CN205478243U - 无人值守式节能型空压站控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开无人值守式节能型空压站控制系统，包括电源、空压机组、与空压机组相连的储气罐、空压机节电器以及接触器；储气罐的出气口设有压力变送器，压力变送器与空压机节电器相连，空压机节电器与空压机组相连，接触器与空压机组相连；接触器以及空压机节电器均与电源相连。本实用新型节能效果好、能够实现恒压供气、能够实现无人值守自动运行，使用寿命长。

Description

无人值守式节能型空压站控制系统

技术领域

本实用新型涉及自动控制领域，特指无人值守式节能型空压站控制系统。

背景技术

空压机在工业生产中应用十分广泛。它担负着为工厂所有气动元件提供气源的职责。它的运行状况直接影响到工厂的生产工艺与产品质量。

空压站的主设备有空气压缩机、空气干燥设备、空气过滤器、储气罐、连接管道和阀门等。大型空压站通常拥有数10台机组，以保证不同负荷的供气需求。在实际运行中，当用气量少时，开启3-5台机组，用气量增大时，操作工人手动追加空压机，多台机组并联运行，空压机根据预设的压力值的下限与上限自动加载和卸载运行。现有空压站存在如下问题：

1、空压站不能排除在满负荷状态下短时间运行的可能性，所以空压站总装机容量需根据生产最大用气量设计，设计余量一般偏大；2、空气压缩机主机不允许频繁启动，所以在用气量少的时候空压机仍然要空载运行，导致电能浪费；3、主电机采用星-角降压起动，但启动时的电流仍然很大，影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全；4、主机工频启动对设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作量大；5、空压机运行过程中加载/卸载频繁，气压波动幅度大，供气成本高，属于典型的非经济运行；6、空压机全速运转，通过调节阀门调整供气压力，造成空压站噪音大，影响周边岗位人员的工作和休息。随着我国经济的飞快发展，国家越来越关注高效低耗的技术，建设恒压供气、无人值守空压站，已是一个发展的必然趋势。

实用新型内容

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提出一种无人值守式节能型空压 站控制系统。

本实用新型为解决现有技术存在的问题所采用的技术方案为：无人值守式节能型空压站控制系统，包括电源、空压机组、与空压机组相连的储气罐、空压机节电器以及接触器；储气罐的出气口设有压力变送器，压力变送器与空压机节电器相连，空压机节电器与空压机组相连，接触器与空压机组相连；接触器以及空压机节电器均与电源相连。

进一步，空压机节电器包括模糊控制模块以及功率模块，压力变送器与模糊控制模块相连，模糊控制模块与功率模块相连，功率模块与空压机组相连，电源与功率模块相连。

进一步，空压机组的出气口设有调节阀，调节阀与功率模块相连。

进一步，模糊控制模块包括模糊PID控制器，压力变送器与模糊PID控制器相连，模糊PID控制器与功率模块相连。

进一步，模糊PID控制器设有BP神经网络控制器，BP神经网络控制器对模糊PID控制器的三个参数进行整定。

进一步，空压机节电器设有人机界面，人机界面设有无纸记录模块，监控和设定功能更加直观。

本实用新型相对于现有技术，其优点在于，

1、本实用新型通过自动调节空压机组的输出功率来调节产气量和出口压力，空压站的供气量和供气压力随着现场生产用气流量的变化而改变，实现用气量与产气量的动态供需平衡，保持管道中的气压恒定；

2、本实用新型通过改变空压机的输出功率来调节管道中的流量，以取代频繁的加载\卸载的调节方式，一般节电率都在10-30％，能够达到良好的节能效果；

3、本实用新型设有功率模块，空压机组具备软启\软停功能，可实现对空压 站所有空压机进行平滑启、停，减少了启动过程中对马达的冲击，能够降低维护和维修量，同时空气压缩机低在转速运行时，润滑油耗量也就变小，能够有效降低设备的维修保养成本；同时能够防止对电网造成冲击，延长空气压缩机组电机及管网系统的使用寿命，提高电网的安全性能与设备运行的可靠性；

