CN214122774U - 一种空压机集中控制节能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种空压机集中控制节能系统，通过将多台空压机和干燥机进行集中控制，来实现空压机系统的供气量与工厂用气量的动态匹配，使系统稳定运行，并实现节能减排的目的。该种空压机集中控制节能系统，空压机系统运行稳定，管网压力波动小，且在开车、检修及正常生产的各个阶段空压机空载时间明显较少，开机次数和运行时间相对平衡，节能效果显著。系统在集中控制的方案下减少了业主的巡检次数，更避免了人工操作带来的风险，提高了空压机系统的管理水平与自动化水平。本技术适合于在具有多条生产线的大型工厂或压缩空气用气负荷不够稳定的项目中进行推广。

Description

一种空压机集中控制节能系统

技术领域

本实用新型涉及一种空压机控制系统，特别是涉及一种空压机集中控制节能系统。

背景技术

空压机系统是制造业压缩空气的来源，一般由空气压缩机、储气罐、干燥机、除油过滤器和除尘过滤器组成。环境空气经过空气压缩机压缩后，含水空气进入一级储气罐进行缓冲，再经开关阀进入干燥机撬块进行干燥、高效除油和除尘过滤，之后进入二级储气罐并最终供用户使用。

众所周知，空压机耗电量极大，尤其是对于具有多条生产线的大型工厂，由于不能排除所有生产线满负荷状态下长时间运行的可能性，因此只能按照最大需求来选择电机容量，很容易造成电能浪费。在实际运行中，尤其是开车或检修阶段，若干条生产线或若干用气设备会处于停运状态，全厂用气量要远低于最大负荷，当供气压力超过空压机上限压力时空压机会卸载，卸载后的电机空转会造成较大的电能损耗。而且当用气量出现较大的波动时，供气压力不可避免的会产生波动，造成供气精度达不到工艺要求，进而可能会影响生产效率和产品品质。

空压机和干燥机可分别在现场可编程逻辑控制器(PLC)的控制下独立工作，但空压机机组是连续运行的，并且空压机单独工作时以其自身出口压力为控制对象，而其出口压力与管网压力相差较大，无法根据全厂用气量的变化来实现动态匹配。有些工厂通过频繁启停空压机的方法来解决耗电问题，然而带来的结果却是增大了对电网的冲击，而且会造成机组的机械磨损加大，缩短了机组寿命。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种空压机集中控制节能系统，通过将多台空压机和干燥机进行集中控制，来实现空压机系统的供气量与工厂用气量的动态匹配，使系统稳定运行，并实现节能减排的目的。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种空压机集中控制节能系统，所述节能系统包括顺次连接的空压机组、一级储气罐、干燥机组和工厂用气管路，所述空压机组包括并联的空压机主机、空压机辅机和空压机备机，所述干燥机组包括并联的干燥机主机和干燥机辅机；

所述节能系统还包括控制器，所述控制器接收工厂用气管路上所设压力变送器采集的供气压力，对接收的供气压力进行数据处理，并根据处理结果来调整空压机组以及干燥机组的运行。

进一步地，所述空压机组、干燥机组和压力变送器均通过输入输出模块与控制器连接。

进一步地，所述干燥机主机和干燥机辅机的进气管上均设有开关阀；

所述开关阀为气动开关阀。

进一步地，所述干燥机主机和干燥机辅机的下游均设有二级储气罐。

进一步地，所述工厂用气管路上设有调节阀，所述调节阀与控制器电连接；

所述调节阀为气动调节阀。

进一步地，所述工厂用气管路上并联有仪表用气管路。

进一步地，所述空压机主机、空压机辅机和空压机备机通过通讯模块与控制器连接。

大型工厂中多条生产线不同时运行会导致压缩空气用气负荷波动较大，空压机系统供气量难以与其动态匹配，且会造成较大的能量损耗。针对此问题，通过集中控制、主/辅/备机切换以及防止空压机频繁启停的控制方法，起到了很好的效果。本技术从自动控制角度出发提出空压机的节能控制方案。

该空压机集中控制节能系统，系统初次运行前，根据系统程序预先设定的原则在控制系统操作站的人机界面选择空压机主机、空压机辅机、空压机备机(简称为主机、辅机、备机)等。

操作人员按下联动启动按键后，系统将根据压力变送器输出的压缩空气管网压力信号进行判断，使空压机组进入自动启动顺控程序；随着管网压力的不断升高，系统将自动进入卸载和停机程序。在运行过程中，系统不断将管网压力与空压机主/辅/备机的加/卸载压力值进行比较，来决定空压机和干燥机的启动或停机。

