第二调整指令；数据处理单元，用于在能耗分析数据大于预设的能耗阈值时，生成一第三调整指令；信号生成单元，用于根据第二调整指令生成第一变频调整信号，以及根据第一调整指令及第三调整指令生成第二变频调整信号；变频驱动模块，用于根据第一变频调整信号提升空气压缩机的电机运行频率，根据第二变频整信号降低空气压缩机的电机运行频率。本发明降低了空气压缩机的能耗。

Description

一种空气压缩机智能化控制节能系统

技术领域

本发明涉及空气压缩机技术领域，尤其涉及一种空气压缩机智能化控制节能系统。

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。离心式压缩机是由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由于气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器(消声器)进入气缸，在压缩行程中，由于气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀(止回阀)进入储气罐，当排气压力达到额定压力0.7MPa时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至0.5--0.6MPa时压力开关自动联接启动。

在空气压缩机运行过程中，由于空气压缩机的耗电量较高，因此在现有技术中已有多种节能调节方式对空气压缩机的耗电量进行调整，包括吸气压力调节运行和空气压缩机启停调节运行，其中吸气压力调节运行是通过限制空气压缩机进口的空气压力来实现节能，该种方式会因为空气压缩机的进口气压过低而降低空气压缩机的运行效率；空气压缩机启停调节运行是通过直接控制空气压缩机的启停来实现节能，该种方式会延长空气压缩机的加载时间，进而降低空气压缩机的运行效率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种空气压缩机智能化控制节能系统，用于降低空气压缩机的能耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种空气压缩机智能化控制节能系统，包括：

输出气压采集模块，设置在空气压缩机的出口，用于实时采集所述空气压缩机出口处的气压数据；

电机检测模块，用于实时检测所述空气压缩机的电机上的电流数据、电压数据、电机转速、电机温度数据和运行时间；

能耗分析模块，连接所述电机检测模块，用于根据所述电流数据、所述电压数据、所述电机转速、所述电机温度数据和所述运行时间对所述空气压缩机的运行能耗进行能耗分析，并得到一能耗分析数据；

控制模块，分别连接所述能耗分析模块和所述输出气压采集模块，包括：

第一分析单元，用于对所述气压数据进行分析，并在所述气压数据大于预设的第一气压阈值时，生成一第一调整指令，以及在所述气压数据不大于预设的第二气压阈值时，生成一第二调整指令；

数据处理单元，用于在所述能耗分析数据大于预设的能耗阈值时，生成一第三调整指令，所述第二调整指令的优先级高于所述第三调整指令；

信号生成单元，分别连接所述第一分析单元和所述数据处理单元，用于根据所述第二调整指令生成一第一变频调整信号，以及根据所述第一调整指令及所述第三调整指令生成一第二变频调整信号；

变频驱动模块，连接所述控制模块，用于根据所述第一变频调整信号提升所述空气压缩机的电机运行频率，以及根据所述第二变频整信号降低所述空气压缩机的电机运行频率。

进一步地，所述能耗分析模块包括：

计算单元，用于将所述电流数据、所述电压数据和所述运行时间代入预先配置的一能耗计算公式中，得到一能耗计算数据；

第二分析单元，连接所述计算单元，用于根据所述电机温度数据和所述电机转速对所述能耗计算数据进行分析，得到所述能耗分析数据。

进一步地，所述能耗计算公式配置为：

S＝U*I*T*(k₁+k₂+_...+k_m)/m；

其中，S用于表示所述能耗计算数据；

U用于表示所述电压数据；

I用于表示所述电流数据；

k₁用于表示当前时刻的功率参数，k₂用于表示当前时刻往后1时刻的功率参数，...，k_m用于表示当前时刻往后m-1时刻的功率参数；

m用于表示正整数；

T用于表示所述运行时间。

进一步地，所述预测公式配置为：

k_m＝(k_m-1+P)*(k_m-1-Q)/(P+Q)；

其中，m用于表示正整数；

P用于表示第一预设常数；

Q用于表示第二预设常数。

进一步地，所述第二分析单元包括：

第一分析子单元，用于对所述电机温度数据和所述电机转速进行分析，并在所述电机温度数据大于预设的温度阈值且所述电机转速大于预设的转速阈值时，将所述能耗计算数据代入预设的第一能耗调整公式中，形成所述能耗分析数据；

第二分析子单元，用于对所述电机温度数据、所述电机转速和所述气压数据进行分析，并在所述电机温度数据不大于所述温度阈值、所述电机转速不大于所述转速阈值且所述气压数据不大于所述第二气压阈值时，将所述能耗计算数据代入预设的第二能耗调整公式中，形成所述能耗分析数据。

