一种压力维持系统及智能控制方法与流程

本发明属于工业控制领域，具体涉及一种压力维持系统及智能控制方法。

背景技术：

工业控制当中，有许多应用场合需要压力维持系统，例如水轮发电机组调速器调节导叶开度、机组功率和频率，需要调速器液压系统；水轮发电机组大轴补气、母线微正压系统、调速器压油罐补气、风闸机械制动系统等场合需要中低压气系统。调速器液压系统和中低压气系统都是典型的压力维持系统。

压力维持系统通常设计有多台型号规格相同的定频油泵或空压机作为压力维持设备，但是由于压力维持系统负载存在稳态固定消耗负载和随机消耗负载，若稳态固定消耗负载与压力维持设备输出功率不匹配，即系统压力由于稳态固定消耗下降的速度与压力维持设备加压的能力大小不匹配，会导致压力维持设备频繁启停或加卸载，导致设备原件磨损消耗加剧，影响压力维持设备寿命，同时导致能量损失，影响系统能效和经济性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种压力维持系统及智能控制方法，旨在解决稳态固定消耗负载与压力维持设备输出功率不匹配，即系统压力由于稳态固定消耗下降的速度与压力维持设备加压的能力大小不匹配导致的，压力维持设备频繁启停或加卸载，设备原件磨损消耗加剧，影响压力维持设备寿命，同时导致能量损失，影响系统能效和经济性等问题。

本发明采取的技术方案为：

一种压力维持系统，该系统包括：压力容器，无压容器、压力维持设备；压力容器通过压力维持设备连接无压容器；

所述压力容器设有第一传感器，用于采集压力容器物理量参数，如压力维持系统压力容器的压力；

所述无压容器设有第二传感器，用于采集无压容器物理量参数；

第一、二传感器和压力维持设备均连接控制器，控制器连接人机交互装置。

所述压力容器为有压油罐、或者气罐。

所述无压容器为无压油罐、或者气袋。

所述压力维持设备为n台型号规格不完全相同的定频油泵或空压机，按照加压能力由小到大排序分别为1#，2#……n#。

所述控制器，接受人机交互装置设置的压力维持设备中n台定频油泵或空压机对应的加压能力信息p1，p2，…，pn,p1<p2<…<pn；并根据传感器采集的压力维持系统状态信号，采用一种压力维持系统智能控制方法进行逻辑处理后，通过电气回路对压力维持设备中n台型号规格不完全相同的定频油泵或空压机进行控制，同时将压力维持系统状态信息传输给人机交互装置。

所述人机交互装置，与控制器进行通讯，将用户通过人机交互装置设置的压力维持设备中n台定频油泵或空压机的加压能力信息传送给控制器，同时人机交互装置采集控制器发送的压力维持系统参数信息，进行图形化展示。

一种压力维持系统智能控制方法，包括以下步骤：

步骤1、控制器6初始化，采集用户通过人机交互装置7设置的额定压力p额，启备用设备压力p备，压力维持设备4中n台定频油泵或空压机对应的加压能力信息p1，p2，…，pn。p1≤p2≤…≤pn。

步骤2、控制器6控制n台油泵或空压机运行加载，将压力维持系统加压至额定压力p额，然后停止n台油泵或空压机运行。

步骤3、控制器6采集压力维持系统压力p1，同时开始计时。

步骤4、控制器6检测计时是否满t分钟，若是进入步骤5，否则继续检测。

步骤5、控制器6采集压力维持系统压力p2。

步骤6、控制器6计算压力维持系统稳态固定消耗负载p＝(p1-p2)/t。

步骤7、若pi≤p<pj，则启动i#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入第10步。pi和pj是压力维持设备4中n台定频油泵或空压机中序号相邻的两台设备i#和j#的加压能力信息。否则，进入步骤8。

步骤8、若p<p1,则启动1#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入步骤10。否则，进入步骤9。

步骤9、启动n#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入步骤10。

步骤10、进入常规控制模式。即控制器6检测到压力维持系统压力降至启备用设备压力p备时，轮换启动剩余备用加压设备加载，当检测到压力维持系统压力升至额定压力p额时，停止所有备用加压设备。轮换方法详见图3所示一种多台工作泵和多台备用泵的智能排队轮换工作方法。

本发明一种压力维持系统及智能控制方法，技术效果如下：

本发明一种压力维持系统设计具有不同加压能力的定频油泵或空压机作为压力维持设备，以适用于稳态固定消耗负载在不同大小范围的情况，从而使本发明一种压力维持系统具有广泛的适应性。

采用本发明一种压力维持系统智能控制方法，在采用定频油泵或空压机的前提下，采用优化算法，根据计算的稳态固定消耗负载，尽可能选择接近该负载量的定频油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，从而提高控制对象压力的稳定性，尽可能降低压力变化速度，保证压力的稳定，避免压力维持设备频繁启停或加卸载，减小设备原件磨损消耗，以达到延长压力维持设备寿命，降低压力维持系统能耗，提高压力维持系统经济性的目的。故本发明方法具有良好的控制性能和经济性。