控制系统监控画面设置主/辅/备机的切换功能，包括手动切换和自动切换。手动切换模式下，首先需要在监控画面上取消当前的主/辅/备机设定，然后根据主/辅/备机选择原则再次进行设定，可以每周或每几天时间进行一次手动切换。自动切换模式下，根据空压机和干燥机的运行状态、开机次数和运行时间自动切换主/辅/备机。

在系统启动与停止的顺控逻辑中加入启动/停机延时定时器、卸载延时定时器、机组连续再启动防止定时器等参数来避免机组的频繁启停。操作人员还能够根据机组实际运行情况在控制系统监控画面上调整定时器设定值，优化系统的运行。

在压缩空气出口母管分为仪表用气管线和工厂用气管线，在工厂用气管线设置调节阀，当管网压力降低到低于报警值时减小调节阀的开度，从而降低工厂用气量，以优先保证仪表用气，并间接减少了空压机的加/卸载次数，降低运行能耗。调节阀的开度执行PID调节控制。除了目标值、P值、I值、D值参数外，增加压力不感带、调节阀开度上下限、调节阀初始开度等参数来进行优化。

通过RS485总线型架构，将空压机和干燥机的运行信息通过MODBUS/RTU通讯协议传输到控制系统，并实现在控制系统对各参数及其变化趋势的实时查看、报表生成、异常报警等功能。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：空压机系统运行稳定，管网压力波动小，且在开车、检修及正常生产的各个阶段空压机空载时间明显较少，开机次数和运行时间相对平衡，节能效果显著。系统在集中控制的方案下减少了业主的巡检次数，更避免了人工操作带来的风险，提高了空压机系统的管理水平与自动化水平。本技术适合于在具有多条生产线的大型工厂或压缩空气用气负荷不够稳定的项目中进行推广。另外，本技术对于不同品牌不同年代的空压机可以实现集中控制和管理，因此对于旧厂改造也具有很大的参考意义。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型所述的一种空压机集中控制节能系统整体结构示意图。

附图标记说明：

110-空压机主机；120-空压机辅机；130-空压机备机；210-一级储气罐；310-主开关阀；320-辅开关阀；410-干燥机主机；420-干燥机辅机；510-二级主储气罐；520-二级辅储气罐；610-压力变送器；710-调节阀；810-输入输出模块；820-通讯模块；910-控制器；920-操作站。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型：

如图1所示，一种空压机集中控制节能系统，包括顺次连接的空压机组、一级储气罐210、干燥机组和工厂用气管路，其中，空压机组包括并联的空压机主机110、空压机辅机120和空压机备机130，干燥机组包括并联的干燥机主机410和干燥机辅机420，干燥机主机410和干燥机辅机420的进气管上均设有开关阀，开关阀选用气动开关阀，干燥机主机410和干燥机辅机420的下游均设有二级储气罐，一级储气罐210和二级储气罐均用于管路的气体缓冲；

干燥机组的末端连有并联的工厂用气管线和仪表用气管线，并在工厂用气管路上设有调节阀710，该调节阀710与控制器910电连接，选用气动调节阀710，当管网压力降低到低于报警值时减小调节阀710的开度，从而降低工厂用气量，以优先保证仪表用气；

该节能系统还包括控制器910，该控制器910采用现有的PLC，根据具体使用需求对PLC进行参数配置以满足使用需求，控制器910接收工厂用气管路上所设压力变送器610采集的供气压力，对接收的供气压力进行数据处理，并根据处理结果来调整空压机组以及干燥机组的运行；

空压机组、干燥机组和压力变送器610均通过输入输出模块810与控制器910连接，该输入输出模块810采用现有的信号处理模块，通过输入输出模块810把压力变送器610输出的信号转换成控制器910CPU能识别的信号，并用于采集设备运行信息发送至控制器910PLC；

为了传输空压机的压力、温度、报警等信号，空压机主机110、空压机辅机120和空压机备机130通过电缆与通讯模块820连接，该通讯模块820采用现有的通讯模块820，与控制器910连接，通讯模块820能把PLC的信号或者是说PLC需要的信号都传到上层控制系统；

该控制器910还连接有操作站920，操作站920内设有供使用者操作的人机界面。

该空压机集中控制节能系统，联动控制运行时，需要在控制系统将3台空压机分别设定为主机、辅机、备机，根据管网压力按优先级进行自动启动或停机。正常情况下，主机处于运行状态，一旦管网压力降低到辅机加载压力以下，辅机启动；管网压力降低到备机加载压力以下，备机启动。当管网压力达到备机卸载压力时，备机卸载并停机；达到辅机卸载压力时，辅机卸载并停机；达到主机卸载压力时，主机卸载并停机。