进一步地，所述第一能耗调整公式配置为：

D＝S*(1+x)ⁿ；

其中，D用于表示所述能耗分析数据；

S用于表示所述能耗计算数据；

x用于表示预设的功耗参数，所述功耗参数为0到1之间的常数；

n用于表示预设的调整次数，所述调整次数为大于1的常数。

进一步地，所述第二能耗调整公式配置为：

D＝S*(1-x)ⁿ；

其中，D用于表示所述能耗分析数据；

S用于表示所述能耗计算数据；

x用于表示预设的功耗参数，所述功耗参数为0到1之间的常数；

n用于表示预设的调整次数，所述调整次数为大于1的常数。

进一步地，还包括保护模块，连接所述变频驱动模块，用于在所述电流数据大于预设的电流阈值或所述电压数据大于预设的电压阈值时，停止所述变频驱动模块驱动所述空气压缩机的电机。

进一步地，还包括动能回收模块，设置在所述空气压缩机的电机的输出端，连接所述变频驱动模块，用于在所述变频驱动模块停止驱动所述空气压缩机的电机时，将所述空气压缩机的电机惯性转动时的机械能转化电能并存储。

进一步地，还包括远程监控模块，分别连接所述输出气压采集模块和所述能耗分析模块，用于分别对所述气压数据和所述能耗分析数据进行监控，并在所述气压数据大于所述第一气压阈值或所述气压数据不大于所述第二气压阈值时，将所述气压数据标记为异常气压数据并存储；

以及在所述能耗分析数据大于所述能耗阈值时，将所述能耗分析数据标记为异常能耗分析数据并存储；

所述远程监控模块包括：

存储单元，用于保存所述异常气压数据和所述异常能耗分析数据；

显示单元，用于根据外部发送的一显示指令显示所述异常气压数据和所述异常能耗分析数据。

本发明的有益效果：

本发明通过对空气压缩机的出口处的气压以及对电机状态进行实时检测，并对检测得到的各种数据进行分析，得到电机的能耗分析数据，进而根据能耗分析数据生成不同的变频调整信号，通过将不同的变频调整信号发送至变频驱动模块，进而实现电机运行效率的驱动调整，实现了保证电机运行效率的同时，有效降低了空气压缩机的能耗，利于推广。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

附图标记：1、输出气压采集模块；2、电机检测模块；3、能耗分析模块；31、计算单元；32、第二分析单元；321、第一分析子单元；322、第二分析子单元；4、控制模块；41、第一分析单元；42、数据处理单元；43、信号生成单元；5、保护模块；6、动能回收模块；7、远程监控模块；71、存储单元；72、显示单元；8、变频驱动模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，本实施例的一种空气压缩机智能化控制节能系统，包括

输出气压采集模块1，设置在空气压缩机的出口，用于实时采集空气压缩机出口处的气压数据；

电机检测模块2，用于实时检测空气压缩机的电机上的电流数据、电压数据、电机转速、电机温度数据和运行时间；

能耗分析模块3，连接电机检测模块2，用于根据电流数据、电压数据、电机转速、电机温度数据和运行时间对空气压缩机的运行能耗进行能耗分析，并得到一能耗分析数据；

控制模块4，分别连接能耗分析模块3和输出气压采集模块1，包括：

第一分析单元41，用于对气压数据进行分析，并在气压数据大于预设的第一气压阈值时，生成一第一调整指令，以及在气压数据不大于预设的第二气压阈值时，生成一第二调整指令；

数据处理单元42，用于在能耗分析数据大于预设的能耗阈值时，生成一第三调整指令，第一调整指令的优先级高于第三调整指令；

信号生成单元43，分别连接第一分析单元41和数据处理单元42，用于根据第二调整指令生成一第一变频调整信号，以及根据第一调整指令及第三调整指令生成一第二变频调整信号；

