CN116792305A - 空压站的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空压站的自动控制技术领域，公开了一种空压站的控制系统，包括；主控制器，所述主控制器能够根据压力预设值和母管中的气压反馈以控制空压机群中的各个空压机的启动、停机、加载或卸载；多个空压机分控制器，多个所述空压机分控制器彼此并联且电性连接至所述主控制器，所述空压机分控制器能够接收所述主控制器的输出信号，以控制所述空压机群中的各个空压机相互独立地启动、停机、加载或卸载；空压机，该空压机对应电性连接至所述空压机分控制器，以接收所述空压机分控制器的输出信号。本发明的空压站的控制系统能够实现空压机群的自动联动控制，以提高空压机群自动化程度。

Description

空压站的控制系统

技术领域

本发明涉及空压站的自动控制技术领域，具体地涉及一种空压站的控制系统。

背景技术

压缩空气是工业生产的重要动力源，大型工厂均配置有连续运行的空压站，确保工厂的用风需求。但是，大型工厂的风量负荷并不是始终是恒定的。在实际生产运行中，当大型工厂用气量少时，可能仅运行少数的空压机，并且要减少空压机的工作数量。当大型工厂用气量增大时，可能需要多台的空压机，并且要增加空压机的工作数量。在人工启动或关闭空压机时，自动控制系统局限于单台机组，必须依靠人工监控和操作才能实现空压机群的整体控制。特别地，外供压力流量控制主要依靠调节阀的PID控制，当外供风量陡增陡减时无法迅速和精确地调整，需要人工增开或停用机组并接管控制系统。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的大型工厂中的空压机群自动化程度不高的问题，提供一种空压站的控制系统，该控制系统能够实现空压机群的自动联动控制，以提高空压机群自动化程度。

为了实现上述目的，本发明提供一种空压站的控制系统，包括；主控制器，所述主控制器能够根据压力预设值和母管中的气压反馈以控制空压机群中的各个空压机的启动、停机、加载或卸载；多个空压机分控制器，多个所述空压机分控制器彼此并联且电性连接至所述主控制器，所述空压机分控制器能够接收所述主控制器的输出信号，以控制所述空压机群中的各个空压机相互独立地启动、停机、加载或卸载；空压机，该空压机对应电性连接至所述空压机分控制器，以接收所述空压机分控制器的输出信号。

可选地，所述空压站的控制系统包括电性连接至所述主控制器且位于多个所述空压机分控制器上游的负荷分配控制器，所述负荷分配控制器能够根据接收所述主控制器的输出信号和所述空压机群中的各个所述空压机的负荷从而调整所述空压机群中的各个所述空压机的负荷，以使得所述空压机群中的各个所述空压机的负荷均衡。

可选地，所述空压站的控制系统包括电性连接于所述空压机分控制器和所述空压机之间的解耦控制器，所述解耦控制器的工作优先级高于所述空压机的防喘振控制器的工作优先级，并设置为能够同时控制所述空压机的导叶和通过控制所述防喘振控制器从而间接控制空压机的放空阀，以防止所述导叶和所述放空阀产生耦合关系。

可选地，所述主控制器设置为能够根据所述空压机群中的处于工作状态的所述空压机的总负荷与处于工作状态的所述空压机的最高极限总负荷对比或所述母管的气压与所述母管的最低气压对比，以通过所述空压机分控制器增加所述空压机的工作数量；和/或

所述主控制器设置为能够根据所述空压机群中的处于工作状态的空压机的总负荷与处于工作状态的空压机的最低极限总负荷对比或所述母管的气压与所述母管的最高气压对比，以通过所述空压机分控制器减少所述空压机的工作数量。

可选地，当所述空压机群中的处于工作状态的所述空压机的总负荷高于处于工作状态的所述空压机的最高极限总负荷或所述母管的气压低于所述母管的最低气压时，所述空压机分控制器设置为能够分别控制对应的所述空压机的导叶和放空阀，并同时让所述导叶的开度逐渐增大至大于所述空压机正常运行的最小开度和所述放空阀的开度逐渐减小至小于所述空压机正常运行的最大开度，以启动未处于工作状态的所述空压机。

可选地，各个所述空压机分控制器设置为能够根据对应的所述空压机的负荷以及刚启动的所述空压机的负荷让处于刚启动的所述空压机的放空阀的开度逐渐减小至全关，并调节处于所述刚启动状态的空压机和处于工作状态的所述空压机的导叶开度，使得各个空压机的负荷均衡。

可选地，当所述空压机群中的处于工作状态的所述空压机的总负荷低于处于工作状态的所述空压机的最低极限总负荷或所述母管的负荷高于所述母管的最高负荷时，所述空压机分控制器设置为能够分别控制对应的所述空压机的导叶和放空阀，并同时让所述导叶的开度逐渐减小至小于所述空压机正常运行的最小开度和所述放空阀的开度逐渐增大至大于所述空压机正常运行的最大开度，以关闭处于工作状态的所述空压机。

通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

主控器通过向空压机分控制器输出信号，以控制空压机的加载和卸载，可以理解为：当需要增大或减小母管中的气压时，主控器向空压机分控制器输出信号(增大或减小空压机的输出量，即为加载或卸载)，使得每个空压机在相同单位时间内的输出量增大或减小，然后进一步增大或减小母管中的气压。当空压机在相同单位时间内的输出量增大至空压机的上限或减小至空压机的下限时，为了保护处于工作状态的空压机不受损坏，主控器向空压机分控制器输出信号，以控制空压机的启动和停机(即，增加或减小空压机的数量)。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

在附图中，附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1是本发明中的空压站的控制系统的一种实施方式示意图；

图2是本发明中的空压机的控制原理示意图；

图3是本发明中的空压机的喘振曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1和图2所示，本发明的空压站的控制系统包括：主控制器，所述主控制器能够根据压力预设值和母管中的气压反馈以自动控制空压机群中的各个空压机的启动、停机、加载或卸载。多个空压机分控制器，多个所述空压机分控制器彼此并联且电性连接至所述主控制器，所述空压机分控制器能够接收所述主控制器的输出信号，以控制所述空压机群中的各个空压机相互独立地启动、加载、卸载或停机。为了保护设备运行安全，空压机分控制器同时对运行状态进行实时监测，当触发任意联锁条件时，所述空压机分控制器将卸载并停机当前压缩机，并记录第一个引起联锁的条件。空压机，该空压机对应电性连接至所述空压机分控制器，以接收所述空压机分控制器的输出信号。

主控制器通过向空压机分控制器输出信号，以控制空压机的加载和卸载，可以理解为：当需要增大或减小母管中的气压时(即母管实际气压与压力预设值产生偏差时)，主控器向每个空压机分控制器输出信号(增大或减小空压机的输出量，即为加载或卸载)，使得每个空压机在相同单位时间内的输出量均匀增大或减小，然后进一步增大或减小母管中的气压，使其稳定在压力预设值。当空压机在相同单位时间内的输出量增大至空压机正常工作的上限或减小至空压机正常工作的下限时，为了保护处于工作状态的空压机不受损坏，主控器向空压机分控制器输出信号，以控制空压机的启动和停机(即，增加或减少运行空压机的数量)。

其中，作为核心控制参数，压力预设值可以理解为：设定母管中的气压将要达到的气压值，例如，需要改变母管中的气压，从低气压增大到高气压，该数值(高气压)即为压力预设值。

空压站的控制系统能够实现自动控制载空压机的启动、停机、加载或卸载，进一步提高了空压站的自动化程度。尤其是还能够根据母管的气压需求，自动增加或减少空压机运行台数，以实现无人操作。

具体的说明空压机的启动、停机、加载或卸载的工作过程：

启动：空压机收到主控制器发送至空压机分控制器的启动信号时，空压机的辅助油泵自动启动并建立油压条件，当油压条件满足后，空压机分控制器自动复位机组联锁，并启动空压机的主电机，从而启动空压机。其中，空压机的主电机运行信号和电流信号反馈至主控制器，主控制器判断机组中的空压机是否正常启动。如果空压机正常启动，则空压机分控制器进入加载状态，均匀提高空压机的输出量。当空压机出口压力提高到与母管气压一致时，主控制器自动接管此空压机，与其余在运行空压机并联控制；如果空压机没有正常启动，则主控制器向下一台空压机分控制器发送启动信号，直到空压机正常启动。

3取2的原理：为避免仪表故障或数据传输丢失导致的空压机误动作或误停机，空压机关键的监测参数比如振动、电流、油压等，均对应设置3块在线监测表。只有当2块或以上在线监测表的数值达到联锁设定值时，分控制器才会触发联锁动作。

停机：空压机收到主控制器发送至空压机分控制器的停机信号时，此台空压机退出主控制器的并联控制，空压机分控制器逐步调节导叶阀关至最小开度、放空阀至全开状态，使得空压机具备停机条件。停机过程中，主控制器根据母管压力的变化，同步调整其他并联运行机组的负荷。

自动加载和卸载：

a.启动阶段：空压机正常启动后，空压机分控制器控制空压机的导叶，使得导叶从零开度爬坡上升至空压机的导叶正常运行最小开度(每个空压机的最小开度是不同的，最小开度主要是根据空压机的性能测试结果、实测喘振曲线等因素进行判断的)，并让空压机维持空载运行一定的时间(空载运行的时间主要是根据空压机的性能测试结果等因素进行判断的)；

b.空压机并入管网阶段：当空压机的空载时间结束后，放空阀在一定时间内由全开逐步关小，出于节能降耗的目的，分控制器会尽量将放空阀调整至全关状态(但如果气量缺口并不大，则放空阀未全关时空压机输出量即可满足需求，继续关小放空阀将导致母管压力高于压力预设值)，当空压机出口压力与母管压力一致时，开始向管网(母管)并气；

c.空压机成功并网阶段：并网过程中，空压机分控制器根据出口压力预设定值，同时调节导叶和放空阀，使得放空阀下调的同时保证空压机出口的压力为预定压力，控制器同步调整其他运行空压机的输出量，使启动空压机的放空阀尽可能的达到全关状态。最终，空压机成功并网。

如图1所示，本发明的所述空压站的控制系统包括电性连接至所述主控制器且位于多个所述空压机分控制器上游的负荷分配控制器，所述负荷分配控制器能够根据接收所述主控制器的输出信号和所述空压机群中的各个所述空压机的负荷从而调整所述空压机群中的各个所述空压机的负荷，以使得所述空压机群中的各个所述空压机的负荷均衡。

当母管中的气压需要适应性增大或者减小时，需要空压机群中的各个空压机的出口压力适应性增大或者减小，在此过程中，部分空压机的压力不能及时的调整至母管需要的气压，导致空压机的出口压力以及空压机的工作情况各有不同。其次，当母管中的气压需要适应性增大或者减小时，需要增加或减小空压机群中的空压机数量，由于并入管网(母管)中的空压机数量的变化，也会出现部分空压机的压力不能及时的调整至母管需要的气压，导致空压机的出口压力以及空压机的工作情况各有不同。由此本发明通过负荷分配控制器调整空压机群中的各个空压机的负荷，以实现各个空压机的负荷均衡。具体地，当空压机群中的各个空压机自动并入管网之后，将各个空压机自动投入并联运行模式，主控制器发送信号(输出压力设定值)到单台机组的空压机分控制器，空压机分控制器再根据单台空压机的负荷和其它并联空压机的负荷对比来调整本台空压机的负荷，在控制母管压力到达设定值的同时，调整每台空压机的负荷，使之实现负荷均衡控制(每台空压机的负荷相同或每台空压机的输出量相同)，起到节能降耗的效果。

如图3所示，防喘振控制器的作用是防止空压机运行时发生喘振。此控制器需输入空压机的实测喘振数据，生成以电流为横坐标、出口压力为纵坐标的实测喘振线，并将实测喘振线在横坐标上右移不同宽度生成快开线与控制线。空压机运行时的电流和出口压力体现在此坐标轴上即为工作点，正常情况下工作点在控制线的右侧，当工作点快要触碰到控制线时，防喘振控制器将预先动作，避免工作点逼近。当外界工况突变，工作点越过快开线时，防喘振控制器将迅速打开放空阀至一定开度(取决于空压机性能与喘振测试数据)，确保放空阀在空压机将要喘振时及时打开，同时不对母管压力带来太大影响。

如图1至图3所示，本发明的所述空压站的控制系统包括电性连接于所述空压机分控制器和所述空压机之间的解耦控制器，所述解耦控制器的工作优先级高于所述空压机的防喘振控制器的工作优先级，并设置为能够同时控制所述空压机的导叶和通过控制所述防喘振控制器从而间接控制空压机的放空阀，以防止所述导叶和所述放空阀产生耦合关系。

入口导叶和放空阀都可以调节出口压力。当两个单独控制时，防喘振控制器和出口压力控制器之间存在耦合关系，最终导致空压机运行不稳定。为了避免这种情况，解耦模块将空压机分控制器和防喘振控制器分开并保证二者不同时对放空阀和入口导叶进行调节。

解耦模块管理并决定在什么情况下应该调节入口导叶和放空阀。例如，当出口压力测量值增加，空压机分控制器通过降低入口导叶开度来维持压力稳定。在防喘振控制器对放空阀控制前(过分降低入口导叶开度最终会导致压缩机喘振)，解耦模块将利用空压机分控制器打开放空阀，避免防喘振控制器对放空阀进行控制。

如图1所示，本发明的所述主控制器设置为能够根据所述空压机群中的处于工作状态的所述空压机的总负荷与处于工作状态的所述空压机的最高极限总负荷对比或所述母管的气压与所述母管的最低气压对比，以通过所述空压机分控制器增加所述空压机的工作数量。具体地，主控制器具有负荷计算功能，当判断运行空压机群的负荷接近最高极限或母管压力低于指标低限值时，主控制器根据顺位判断模块自动向第一顺位空压机发送启动命令，第一顺位空压机分控制器收到命令后执行启动程序。如果第一顺位空压机正常运行，依然出现运行空压机群的负荷接近最高极限或母管压力低于指标低限值，那么，主控制器根据顺位判断模块自动向第二顺位空压机发送启动命令，第二顺位空压机分控制器收到命令后执行启动程序。

另外，所述主控制器设置为能够根据所述空压机群中的处于工作状态的空压机的总负荷与处于工作状态的空压机的最低极限总负荷对比或所述母管的气压与所述母管的最高气压对比，以通过所述空压机分控制器减少所述空压机的工作数量。具体地，主控制器具有负荷计算功能，当判断运行空压机群的负荷接近最低极限或母管压力高于指标低限值时，主控制器向运行空压机群中的第一停机顺位空压机发送停机命令，使该空压机进行卸载，卸载后的空压机维持导叶最小开度(每个空压机的最小开度是不同的，最小开度大小主要是根据空压机的性能等因素进行判断的)以及放空阀全开度运行。即，保持空压机处于工作状态，如果运行空压机群的负荷没有接近最低极限或母管压力没有高于指标低限值时，主控制器向卸载后的空压机发出加载命令，使得空压机群的出口压力满足母管的压力需求。可以理解为：系统将卸载后的空压机重新加载，避免反复启动空压机。如果运行空压机群的负荷仍然接近最低极限或母管压力仍然高于指标低限值时，让卸载后的空压机停机。

当所述空压机群中的处于工作状态的所述空压机的总负荷高于处于工作状态的所述空压机的最高极限总负荷或所述母管的气压低于所述母管的最低气压时，所述空压机分控制器设置为能够分别控制对应的所述空压机的导叶和放空阀，并同时让所述导叶的开度逐渐增大至大于所述空压机正常运行的最小开度和所述放空阀的开度逐渐减小至小于所述空压机正常运行的最大开度，以启动未处于工作状态的所述空压机。当空压机处于启动阶段时，空压机的导叶处于零开度状态以及放空阀处于全开度的状态，但是，空压机在正常运行过程中，导叶和放空阀都有正常运行的标准。为了保证空压机能够正常运行以及能够成功并入管网，空压机的导叶的开度要大于空压机正常运行的最小开度，同时，放空阀的开度要小于空压机正常运行的最大开度。

本发明中的各个所述空压机分控制器设置为能够根据对应的所述空压机的负荷以及刚启动的所述空压机的负荷让处于刚启动的所述空压机的放空阀的开度逐渐减小至全关，并调节处于所述刚启动状态的空压机和处于工作状态的所述空压机的导叶开度，使得各个空压机的负荷均衡。当空压机的数量增加时，为了保证各个空压机的负荷均衡，调节刚并入的空压机的负荷和处于工作状态的空压机的负荷，使得管网中的各个空压机的负荷相同或者输出量相同。

当所述空压机群中的处于工作状态的所述空压机的总负荷低于处于工作状态的所述空压机的最低极限总负荷或所述母管的负荷高于所述母管的最高负荷时，所述空压机分控制器设置为能够分别控制对应的所述空压机的导叶和放空阀，并同时让所述导叶的开度逐渐减小至小于所述空压机正常运行的最小开度和所述放空阀的开度逐渐增大至大于所述空压机正常运行的最大开度，以关闭处于工作状态的所述空压机。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种空压站的控制系统，其特征在于，包括；

主控制器，所述主控制器能够根据压力预设值和母管中的气压反馈以控制空压机群中的各个空压机的启动、停机、加载或卸载；

多个空压机分控制器，多个所述空压机分控制器彼此并联且电性连接至所述主控制器，所述空压机分控制器能够接收所述主控制器的输出信号，以控制所述空压机群中的各个空压机相互独立地启动、停机、加载或卸载；

空压机，该空压机对应电性连接至所述空压机分控制器，以接收所述空压机分控制器的输出信号。

2.根据权利要求1所述的空压站的控制系统，其特征在于，所述空压站的控制系统包括电性连接至所述主控制器且位于多个所述空压机分控制器上游的负荷分配控制器，所述负荷分配控制器能够根据接收所述主控制器的输出信号和所述空压机群中的各个所述空压机的负荷从而调整所述空压机群中的各个所述空压机的负荷，以使得所述空压机群中的各个所述空压机的负荷均衡。

3.根据权利要求2所述的空压站的控制系统，其特征在于，所述空压站的控制系统包括电性连接于所述空压机分控制器和所述空压机之间的解耦控制器，所述解耦控制器的工作优先级高于所述空压机的防喘振控制器的工作优先级，并设置为能够同时控制所述空压机的导叶和通过控制所述防喘振控制器从而间接控制空压机的放空阀，以防止所述导叶和所述放空阀产生耦合关系。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的空压站的控制系统，其特征在于，所述主控制器设置为能够根据所述空压机群中的处于工作状态的所述空压机的总负荷与处于工作状态的所述空压机的最高极限总负荷对比或所述母管的气压与所述母管的最低气压对比，以通过所述空压机分控制器增加所述空压机的工作数量；和/或

所述主控制器设置为能够根据所述空压机群中的处于工作状态的空压机的总负荷与处于工作状态的空压机的最低极限总负荷对比或所述母管的气压与所述母管的最高气压对比，以通过所述空压机分控制器减少所述空压机的工作数量。

5.根据权利要求4中所述的空压站的控制系统，其特征在于，当所述空压机群中的处于工作状态的所述空压机的总负荷高于处于工作状态的所述空压机的最高极限总负荷或所述母管的气压低于所述母管的最低气压时，所述空压机分控制器设置为能够分别控制对应的所述空压机的导叶和放空阀，并同时让所述导叶的开度逐渐增大至大于所述空压机正常运行的最小开度和所述放空阀的开度逐渐减小至小于所述空压机正常运行的最大开度，以启动未处于工作状态的所述空压机。

6.根据权利要求5中所述的空压站的控制系统，其特征在于，各个所述空压机分控制器设置为能够根据对应的所述空压机的负荷以及刚启动的所述空压机的负荷让处于刚启动的所述空压机的放空阀的开度逐渐减小至全关，并调节处于所述刚启动状态的空压机和处于工作状态的所述空压机的导叶开度，使得各个空压机的负荷均衡。

7.根据权利要求4中所述的空压站的控制系统，其特征在于，当所述空压机群中的处于工作状态的所述空压机的总负荷低于处于工作状态的所述空压机的最低极限总负荷或所述母管的负荷高于所述母管的最高负荷时，所述空压机分控制器设置为能够分别控制对应的所述空压机的导叶和放空阀，并同时让所述导叶的开度逐渐减小至小于所述空压机正常运行的最小开度和所述放空阀的开度逐渐增大至大于所述空压机正常运行的最大开度，以关闭处于工作状态的所述空压机。