采用本发明一种压力维持系统及智能控制方法，可以解决压力维持系统稳态固定消耗负载与压力维持设备输出功率不匹配，即系统压力由于稳态固定消耗下降的速度与压力维持设备加压的能力大小不匹配导致的，压力维持设备频繁启停或加卸载，导致设备原件磨损消耗加剧，影响压力维持设备寿命，同时导致能量损失，影响系统能效和经济性等问题。

附图说明

图1是本发明压力维持系统结构示意图。

图2是本发明智能控制方法流程示意图。

图3为一种多台工作泵和多台备用泵的智能排队轮换工作方法流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种压力维持系统，包含有多台型号规格不完全相同，加压能力不完全相同的定频油泵或空压机作为压力维持设备4，还包括压力容器1，无压容器2，管路3，传感器5，控制器6，人机交互装置7，电气回路8，通迅回路9。传感器5包含第一、二传感器。

压力容器1为有压油罐或气罐。

无压容器2为无压油罐或气袋。

压力容器1通过管道连接压力维持设备4，无压容器2通过管路3压力维持设备4。

压力维持设备4为n台型号规格不完全相同的定频油泵或空压机，按照加压能力由小到大排序分别为1#，2#……n#。

传感器5采集压力维持系统中压力容器1，无压容器2的物理量参数，如压力维持系统压力容器压力等。

控制器6通过通讯回路9，接受人机交互装置7设置的压力维持设备4中n台定频油泵或空压机对应的加压能力信息p1，p2，…，pn,(p1<p2<…<pn)，并根据通过电气回路8接收到的传感器5采集的压力维持系统状态信号，采用一种压力维持系统智能控制方法进行逻辑处理后，通过电气回路8，对压力维持设备4中n台型号规格不完全相同的定频油泵或空压机进行控制，同时将压力维持系统状态信息通过通讯回路9传输给人机交互装置7。

人机交互装置7与控制器6进行通讯。将用户通过人机交互装置7设置的压力维持设备4中n台定频油泵或空压机的加压能力信息传送给控制器6，同时人机交互装置7采集控制器6发送的压力维持系统参数信息，进行图形化展示。

压力维持设备4通过电气回路8连接控制器6；传感器5连接控制器6；实现状态信号、控制信号的传输。

控制器6通过通讯回路9连接人机交互装置7，实现加压能力信息、状态信息的传输。

传感器5，采用品牌为keller，型号为pa.23sy/100bar/81594.55的压力变送器。

控制器6，采用品牌为schneider，型号为140cpu67160的plc控制器。

人机交互装置7，采用品牌为schneider，型号为xbtgt7340的触摸屏。

电气回路8采用通用国标电缆。

通讯回路9采用通用以太网网线。

定频油泵电机采用品牌为abb，型号为m3bp系列定频电机。

定频空压机采用品牌为德耐尔，型号为dg0.8/100、dg3/100dg、dg5.5/100等dg系列活塞中高压空压机。

如图2所示，一种压力维持系统智能控制方法，详细步骤如下：

步骤1、控制器6初始化，采集用户通过人机交互装置7设置的额定压力p额，启备用设备压力p备，压力维持设备4中n台定频油泵或空压机对应的加压能力信息p1，p2，…，pn。p1≤p2≤…≤pn。

步骤2、控制器6控制n台油泵或空压机运行加载，将压力维持系统加压至额定压力p额，然后停止n台油泵或空压机运行。

步骤3、控制器6采集压力维持系统压力p1，同时开始计时。

步骤4、控制器6检测计时是否满t分钟，若是进入步骤5，否则继续检测。

步骤5、控制器6采集压力维持系统压力p2。

步骤6、控制器6计算压力维持系统稳态固定消耗负载p＝(p1-p2)/t。

步骤7、若pi≤p<pj，则启动i#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入第10步。pi和pj是压力维持设备4中n台定频油泵或空压机中序号相邻的两台设备i#和j#的加压能力信息。否则，进入步骤8。

步骤8、若p<p1,则启动1#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入步骤10。否则，进入步骤9。

步骤9、启动n#油泵或空压机作为主加压设备长期运行加载，进入步骤10。

步骤10、进入常规控制模式。即控制器6检测到压力维持系统压力降至启备用设备压力p备时，轮换启动剩余备用加压设备加载，当检测到压力维持系统压力升至额定压力p额时，停止所有备用加压设备。轮换启动方法参见图3所示一种多台工作泵和多台备用泵的智能排队轮换工作方法。