变频驱动模块8，连接控制模块4，用于根据第一变频调整信号提升空气压缩机的电机运行频率，以及根据第二变频整信号降低空气压缩机的电机运行频率。

具体地，本实施例中，输出气压采集模块1可以为气压采集器，进一步地，该气压采集器的型号可以为DAS-800。气压采集器用于实时采集空气压缩机出口处的气压数据。电机检测模块2包括电流互感器、电压互感器、电机转速测量仪、温度传感器和计时器，其中电流互感器用于采集电机输入端的电流数据，电压互感器用于采集电机输入端的电压数据，电机转速测量仪用于采集电机转速，温度传感器用于采集电机温度数据，计时器用于记录电机通电后的运行时间。能耗分析模块3和控制模块4均可以为可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器用于先根据电流数据、电压数据、电机转速、电机温度数据和运行时间对空气压缩机的运行能耗进行能耗分析，并得到能耗分析数据，再对气压数据以及能耗分析数据进行分析处理，最终生成第一变频调整信号和第二变频调整信号。当气压数据大于第一气压阈值时，表明此时空气压缩机进口处的气压过高，需要降低电机的运行效率，因此第一分析单元41此时生成第一调整指令并发送至信号生成单元43，信号生成单元43根据第一调整指令生成第二变频信号，使得变频驱动模块8根据第二变频信号降低空气压缩机的电机运行频率，以降低空气压缩机进口处的气压。当气压数据不大于第二气压阈值时，表明此时空气压缩机进口处的气压过低，需要降低电机的运行效率，因此第一分析单元41此时生成第一调整指令并发送至信号生成单元43，信号生成单元43根据第一调整指令生成第一变频信号，使得变频驱动模块8根据第一变频信号提升空气压缩机的电机运行频率，以保证空气压缩机的运行效率。当能耗分析数据大于预设的能耗阈值时，表明空气压缩机的能耗过高，需要降低电机能耗，因此数据处理单元42生成第三调整指令发送至信号生成单元43，信号生成单元43根据第三调整指令生成第二变频信号，使得变频驱动模块8根据第二变频信号降低空气压缩机的电机运行频率，以降低空气压缩机的电机能耗，实现节能。

本技术方案通过对空气压缩机的出口处的气压以及对电机状态进行实时检测，并对检测得到的各种数据进行分析，得到电机的能耗分析数据，进而根据能耗分析数据生成不同的变频调整信号，通过将不同的变频调整信号发送至变频驱动模块8，进而实现电机运行效率的驱动调整，实现了保证电机运行效率的同时，有效降低了空气压缩机的能耗，利于推广。

优选的，能耗分析模块3包括：

计算单元31，用于将电流数据、电压数据和运行时间代入预先配置的一能耗计算公式中，得到一能耗计算数据；

第二分析单元32，连接计算单元31，用于根据电机温度数据和电机转速对能耗计算数据进行分析，得到能耗分析数据。

具体地，本实施例中，能耗分析模块3首先通过计算单元31根据电流数据、电压数据和运行时间计算得到能力计算数据，进而通过第二分析单元32根据电机温度谁和电机转速对能耗计算数据进行分析，得到相应的能耗分析数据。

优选的，能耗计算公式配置为：

S＝U*I*T*(k₁+k₂+_...+k_m)/m；

其中，S用于表示能耗计算数据；

U用于表示电压数据；

I用于表示电流数据；

k₁用于表示当前时刻的功率参数，k₂用于表示当前时刻往后1时刻的功率参数，...，k_m用于表示当前时刻往后m-1时刻的功率参数；

m用于表示正整数；

T用于表示运行时间。

具体地，本实施例中，电压数据和电流数据相乘得到电机功率，电机功率与功率参数相乘得到实际功率，其中，当前时刻的功率参数可以为0.8。实际功率的均值与运行时间相乘得到能耗计算数据。

优选的，预测公式配置为：

k_m＝(k_m-1+P)*(k_m-1-Q)/(P+Q)；

其中，m用于表示正整数；

P用于表示第一预设常数；

Q用于表示第二预设常数。

具体地，本实施例中，P可以为7，Q可以为8。

优选的，第二分析单元32包括：

第一分析子单元321，用于对电机温度数据和电机转速进行分析，并在电机温度数据大于预设的温度阈值且电机转速大于预设的转速阈值时，将能耗计算数据代入预设的第一能耗调整公式中，形成能耗分析数据；

第二分析子单元322，用于对电机温度数据、电机转速和气压数据进行分析，并在电机温度数据不大于温度阈值、电机转速不大于转速阈值且气压数据不大于第二气压阈值时，将能耗计算数据代入预设的第二能耗调整公式中，形成能耗分析数据。

优选的，第一能耗调整公式配置为：

D＝S*(1+x)ⁿ；

其中，D用于表示能耗分析数据；

S用于表示能耗计算数据；

x用于表示预设的功耗参数，功耗参数为0到1之间的常数；

n用于表示预设的调整次数，调整次数为大于1的常数。

具体地，本实施例中，当电机温度数据大于预设的温度阈值且电机转速大于预设的转速阈值时，表明此时电机的实时温度够高且转速过高，此时需要降低电机的运行频率，从而降低电机转速和电机的温度，因而将能耗计算数据代入第一能耗调整公式。在第一能耗调整公式中，由于功耗参数为0到1之间的常数，且调整次数为大于1的常数，因此当能耗计算数据代入第一能耗调整公式后，输出的能耗分析数据会变大，直至能耗分析数据大于能耗阈值，使得生成数据处理单元42生成第三调整指令，进而使得信号生成单元43生成第一变频调制信号，以降低电机的运行频率，进而降低电机转速和温度。

