活塞往复式空压机组的智能控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种活塞往复式空压机组的智能控制系统及控制方法，其中控制系统包括：中央控制器以及均与其连接的变频控制单元和启停控制单元，变频控制单元与空压机组的多台变频空压机连接，启停控制单元与空压机组中的其他非变频空压机连接；该智能控制系统还包括与中央控制器连接的温度变送器和压力变送器，温度变送器与空压机组中的所有空压机均连接，压力变送器与储气罐连接，储气罐与空压机组中的所有空压机连接。本发明通过变频控制单元和启停控制单元控制变频空压机和其它非变频空压机的运行和停止，以对空压机组进行联合气量调节，可根据用户不同工况下耗气设备的实际耗气量进行大范围的无级调节，显著降低能耗。
【专利说明】活塞往复式空压机组的智能控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及活塞往复式空压机组的智能控制，尤其涉及一种活塞往复式空压机组的智能控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]活塞往复式空压机组工作时，生产流程中耗气设备的需气量经常会有较大的波动，当设备耗气量与空压机组的排气量不相适应时，便需要对空压机组进行气量调节，以使空压机组的排气量适应耗气量变化的要求，保持管网中的压力稳定。因此，生产现场配置的空压机组都设有改变空压机组排气量的气量调节装置。
[0003]目前，活塞往复式空压机组往往通过开停空压机的方式来实现粗略的气量调节，按照当前最大的需气量开启空压机组进行供气，多余的气体排空。虽然这种调节方法简单可靠，但开启的空压机始终处于满负荷工作，因此耗能巨大。同时，需要人工干预，自动化程度低。
[0004]现有技术中，有通过监控模块对空压机组输出至管路中的压力进行监控检测，并将监测到的数据进行处理后由中控模块发出指令对空压机组进行调整控制，但其气量调节范围非常有限，控制过程存在盲点，不能在所有工况条件下满足气量调节的要求。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中气量调节范围非常有限，控制过程存在盲点的缺陷，提供一种能够根据用户不同工况下耗气设备的实际耗气量进行大范围的无级调节，且可显著降低能耗的活塞往复式空压机组的智能控制方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
提供一种活塞往复式空压机组的智能控制系统，包括:中央控制器以及均与其连接的变频控制单元和启停控制单元，所述变频控制单元与空压机组的多台变频空压机连接，所述启停控制单元与空压机组中的其他非变频空压机连接；
该智能控制系统还包括与所述中央控制器连接的温度变送器和压力变送器，所述温度变送器与空压机组中的所有空压机均连接，所述压力变送器与储气罐连接，所述储气罐与空压机组中的所有空压机连接。
[0007]本发明所述的控制系统中，所述中央控制单元包括数据存储单元和数据处理单元，所述数据存储单元与所述温度变送器和所述压力变送器连接，所述数据处理单元与所述变频控制单元和所述启停控制单元连接。
[0008]本发明所述的控制系统中，该控制系统还包括显示器，与所述数据处理单元连接。
[0009]本发明所述的控制系统中，该控制系统还包括报警器，与所述中央控制器连接。
[0010]本发明所述的控制系统中，所述变频控制单元与空压机组的至少三台变频空压机连接。
[0011]本发明还提供一种活塞往复式空压机组的智能控制方法，包括以下步骤: 在设备正常运行时，通过压力变送器对储气罐内的压力进行监测，并将压力信息发送给中央控制器；
当储气罐内的气体压力不变或在预设的小范围内波动时，中央控制器不动作，系统保持当前状态运行；
当压力在预设时间内持续变化时，中央控制器根据压力信息判断压力变化是否在变频调节范围内，若在变频调节范围内，中央控制器发送指令给变频控制单元，对空压机组中的变频空压机进行变频控制，调节其工作转速进而调节其排气量，直到储气罐内气体压力达到设定值为止；
如果储气罐压力变化情况超出了变频调节范围，则中央控制器发送控制指令给启停控制单元，通过启停控制单元控制开启或者停止空压机组中的变频空压机或其他非变频空压机，并发送控制指令给变频控制单元，通过变频控制单元调节变频空压机的排气量，使空压机组总的排气量与用户耗气量达到平衡状态。
[0012]本发明所述的控制方法中，所述启停控制单元采用软启动的方式控制空压机组中的非变频空压机。
