TWI447300B - Active Compressor System for Air Compressor - Google Patents

Description

空氣壓縮機主動式控制系統

本發明係關於一種空氣壓縮機主動式控制系統，尤指一種利用一控制單元控制一壓縮機單元，以避免一儲氣單元之排氣壓力下降至低於其最低工作壓力的空氣壓縮機主動式控制系統。

空氣壓縮機係一種用以提供高壓氣體的氣動能源設備，廣泛的應用於各種利用空氣壓力作為動力來源的生產設備上。在現今朝向自動化快速生產的趨勢下，氣動能源的需求量與日俱增，使得空氣壓縮機的重要性也隨之提高。

現有技術之空氣壓縮機主要係利用一壓縮機本體導入外界氣體，將其壓縮為高壓氣體並儲存於一儲氣單元內，該儲氣單元再與一使用端設備相接，進而提供該使用端設備所需的氣動能源。其中，當該使用端設備大量使用儲氣單元內之高壓氣體時，該壓縮機本體係呈一負載運轉狀態，而當該使用端設備停止使用儲氣單元內之高壓氣體時，該壓縮機本體則呈一空載運轉狀態，且當壓縮機本體呈現空載運轉狀態的時間超過一段預設時間時，該壓縮機本體還可進一步切換為停機狀態，以避免無謂的電力消耗。

參見圖5所示，其標示有儲氣單元的預設目標壓力(PU)(kg/cm² )以及儲氣單元的最低工作壓力(PL)(kg/cm² )，現有技術之空氣壓縮機的控制方式是在儲氣單元壓力下降至最低工作壓力PL後，才將該壓縮機本體切換為負載運轉狀態，然而，壓縮機本體從負載運轉後到真正對儲氣單元輸入高壓氣體之間，會延遲一小段時間，如圖所示，在這段時間內，儲氣單元壓力會仍會持續下降至更低於所設定的最低工作壓力值PL。如此一來，很可能會造成使用端設備因壓力不足而發生異常停機的現象，對整體設備、製程產生重大的不良影響。上述現有技術之控制方式會發生問題的主要原因是由於壓縮機本體在儲氣單元壓力降低至最低點之後才開始反應，緣此，現有技術之空氣壓縮機的控制模式實有其待進一步改良之處。

有鑑於前述現有技術的缺點，本發明提供一種空氣壓縮機主動式控制系統，希藉此發明解決現有技術之空氣壓縮機在儲氣單元內的氣體壓力下降至所設定的最低工作壓力值時才轉為負載運轉狀態或是重新啟動，使得儲氣單元內的氣體壓力持續下降，造成使用端設備因壓力不足而發生異常停機的缺點。

為了達到上述的發明目的，本發明所利用的技術手段係使一空氣壓縮機主動式控制系統包括：一壓縮機單元；一儲氣單元，其以管路與該壓縮機單元相連通；一控制單元，其具有一計算模組與一邏輯模組，該計算模組根據偵測所得之儲氣單元內的氣體壓力變化與時間的關係，計算出一系統管路總容量、一系統動態空氣消耗量、以及該系統動態空氣消耗量與系統管路總容量的比例關係，該邏輯模組根據該系統動態空氣消耗量與系統管路總容量的比例關係來判斷該儲氣單元內之高壓氣體的消耗模式，並依據該消耗模式設定該壓縮機單元為負載運轉狀態、空載運轉狀態或停止運轉狀態；其中，上述系統管路總容量的計算公式為：Q=C×(T1-T0)；Q為系統管路總容量，C為壓縮機單元10之單位容量，T0為啟動該壓縮機單元的時間，T1為儲氣單元內的壓力上升至預設目標壓力值的時間；上系統動態空氣消耗量的計算公式為：DF=Td×Q；DF為系統動態空氣消耗量，Td為該壓縮機單元之壓力變化所經過的時間間隔。

上述之空氣壓縮機主動式控制系統中：當DF≧Q甚至DF>1.2Q時，可令控制單元提出警示並啟動該壓縮機單元為全負載運轉狀態；當0.7Q<DF<Q時，可令控制單元設定該壓縮機單元為負載運轉狀態；當0.5Q<DF<0.7Q時，可令控制單元設定該壓縮機單元保持空載運轉狀態；當0.2Q<DF<0.5Q時，可令控制單元設定該壓縮機單元保持空載運轉狀態或進行降載運轉；當DF<0.2Q時，可令控制單元設定該壓縮機單元停止運轉。

本發明的優點在於，藉由利用控制單元偵測儲氣單元內壓力變化與時間之關係，並計算系統動態空氣消耗量與系統管路總容量之比例關係的方式，來判斷目前該儲氣單元內之氣體壓力的消耗模式，從而主動且預先地切換該壓縮機單元的運轉模式，避免儲氣單元之氣體壓力下降至低於其最低工作壓力，有效達到預防對使用端設備及製程產生不良影響的目的。