优选的，第二能耗调整公式配置为：

D＝S*(1-x)ⁿ；

其中，D用于表示能耗分析数据；

S用于表示能耗计算数据；

x用于表示预设的功耗参数，功耗参数为0到1之间的常数；

n用于表示预设的调整次数，调整次数为大于1的常数。

具体地，本实施例中，当电机温度数据不大于预设的温度阈值、电机转速不大于预设的转速阈值且气压数据不大于第二气压阈值时，表明此时电机的实时温度不高、转速不高同时进气口的气压不足，此时需要提升电机的运行频率以保证空气压缩机的运行效率，因而将能耗计算数据代入第二能耗调整公式。在第二能耗调整公式中，由于功耗参数为0到1之间的常数，且调整次数为大于1的常数，因此当能耗计算数据代入第二能耗调整公式后，输出的能耗分析数据会变小，直至能耗分析数据小于能耗阈值，使得生成数据处理单元42生成第一调整指令，进而使得信号生成单元43生成第二变频调制信号，以提升电机的运行频率，进而提升进气口的气压，提升了空气压缩机的运行效率。

优选的，还包括保护模块5，连接变频驱动模块8，用于在电流数据大于预设的电流阈值或电压数据大于预设的电压阈值时，停止变频驱动模块8驱动空气压缩机的电机。

具体地，本实施例中，保护模块5设置在变频驱动模块8的输出端，当变频驱动模块8输出至电机的变频调制信号的电流过大或电压过大时，保护模块5通过断开变频驱动模块8对电机的驱动实现对电机的保护。进一步地，本实施例中保护模块5可以为若干旁路二极管组成的旁路保护电路。

优选的，还包括动能回收模块6，设置在空气压缩机的电机的输出端，连接变频驱动模块8，用于在变频驱动模块8停止驱动空气压缩机的电机时，将空气压缩机的电机惯性转动时的机械能转化电能并存储。

具体地，本实施例中，当变频驱动模块8停止驱动电机时，通过设置动能回收模块6将电机因惯性而转动时的机械能转化为电能并存储在内部的电能存储容器中，并在变频驱动模块8需要驱动电机时，作为变频驱动模块8的补充能源，实现能源的循环利用。

优选的，还包括远程监控模块7，分别连接输出气压采集模块1和能耗分析模块3，用于分别对气压数据和能耗分析数据进行监控，并在气压数据大于第一气压阈值或气压数据不大于第二气压阈值时，将气压数据标记为异常气压数据并存储；

以及在能耗分析数据大于能耗阈值时，将能耗分析数据标记为异常能耗分析数据并存储。

具体地，本实施例中，通过设置远程监控模块7，实现了对异常气压数据及异常能耗数据的实时监控及存储备份，利于需要时进行调用查看。

优选的，远程监控模块7包括：

存储单元71，用于保存异常气压数据和异常能耗分析数据；

显示单元72，用于根据外部发送的一显示指令显示异常气压数据和异常能耗分析数据。

具体地，本实施例中，存储单元71可以为非易失性存储器，显示单元72可以为显示器，显示器用于通过输入的显示指令调用存储单元71中的异常气压数据和异常能耗数据并显示，以供查看。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于，包括：

输出气压采集模块(1)，设置在空气压缩机的出口，用于实时采集所述空气压缩机出口处的气压数据；

电机检测模块(2)，用于实时检测所述空气压缩机的电机上的电流数据、电压数据、电机转速、电机温度数据和运行时间；

能耗分析模块(3)，连接所述电机检测模块(2)，用于根据所述电流数据、所述电压数据、所述电机转速、所述电机温度数据和所述运行时间对所述空气压缩机的运行能耗进行能耗分析，并得到一能耗分析数据；

控制模块(4)，分别连接所述能耗分析模块(3)和所述输出气压采集模块(1)，包括：

第一分析单元(41)，用于对所述气压数据进行分析，并在所述气压数据大于预设的第一气压阈值时，生成一第一调整指令，以及在所述气压数据不大于预设的第二气压阈值时，生成一第二调整指令；

