SE521518C2 - Method and system for controlling a number of compressors - Google Patents
Method and system for controlling a number of compressorsInfo
- Publication number
- SE521518C2 SE521518C2 SE0200752A SE0200752A SE521518C2 SE 521518 C2 SE521518 C2 SE 521518C2 SE 0200752 A SE0200752 A SE 0200752A SE 0200752 A SE0200752 A SE 0200752A SE 521518 C2 SE521518 C2 SE 521518C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- compressors
- compressor
- fluid
- valve positions
- valve
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 4
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 16
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 14
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
- F04C28/02—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids specially adapted for several pumps connected in series or in parallel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
- F04B41/06—Combinations of two or more pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
- F04C28/06—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids specially adapted for stopping, starting, idling or no-load operation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D25/00—Pumping installations or systems
- F04D25/16—Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/02—Surge control
- F04D27/0269—Surge control by changing flow path between different stages or between a plurality of compressors; load distribution between compressors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
20 25 30 35 -à fï". gu stämd mängd luft per tidsenhet, medan andra kan leverera en variabel mängd luft per tidsenhet. 20 25 30 35 -à fï ". Gu tuned amount of air per unit of time, while others may supply a variable amount of air per unit of time.
Trycket i tanken ligger vanligtvis någonstans inom området 1-12 bar. En givare mäter trycket i tanken och beroende på om trycket i tanken överstiger eller understiger ett i förväg bestämt gräns- värde startas någon av kompressorerna eller stängs av. Vilken kompressor som ska startas eller stängas av bestäms av i förväg uppgjorda sekvenser. En sekvens specificerar dels vilken kom- pressor som utgör baskompressor, d.v.s. den kompressor som ska kopplas in först och som ska leverera bastrycket, och dels i vilken ordning de övriga kompressorerna ska kopplas in eller kopplas ur om trycket inte räcker till respektive blir för högt.The pressure in the tank is usually somewhere in the range 1-12 bar. A sensor measures the pressure in the tank and, depending on whether the pressure in the tank exceeds or falls below a predetermined limit value, one of the compressors is started or switched off. Which compressor is to be started or switched off is determined by pre-determined sequences. A sequence specifies which compressor constitutes the base compressor, i.e. the compressor that is to be switched on first and which is to deliver the base pressure, and partly in which order the other compressors are to be switched on or off if the pressure is not sufficient or becomes too high.
Kompressorcentralen kan styras av en eller flera sekvenser. Oli- ka sekvenser kan användas beroende på tiden på dygnet, vecko- dag eller vilket skift som körs. Dessa sekvenser bestäms i förväg baserat på tidigare erfarenheter av hur behovet av tryckluft varie- rar under dygnet. Om trycket i tanken överstiger gränsvärdet kopplas nästa kompressor i sekvensen in och om trycket under- stiger gränsvärdet bestämmer sekvensen vilken kompressor som ska kopplas ur.The compressor control panel can be controlled by one or more sequences. Different sequences can be used depending on the time of day, weekday or which shift is run. These sequences are determined in advance based on previous experience of how the need for compressed air varies during the day. If the pressure in the tank exceeds the limit value, the next compressor in the sequence is switched on and if the pressure falls below the limit value, the sequence determines which compressor is to be switched off.
En nackdel med dessa kompressorcentraler är att de är mycket energikrävande och dessutom har låg verksamhetsgrad. Verk- ningsgraden för inkommande el till verksamt mekaniskt arbete ligger på cirka 4%. En av orsakerna till den låga verkningsgraden är att kompressorerna en stor del av tiden står i avlastat tillstånd.A disadvantage of these compressor plants is that they are very energy-intensive and also have a low efficiency. The efficiency of incoming electricity for active mechanical work is about 4%. One of the reasons for the low efficiency is that the compressors are in a relieved state for a large part of the time.
En kompressor som står i avlastat tillstånd drar energi utan att utföra något arbete. Energiåtgången i avlastat tillstånd kan vara uppemot 40-50% av energiåtgången i pålastat tillstånd. När en kompressor som befinner sig i pålastat tillstånd ska stängas av bör den först vara i avlastat tillstånd i en viss tid, innan den över- går till avstängt tillstånd. Om kompressorn stängs av utan att kompressorn först gått ner till avlastat tillstånd hinner kompres- sorns interntank inte tömmas och det kommer att ta extra lång tid att starta upp kompressorn igen. 10 15 20 25 30 35 521 5123 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande för att styra ett antal kompressorer som gemensamt producerar en fluid, vilket förfarande möjliggör minskad energiåt- gång och hög verkningsgrad i förhållande till ovan diskuterad känd teknik.A compressor that is in a relieved state draws energy without performing any work. The energy consumption in the unloaded state can be up to 40-50% of the energy consumption in the loaded state. When a compressor that is in the loaded state is to be switched off, it should first be in the unloaded state for a certain time, before it switches to the shut-off state. If the compressor is switched off without the compressor first going down to the unloaded condition, the compressor's internal tank will not have time to be emptied and it will take an extra long time to start up the compressor again. DESCRIPTION OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a method for controlling a number of compressors which jointly produce a fluid, which method enables reduced energy consumption and high efficiency in relation to the prior art discussed above.
Detta ändamål uppnås med det inledningsvis avgivna förfarandet och kännetecknas av att förfarandet innefattar att information lagras för var och en av kompressorerna avseende hur stor effekt kompressorn drar i pålastat och avlastat tillstånd samt vilket eller vilka flöden som kompressorn kan leverera. Information tas emot avseende trycket i fluiden och aktuella ventillägen för kompres- sorerna. Aktuellt behov av fluid uppskattas baserat på kompres- sorernas aktuella ventilpositioner, det flöde som kompressorerna kan leverera och trycket i fluiden. Kompressorernas ventillägen ställs in under hänsynstagande till det aktuella behovet av fluid och kompressorernas energiförbrukning i ett antal möjliga upp- sättningar av ventillägen som tillgodoser det aktuella behovet av fluid. l en föredragen utföringsform framtas den uppsättning ven- tillägen som ger den lägsta energiförbrukningen. Men även andra uppsättningar som ligger i närheten av den lägsta energiförbruk- ningen kan ge en acceptabel energiförbrukning, såsom den upp- sättning som beräknas ge den näst lägsta energiförbrukningen. l en utföringsform kan kompressorernas ventillägen exempelvis ställas in under hänsynstagande till att kompressorernas energi- förbrukning högst får vara 10% högre än energiförbrukningen för den uppsättning ventillägen som har den lägsta energiförbruk- ningen.This object is achieved with the initially delivered method and is characterized in that the method comprises that information is stored for each of the compressors regarding how much power the compressor draws in loaded and unloaded condition and which flows or flows the compressor can deliver. Information is received regarding the pressure in the fluid and current valve positions for the compressors. Current need for fluid is estimated based on the compressors' current valve positions, the flow that the compressors can deliver and the pressure in the fluid. The valve positions of the compressors are set taking into account the current need for fluid and the energy consumption of the compressors in a number of possible sets of valve positions that meet the current need for fluid. In a preferred embodiment, the set of valve extensions that provide the lowest energy consumption is developed. But other sets that are close to the lowest energy consumption can also provide an acceptable energy consumption, such as the set that is estimated to give the second lowest energy consumption. In one embodiment, the valve positions of the compressors can be set, for example, taking into account that the energy consumption of the compressors may not exceed 10% higher than the energy consumption of the set of valve positions that has the lowest energy consumption.