[0013]本发明所述的控制方法中，所述中央控制器将获取的压力变送器和温度变送器的检测数据经过处理后显示在显示器上。
[0014]本发明所述的控制方法中，当系统运行出现状态异常时，所述中央控制器发出报
警信号给报警器。
[0015]本发明产生的有益效果是:本发明对活塞往复式空压机组中的多台空压机进行变频控制，而不是将所有的空压机全部进行变频控制，改造成本不高。通过启停控制模块控制变频空压机和其它非变频空压机的开启和停止，以对空压机组进行联合气量调节，本发明能够根据用户不同工况下耗气设备的实际耗气量进行大范围的无级调节，可显著降低能耗。另外本发明采用智能控制，自动化程度高，大大减少了人为依赖度，同时也使系统运行的稳定性和可靠性大大提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1是本发明实施例活塞往复式空压机组的智能控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施例活塞往复式空压机组的智能控制方法的流程图。
[0017]
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]如图1所示，本发明实施例活塞往复式空压机组的智能控制系统包括:中央控制器以及均与其连接的变频控制单元和启停控制单元，变频控制单元与空压机组的多台变频空压机连接。本发明通过中央控制器接收压力变送器和温度传感器传递来的数据信号，经过分析处理，对变频控制单元和启停控制单元进行控制，调整变频空压机和其他非变频空压机的运行状态，实现空压机组的气量调节，满足用户耗气量变化的需求。
[0020]在本发明的一个实施例中对空压机组中的三台空压机进行变频改造，即将普通空压机改造成变频空压机，可以通过变频信号进行控制。启停控制单元与空压机组中的其他非变频空压机(即未经变频改造的普通空压机)连接。通过控制多台经变频改造的空压机和其它未改造的费变频空压机同时运行，以满足用户耗气量变化的需求。
[0021]该智能控制系统还包括与中央控制器连接的温度变送器和压力变送器，温度变送器与空压机组中的所有空压机均连接，压力变送器与储气罐连接，储气罐与空压机组中的所有空压机连接。在活塞往复式空压机组运行过程中，中央控制器通过压力变送器监测储气罐内的气体压力变化，利用温度变送器监测空压机中的压缩机和电机的轴温。
[0022]本发明的一个实施例中，中央控制单元包括数据存储单元和数据处理单元，数据存储单元与温度变送器和压力变送器连接，数据处理单元与变频控制单元和启停控制单元连接。当用户耗气量变化时，如果空压机组的排气量仍然保持不变，将引起气量供需不平衡，储气罐内气体压力会产生变化。此时，与储气罐相连接的压力变送器将监测到的压力变化情况以电信号的形式传递给中央控制器的数据存储单元，再由中央控制器的数据处理单元对数据进行处理，并将生成的控制指令发送给变频控制单元和启停控制单元，由这两个功能单元对压缩机组进行控制，使空压机组供气量自动适应用户耗气设备的需气量，保持储气罐内气体压力的稳定。
[0023]该控制系统还包括显示器，与数据处理单元连接。数据处理单元对温度变送器和压力变送器的检测数据进行处理后生成系统状态数据，并通过显示器显示。
[0024]本发明的一个实施例中，该控制系统还包括报警器，与中央控制器连接。当系统状态数据超出设定范围时，中央控制器向报警器发出报警信号。
[0025]本发明实施例活塞往复式空压机组的智能控制方法，如图2所示，包括以下步骤: 在设备正常运行时，通过压力变送器对储气罐内的压力进行监测，并将压力信息发送
给中央控制器；
当储气罐内的气体压力不变或在预设的小范围内波动时，中央控制器不动作，系统保持当前状态运行；
当压力在预设时间内持续变化时，中央控制器根据压力信息判断压力变化是否在变频调节范围内，若在变频调节范围内，中央控制器发送指令给变频控制单元，对空压机组中的变频空压机进行变频控制，调节其工作转速进而调节其排气量，直到储气罐内气体压力达到设定值为止；
如果储气罐压力变化情况超出了变频调节范围，则中央控制器发送控制指令给启停控制单元，通过启停控制单元控制开启或者停止空压机组中的变频空压机或其他非变频空压机，并发送控制指令给变频控制单元，通过变频控制单元调节变频空压机的排气量，使空压机组总的排气量与用户耗气量达到平衡状态。如图2所示，本发明的一个实施例中，如果储气罐压力变化情况超出了变频调节范围，具体为当压力值低于变频可调范围的下限值时，关闭一台变频或普通(即非变频)压缩机；当压力值不低于变频可调范围的下限值时，开启一台变频或者普通(即非变频)压缩机，直到压力达到调定值。