4、本实用新型具有旁路功能，当空压机节电器出现故障时，能够通过接触器直接供电，使空压机组照常工作，保证了空压站的运行质量；

5、本实用新型根据现场实际需气量的工况要求，实时调整输出功率，能够有效地降了空压机运行时的噪音；

6、本实用新型采用模糊控制模块，可实现分时段压力控制，系统将自动汇总、分析运行数据，根据分析结果精准的形成当天各个时段的运行曲线图，实现提前预判未来时刻的负荷大小和产气量；运行过程中无需人为干预，系统将自动代替现场操人员的思维模式，动态调节系统运行参数，并始终维持系统的正常、稳定、高效运行；

7、本实用新型采用大惯量PID控制系统即带BP神经网络控制器的PID控制器，大幅度降低了空压系统超调的现象，极大增强了系统的稳定性，压力控制精度可达到±0.2％Mbps；

8、本实用新型设有调节阀，调节阀与功率模块相连，当用气量相当小而储气罐内的压力非常大的时候，可以自动关机，只有在用气量比较大的时候再恢复开机；这样在节假日、双休日等非正常工作日时，或者是深夜时，系统将自动停机，最大化的节能；

9、本实用新型设有人机界面，人机界面设有无纸记录模块，监控和设定功能更加直观。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图；

图2为图1实施例中模糊控制模块的控制流程图；

图3为图2中PID控制器的控制流程图。

具体实施方式

现结合附图以及实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例

参照图1，本实施例包括电源、空压机组、与空压机组相连的储气罐、空压机节电器以及接触器；储气罐的出气口设有压力变送器，压力变送器与空压机节电器相连，空压机节电器与空压机组相连，接触器与空压机组相连；接触器以及空压机节电器均与电源相连。

空压机节电器包括模糊控制模块以及功率模块，压力变送器与模糊控制模块相连，模糊控制模块与功率模块相连，功率模块与空压机组相连，电源与功率模块相连。

空压机组的出气口设有调节阀，调节阀与功率模块相连。

参照图2，模糊控制模块包括模糊PID控制器，压力变送器与模糊PID控制器相连，模糊PID控制器与功率模块相连。

模糊PID控制器设有BP神经网络控制器，BP神经网络控制器对模糊PID控制器的三个参数进行整定。

空压机节电器设有人机界面，人机界面设有无纸记录模块，监控和设定功能更加直观。

本实施例将管网压力作为控制对象，装在储气罐出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为电信号送给空压机节电器的模糊控制模块(模糊控制模块包括模糊PID控制器)，与压力给定值进行比较，并根据差值的大小按既定的PID 控制模式进行运算，产生控制信号去控制空压机节电器的输出功率，调整空压机组的功率，从而使实际压力始终维持在压力给定值。

智能模糊控制技术就是在控制方法上应用模糊集合论，运用模糊语言变量及模糊逻辑域实现系统的智能控制。这种方法摆脱了控制对象输入、输出物理量的精确描述，以机器模拟人的模糊思维对系统实现有效控制，并对输入、输出变量、控制过程、调控结果等数据进行实时采集，并上传至中央处理器形成大数据库。在实际控制过程中，将计算机采样的输入量(精确量)模糊化，经模糊域确定控制量的模糊值，最后进行反模糊处理获得控制量的实际输出，对被控对象进行控制。引入模糊控制模块之后，压力给定值不再是一个单纯的设定值，而是一条根据工厂一天用气量而设定的压力曲线，一旦压力曲线确定下来后系统将根据内部的实时时钟，按照预先设定的压力曲线自动运行。系统自动汇总、分析运行数据，根据分析结果精准的形成当天各个时段的压力曲线，实现提前预判未来时刻的负荷大小和产气量；运行过程中无需人为干预，系统将自动代替现场操人员的思维模式，动态调节系统运行参数，并始终维持系统的正常、稳定、高效运行；