Istället för att som i teknikens ståndpunkt i förväg besluta vilken kompressor som ska startas eller stängas av baserat på tidigare erfarenheter tas hela tiden nya beslut om vilken eller vilka kom- pressorer som ska startas eller stängas av baserat på beräkning- ar avseende kompressorernas energiförbrukningen med hänsyn tagen till det aktuella behovet av fluid. Med ett sådant förfarande 10 15 20 25 30 35 . . . . i . erhålls en dynamisk anpassning av kompressorernas tillstånd till vid varje enskilt tillfälle rådande förhållanden med hänsyn tagen till oförutsedda händelser. Genom att man hela tiden har möjlig- het att välja en uppsättning ventillägen som ger en låg energiför- brukningen med hänsyn tagen till det aktuella behovet av fluid, minskar den totala energiförbrukningen och verkningsgraden ökar. Energiförbrukningen minskas tack vare att tiden som kom- pressorerna befinner sig i avlastat tillstånd minimeras med detta förfarande.Instead of deciding in advance, as in the prior art, which compressor is to be started or switched off based on previous experience, new decisions are constantly made about which compressor or compressors are to be started or switched off based on calculations regarding the compressors' energy consumption with regard to taken to the current need for fluid. With such a method 10 15 20 25 30 35. . . . i. a dynamic adaptation of the condition of the compressors to the prevailing conditions at each individual occasion is taken into account, taking into account unforeseen events. By always having the option of choosing a set of valve positions that provide a low energy consumption, taking into account the current need for fluid, the total energy consumption decreases and the efficiency increases. Energy consumption is reduced thanks to the fact that the time the compressors are in a relieved state is minimized with this procedure.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen tas ett antal möjliga uppsättningar med skilda kombinationer av ventillägen fram. För var och en av dessa uppsättningar av ventillägen be- räknas det flöde, d.v.s. den volym per tidsenhet, som uppsätt- ningen kan producera. Ur nämnda uppsättningar av möjliga kom- binationer av ventillägen väljs en uppsättning av ventillägen som tillgodoser det aktuella behovet av fluid med hänsyn tagen till kompressorernas energiförbrukning baserat på hur stor effekt kompressorerna drar i pålastat och avlastat tillstånd. I en före- dragen utföringsform avgörs för nämnda utvalda uppsättningar av ventillägen vilken av uppsättningarna som ger den lägsta energi- förbrukningen. Genom att ta fram alla tänkbara kombinationer av ventillägen för kompressorerna, beräkna de flöden som dessa kombinationer ger och sedan jämföra dessa flöden med det aktu- ella behovet av fluid är det möjligt att avgöra vilka kombinationer av ventillägen som ger det aktuella behovet av fluid. När kombi- nationerna är fastställda utväljs en av dem i beroende av sin energiförbrukning.According to a preferred embodiment of the invention, a number of possible sets of different combinations of valve positions are developed. For each of these sets of valve positions, the flow is calculated, i.e. the volume per unit of time that the set can produce. From the mentioned sets of possible combinations of valve positions, a set of valve positions is selected that satisfies the current need for fluid, taking into account the compressors' energy consumption based on how much power the compressors draw in the loaded and unloaded state. In a preferred embodiment, it is determined for the said selected sets of valve positions which of the sets gives the lowest energy consumption. By developing all possible combinations of valve positions for the compressors, calculating the flows that these combinations provide and then comparing these flows with the current need for fluid, it is possible to determine which combinations of valve positions give the current need for fluid. When the combinations are determined, one of them is selected depending on its energy consumption.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen uppskattas aktuellt behov av fluid genom att aktuellt flöde beräknas i bero- ende av kompressorernas aktuella ventillägen och flödet som de kan leverera och huruvida flödet behöver ändras avgörs i bero- ende av trycket i fluiden. Genom att beräkna det aktuella flödet och att med hjälp av trycket avgöra om flödet behöver ökas eller minskas, erhålls en uppskattning av det aktuella behovet i form av ett villkor som säger att flödet ska vara större eller mindre än 10 15 20 25 30 35 521 518 ett visst värde. Genom att sedan pröva om en uppsättning av ventillägen uppfyller detta villkor kan det på ett enkelt sätt fast- ställas huruvida uppsättningen av ventillägen uppfyller det aktu- ella behovet av fluid eller ej.According to a preferred embodiment of the invention, the current need for fluid is estimated by calculating the current flow depending on the current valve positions of the compressors and the flow they can supply and whether the flow needs to be changed is determined depending on the pressure in the fluid. By calculating the current flow and using the pressure to determine whether the flow needs to be increased or decreased, an estimate of the current need is obtained in the form of a condition that states that the flow must be greater or less than 10 15 20 25 30 35 521 518 a certain value. By then testing whether a set of valve positions meets this condition, it can be determined in a simple way whether the set of valve positions meets the current need for fluid or not.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen jämförs trycket i fluiden med en övre och en undre gräns för trycket och huruvida flödet behöver ökas eller minskas avgörs l beroende av nämnda jämförelse. Företrädesvis är den övre gränsen för trycket mer än 5% högre än den undre gränsen. Genom att man tillåter ett stort spann mellan den övre och den undre gränsen för tryck- et behöver inte kompressorerna startas och stoppas lika ofta som om spannet vore litet. På så sätt minskar både slitage och ener- giförbrukning för kompressorerna.According to a preferred embodiment of the invention, the pressure in the fluid is compared with an upper and a lower limit of the pressure and whether the flow needs to be increased or decreased is determined depending on said comparison. Preferably, the upper limit of the pressure is more than 5% higher than the lower limit. By allowing a large span between the upper and lower limits of the pressure, the compressors do not have to be started and stopped as often as if the span were small. In this way, both wear and energy consumption for the compressors are reduced.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen beräknas de- rivatan för trycket i fluiden och huruvida flödet behöver ökas eller minskas avgörs i beroende av den beräknade derivatan. Genom att man tar hänsyn till tryckets derivata vid bedömningen av hu- ruvida flödet behöver ändras, kan onödiga starter och avstäng- ningar av kompressorerna förhindras. Exempelvis, om trycket är strax under det undre gränsvärdet samtidigt som trycket i tanken stiger kraftigt, är det onödigt att starta ytterligare en kompressor och om trycket är strax över det övre gränsvärdet samtidigt som trycket faller snabbt i tanken är det onödigt att stoppa ytterligare en kompressor. Genom att man tar hänsyn till derivatan undviks sådana onödiga manövrer.According to a preferred embodiment of the invention, the derivative of the pressure in the fluid is calculated and whether the flow needs to be increased or decreased is determined depending on the calculated derivative. By taking pressure derivatives into account when assessing whether the flow needs to be changed, unnecessary starts and shutdowns of the compressors can be prevented. For example, if the pressure is just below the lower limit while the pressure in the tank rises sharply, it is unnecessary to start another compressor and if the pressure is just above the upper limit while the pressure drops rapidly in the tank, it is unnecessary to stop another compressor . By taking the derivative into account, such unnecessary maneuvers are avoided.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen beräknas in- tegralen för trycket i fluiden och huruvida flödet behöver ökas eller minskas avgörs i beroende av den beräknade integralen.According to a preferred embodiment of the invention, the integral of the pressure in the fluid is calculated and whether the flow needs to be increased or decreased is determined depending on the calculated integral.
