CN201535243U - 具有恒压与休眠的空压机节能控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及具有恒压与休眠的空压机节能控制器。本实用新型包括：空气压缩机，安装在所述空气压缩机的储气罐上的压力变送器，压力变送器与电控器电连接，电控器与空气压缩机的电机的变频器电连接。空气压缩机的主输气管上设置有气流开关，气流开关与电控器电连接。本实用新型通过两个压力设定值：标准气压、最低气压，两者之间存在较大区间。结构上在主输气管上设置气流开关，电控器通过气流开关判断用户是否处于用气状态。如果处于用气状态，则电控器为用户提供“标准气压”。如果处于非用气状态，电控器使空气压缩机进入休眠状态并保持最低气压以便随时为用户供气，大幅度减少变频器和空气压缩机的启动次数和运行时间，达到深度节能的目的。

Description

具有恒压与休眠的空压机节能控制器

技术领域

本实用新型涉及具有恒压与休眠的空压机节能控制器，是一种电子控制装置，是一种具有恒压供气与智能休眠功能的空气压缩机节能控制器。

背景技术

空气压缩机在各种领域有着广泛的应用，目前，用于节能的措施主要有两类：一类是简单的电机电源通断控制或机械式的加载卸载控制。在这类控制方式中，当气压达到设定值上限时，电机停止运转或卸载空转；一旦气压低于设定值下限时，电机启动运转或加载运转。另一类是用变频器控制空气压缩机电机的运转，当气压低于设定标准时，电机加速运转，接近设定标准时，电机低速运转，使空气压缩机的储气罐始终维持恒定的供气压力。在空气压缩机正常使用过程中，变频器控制电机的运转与简单的通断控制或加载卸载控制方式相比能够取得更好的节能效果。但也存在以下问题：在空气压缩机使用过程中，由于生产工艺、流程、任务的需要，用气量没有规律，经常有间隔用气的情况，即在两次用气过程之间，有一段较长的间隔时间。这段时间中通常采用休眠的办法，即停止变频器和空气压缩机的运行。实际使用中却有如下现象：在无人用气的情况下，因为空气压缩机的储气罐和气管、用气控制阀等难免有一定的轻微漏气，或温度变化引起压力波动，气压值时不时会偏离设定值，这就引起变频器和空气压缩机频繁反复启动，处于“睡不稳”的状态，造成电力浪费和设备磨损。

发明内容

为解决现有技术的问题，本实用新型提供一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器，既能精确恒压供气又能防止在用户不用气的情况下空气压缩机频繁运转的问题，最大限度减少电能的浪费。

本实用新型的目的是这样实现的：具有恒压与休眠的空压机节能控制器，包括：空气压缩机，安装在所述空气压缩机的储气罐上的压力变送器，所述的压力变送器与电控器电连接，所述的电控器与空气压缩机的电机的变频器电连接；所述的空气压缩机的主输气管上设置有气流开关，所述的气流开关与电控器电连接。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型通过两个压力设定值：一个是标准气压，一个是最低气压，两者之间存在较大区间；结构上在主输气管上设置气流开关，电控器通过气流开关来判断用户是否处于用气状态。如果用户是处于用气状态，则电控器通过变频器，控制空气压缩机为用户提供“标准气压”。如果用户是处于非用气状态，电控器使变频器和空气压缩机进入休眠状态并能保持最低气压以便随时为用户供气，大幅度减少变频器和空气压缩机的启动次数和运行时间，达到深度节能的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型实施例一所述的一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的系统结构原理示意图；

图2是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器结构示意图；

图3是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器的单片机主电路；

图4是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器的输入端电流-电压转换电路；

图5是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器的输出端电压-电流变换电路；

图6是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器的温度信号处理电路；

图7是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器的控制输出单元；

图8是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器的通信总线单元；

图9是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器的键盘输入与数字显示单元；

图10是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器的工作状态指示电路；

图11是本实用新型实施例二所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器的电控器的故障显示电路；

图12是是本实用新型实施例五所述一种具有恒压与休眠的空压机节能控制的方法原理框图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种具有恒压与休眠的空压机节能控制器，系统结构原理图见图1。本实施例包括：空气压缩机4，安装在空气压缩机的储气罐上的压力变送器3，压力变送器与电控器1电连接，电控器与空气压缩机的电机的变频器2电连接。空气压缩机的主输气管6上设置有气流开关5，气流开关与电控器电连接。