系统初次开机前，首先要进行空压机主机、辅机、备机的选择，选择或设定原则如下：

1)处于故障报警状态或就地状态下的空压机，不能被进行选择；

2)可以只选择主机，也可以只选择主机和辅机，也可以选择主机、辅机和备机；

3)选完主机才可以选辅机，选完辅机才可以选备机；

4)选择了一个空压机作为主机(辅机)，其他机器不可再被选为主机(辅机)；

5)选完辅机，主机不可重选，若需要重选主机，只能先取消选择辅机；选完备机，辅机不可重选，若需要重选辅机，只能先取消选择备机。

通过控制系统组态来实现以上选择原则，可以避免操作人员的误操作。同理将干燥机分别设定为主机和辅机，并与空压机运行数量匹配运行：1台空压机运行时1台干燥机运行，2台或3台空压机运行时2台干燥机运行，3台空压机停止则2台干燥机停止，干燥机停止对应的开关阀门关闭，可避免因空压机停机而干燥机仍然运行而导致的能源浪费。

1.自动启停控制

在控制系统按下联动启动按钮后，系统进入自动启动程序：

1)空压机主机110首先启动，延时20s后进行加载。

2)当管网压力达到0.4Mpa时，打开干燥机主机410对应的开关阀；当管网压力达到0.5Mpa时，启动干燥机主机410。

3)如果管网压力低于空压机辅机120加载压力或者空压机主机110有停机报警，空压机辅机120启动，延时20s后进行加载。

4)打开干燥机辅机420对应的开关阀，然后启动干燥机辅机420。

5)如果管网压力低于空压机备机130加载压力或者空压机辅机120有停机报警，空压机备机130启动，延时20s后进行加载。

随着管网压力的不断升高，系统将自动进入停机程序：

1)当管网压力升高达到空压机备机130卸载压力时空压机备机130卸载，延时20s后停机。

2)管网压力升高达到空压机辅机120卸载压力时空压机辅机120卸载，延时20s后停机。

3)停止干燥机辅机420并关闭其对应的开关阀。

4)管网压力升高达到空压机主机110卸载压力时空压机主机110卸载，延时20s后停机。

5)停止干燥机主机410并关闭其对应的开关阀。

此后，当管网压力下降到空压机主机110加载压力，系统又会自动进入启动程序。在运行过程中，系统不断将管网压力与空压机主/辅/备机的加/卸载压力值进行比较，来决定空压机和干燥机的启动或停机。

2.主/辅/备机切换功能

对于拥有多个空压机且不经常同时运行的系统，通过均衡各个空压机的运行时间，可以实现平衡各个空压机机械磨损的目的，进而提高整个系统的使用寿命。出于此目的，在控制系统设置了空压机主/辅/备机的切换功能。

处于故障报警状态或就地状态下的空压机，不能被定义为主机、辅机或备机，当然也不能参与切换。正在运行中的空压机如果出现故障停机或被切换到就地状态，则不再被定义为主机、辅机或备机，同时另两台空压机被定义为主机和辅机；当故障停机报警解除或被切换回远程状态后，需要操作人员在控制系统监控画面进行确认是否作为备机参与系统运行。

控制系统切换包括手动切换和自动切换，系统默认为手动切换。手动切换模式下，首先需要在监控画面上取消当前的主/辅/备机设定，然后根据前面介绍的主/辅/备机选择原则再次进行设定，再点击确认切换按钮即可。可以每周或每几天时间进行一次手动切换。

在监控画面上选择自动切换模式，即可实现自动切换。自动切换模式下，根据3台空压机和2台干燥机的运行状态、开机次数和运行时间自动切换空压机主/辅/备机，切换参数可以在控制系统画面进行设定。空压机主机和辅机之间、辅机和备机之间可以自动切换，主机和备机之间不可以自动切换。

3.定时器

在空压机启动或停止前加入定时器功能，可避免空压机的频繁启停。操作人员可根据空压机实际运行情况在控制系统监控画面上调整定时器设定值，优化系统的运行。

1)空压机启动延时定时器。在满足空压机启动条件时，首先运行启动延时定时器，如果定时器运行时间内始终满足空压机启动条件，则启动空压机；如果定时器运行时间内出现不满足空压机启动条件的情况，则停止定时器并且不发出空压机启动命令，直到再次满足空压机启动条件时重新运行定时器并进行以上判断。