Om man bara strikt följer gränsvårdena för trycket vid bedöm- ningen av det aktuella behovet blir styrningen ryckig och leder ibland till onödiga starter och stopp av kompressorerna. Genom att man också tar hänsyn till tryckets integral vid bedömningen av om flödet behöver ändras, kan onödiga starter och avstäng- ningar av kompressorerna förhindras i samband med tillfälliga 10 15 20 25 30 35 521 Slå variationer i trycket i tanken, exempelvis vid tryckspikar och mindre överträdelser av tryckgränserna. På så sätt erhåller man en mjukare styrning.If you only strictly follow the limit values for the pressure when assessing the current need, the control becomes jerky and sometimes leads to unnecessary starts and stops of the compressors. By also taking into account the integral of the pressure when assessing whether the flow needs to be changed, unnecessary starts and shutdowns of the compressors can be prevented in connection with temporary 10 15 20 25 30 35 521 violations of the pressure limits. In this way you get a softer control.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen mäts tiden som kompressorerna befinner sig i avlastat tillstånd och när tiden för någon kompressor överstiger ett givet gränsvärde, genereras en styrsignal för att överföra kompressorn till avstängt tillstånd samt information lagras om att kompressorn är avstängd. En kompressor som befinner sig i avlastat tillstånd kan snabbt över- gå till ett pålastat tillstånd, medan en avlastad kompressor behö- ver lång tid på sig innan den kommer gång. Genom att undvika att stänga av kompressorn direkt när den inte behövs längre, och istället avvakta en tid och låta kompressorerna stanna kvar i av- lastat tillstånd, finns möjligheten kvar att snabbt få igång kom- pressorn igen om behovet av fluid inom kort skulle öka igen. I en föredragen utföringsform är gränsvärdet valbart och matas in av användaren. Genom att man lagrar information om att kompres- sorn är avstängd i samband med att den stängs av, är det möjligt att hålla reda på vilka kompressorer som befinner sig i avstängt tillstånd. Med fördel ställs kompressorernas ventillägen in under hånsynstagande till den lagrade informationen angående vilka av kompressorerna som är avstängda.According to a preferred embodiment of the invention, the time that the compressors are in the unloaded state is measured and when the time of any compressor exceeds a given limit value, a control signal is generated to transfer the compressor to the off state and information is stored that the compressor is switched off. A compressor that is in a relieved state can quickly change to a loaded condition, while a relieved compressor needs a long time before it starts running. By avoiding switching off the compressor immediately when it is no longer needed, and instead waiting a while and letting the compressors remain in the unloaded state, the possibility remains to quickly get the compressor running again if the need for fluid soon increases again. . In a preferred embodiment, the limit value is selectable and entered by the user. By storing information that the compressor is switched off in connection with it being switched off, it is possible to keep track of which compressors are in the switched-off state. Advantageously, the valve positions of the compressors are set while taking into account the stored information regarding which of the compressors are switched off.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen ställs kom- pressorernas ventillägen in med hänsyn tagen till antal gånger som var och en av kompressorerna tillåts starta under ett givet tidsintervall. Med fördel sparas för var och en av kompressorerna information om antal gånger per tidsenhet som kompressorn har övergått från avstängt tillstånd till pålastat tillstånd och detta antal gånger per tidsenhet jämförs med maximalt tillåtet antal gånger per tidsenhet, i beroende av jämförelsen bestäms huruvi- da kompressorn är tillgänglig eller ej och vid inställningen av ventillägena tas hänsyn till vilka kompressorn som är tillgängliga.According to a preferred embodiment of the invention, the valve positions of the compressors are set taking into account the number of times that each of the compressors is allowed to start during a given time interval. Advantageously, information is saved for each of the compressors on the number of times per unit time that the compressor has switched from off state to loaded state and this number of times per unit time is compared with the maximum allowed number of times per unit time, depending on the comparison. available or not and when setting the valve positions, the compressor available is taken into account.
Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att till- handahålla ett datorprogram direkt inladdningsbart i en dators in- 10 15 20 25 30 35 . . - - f - ternminne, innefattande instruktioner för att påverka en proces- sor att utföra stegen i förfarandet enligt uppfinningen.A further object of the present invention is to provide a computer program directly downloadable in a computer input. . - - memory, including instructions for influencing a processor to perform the steps of the method according to the invention.
Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att till- handahålla ett datorläsbart medium innefattande ett datorpro- gram innefattande instruktioner för att påverka en processor att utföra stegen i förfarandet enligt uppfinningen.A further object of the present invention is to provide a computer readable medium comprising a computer program comprising instructions for influencing a processor to perform the steps of the method according to the invention.
Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhan- dahålla ett system för att styra ett antal kompressorer som ge- mensamt producerar en fluid, vilket möjliggör en minskad energi- åtgång och hög verkningsgrad. Detta ändamål uppnås med det inledningsvis angivna systemet och kännetecknas av att det in- nefattar medel för att mata in och lagra information avseende hur stor effekt kompressorerna drar i pålastat och avlastat tillstånd samt vilket eller vilka flöden som kompressorerna kan leverera, medel för att läsa in mätvärden för trycket i fluiden i åtminstone en punkt och aktuella ventillägen hos kompressorerna, medel för att uppskatta aktuellt behov av fluid baserat på kompressorernas aktuella ventilpositioner, det flöde som kompressorerna kan leve- rera och trycket i fluiden, samt medel för att ta fram en uppsätt- ning ventillägen med hänsyn tagen till det aktuella behovet av fluid och kompressorernas energiförbrukning, utifrån ett antal möjliga uppsättningar av ventillägen som tillgodoser det aktuella behovet av fluid FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning ska nu förklaras med hjälp av olika så- som exempel beskrivna utföringsformer och medhänvisning till de bifogade ritningarna.A further object of the present invention is to provide a system for controlling a number of compressors which together produce a fluid, which enables a reduced energy consumption and high efficiency. This object is achieved with the initially stated system and is characterized in that it includes means for entering and storing information regarding how much power the compressors draw in loaded and unloaded condition and which flows or flows the compressors can deliver, means for loading measured values for the pressure in the fluid at at least one point and current valve positions of the compressors, means for estimating the current need for fluid based on the current valve positions of the compressors, the flow that the compressors can deliver and the pressure in the fluid, and means for producing a set The present invention will now be explained by means of various embodiments described and exemplified by the embodiments. attached drawings.
Figur 1 visar en kompressorcentral och ett system för att styra kompressorerna enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 521 518 8 Figur 2 visar i form av ett fiödesdiagram en metod för att styra kompressorerna i kompressorcentalen enligt uppfin- ningen.Figure 1 shows a compressor control panel and a system for controlling the compressors according to the invention. Figure 2 shows in the form of a flow chart a method for controlling the compressors in the compressor percentages according to the invention.
Figur 3 visar en graf över hur trycket varierar i fluiden efter kom pressorerna.Figure 3 shows a graph of how the pressure varies in the fluid after the compressors.
BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Figur 1 visar en kompressorcentral som innefattar tre kompresso- rer 1, 2, 3 anordnade att leverera trycksatt luft till en tank 5. Var och en av kompressorerna 1-3 innefattar en ventil 7, 8, 9, vars läge bestämmer storleken av flödet av luft från kompressorn.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Figure 1 shows a compressor control panel comprising three compressors 1, 2, 3 arranged to supply pressurized air to a tank 5. Each of the compressors 1-3 comprises a valve 7, 8, 9, the position of which determines the size. of the flow of air from the compressor.
Kompressorerna kan inta tre olika tillstånd: ett avstängt tillstånd där kompressorn är spänningslös och ventilen är i stängt läge, ett avlastat tillstånd där kompressorn är spänningssatt och ven- tilen är i stängt läge och ett pålastat tillstånd där kompressorn är spänningssatt och ventilen är helt öppen. Det är endast i det på- lastade tillståndet som kompressorn producerar trycksatt luft.The compressors can take three different states: a shut-off state where the compressor is de-energized and the valve is in the closed position, a relieved state where the compressor is energized and the valve is in the closed position and a loaded state where the compressor is energized and the valve is fully open. It is only in the loaded state that the compressor produces pressurized air.
Dessa kompressor är av typen on/off-maskiner, d.v.s. antingen producerar de sitt maximiflöde eller inget alls. Det finns också kompressorer som har en variabel flödesproduktion. Uppfinning- en är även tillämpbar för dessa kompressorer och längre fram i texten beskrivs ett utföringsexempel med en kompressorcentral som innefattar en kompressor med variabel flödesproduktion.These compressors are of the on / off machine type, i.e. either they produce their maximum flow or nothing at all. There are also compressors that have a variable flow production. The invention is also applicable to these compressors and later in the text an exemplary embodiment is described with a compressor control panel which comprises a compressor with variable flow production.