本实施例根据用户在电控器上的设定，经变频器控制空气压缩机变速或间歇运行，为用户提供符合要求的恒定压力的压缩空气。

本实施例中，用户必须给节能控制器提供两个压力设定值：一个是标准气压，即“用户根据生产工艺要求设定的最佳供气气压”，一个是最低气压，即“用户根据生产工艺要求设定的最低供气气压”。两者之间存在较大区间。

在空气压缩机的主输气管中安装一个气流开关，气流开关输出的电信号和电控器连接，电控器通过气流开关输出的电信号来判断用户是否处于用气状态。

如果用户是处于用气状态，则本实施例通过变频器，控制空气压缩机变速或间歇工作，使空气压缩机的储气罐压力处于“标准气压”的恒定状态，保证用户高质量用气。如果用户是处于非用气状态，节能控制器只有在当前的实际气压缓慢降低到用户设定的“最低气压”以下时，才会通过变频器去启动空气压缩机。当实际气压上升到用户设定的“标准气压”后，变频器和空气压缩机又立即进入休眠状态，直到储气罐压力再次降到用户设定的最低气压时为止。由于“用户设定的标准气压”和“用户设定的最低气压”存在较大区间，这样就可以大幅度减少变频器和空气压缩机的启动次数，达到深度节能的目的。

在空气压缩机的主输气管中接入气流开关，气流开关的电信号和电控器的输入端连接，空气压缩机的压力变送器也和电控器的输入端连接。在本实施例中设定两种气压标准，一种是标准气压，一种是最低气压。节能控制器通过气流开关输出的电信号来判断用户是否处于用气状态，如果用户是处于用气状态，则电控器启动精确的PID运算功能，通过变频器控制空气压缩机变速或间歇工作，使储气罐压力处于“标准气压”的恒定状态，保证用户高质量用气。如果用户是处于非用气状态，电控器只有在当前的实际气压低于用户设定的最低气压后，才会通过变频器去启动空气压缩机。当实际气压上升到用户设定的“标准气压”后，变频器和空气压缩机立即进入休眠状态，直到储气罐压力降到用户设定的最低气压时为止。由于“用户设定的标准气压”和“用户设定的最低气压”存在一定区间，这样就可以大幅度减少变频器和空气压缩机的启动次数，达到深度节能的目的，PID具体算法见实施例五。

实施例二：

本实施例是实施一的改进，是实施例一关于电控器的细化。本实施例所述的电控器包括：与压力变送器连接的输入端电流-电压转换电路，与气流开关连接的气流信号处理电路，与安装在空气压缩机机头上的温度传感器连接的温度信号处理电路；输入端电流-电压转换电路、气流信号处理电路、温度信号处理电路与单片机连接，单片机与输出端电压-电流转换电路、控制输出单元、通讯总线、工作状态指示、故障显示单元、键盘输入与数字显示单元、电源连接。

本实施例电控器的系统结构原理示意图如图2所示，单片机主电路是系统的核心。其外围电路有：输入端电流-电压转换电路、输出端电压-电流变换电路、温度信号处理电路、气流信号处理电路、控制输出单元、通讯总线单元、键盘输入与数字显示单元、工作状态指示电路、故障显示单元、电源等。

单片机主电路如图3所示，电路中使用的芯片有：单片机，型号为ATMEGA64，可用ATMEGA16/48/88/168、PIC 16F876/877、ATtiny24/44/84替代。

图4是输入端电流-电压转换电路、图5是输出端电压-电流变换电路、图6是温度信号处理电路、图7是控制输出单元、图8是通信总线单元、图9是键盘输入与数字显示单元、图10是工作状态指示电路、图11是故障显示电路。

故障显示单元的驱动芯片SN74HC595D，管脚兼容可用不同厂家的74XX595产品替代。

图5中的电压-电流变换电路，型号为ISO-U1-P1-O1，是一种模拟直流信号光电隔离放大器。输入电压0-5V，输出电流4-20mA。符合此参数的原则上都可替代。但要注意电源电压、引脚位置等参数是否一致。

图6中运算放大器型号为LM124，可用LM324、LM358等替代。

图9中的键盘输入单元供用户输入数据或控制指令。

图9中的数字显示单元的作用如下：显示系统的工作状态的相关数据：压缩机机头温度、空气压力参数等。当设置系统的工作参数时，它用来显示所设置的数值。比如压力上限设定、压力下限设定、预警温度设定、保护温度设定等。