2)空压机卸载延时定时器。同理空压机启动延时定时器。

3)空压机连续再启动防止定时器。空压机一般都是高压电机，短时间内频繁启动会造成电动机过热甚至有烧毁的可能。因此设置了连续再启动防止定时器，每次电机启动后都立即运行定时器，当定时器运行完毕后，才允许再次启动电机。

4.管网压力PID控制

按照图1，在压缩空气出口母管分为仪表用气管线和工厂用气管线，在工厂用气管线设置调节阀710，当管网压力降低到低于报警值时减小调节阀710的开度，从而降低工厂用气量，以优先保证仪表用气，并间接减少了空压机的加/卸载次数，降低运行能耗。

调节阀710的开度执行PID调节控制。除了目标值、P值、I值、D值参数外，增加以下设定参数来进行优化，可在控制系统监控画面进行设定。

1)压力不感带。为避免在管网压力在目标值附近时调节阀710的频繁动作，设置压力不感带参数，当管网压力在(目标值-压力不感带)与(目标值+压力不感带)之间时，调节阀710不动作。

2)调节阀710开度下限。设定调节阀710开度不能低于下限值，以避免工厂用气管线被完全关闭的情况。

3)调节阀710开度上限。设定调节阀710开度不能高于上限值，可进一步优先保证仪表用气。

4)调节阀710初始开度。整个系统启动以及停机时调节阀710的开度值。

5.空压机加/卸载压力设定

控制系统监控画面能够进行空压机的加/卸载压力值设定，设定原则如下：

1)卸载压力不高于0.74Mpa，加载压力不低于0.5Mpa，加/卸载压力相差不低于0.1Mpa；

2)卸载压力高于加载压力；

3)主机加载压力大于辅机加载压力，辅机加载压力大于备机加载压力；

4)主机卸载压力大于辅机卸载压力，辅机卸载压力大于备机卸载压力。

根据以上原则，通过控制系统组态来限定加/卸载压力的输入值，可以避免操作人员的误操作。在实际使用过程中，根据工厂用气量情况来修改加/卸载设定值，在一定程度上可以提升供气量与用气量之间的动态平衡。

6.控制系统与现场PLC的通讯

系统采用RS485总线型架构以及MODBUS/RTU通讯协议，将空压机和干燥机PLC作为从站，采用多个现场PLC串联的方式利用一根通讯电缆接入控制系统，从而可在控制系统实现对现场运行参数的远程监控，在控制系统可实现对各参数及其变化趋势的实时查看、报表生成，并可对保存的历史数据进行查询，提升了系统的信息化和智能化水平，有利于企业精细化管理。同时实时监测机组维护信息和异常报警，通过提前判断机组的异常信息，来减少因机组故障对生产造成的不良影响。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空压机集中控制节能系统，其特征在于，所述节能系统包括顺次连接的空压机组、一级储气罐(210)、干燥机组和工厂用气管路，所述空压机组包括并联的空压机主机(110)、空压机辅机(120)和空压机备机(130)，所述干燥机组包括并联的干燥机主机(410)和干燥机辅机(420)；

所述节能系统还包括控制器(910)，所述控制器(910)接收工厂用气管路上所设压力变送器(610)采集的供气压力，对接收的供气压力进行数据处理，并根据处理结果来调整空压机组以及干燥机组的运行。

2.根据权利要求1所述的一种空压机集中控制节能系统，其特征在于：所述空压机组、干燥机组和压力变送器(610)均通过输入输出模块(810)与控制器(910)连接。

3.根据权利要求1所述的一种空压机集中控制节能系统，其特征在于：所述干燥机主机(410)和干燥机辅机(420)的进气管上均设有开关阀；

所述开关阀为气动开关阀。

4.根据权利要求1所述的一种空压机集中控制节能系统，其特征在于：所述干燥机主机(410)和干燥机辅机(420)的下游均设有二级储气罐。

5.根据权利要求1所述的一种空压机集中控制节能系统，其特征在于：所述工厂用气管路上设有调节阀(710)，所述调节阀(710)与控制器(910)电连接；

所述调节阀(710)为气动调节阀(710)。

6.根据权利要求1所述的一种空压机集中控制节能系统，其特征在于：所述工厂用气管路上并联有仪表用气管路。

7.根据权利要求1所述的一种空压机集中控制节能系统，其特征在于：所述空压机主机(110)、空压机辅机(120)和空压机备机(130)通过通讯模块(820)与控制器(910)连接。

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