Alla tre kompressorerna 1, 2, 3 levererar tryckluft till tanken 5.All three compressors 1, 2, 3 supply compressed air to the tank 5.
Från tanken 5 levereras tryckluften vidare till en anläggning 10 där luften tas emot av olika konsumenter. Konsumenterna kan exempelvis vara verktyg eller transportörer som drivs med hjälp av tryckluften. Trycket P1(t) i tanken mäts med hjälp av en tryck- givare 12 anordnad i tanken. Trycket P2(t), P3(t), P4(t) mäts ock- så på tre olika ställen i anläggningen med tre tryckgivare 13.From the tank 5, the compressed air is delivered on to a plant 10 where the air is received by different consumers. Consumers can be, for example, tools or conveyors that are driven by the compressed air. The pressure P1 (t) in the tank is measured by means of a pressure sensor 12 arranged in the tank. The pressure P2 (t), P3 (t), P4 (t) is also measured at three different places in the system with three pressure sensors 13.
Tryckgivarna 13 placeras på kritiska punkter, där det är viktigt för funktionen att ett visst tryck upprätthålls och trycket därför inte får understiga givna nivåer. Data från kompressorerna i kom- pressorcentralen 1, 2, 3, tanken 5 och anläggningen 10 överförs 10 15 20 25 30 35 till ett system 15 för styrning av kompressorerna. Styrsignaler och data överförs mellan systemet 15 och kompressorerna och anläggningen via en bussledning 16.The pressure sensors 13 are placed at critical points, where it is important for the function that a certain pressure is maintained and the pressure must therefore not be below given levels. Data from the compressors in the compressor control panels 1, 2, 3, the tank 5 and the plant 10 are transferred to a system 15 for controlling the compressors. Control signals and data are transmitted between the system 15 and the compressors and the plant via a bus line 16.
Systemet 15 innefattar en processor, minnen och I/O-enheter för kommunikation med andra enheter. Från kompressorena 1, 2 ,3 överförs till systemet 15 uppgifter om ventilernas 7, 8, 9 aktuella lägen. Från tanken 5 och anläggningen 10 överförs till systemet 15 uppgifter avseende trycket i tanken 5 och i de kritiska punk- terna 13. Systemet 15 är också kopplat till en dator 18, vilken möjliggör för en operator att kommunicera med systemet 15 och mata in data till systemet. Data som matas in via datorn 18 är in- formation avseende hur stor effekt var och en av kompressorerna drar i pålastat och avlastat tillstånd och vilket maximalt flöde som var och en av kompressorerna kan leverera. Systemet 15 har till uppgift att uppskatta aktuellt behov av fluid och med hänsyn ta- gen till det aktuella behovet av fluid bestämma de ventillägen som ger den lägsta sammanlagda energiförbrukningen för alla kompressorerna. Systemet 15 har också till uppgift att sända styrsignaler till kompressorerna avseende att byta tillstånd.The system 15 includes a processor, memories and I / O devices for communication with other devices. From the compressors 1, 2, 3, information on the current positions of the valves 7, 8, 9 is transmitted to the system 15. From the tank 5 and the plant 10 data to the system 15 are transmitted to the system 15 and at the critical points 13. The system 15 is also connected to a computer 18, which enables an operator to communicate with the system 15 and enter data into the system. Data entered via the computer 18 is information regarding how much power each of the compressors draws in the loaded and unloaded state and what maximum flow each of the compressors can deliver. The task of the system 15 is to estimate the current need for fluid and, taking into account the current need for fluid, determine the valve positions which give the lowest total energy consumption for all the compressors. The system 15 also has the task of sending control signals to the compressors regarding switching states.
Figur 2 visar i form av ett flödesschema hur systemet 15 tar fram de ventillägen som ger den lägsta energiförbrukningen. I ett för- sta steg, ruta 20, inläses data avseende hur stor effekt var och en av kompressorerna drar i pålastat tillstånd P2 och avlastat till- stånd P: samt det flödet fn som kompressorn levererar i pålastat tillstånd. Vanligtvis specificeras flödet i liter per minut. Dessa data avseende kompressorerna lagras och behöver inte läsas in på nytt, förrän någon uppgift ändras. Därefter inläses information avseende trycket P1(t) i tanken, trycket P2(t) - P4(t) i de kritiska punkterna i anläggningen, ruta 21, och aktuella ventillägen ön för var och en av kompressorena, ruta 22. Eftersom kompressorerna är on/off-kompressorer har ventillägena antingen värdet O eller värdet 1. Om ventilpositionen har värdet 0 år ventilen stängd och om den har värdet 1 är ventilen helt öppen. lnläsningen av indata sker med ett valfritt tidsintervall. 10 15 20 25 30 35 10 Den flödesproduktion F som en uppsättning av kompressorer N med ventillägen ön ger kan beräknas enligt följande ekvation: F = 2 fn 'ön (1) F = det totala flödet N = antalet kompressorer fn = flödet från kompressor n när ventilen är helt öppen. ön = ventilläget för kompressor n.Figure 2 shows in the form of a flow chart how the system 15 produces the valve positions that provide the lowest energy consumption. In a first step, box 20, data is read regarding how much power each of the compressors draws in the loaded state P2 and the unloaded state P: and the flow fn that the compressor delivers in the loaded state. Usually the flow is specified in liters per minute. This data regarding the compressors is stored and does not need to be reloaded until some information is changed. Then information is read regarding the pressure P1 (t) in the tank, the pressure P2 (t) - P4 (t) in the critical points in the plant, box 21, and the current valve positions of the island for each of the compressors, box 22. Since the compressors are on / off compressors, the valve positions have either the value 0 or the value 1. If the valve position has the value 0, the valve is closed and if it has the value 1, the valve is completely open. The input data is loaded at an optional time interval. 10 15 20 25 30 35 10 The flow production F given by a set of compressors N with valve positions ön can be calculated according to the following equation: F = 2 fn 'ön (1) F = the total flow N = the number of compressors fn = the flow from compressor n when the valve is fully open. ön = valve position for compressor n.
När alla indata har lästs in beräknas aktuell flödesproduktion FA medelst ekvation 1, ruta 23.When all input data has been loaded, the current flow production FA is calculated by means of equation 1, box 23.
För trycket i tanken och trycken i de kritiska punkterna sätts gränsvärden för vad som är tillåtet tryck. l vissa av de kritiska punkterna räcker det med en undre gräns som trycket måste hålla sig över. För trycket i tanken sätts både ett övre gränsvärde Pnnnx och ett undre gränsvärde Pnnn som ger ett intervall för tillå- ten variation av trycket. Det är viktigt att tillåta en så stor tryck- differens som möjligt mellan det övre och det undre gränsvärdet utan att funktionen hos anslutna komponenter äventyras. Diffe- rensen mellan gränsvärdena Pnnnx - Pnnn bör vara minst 5% men helst så mycket som 10%. Hur stor tryckdifferens som ska tillåtas beror på olika faktorer såsom vilka krav som finns på anlägg- ningen, vilken typ av industri det är frågan om och tankens stor- lek. Om börvärdet exempelvis är 7 bar sätts det övre gränsvärdet Pnnnx lämpligen till 7,5 bar och Pnnn sätts lämpligen till 6,5 bar. Ju större differensen är mellan gränsvärdena, desto färre gånger behöver kompressorerna startas och stoppas, vilket leder till minskat slitage och minskad energiåtgång.For the pressure in the tank and the pressures at the critical points, limit values are set for what is the permissible pressure. In some of the critical points, a lower limit that the pressure must remain above is sufficient. For the pressure in the tank, both an upper limit value Pnnnx and a lower limit value Pnnn are set, which gives an interval for permissible variation of the pressure. It is important to allow as large a pressure difference as possible between the upper and lower limit values without compromising the function of connected components. The difference between the limit values Pnnnx - Pnnn should be at least 5% but preferably as much as 10%. How large a pressure difference should be allowed depends on various factors such as the requirements for the plant, the type of industry in question and the size of the tank. For example, if the setpoint is 7 bar, the upper limit value Pnnnx is suitably set at 7.5 bar and Pnnn is suitably set at 6.5 bar. The greater the difference between the limit values, the fewer times the compressors need to be started and stopped, which leads to reduced wear and reduced energy consumption.