数据处理单元(42)，用于在所述能耗分析数据大于预设的能耗阈值时，生成一第三调整指令，所述第二调整指令的优先级高于所述第三调整指令；

信号生成单元(43)，分别连接所述第一分析单元(41)和所述数据处理单元(42)，用于根据所述第二调整指令生成一第一变频调整信号，以及根据所述第一调整指令及所述第三调整指令生成一第二变频调整信号；

变频驱动模块(8)，连接所述控制模块(4)，用于根据所述第一变频调整信号提升所述空气压缩机的电机运行频率，以及根据所述第二变频整信号降低所述空气压缩机的电机运行频率。

2.根据权利要求1所述的空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于：所述能耗分析模块(3)包括：

计算单元(31)，用于将所述电流数据、所述电压数据和所述运行时间代入预先配置的一能耗计算公式中，得到一能耗计算数据；

第二分析单元(32)，连接所述计算单元(31)，用于根据所述电机温度数据和所述电机转速对所述能耗计算数据进行分析，得到所述能耗分析数据。

3.根据权利要求2所述的空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于：所述能耗计算公式配置为：

S＝U*I*T*(k₁+k₂+_...+k_m)/m；

其中，S用于表示所述能耗计算数据；

U用于表示所述电压数据；

I用于表示所述电流数据；

k₁用于表示预设的当前时刻的功率参数，k₂用于表示根据k₁预设的预测公式预测得到的当前时刻往后1时刻的功率参数，...，k_m用于表示k_m-1根据所述预测公式预测得到的当前时刻往后m-1时刻的功率参数；

m用于表示正整数；

T用于表示所述运行时间。

4.根据权利要求3所述的空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于：所述预测公式配置为：

k_m＝(k_m-1+P)*(k_m-1-Q)/(P+Q)；

其中，m用于表示正整数；

P用于表示第一预设常数；

Q用于表示第二预设常数。

5.根据权利要求2所述的空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于：所述第二分析单元(32)包括：

第一分析子单元(321)，用于对所述电机温度数据和所述电机转速进行分析，并在所述电机温度数据大于预设的温度阈值且所述电机转速大于预设的转速阈值时，将所述能耗计算数据代入预设的第一能耗调整公式中，形成所述能耗分析数据；

第二分析子单元(322)，用于对所述电机温度数据、所述电机转速和所述气压数据进行分析，并在所述电机温度数据不大于所述温度阈值、所述电机转速不大于所述转速阈值且所述气压数据不大于所述第二气压阈值时，将所述能耗计算数据代入预设的第二能耗调整公式中，形成所述能耗分析数据。

6.根据权利要求5所述的空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于：所述第一能耗调整公式配置为：

D＝S*(1+x)ⁿ；

其中，D用于表示所述能耗分析数据；

S用于表示所述能耗计算数据；

x用于表示预设的功耗参数，所述功耗参数为0到1之间的常数；

n用于表示预设的调整次数，所述调整次数为大于1的常数。

7.根据权利要求5所述的空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于：所述第二能耗调整公式配置为：

D＝S*(1-x)ⁿ；

其中，D用于表示所述能耗分析数据；

S用于表示所述能耗计算数据；

x用于表示预设的功耗参数，所述功耗参数为0到1之间的常数；

n用于表示预设的调整次数，所述调整次数为大于1的常数。

8.根据权利要求1所述的空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于：还包括保护模块(5)，连接所述变频驱动模块(8)，用于在所述电流数据大于预设的电流阈值或所述电压数据大于预设的电压阈值时，停止所述变频驱动模块(8)驱动所述空气压缩机的电机。

9.根据权利要求8所述的空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于：还包括动能回收模块(6)，设置在所述空气压缩机的电机的输出端，连接所述变频驱动模块(8)，用于在所述变频驱动模块(8)停止驱动所述空气压缩机的电机时，将所述空气压缩机的电机惯性转动时的机械能转化电能并存储。

10.根据权利要求1所述的空气压缩机智能化控制节能系统，其特征在于：还包括远程监控模块(7)，分别连接所述输出气压采集模块(1)和所述能耗分析模块(3)，用于分别对所述气压数据和所述能耗分析数据进行监控，并在所述气压数据大于所述第一气压阈值或所述气压数据不大于所述第二气压阈值时，将所述气压数据标记为异常气压数据并存储；

以及在所述能耗分析数据大于所述能耗阈值时，将所述能耗分析数据标记为异常能耗分析数据并存储。

所述远程监控模块(7)包括：

存储单元(71)，用于保存所述异常气压数据和所述异常能耗分析数据；

显示单元(72)，用于根据外部发送的一显示指令显示所述异常气压数据和所述异常能耗分析数据。

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