[0026]启停控制单元采用软启动的方式控制空压机组中的非变频活塞往复式空压机。
[0027]中央控制器将获取的压力变送器和温度变送器的检测数据经过处理后显示在显示器上。
[0028]当系统运行出现状态异常时，中央控制器发出报警信号给报警器。
[0029]在本发明的一个具体实施例中，某企业利用上述控制系统对活塞往复式空压机组进行智能控制。某企业使用10台功率为132KW的活塞往复式空压机构建空压机组，正常工作时开七备三。本发明可对正常运行的七台空压机中的三台进行变频改造，通过智能控制方法实现空压机组排气量的全范围调节。
[0030]下表一为空压机组实现各工况排气量调节时空压机组的运行控制策略。如果将单台空压机的满负荷排气量设为单位1，则此企业的最大耗气量为7，当实际耗气量在5.8^7范围内变化时，采取用4台普通空压机和三台变频空压机同时运行的方案进行实际生产。当实际耗气量低于5.8时，需要关掉一定数量的普通空压机或者变频空压机。如果实际耗气量为6.5,4台普通空压机满负载运行提供了 4个单位的气量，剩余2.5个气量用三台变频空压机供给，则每台供给的平均气量为2.5/3=0.833，中央控制器经过数据处理后控制变频控制单元，将三台电机频率分别调节为额定频率的83.3%，使供气量和耗气量相平衡，系统压力保持恒定。
[0031]表一:空压机组运行控制策略
【权利要求】
1.一种活塞往复式空压机组的智能控制系统，其特征在于，包括:中央控制器以及均与其连接的变频控制单元和启停控制单元，所述变频控制单元与空压机组的多台变频空压机连接，所述启停控制单元与空压机组中的其他非变频空压机连接； 该智能控制系统还包括与所述中央控制器连接的温度变送器和压力变送器，所述温度变送器与空压机组中的所有空压机均连接，所述压力变送器与储气罐连接，所述储气罐与空压机组中的所有空压机连接。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述中央控制单元包括数据存储单元和数据处理单元，所述数据存储单元与所述温度变送器和所述压力变送器连接，所述数据处理单元与所述变频控制单元和所述启停控制单元连接。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，该控制系统还包括显示器，与所述数据处理单元连接。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，该控制系统还包括报警器，与所述中央控制器连接。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述变频控制单元与空压机组的至少三台变频空压机连接。
6.一种活塞往复式空压机组的智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 在设备正常运行时，通过压力变送器对储气罐内的压力进行监测，并将压力信息发送给中央控制器； 当储气罐内的气体压力不变或在预设的小范围内波动时，中央控制器不动作，系统保持当前状态运行； 当压力在预设时间内持续变化时，中央控制器根据压力信息判断压力变化是否在变频调节范围内，若在变频调节范围内，中央控制器发送指令给变频控制单元，对空压机组中的变频空压机进行变频控制，调节其工作转速进而调节其排气量，直到储气罐内气体压力达到设定值为止； 如果储气罐压力变化情况超出了变频调节范围，则中央控制器发送控制指令给启停控制单元，通过启停控制单元控制开启或者停止空压机组中的变频空压机或其他非变频空压机，并发送控制指令给变频控制单元，通过变频控制单元调节变频空压机的排气量，使空压机组总的排气量与用户耗气量达到平衡状态。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述启停控制单元采用软启动的方式控制空压机组中非变频空压机的开启。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述中央控制器将获取的压力变送器和温度变送器的检测数据经过处理后显示在显示器上。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当系统运行出现状态异常时，所述中央控制器发出报警信号给报警器。
【文档编号】F04B49/06GK103671055SQ201310683675
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】沈顺成, 王向前, 何博, 黎章杰 申请人:武汉理工大学