Trycket i fluiden jämförs med det undre gränsvärdet Pnnin, ruta 24, och med det övre gränsvärdet Pnnax, ruta 25, och om tryckvärdet ligger inom gränsvärdena, sker ingen justering av ventillägena förutsatt att det inte är första gången som programmet genomlö- pes. Om det är första gången som programmet genomlöpes sker 10 15 20 25 30 11 en bestämning av optimala ventillägen, ruta 27, på samma sätt som beskrivas längre fram i texten, och styrsignaler genereras för inställning av ventillägena i enlighet med de optimerade ven- tillägena, ruta 28. Om trycket i någon av mätpunkterna är lägre än det undre gränsvärdet, behövs eventuellt någon mer kompres- sor startas. Innan någon åtgärd vidtas, avgörs det om det verkli- gen är nödvändigt att öka flödesproduktionen. För att kunna ta ställning till om flödet verkligen behöver ökas, beräknas deriva- tan av trycket ruta 31. Derivatan ä: beräknas enligt följande ekvation: P(t+1)-P(t) (2) At Om värdet på derivatan är mycket stort, d.v.s. om trycket stiger kraftigt och värdet på trycket är större än 0,85 ' Pm,,,, bör inte sy- stemet reagera med att öka flödet ytterligare, eftersom man re- dan ligger ganska nära gränsen och trycket ökar kraftigt. På samma sätt beräknas derivatan, ruta 30, om trycket är större än det maximala gränsvärdet. Om derivatan har ett stort negativt värde, vilket betyder att trycket sjunker kraftigt, och trycket är mindre än 1,15 ' Pm, får inte systemet reagera med att sänka flö- det ytterligare. Eftersom trycket redan sjunker och det dessutom är nära den maximala gränsen, vidtas ingen åtgärd i detta fall.The pressure in the fluid is compared with the lower limit value Pnnin, box 24, and with the upper limit value Pnnax, box 25, and if the pressure value is within the limit values, no adjustment of the valve positions takes place provided that this is not the first time the program has been run. If this is the first time that the program is run through, a determination of optimal valve positions, box 27, takes place in the same way as described later in the text, and control signals are generated for setting the valve positions in accordance with the optimized valve positions. box 28. If the pressure at any of the measuring points is lower than the lower limit value, some more compressor may need to be started. Before any action is taken, it is decided whether it is really necessary to increase flow production. In order to be able to decide whether the flow really needs to be increased, the derivative of the pressure box 31 is calculated. The derivative ä: is calculated according to the following equation: P (t + 1) -P (t) (2) At If the value of the derivative is very large, ie if the pressure rises sharply and the value of the pressure is greater than 0.85 'Pm ,,,, the system should not react by increasing the flow further, since it is already quite close to the limit and the pressure increases sharply. In the same way, the derivative, box 30, is calculated if the pressure is greater than the maximum limit value. If the derivative has a large negative value, which means that the pressure drops sharply, and the pressure is less than 1.15 'Pm, the system must not react by lowering the flow further. Since the pressure is already falling and it is also close to the maximum limit, no action is taken in this case.
Figur 3 visar ett exempel på hur trycket kan variera över tiden.Figure 3 shows an example of how the pressure can vary over time.
Vid snabba förändringar i trycket kan mätningarna av derivatan bli otillförlitliga. Om beräkningarna av derivatan baseras på tryck- et i punkterna A och B, som visas i figur 3, kommer derivatan att få värdet O, vilket är felaktigt, eftersom derivatan i punkten B istället är kraftigt stigande. Detta exempel visar att beslut som baseras enbart på analys av derivatan utanför det övre Pm, och det undre Pmm gränsvärdet för trycket inte är tillräckliga. För att utesluta att det enbart rör sig om snabba spikar, beräknas även integralen för trycket när trycket är utanför gränsvärdena, ruta 32 och 33. lntegralen för trycket beräknas så länge trycket ligger 10 15 20 25 30 35 under Pm", eller ovanför Pmax. Så länge som trycket häller sig in- nanför gränsvärdena, beräknas inte integralen.With rapid changes in pressure, the measurements of the derivative can become unreliable. If the calculations of the derivative are based on the pressure in points A and B, as shown in Figure 3, the derivative will have the value O, which is incorrect, since the derivative in point B is instead rising sharply. This example shows that decisions based solely on analysis of the derivatives outside the upper Pm, and the lower Pmm limit value for the pressure are not sufficient. To exclude that these are only fast nails, the integral of the pressure is also calculated when the pressure is outside the limit values, boxes 32 and 33. The integral of the pressure is calculated as long as the pressure is below Pm ", or above Pmax. As long as the pressure stays within the limit values, the integral is not calculated.
Ovan beskrivna analys leder fram till en insikt om huruvida det aktuella behovet av tryckluft är större eller mindre än den aktuel- la produktionen av tryckluft. Om analysen visar att behovet av tryckluft är större eller mindre än den nuvarande produktionen, ruta 34, 35, går systemet vidare och tar fram optimala ventillä- gen, ruta 36 och 37, d.v.s. bestämmer den uppsättning av ven- tillägen som ger den lägsta energiförbrukningen och samtidigt uppfyller det aktuella behovet av tryckluft.The analysis described above leads to an insight into whether the current need for compressed air is greater or less than the current production of compressed air. If the analysis shows that the need for compressed air is greater or less than the current production, boxes 34, 35, the system goes ahead and produces optimal valve positions, boxes 36 and 37, i.e. determines the set of valve extensions that provide the lowest energy consumption and at the same time meet the current need for compressed air.
För att bestämma de optimala ventillägena beräknas först vilka möjliga kombinationer av ventillägen som kan erhållas från kom- pressorcentralen. I detta utföringsexempel innefattar centralen tre kompressorer av typen on/off-maskiner, vilket betyder att det finns sju möjliga uppsättningar av kombinationer av ventillägen.To determine the optimal valve positions, the possible combinations of valve positions that can be obtained from the compressor control unit are first calculated. In this exemplary embodiment, the control panel comprises three compressors of the on / off machine type, which means that there are seven possible sets of combinations of valve positions.
Antalet möjliga uppsättningar av ventillägen ges av ekvationen: Km. A) = <3) N = totalt antal kompressorer A = antalet maskiner som väljs vid olika tidpunkter.The number of possible sets of valve positions is given by the equation: Km. A) = <3) N = total number of compressors A = number of machines selected at different times.
För var och en av uppsättningarna av ventillägen beräknas det sammanlagda flöde Fi som dessa ventillägen kan ge. Det flöde F; som varje uppsättning ger beräknas med hjälp av ekvation 1. Ob- servera att flera olika uppsättningar av ventillägen kan ge samma flöde. Framtagningen av möjliga uppsättningar av ventillägen och de flöden som dessa ger kan beräknas en gång för alla. För att hitta de uppsättningar av ventillägen som uppfyller det aktuella behovet av fluid jämför man de beräknade flödena Fi för uppsätt- ningarna med det beräknade aktuella flödet FA från ekvation 1.For each of the sets of valve positions, the total flow Fi that these valve positions can provide is calculated. The flow F; which each set gives is calculated using equation 1. Note that several different sets of valve positions can give the same flow. The development of possible sets of valve positions and the flows they provide can be calculated once and for all. To find the sets of valve positions that meet the current need for fluid, one compares the calculated flows Fi for the sets with the calculated current flow FA from equation 1.