如图3所示，一种多台工作泵和多台备用泵的智能排队轮换工作方法，包括以下步骤：

步骤①：初始化，确定系统工作泵台数i和泵总数j。

步骤②：采集所有泵的多种工况因素，并确定所有泵的各种工况值。

步骤③：根据所有泵的多种工况因素，进行权重排序，确定所有泵各种工况因素的权重值。

步骤④：根据所有泵的各种工况因素对应的工况值、以及相应工况因素对应的权重值，计算每台泵的优先级得分。

步骤⑤：根据每台泵的优先级得分，对系统中的所有泵进行优先级排序；

步骤⑥：根据所有泵的优先级排序，取优先级由高到低排序的前i台泵作为工作泵，其他j-i台泵作为备用泵；

步骤⑦：检测所有泵的运行状态，如果有泵停止运行，返回步骤②。

所述步骤②中，多种工况因素包括：泵的运行次数，泵能否正常工作，泵的运行状态把手“主用”、“备用”、或“切除”人为设置。本发明步骤以此三个工况因素为例，实际应用时可以根据实际应用情况对工况因素进行扩充。

所有泵的各种工况值如下：

在所有泵中，若泵能正常工作，该工况值x取值为1；若泵不能正常工作，该工况值x取值为0。设n号泵的该工况值为xn；

在所有泵中，若泵能正常工作，该工况值x取值为1；若泵不能正常工作，该工况值x取值为0。设n号泵的该工况值为xn。

在所有泵中，若泵的运行状态把手人为设置为“主用”时，该状态工况值y取值为2；若泵的运行状态把手人为设置为“备用”时，该状态工况值y取值为1；若泵的运行状态把手人为设置为“切除”时，该状态工况值y取值为0。这样取值的原因是泵的运行状态把手人为设置为“主用”优先级高于人为设置为“备用”，人为设置为“备用”优先级高于人为设置为“切除”。设n号泵的状态工况值为yn。

在所有泵中，对泵的运行次数进行排序，次数由高到低对应的泵次数工况值z依次取值为1，2……5，6。设n号泵的次数工况值为zn。

所述步骤3中，泵轮换考虑的三个因素重要性由高到低依次是：泵能否正常工作，泵的运行状态把手“主用”、“备用”、或“切除”人为设置，泵的运行次数；

设定泵能否正常工作的权重值a＝100；

泵的运行状态把手“主用”、“备用”、或“切除”人为设置的权重值b＝10；

泵的运行次数的权重值c＝1。

所述步骤④中，分别计算每台泵的优先级得分m＝ax+by+cz＝100x+10y+z；则n号泵的优先级得分mn＝100xn+10yn+zn。

所述步骤⑤中，根据mn的大小进行泵的优先级排序，n号泵的优先级得分mn越大，优先级越高，其就排在队列的位置越靠前，设mn1≧mn2≧mn3≧mn4≧mn5≧mn6,则优先级排序如下：n1，n2，n3，n4，n5，n6。

实施例：

将本发明应用于某电站调速器液压系统油泵的启停控制。该系统共设计4台油泵，其中正常工作时，启1台泵作为主工作泵，其余3台泵作为备用泵。以下结合该实施例对本发明方法作详述。

采用本发明方法，某电站调速器液压系统油泵控制方法的详细步骤如下：

1、调速器液压系统控制器初始化，采集用户通过人机交互装置设置的额定压力p额，启备用设备压力p备，4台油泵对应的加压能力信息0.1mpa/min，0.2mpa/min，0.3mpa/min，0.4mpa/min。

2、调速器液压系统控制器控制4台油泵运行加载，将调速器液压系统建压至额定压力p额，然后停止4台油泵运行。

3、调速器液压系统控制器检测采集调速器液压系统压力p1，同时开始计时。

4、调速器液压系统控制器检测计时是否满t分钟，若是进入第5步，否则继续监测。

5、调速器液压系统控制器检测采集调速器液压系统压力p2。

6、调速器液压系统控制器计算调速器液压系统稳态固定消耗负载p＝(p1-p2)/t。

7、若0.1≤p<0.2，则启动1#油泵作为主加压设备长期运行加载，进入第10步；若0.2≤p<0.3，则启动2#油泵作为主加压设备长期运行加载，进入第10步；若0.3≤p<0.4，则启动3#油泵作为主加压设备长期运行加载，进入第10步；否则，进入第8步。

8、若p<0.1,则启动1#油泵作为主加压设备长期运行加载，进入第10步。否则，进入第9步。

9、启动3#油泵作为主加压设备长期运行加载，进入第10步。

10、进入常规控制模式。即调速器液压系统控制器检测到调速器液压系统压力降至启备泵压力p备时，轮换启动剩余备用油泵加载，当检测到调速器液压系统压力升至额定压力p额时，停止所有备用油泵。轮换方法详见图3一种多台工作泵和多台备用泵的智能排队轮换工作方法。