參見圖1所示，本發明之空氣壓縮機主動式控制系統包括一壓縮機單元10、一儲氣單元20與一控制單元30：壓縮機單元10包含一主壓縮機與一輔助壓縮機，該輔助壓縮機為供緊急或特殊狀況使用的備用機，該壓縮機單元10可在負載運轉狀態輸出高壓氣體，或在空載運轉狀態或停機狀態時降低高壓氣體輸出量或不輸出；該儲氣單元20以一管路與該壓縮機單元10相連通，上述壓縮機單元10所輸出的高壓氣體經由管路儲存於該儲氣單元20內，儲氣單元20以另一管路連接至一使用端設備40，使該儲氣單元20可提供該使用端設備40所需的氣動能源，另該儲氣單元20發出有氣體壓力訊號21；該控制單元30連接該儲氣單元20，該控制單元30可接收由該儲氣單元20所發出之氣體壓力訊號21以及記錄所經過的時間，並具有一計算模組31與一邏輯模組32，該計算模組31根據儲氣單元20內的氣體壓力變化與時間的關係，計算出一系統管路總容量Q、一系統動態空氣消耗量DF、以及該系統動態空氣消耗量DF與系統管路總容量Q的比例關係，該系統管路總容量Q包含該儲氣單元20、連接該儲氣單元20之管路以及使用端設備40的容量，接著，該邏輯模組32再根據該系統動態空氣消耗量DF與系統管路總容量Q的比例關係來判斷該儲氣單元20內之高壓氣體的消耗模式，並根據該消耗模式輸出一控制訊號33傳送至壓縮機單元10，以在儲氣單元20內之氣體壓力下降至最低工作壓力之前，預先設定該壓縮機單元10切換為負載運轉狀態、空載運轉狀態或停機狀態。

配合參見圖2所示，其上所標示有為儲氣單元20的初始壓力值(P0)(kg/cm² )、儲氣單元20的預設目標壓力值(P1)(kg/cm² )、啟動該壓縮機單元10的時間(T0)(分，min)、以及儲氣單元20內的壓力上升至預設目標壓力值P1的時間(T1)(分，min)，此外，令系統管路總容量為Q(m³ )，壓縮機單元10之單位容量為C(m³ /min)。

首先計算系統管路總容量Q：當啟動壓縮機單元10後，該儲氣單元20內的氣體壓力會由初始壓力值P0上升至預設目標壓力值P1，同時，該控制單元20會記錄啟動該壓縮機單元10的時間T0，以及記錄儲氣單元20內之壓力上升至預設目標壓力值P1的時間T1，並以該控制單元30之計算模組31計算該系統管路總容量Q，其計算公式為：

Q=C×(T1-T0)

進一步參見圖3所示，在該壓縮機單元10運轉時，該控制單元30會持續接收該儲氣單元20所發出的氣體壓力訊號21，其中，圖3上標示有儲氣單元20之氣體壓力的第一偵測值(Pa)(kg/cm² )、儲氣單元20之氣體壓力的第二偵測值(Pb)(kg/cm² )、偵測到該儲氣單元20之氣體壓力的第一偵測值Pa的第一偵測時間(Ta)(分，min)、以及偵測到該儲氣單元20之氣體壓力的第二偵測值Pb的第二偵測時間(Tb)(分，min)，此外，令系統動態空氣消耗量為DF(kg/cm² )。

接著計算系統動態空氣消耗量DF：令該控制單元30之計算模組31計算該壓縮機單元10之壓力變化所經過的時間間隔(Td)(分，min)，其中Td=Tb-Ta，並據此計算該系統動態空氣消耗量DF；其中，該壓縮機單元10之壓力變化的時間間隔Td可調整，又，該系統動態空氣消耗量DF的計算公式為：