Om analysen ovan har visat att flödet bör ökas, utväljs de upp- sättningar av ventillägen som ger ett flöde FB som är närmast 10 15 20 25 30 521 51k) 13 högre än det aktuella flödet FA. Om flödet ska ökas, ruta 37, gäll- er således följande randvillkor: F12 FB > FA Om analysen ovan har visat att flödet bör minskas, utväljs de uppsättningar av ventillägen som ger ett flöde FC som är närmast lägre än det aktuella flödet FA. Om flödet ska minska, ruta 26, gäller således följande randvillkor: Fi 2 Fc < FA Randvillkoret 4b ger att F, måste vara större än eller lika med FC för att förhindra att svaret från beräkningen blir att inget flöde alls ska produceras i de fall när flödet ska minskas. l praktiken kommer den kombination av ventillägen som ger F, = FC att ge det lägsta effektuttaget.If the analysis above has shown that the flow should be increased, the sets of valve positions are selected that give a flow FB that is closest to the current flow FA. If the flow is to be increased, box 37, the following boundary conditions apply: F12 FB> FA If the analysis above has shown that the flow should be reduced, the sets of valve positions are selected that give a flow FC that is immediately lower than the current flow FA. If the flow is to decrease, box 26, then the following boundary conditions apply: Fi 2 Fc <FA The boundary condition 4b means that F, must be greater than or equal to FC to prevent the answer from the calculation being that no flow is to be produced at all in cases where the flow should be reduced. In practice, the combination of valve positions that gives F, = FC will give the lowest power output.
Om det är första gången loopen genomlöps och flödet inte behö- ver ändras, ruta 27, gäller följande randvillkor: F, z FA (4c) Vilket av dessa randvillkor som ska användas bestäms av aktuellt behov av fluid. Om antalet kompressorer är stort finns det van- ligtvis många uppsättningar av ventillägen som uppfyller randvill- koret. Med hänsyn tagen till tillämpligt randvillkor beräknar sy- stemet vilken uppsättning av ventillägen som ger det lägsta el- effektuttaget med hjälp av en matematisk optimeringsmodell. För att hitta den uppsättning av ventillägen som ger det lägsta ef- fektuttaget uppställs följande formel för effektuttaget: 10 15 20 25 30 35 Min IP: <1-s.>+ P: m) <4d> ön = [0/1] 2 fn 'ön 2 K där K = FA, FB eller FC P: = effektuttaget för kompressor n i avlastat tillstånd P2 = effektuttaget för kompressor n i pålastat tillstånd N = antalet kompressorer i systemet 8,, = ventillägena i uppsättningen som i detta utföringsexempel endast kan anta värdet 0 eller 1.If this is the first time the loop has been traversed and the flow does not need to be changed, box 27, the following boundary conditions apply: F, z FA (4c) Which of these boundary conditions is to be used is determined by the current need for fluid. If the number of compressors is large, there are usually many sets of valve positions that meet the boundary condition. Taking into account the applicable boundary conditions, the system calculates which set of valve positions gives the lowest electrical power output using a mathematical optimization model. To find the set of valve positions that gives the lowest power output, the following formula is set for the power output: 10 15 20 25 30 35 Min IP: <1-s.> + P: m) <4d> ön = [0/1] 2 fn 'ön 2 K where K = FA, FB or FC P: = power outlet for compressor you relieved condition P2 = power outlet for compressor you loaded condition N = number of compressors in the system 8 ,, = valve positions in the set which in this embodiment can only assume the value 0 or 1.
Formel 4d utgör ett optimeringsproblem som ger en matris som kan lösas med hjälp av kommersiella eller egenkonstruerade op- timerings lösningar. Vilket av randvillkoren 4a, 4b eller 4c som används beror på det aktuella behovet av fluid. Lösningen på op- timeringsproblemet är den uppsättning av ventillägen som ger det lägsta effektuttaget. Om antalet kompressorer är stort, är detta en tidskrävande beräkning och det är lämpligt att man an- vänder någon känd optimeringsmetod för att få fram en lösning på optimeringsproblemet. Det matematiska optimeringsproblemet är densamma för rutorna 27, 36 och 37. Det som ändras i mo- dellen, beroende på om flödet ska ökas eller minskas, är vilket av randvillkoren 4a, 4b, 4c som ska användas. När de optimala ventillägena har bestäms, genereras styrsignaler till kompresso- rerna avseende vilka tillstånd de ska inta och vilka lägen venti- lerna ska ha, rutorna 28, 38 och 39. Detta förfarande för att hitta och ställa in de optimala ventillägena upprepas med valfritt inter- vall så att kompressorerna hela tiden har optimala ventillägen.Formula 4d is an optimization problem that provides a matrix that can be solved with the help of commercial or self-designed optimization solutions. Which of the boundary conditions 4a, 4b or 4c is used depends on the actual need for fluid. The solution to the optimization problem is the set of valve positions that provides the lowest power output. If the number of compressors is large, this is a time-consuming calculation and it is advisable to use a known optimization method to obtain a solution to the optimization problem. The mathematical optimization problem is the same for boxes 27, 36 and 37. What changes in the model, depending on whether the flow is to be increased or decreased, is which of the boundary conditions 4a, 4b, 4c is to be used. Once the optimal valve positions have been determined, control signals are generated to the compressors regarding which states they should assume and which positions the valves should have, boxes 28, 38 and 39. This procedure for finding and setting the optimal valve positions is repeated at any interval - grass so that the compressors always have optimal valve positions.
I ovan beskrivna utföringsexempel är alla kompressorerna av on/off-typ. Uppfinningen är även tillämpbar för kompressorer med variabel eller delvis variabel flödesproduktion. En kompressor med delvis variabel flödesproduktion har tre distinkta ventillägen: ett första läge där ventilen är stängd och ingen produktion av tryckluft sker, ett andra läge som ger en minsta produktion av tryckluft och ett tredje läge där ventilen är helt öppen och kom- 10 15 20 25 30 a» V., 521 5'l_ 15 pressorn levererar vad den maximalt förmår. Mellan det andra och det tredje läget är flödet variabelt. Enligt uppfinningen inde- las området mellan det andra och det tredje läget i ett antal dis- kreta lägen. Indelningen av de diskreta lägena är valbar och be- ror på vilken noggrannhet som önskas. Vid beräkningen av aktu- ell flödesproduktion tillkommer en separat summering om kom- pressorcentralen innehåller kompressorer med variabelt flödes- område.In the embodiments described above, all the compressors are on / off type. The invention is also applicable to compressors with variable or partially variable flow production. A compressor with partially variable flow production has three distinct valve positions: a first position where the valve is closed and no production of compressed air takes place, a second position which gives a minimum production of compressed air and a third position where the valve is completely open and com. 25 30 a »V., 521 5'l_ 15 the press delivers what it can maximally. Between the second and the third position, the flow is variable. According to the invention, the area between the second and the third position is divided into a number of discrete positions. The division of the discrete modes is selectable and depends on the accuracy desired. When calculating current flow production, a separate summation is added if the compressor plant contains compressors with a variable flow range.