由于空压站空压机组输出的压缩空气首先进入储气罐，而且储气罐的管网是公共的，可以等效为一个很大的储气罐。储气罐可以储存气压的能量，使得压力的变化平稳。但因为储气罐的存在将导致系统反馈的惯量大大增加，使得该系统成为了大惯量控制系统。大惯量控制系统使用普通的PID控制将很可能导致系统超调严重、振荡幅度大、系统不稳定等一系列问题。因此采用专用的大惯量PID控制系统(即带BP神经网络控制器的PID控制器)，大幅度降低了空压系统超调的现象，极大增强了系统的稳定性，压力控制精度可达到±0.2％Mbps。

参照图3，大惯量PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为：

$u\left(t\right)=k_p\{e\left(t\right)+\frac{1}{T_I}\∫e\left(t\right)dt+T_D\frac{de\left(t\right)}{dt}\}$

式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{v\left(s\right)}{E\left(s\right)}=k_p\{1+\frac{1}{(T_I*s)}+T_D*s\}$

(其中：k_p为比例系数；T_I为积分时间常数；T_D为微分时间常数)。

本实施例设有功率模块，空压机组具备软启\软停功能，可实现对空压站所有空压机进行平滑启停，由于功率调节装置具有线性输出的优点,使之压力-转速-功率达到动态匹配,转数明显降低,一般情况在450～1050r/min之间,机械磨损减小,延长设备的使用寿命。减少了启动过程中对马达的冲击，能够降低维护和维修量，空气压缩机低在转速运行时，润滑油耗量也就变小，能够有效降低设备的维修保养成本；同时能够防止对电网造成冲击，延长空气压缩机组电机及管网系统的使用寿命，提高电网的安全性能与设备运行的可靠性；

本实施例具有旁路功能，当空压机节电器出现故障时，能够通过接触器直接供电，使空压机组照常工作，保证了空压站的运行质量；

本实施例设有调节阀，调节阀与功率模块相连，当用气量相当小，而且储气罐内的压力非常大的时候，可以自动关机，只有在用气量比较大的时候再恢复开机；这样在节假日、双休日等非正常工作日时，或者是深夜时，系统将自动停机，最大化的节能；

本实施例设有人机界面，人机界面设有无纸记录模块，监控和设定功能更加直观。报警信号采用全中文显示，方便直观，可以在第一时间内判断故障的所在，进行故障排除。另外在报警控制的同时，还配备一定的声光报警信号， 以及在人机界面上配备故障排除的帮助界面，加快了系统故障的响应速度。

Claims (6)

1.无人值守式节能型空压站控制系统，其特征在于，包括电源、空压机组、与空压机组相连的储气罐、空压机节电器以及接触器；所述储气罐的出气口设有压力变送器，所述压力变送器与空压机节电器相连，所述空压机节电器与空压机组相连，所述接触器与空压机组相连；所述接触器以及空压机节电器均与电源相连。

2.根据权利要求1所述的无人值守式节能型空压站控制系统，其特征在于，所述空压机节电器包括模糊控制模块以及功率模块，所述压力变送器与模糊控制模块相连，所述模糊控制模块与功率模块相连，所述功率模块与空压机组相连，所述电源与功率模块相连。

3.根据权利要求2所述的无人值守式节能型空压站控制系统，其特征在于，所述空压机组的出气口设有调节阀，所述调节阀与功率模块相连。

4.根据权利要求2所述的无人值守式节能型空压站控制系统，其特征在于，所述模糊控制模块包括模糊PID控制器，所述压力变送器与模糊PID控制器相连，所述模糊PID控制器与功率模块相连。

5.根据权利要求4所述的无人值守式节能型空压站控制系统，其特征在于，所述模糊PID控制器设有BP神经网络控制器，所述BP神经网络控制器对模糊PID控制器的三个参数进行整定。

6.根据权利要求1所述的无人值守式节能型空压站控制系统，其特征在于，所述空压机节电器设有人机界面，所述人机界面设有无纸记录模块。