DF=Td×Q

上述時間間隔Td可依需求進行設定，例如，當時間間隔Td設定為5的時候，表示該控制單元30之計算模組31會每5分鐘計算一次系統動態空氣消耗量DF。

進一步參見圖4所示，其中，圖上所標示的P unload為儲氣單元20在空載運轉狀態下之空車壓力值，P trigger為儲氣單元20之觸發壓力值，P load為儲氣單元在負載運轉狀態下之重車壓力值。然後判斷該儲氣單元20內之氣體壓力下降的模式：該控制單元30之邏輯模組32比對上述系統動態空氣消耗量DF與系統管路總容量Q之比例關係，據此判斷目前該儲氣單元20內的氣體壓力屬於何種消耗模式，並根據消耗模式輸出控制訊號33來控制該壓縮機單元10之運轉狀態，其中：當DF≧Q甚至DF＞1.2Q時，表示系統動態空氣消耗量DF等於甚至遠大於系統管路總容量Q，此時，設定消耗模式為模式A，令控制單元30輸出控制訊號33以提出警示並啟動該壓縮機單元10之主壓縮機及輔助壓縮機，使該壓縮機單元10為100%全負載運轉狀態；當0.7Q＜DF＜Q時，表示系統動態空氣消耗量DF略小於系統管路總容量Q，此時，設定消耗模式為模式B，令控制單元30輸出控制訊號33以啟動該壓縮機單元10之主壓縮機，設定該壓縮機單元10為負載運轉狀態；當0.5Q＜DF＜0.7Q時，表示系統動態空氣消耗量DF小於系統管路總容量Q，此時，設定消耗模式為模式C，令控制單元30輸出控制訊號33以設定該壓縮機單元10保持空載運轉狀態；當0.2Q＜DF＜0.5Q時，表示系統動態空氣消耗量DF遠小於系統管路總容量Q，此時，設定消耗模式為模式D，令控制單元30輸出控制訊號33以設定該壓縮機單元10保持空載運轉狀態或進行降載運轉；當DF＜0.2Q時，表示使用端設備40未使用儲氣單元20內之高壓氣體，此時，設定消耗模式為模式E，令控制單元30輸出控制訊號33以設定該壓縮機單元10停止運轉。

藉由如上所述之設計，本發明之空氣壓縮機主動式控制系統藉由利用控制單元30偵測儲氣單元20內壓力變化與時間之關係，並計算系統動態空氣消耗量DF與系統管路總容量Q之比例關係的方式，來判斷目前該儲氣單元20內之氣體壓力的消耗模式，從而主動且預先地切換該壓縮機單元10的運轉模式，避免儲氣單元20之氣體壓力下降至低於其最低工作壓力，達到預防對使用端設備及製程產生不良影響的目的。

10．．．壓縮機單元

20．．．儲氣單元

21．．．氣體壓力訊號

30．．．控制單元

31．．．計算模組

32．．．邏輯模組

33．．．控制訊號

圖1為本發明之控制流程圖。

圖2為本發明在壓縮機單元啟動時，儲氣單元內的氣體壓力變化示意圖。

圖3為本發明在運作時，儲氣單元內的氣體壓力變化示意圖。

圖4為本發明判斷儲氣單元內的氣體壓力消耗模式之示意圖。

圖5為現有技術之儲氣單元內的氣體壓力變化示意圖。

10．．．壓縮機單元

20．．．儲氣單元

21．．．氣體壓力訊號

30．．．控制單元

31．．．計算模組

32．．．邏輯模組

33．．．控制訊號

Claims (8)

1. 一種空氣壓縮機主動式控制系統，其包括：一壓縮機單元；一儲氣單元，其以管路與該壓縮機單元相連通；一控制單元，其具有一計算模組與一邏輯模組，該計算模組根據偵測所得之儲氣單元內的氣體壓力變化與時間的關係，計算出一系統管路總容量、一系統動態空氣消耗量、以及該系統動態空氣消耗量與系統管路總容量的比例關係，該邏輯模組根據該系統動態空氣消耗量與系統管路總容量的比例關係來判斷該儲氣單元內之高壓氣體的消耗模式，並依據該消耗模式設定該壓縮機單元為負載運轉狀態、空載運轉狀態或停止運轉狀態；其中，上述系統管路總容量的計算公式為：Q=C×(T1-T0)；Q為系統管路總容量，C為壓縮機單元之單位容量，T0為啟動該壓縮機單元的時間，T1為儲氣單元內的壓力上升至預設目標壓力值的時間；上述系統動態空氣消耗量的計算公式為：DF=Td×Q；DF為系統動態空氣消耗量，Td為該壓縮機單元之壓力變化所經過的時間間隔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之空氣壓縮機主動式控制系統，其中，當DF>1.2Q時，令控制單元提出警示並啟動該壓縮機單元為全負載運轉狀態。
3. 如申請專利範圍第1項所述之空氣壓縮機主動式控 制系統，其中，當DF≧Q時，令控制單元提出警示並啟動該壓縮機單元為負載運轉狀態。
4. 如申請專利範圍第1項所述之空氣壓縮機主動式控制系統，其中，當0.7Q<DF<Q時，令控制單元設定該壓縮機單元為全負載運轉狀態。
5. 如申請專利範圍第1項所述之空氣壓縮機主動式控制系統，其中，當0.5Q<DF<0.7Q時，令控制單元設定該壓縮機單元保持空載運轉狀態。
6. 如申請專利範圍第1項所述之空氣壓縮機主動式控制系統，其中，當0.2Q<DF<0.5Q時，令控制單元設定該壓縮機單元保持空載運轉狀態。
7. 如申請專利範圍第1項所述之空氣壓縮機主動式控制系統，其中，當0.2Q<DF<0.5Q時，令控制單元設定該壓縮機單元進行降載運轉。
8. 如申請專利範圍第1項所述之空氣壓縮機主動式控制系統，其中，當DF<0.2Q時，令控制單元設定該壓縮機單元停止運轉。