Kompressorcentralen i ovan beskrivna exempel kompletteras med en kompressor med ett delvis variabelt flödesomràde, där flödet kan vara antingen O eller variera mellan 5 och 10 flödes- enheter. En uppdelning av området mellan 5 och 10 flödesenhe- ter sker i steg om 1 flödesenhet. Varje diskret läge definieras av ett binärt heltal orm som kan anta värdet 0 eller 1. I detta exempel blir antalet diskreta positioner = 7 (0, 5, 6, 7, 8, 9, 10). Flödet från den fjärde kompressorn ges av ekvationen: Z f4m' Oumü) (5) Tillsammans med villkoret om + om + ot43 + oc” = 1 säkerställs att flödet F4 för den fjärde kompressorn endast kan anta något av värdena 0, 5, 6, 7, 8, 9, 10 i senare optimeringar. Uttrycket för den totala flödesproduktionen för de fyra kompressorerna blir: F=2fn'ön+Zf4m-0l4m (68) På sä sätt kan även optimala ventillägen för icke on/off-maskiner bestämmas. Alla kompressorer med variabelt flödesområde delas upp i M diskreta flödeslägen. Denna indelning kan göras maskin- specifik genom ett variabelt index. Varje diskret flödesläge mot- svarar ett visst eleffektuttag. 10 15 20 25 16 Den aktuella flödesproduktionen FA beräknas i fallet med fyra kompressorer med användande av ekvation 6. För det generella fallet med d kompressorer beräknas FA med användande av föl- jande ekvation: FA=EfnIÖn+XfdmIÛLdm n d (Gb) På samma sätt som i förgående exempel bestäms värdet på FB eller FC beroende på om flödet ska ökas eller minskas. Randvill- koren i detta utföringsexempel ges av 4a, 4b eller 4c, där det sammanlagda flöde Fi som ventillägen kan ge beräknas med hjälp av följande ekvation: Fi =zfnlön+zdlz(fdm'adm) Om systemet innehåller kompressorer med variabelt flödesområ- de, används formel 8 för optimering av ventillägena istället för formel 4d och följande optimeringsproblem erhålles: Man( [P3 (1-an)+ Pg - an] + [P3 - adfiå Pgm-admj) (s) 2 fn'ön+ Z 2 (fdn-j'(ldm).>_ FA, FB enef FC d m H M :ëoadfi otdm = [O/1], ön = [O/1] och övriga variabler 2 0 d = 1, 2, D = index för kompressorer med variabla flödes- områden n = index för kompressorer av on/off-typ m = antalet distreta steg för det variabla flödesområdet Detta optimeringsproblem är möjligt att lösa med kända optime- ringsmetoder. 10 15 20 25 30 35 .t w-a En kompressor bör inte gå direkt från pålastat tillstånd till av- stängt tillstånd. Kompressorn bör först befinna sig i avlastat till- stånd i en viss tid, innan den övergår till avstängt tillstånd. Sy- stemet 15 håller reda på alla kompressorernas tillstånd och när en kompressor går från pålastat tillstånd till avlastat tillstånd, på- börjas en loggning av tiden i avlastat tillstånd. För var och en av kompressorerna inmatas den tid som kompressorn bör befinna sig i avlastat tillstånd innan motorn stängs av. Denna tid kan be- stämmas valfritt och beror exempelvis på kompressorns storlek.The compressor plant in the example described above is supplemented with a compressor with a partially variable flow range, where the flow can be either 0 or vary between 5 and 10 flow units. A division of the area between 5 and 10 flow units takes place in steps of 1 flow unit. Each discrete position is defined by a binary integer snake that can assume the value 0 or 1. In this example, the number of discrete positions becomes = 7 (0, 5, 6, 7, 8, 9, 10). The flow from the fourth compressor is given by the equation: Z f4m 'Oumü) (5) Together with the condition of + if + ot43 + oc ”= 1 it is ensured that the flow F4 for the fourth compressor can only assume one of the values 0, 5, 6, 7, 8, 9, 10 in later optimizations. The expression for the total flow production for the four compressors is: F = 2fn'ön + Zf4m-0l4m (68) In this way, optimal valve positions for non-on / off machines can also be determined. All compressors with variable flow range are divided into M discrete flow modes. This division can be made machine-specific through a variable index. Each discrete flow mode corresponds to a certain electrical output. 10 15 20 25 16 The actual flow output FA is calculated in the case of four compressors using equation 6. For the general case of d compressors, FA is calculated using the following equation: FA = EfnIÖn + XfdmIÛLdm nd (Gb) In the same way as in the previous example, the value of FB or FC is determined depending on whether the flow is to be increased or decreased. The boundary conditions in this exemplary embodiment are given by 4a, 4b or 4c, where the total flow Fi that the valve positions can give is calculated using the following equation: Fi = zfnlön + zdlz (fdm'adm) If the system contains compressors with variable flow range, formula 8 is used to optimize the valve positions instead of formula 4d and the following optimization problems are obtained: Man ([P3 (1-an) + Pg - an] + [P3 - ad fi å Pgm-admj) (s) 2 fn'ön + Z 2 (fdn -j '(ldm).> _ FA, FB enef FC dm HM: ëoad fi otdm = [O / 1], ön = [O / 1] and other variables 2 0 d = 1, 2, D = index for compressors with variable flow ranges n = index for on / off type compressors m = number of distracted steps for the variable flow range This optimization problem can be solved with known optimization methods 10 15 20 25 30 35 .t wa A compressor should not run directly from the loaded state to the off state.The compressor should first be in the off state for a certain time, before it switches to the off state. 15 keeps track of the state of all the compressors and when a compressor goes from loaded state to unloaded state, a logging of the time in unloaded state begins. For each of the compressors, the time that the compressor should be in the unloaded state before the engine is switched off is entered. This time can be determined optionally and depends, for example, on the size of the compressor.
Den uppmätta tiden i avlastat tillstånd jämförs med den inmatade tiden och när den uppmätta tiden överstiger tiden som kompres- sorn bör befinna sig i avlastat tillstånd, skickar systemet en styr- signal till motorn som stänger av den. Samtidigt lagras informa- tion om att kompressorn har stängts av.The measured time in the unloaded state is compared with the entered time and when the measured time exceeds the time that the compressor should be in the unloaded state, the system sends a control signal to the motor which switches it off. At the same time, information is stored that the compressor has been switched off.
Systemet håller också reda på hur många gånger per timme var och en av kompressorerna har startat. l systemet finns lagrat ti- digare imatade data avseende hur många starter per timme som var och en av kompressorerna tillåts utföra. Antalet tillåtna star- ter per tidsenhet beror av kompressorns effekt. Antalet tillåtna starter minskar med högre motoreffekt. En tumregel är att kom- pressorer med 90 kW motoreffekt tillåts göra tio starter per tim- me, medan en kompressor med 5 kW motoreffekt tillåts göra femtio starter per timme. Så fort en kompressor kommit igång, håller systemet reda på antalet starter närmast efterföljande tim- me. Om motorn skulle stängas av utan att kompressorn först gått ned till avlastad position, kommer det att ta cirka 30 sekunder innan kompressorn kommer igång igen. Detta beror på att kom- pressorns interntank först måste tömmas för att motorn ska kun- na starta. Annars blir motståndet för stort. lnterntanken i en kom- pressor töms på cirka 30 sekunder vid avlastning. Alternativt kan antalet starter under en viss tidsperiod baseras på temperaturen i motorn.The system also keeps track of how many times per hour each of the compressors has started. The system stores previously entered data regarding how many starts per hour each of the compressors is allowed to perform. The number of starts allowed per unit of time depends on the power of the compressor. The number of permitted starts decreases with higher engine power. A rule of thumb is that compressors with 90 kW motor power are allowed to make ten starts per hour, while a compressor with 5 kW motor power is allowed to make fifty starts per hour. As soon as a compressor has started, the system keeps track of the number of starts immediately following the hour. If the engine were to shut down without the compressor first descending to the unloaded position, it would take approximately 30 seconds for the compressor to start again. This is because the compressor's internal tank must first be emptied in order for the engine to start. Otherwise the resistance will be too great. The internal tank in a compressor is emptied in about 30 seconds during unloading. Alternatively, the number of starts during a certain period of time can be based on the temperature in the engine.