图9中的键盘输入与数字显示芯片ZLG7290可用TM1629、MAX7219等替代。

图11的故障显示电路的驱动芯片SN74HC595D，管脚兼容可用不同厂家的74XX595产品替代。

实施例三：

本实施例是实施例二的改进，是实施例二关于压力变送器的改进。本实施例所述的压力变送器是厚膜式压力变送器或陶瓷电容式压力变送器中的一种。

压力变送器可采用KYT-P-Y型一体化式压力变送器，它是以厚膜压力传感器作为压力敏感元件，并经处理电路将压力信号转换成标准的电流(电压)信号的在线检测装置，由合肥荣事达科源传感系统工程有限责任公司生产。

也可使用广州思达自动化仪表有限公司生产的SIDA-121棒状型陶瓷电容式压力变送器、南京宏沐科技有限公司生产的HM20通用型压力变送器。

实施例四：

本实施例是上述实施例细化，是实施例三关于气流开关的细化，本实施例所述的气流开关是活塞式流量开关或门帘式流量开关中的一种。

气流开关可选用的是北京航天鑫诺传感测控技术中心生产的“L-HK-A系列活塞式流量开关”，该中心生产的“L-MK-A系列门帘式流量开关”也能使用。

实施例五：

本实施例是应用上述实施例所述控制器的具有恒压与休眠的空压机节能控制方法，是一种PID的运算方法。

本实施例的基本过程可以简单的描述为：开机后首先运行“读取数据、显示数据”模块，程序首先显示“设定压力”、“当前压力”。“设定压力”为保存在系统中的用户设定的数据。压缩机的温度与设定压力交替显示。同时显示发生的各种故障状态。

“参数设置”模块用来设置空压机节能控制器的各种工作参数，主要有：

1)、工作模式：a、变频恒压运行；b、变频压力区间运行；c、工频压力区间运行。

2)、设定压力：a、压力下限；b、压力上限；c、标准气压(恒压压力)；d、最低气压(休眠压力下限)；e、恒压压力最大值；f、下限报警压力；g、上限报警压力。

3)、电机最高工作频率。

4)、电机最低工作频率。

5)、空压机预警工作温度。

6)、空压机保护工作温度。

7)、电机功率。

8)、电机电压。

9)、全速运行时间设定值。

10)、休眠压力下限。

当“运行键”按下时，系统进入运行状态，在运行过程中，系统始终监视“停机键”状态，“停机键”一旦按下，系统立即进入停机状态。

在运行状态，系统首先判断用户所选的工作模式。

如果是“变频恒压运行”模式，系统首先判断实际压力是否超过“恒压压力最大值”，如果是，变频器则停机休眠。如果不是，系统则判断用户当前是否使用气源。如果用户当前使用气源，系统根据压力偏差调整电机转速，使压力维持在用户设定的“标准气压”值上。

如果用户当前未使用气源，系统判断当前压力是否低于“最低气压”，如果不低于“休最低气压”，系统保持原状态。否则，电机立即启动或加速。

如果用户所选的工作模式是“变频压力区间运行模式”，当压力＞压力上限时，变频器停止；当压力＜压力下限时，变频器启动。压力始终维持在压力上限、压力下限之间。“调整变频器频率”模块的作用是自动为变频器选择一个合适的工作频率。

如果用户所选的工作模式是“工频压力区间运行模式”，当压力＞压力上限时，电机停止；当压力＜压力下限时，电机启动。压力始终维持在压力上限、压力下限之间。这种模式，电机启动冲击电流较大，只有在变频器有故障时应急使用。

如果空压机当前压力降到下限报警压力以下，且全速运行时间超过“全速运行时间设定值”，系统则进行“压力偏低报警”，此时当前压力显示的数据进入闪烁状态，同时有蜂鸣音报警。

本实施例所述方法的具体运行步骤如下：

程序开始的步骤：用于程序启动并进行自检的过程；

停机状态读取数据并显示的步骤：用于将显示“设定压力”和“当前压力”等数据。

停机状态参数设置的步骤：用于设定工作参数，所述工作参数包括：工作模式、设定压力、电机最高工作频率、电机最低工作频率、空气压缩机预警工作温度、空气压缩机保护工作温度、电机功率、电机电压、全速运行时间设定、休眠压力下限。本步骤是在停机状态下参数设置。

判断是否运行的步骤：用于确定是否运行，如果“否”则回到“停机状态参数设置的步骤”，如果“是”则进入下一步骤。

判断是否停机的步骤：用于确定是否停机，如果“是”则进入停机状态，并回到“判断是否运行的步骤”，如果“否”则进入下一步骤。

选择是否进入变频恒压运行模式的步骤：用于选择“变频恒压运行模式”或者“压力区间运行模式”，如果“是”则进入“变频恒压运行模式”，如果“否”则进入下一步骤。

选择是否进入工频压力区间运行模式的步骤：用于选择“变频压力区间运行模式”或者“工频压力区间运行模式”。

进入“变频恒压运行模式”：

判断实际压力是否超过恒压压力最大值的步骤，用于判断空压机中的实际压力是否超过所设定的恒压压力最大值，如果“是”则变频器停止工作并进入“判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值的步骤”，如果“否”则进入下一步骤。

判断用户是否用气的步骤：用于判断用户是否用气，即主输气管中是否有空气流动，如果“是”则根据压力偏差情况调整电机转速并进入“判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值的步骤”，如果“否”则进入下一步骤。

判断实际压力是否低于休眠压力下限的步骤：用于判断实际压力是否低于休眠压力下限如果“是”则电机启动或电机加速并进入“判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值的步骤”，如果“否”则直接进入“判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值”。

进入“变频压力区间运行模式”：

判断压力是否大于设定压力上限的步骤：用于判断压力是否大于设定压力上限，如果“是”则变频器停止工作并进入“调整变频器频率的步骤”，如果“否”则进入下一步骤。

判断压力是否小于设定压力下限的步骤：用于判断压力是否小于设定压力下限如果“否”则进入“调整变频器频率的步骤”，如果“是”则进入下一步骤。

变频器启动的步骤：用于将变频器启动。

调整变频器频率的步骤：用于调整变频器频率以改变电机转速，调整变频器频率后进入“判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值的步骤”。

进入“工频压力区间运行模式”：

判断压力是否大于设定压力上限的步骤：用于判断压力是否大于设定压力上限，如果“是”则停止电机工作并进入“判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值的步骤”，如果“否”则进入下一步骤。

判断压力是否小于设定压力下限的步骤：用于判断压力是否小于设定压力下限，如果“否”则进入“判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值”，如果“是”则启动电机并进入“判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值”。

判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值的步骤，用于判断当前压力是否小于下限报警压力且全速运行时间是否超过设定值，如果“是”则对压力偏低进行报警并进入“开机状态参数设置的步骤”，如果“否”则直接进入“开机状态参数设置的步骤”。

开机状态参数设置的步骤：用于设定工作参数，所述工作参数包括：工作模式、设定压力、电机最高工作频率、电机最低工作频率、空气压缩机预警工作温度、空气压缩机保护工作温度、电机功率、电机电压、全速运行时间设定、休眠压力下限。本步骤与前一个“停机状态参数设置步骤”不同的是本步骤是在运行状态下进行的参数设置。

开机状态读取数据、显示数据的步骤：用于对设置的参数和空压机的当前运行参数进行显示以便调整。

回到“判断是否停机的步骤”：用于判断用户是否要求停机，如果“是”则进入停机状态，如果“否”则继续运行。

最后应说明的是，以上仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案(比如气流开关的设置、压力变送器的设置、电控器的电路设置等等)进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.具有恒压与休眠的空压机节能控制器，包括：空气压缩机，安装在所述空气压缩机的储气罐上的压力变送器，其特征在于，所述的压力变送器与电控器电连接，所述的电控器与空气压缩机的电机的变频器电连接；所述的空气压缩机的主输气管上设置有气流开关，所述的气流开关与电控器电连接。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述的电控器包括：与所述压力变送器连接的输入端电流-电压转换电路，与所述气流开关连接的气流信号处理电路，与安装在空气压缩机机头上的温度传感器连接的温度信号处理电路；所述的输入端电流-电压转换电路、气流信号处理电路、温度信号处理电路与单片机连接，所述的单片机与输出端电压-电流转换电路、控制输出单元、通讯总线、工作状态指示、故障显示单元、键盘输入与数字显示单元、电源连接。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述的压力变送器是厚膜式压力变送器或陶瓷电容式压力变送器中的一种。

4.根据权利要求1至3之一所述的控制器，其特征在于，所述的气流开关是活塞式流量开关或门帘式流量开关中的一种。

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