Vid varje optimeringstillfälle måste systemet ta reda på om det finns några kompressorer som inte får starta. Beroende på sin storlek kan kompressorerna den senaste timmen ha startats tre 10 15 20 25 30 521 5 l 18 respektive tio gånger. När man tar fram vilka kombinationer som uppfyller det aktuella behovet och vid beräkningen av matrisen 4 eller 8 måste således hänsyn tas till vilka kompressorer som är tillgängliga och vilka som inte är det.At each optimization opportunity, the system must find out if there are any compressors that must not start. Depending on their size, the compressors may have been started three times in the last hour three times. Thus, when determining which combinations meet the current need and when calculating the matrix 4 or 8, consideration must be given to which compressors are available and which are not.
Tiden från avstängt tillstånd till full luftproduktion och från avlas- tat tillstånd till full luftproduktion är inställbar för varje maskin.The time from shut-off condition to full air production and from unloaded condition to full air production is adjustable for each machine.
Om en optimeringslösning säger att en viss kompressor som är i avstängd position ska startas, uppstår en tidslucka innan kom- pressorn kan leverera full luftproduktion. En fråga som uppstår är hur systemet bör agera om optimeringen har givit att en avstängd kompressor ska startas men det samtidigt finns en avlastad kom- pressor som kan startas mycket snabbare. Om nätverket som le- vererar tryckluften till konsumenterna och trycktanken har en till- räckligt stor tröghet, hindras trycket från att sjunka alltför mycket under tidsluckan och någon avlastad kompressor behöver inte ut- nyttjas. l annat fall kan man göra en analys av tryckförändringen under tidsluckan och ta beslut om huruvida en avlastad kompres- sor ska utnyttjas istället. Om trycket i tanken eller i någon av de kritiska punkterna är lägre än 0,85 ' Pmm, startas den avlastade kompressorn för att bromsa tryckfallet. Den avlastade kompres- sorn är i gång till dess att P är större än 0,9 ' Pm", eller till dess att den kompressor som är under uppstart levererar full effekt.If an optimization solution says that a certain compressor that is in the off position should be started, a time gap arises before the compressor can deliver full air production. A question that arises is how the system should act if the optimization has resulted in a switched-off compressor being started, but at the same time there is a relieved compressor that can be started much faster. If the network that delivers the compressed air to the consumers and the pressure tank has a sufficiently large inertia, the pressure is prevented from falling too much during the time slot and no unloaded compressor needs to be used. Otherwise, you can make an analysis of the pressure change during the time slot and decide whether a relieved compressor should be used instead. If the pressure in the tank or at any of the critical points is lower than 0.85 'Pmm, the unloaded compressor is started to slow down the pressure drop. The unloaded compressor is running until P is greater than 0.9 'Pm ", or until the compressor that is starting up delivers full power.
Ytterligare ett alternativ är att trycket mäts ute i anläggningen i ett antal kritiska punkter och om trycket i någon av dessa punkter understiger ett givet värde, startas den avlastade kompressorn.Another alternative is that the pressure is measured outside the plant at a number of critical points and if the pressure at any of these points is below a given value, the unloaded compressor is started.
Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande kraven.The invention is not limited to the embodiments shown but can be varied and modified within the scope of the appended claims.
Claims (21)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0200752A SE521518C2 (en) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | Method and system for controlling a number of compressors |
| EP03005703A EP1344935A3 (en) | 2002-03-14 | 2003-03-13 | A method and a system for controlling a plurality of compressors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0200752A SE521518C2 (en) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | Method and system for controlling a number of compressors |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0200752D0 SE0200752D0 (en) | 2002-03-14 |
| SE0200752L SE0200752L (en) | 2003-09-15 |
| SE521518C2 true SE521518C2 (en) | 2003-11-11 |
Family
ID=20287245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0200752A SE521518C2 (en) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | Method and system for controlling a number of compressors |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1344935A3 (en) |
| SE (1) | SE521518C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2573400B1 (en) | 2008-12-23 | 2021-10-13 | Kaeser Kompressoren Se | Method for controlling a compressor installation |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220397117A1 (en) * | 2021-06-14 | 2022-12-15 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process and apparatus for operating a compression system |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60147585A (en) * | 1984-01-11 | 1985-08-03 | Hitachi Ltd | Control of compressor |
| JP2508695B2 (en) * | 1987-03-27 | 1996-06-19 | 石川島播磨重工業株式会社 | Method and apparatus for operating a plurality of compressors in parallel |
| US5343384A (en) * | 1992-10-13 | 1994-08-30 | Ingersoll-Rand Company | Method and apparatus for controlling a system of compressors to achieve load sharing |
| US5231846A (en) * | 1993-01-26 | 1993-08-03 | American Standard Inc. | Method of compressor staging for multi-compressor multi-circuited refrigeration systems |
| US6233954B1 (en) * | 1999-04-28 | 2001-05-22 | Ingersoll-Rand Company | Method for controlling the operation of a compression system having a plurality of compressors |
-
2002
- 2002-03-14 SE SE0200752A patent/SE521518C2/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-03-13 EP EP03005703A patent/EP1344935A3/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2573400B1 (en) | 2008-12-23 | 2021-10-13 | Kaeser Kompressoren Se | Method for controlling a compressor installation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE0200752L (en) | 2003-09-15 |
| EP1344935A2 (en) | 2003-09-17 |
| SE0200752D0 (en) | 2002-03-14 |
| EP1344935A3 (en) | 2003-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102045239B1 (en) | The lowest power consumption operation method of a water pump system consisting of multiple pumps | |
| US4526513A (en) | Method and apparatus for control of pipeline compressors | |
| US5108263A (en) | Method of optimizing the operation of two or more compressors in parallel or in series | |
| US20150240802A1 (en) | Pump | |
| US10788040B2 (en) | Adaptation of the delivery head of a centrifugal pump to a changing volumetric flow rate | |
| CN102654130B (en) | Method for carrying out temperature control on computer as well as computer | |
| JP5621457B2 (en) | Compressor operation control system | |
| JPH0650268A (en) | Device and method of controlling main driving machine for compressor | |
| KR101359529B1 (en) | Power saving airflow system for ehgine room and control method thereof | |
| CN108266871A (en) | The method for controlling speed regulation and device and air conditioner of a kind of air conditioner DC fan | |
| US20150086382A1 (en) | Pumping system control | |
| SE521518C2 (en) | Method and system for controlling a number of compressors | |
| SE445660B (en) | FUEL CONTROL DEVICE FOR CONTROL OF FUEL FLOW TO A GAS TURBINE ENGINE | |
| CN113383196B (en) | Method for regulating a circulation pump | |
| CN105121858B (en) | Pump installation | |
| US20170033729A1 (en) | Machine learning apparatus for learning operation conditions of cooling device, motor control apparatus and motor control system having the machine learning apparatus, and machine learning method | |
| CN113728162B (en) | Electronic device and method for optimizing use of motor-driven equipment in a control loop system | |
| JP5422366B2 (en) | Coordinated control device and coordinated control method for heat source system | |
| JPH06230831A (en) | Water level control device | |
| JPH08232883A (en) | Water supply quantity control method and control device in multi-layer floor water supply piping system | |
| JPH07190679A (en) | Heat exchanger cooling system monitoring control device | |
| CN100507278C (en) | Electric blower | |
| Serbin et al. | Energy saving in centrifugal pumps using mutual pressure and flowrate control | |
| JP2735362B2 (en) | Pump control device | |
| KR102701531B1 (en) | Method and device for adjusting the number of air compressors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |