一种压缩空气节能控制系统的制作方法

本发明涉及压缩空气节能控制技术的领域，特别是涉及一种压缩空气节能控制系统。

背景技术：

1、压缩空气作为一种清洁、安全、可控制的能源被越来越多地应用于工业生产中。压缩空气经过压缩机的压缩，电能转换为压缩空气的动力势能，压缩空气可以很好地被控制，运输容易，并且，在生产应用的过程中不发热不触电，安全可靠。因此，越来越多的企业搭建空气压缩系统来取代原先的生产设备。空气压缩系统每年消耗2000亿度电以上，占全国工业总耗电量的10%左右。空气压缩系统在印刷、食品、纺织、石油、化工、材料、航空航天等领域有着广泛的应用，从功能上分主要体现在三个方面：制冷与压缩、提供空气动力和工艺流程压缩机。

2、一个空气压缩系统主要的成本包括压缩设备的购买及安装、设备的维护、设备运行时电能的消耗，其中电能的消耗占了整个系统生命周期内大约70%~80%的成本。以10年期作为空气压缩系统的全生命周期，经调查发现，系统维护成本为6%，投资成本仅占16%，而能耗成本高达78%。另外，根据研究和实际运行的情况，气动系统的能量转换效率是非常低的，一般不到40%，远低于电气系统，这说明气动系统的节能效果是不理想的，同时，也说明了气动系统具有很大的节能空间。因此，降低空气压缩系统能源的消耗是节能减排的重要目标和突破口。

3、基于此，中国专利cn104820413b公开了一种空压站房的节能集群控制系统，该系统包括：用于采集压缩空气压力的气管压力传感器；用于采集压缩空气流量的气管流量计；用于采集压缩空气露点的露点仪；用于采集循环水泵出水压力的水管压力传感器；用于采集冷却塔进出水温度的冷却塔温度传感器；通过can总线连接空压机的空压机中央控制器；分别连接干燥机、循环水泵、冷却风机、电动阀门、气管压力传感器、气管流量计、露点仪、水管压力传感器、冷却塔温度传感器和空压机中央控制器的plc控制器。与现有技术相比，本发明具有节省能耗、精确控制、操作维护方便等优点。

4、然而，现有技术所公开的空气压缩系统还存在对电网冲击大、电能浪费严重以及噪音大等技术问题。具体的，传统空压机的驱动电机都不能够在运行时调节转速，一般都是采用启停机来控制电机的运行。空压机正常运行的具体过程为：设定一个上限压力和一个下限压力，空压机压缩气体到储气罐中，通过储气罐中的压力变送器传递压力信号，当压力达到上限压力时，空压机停机，储气罐中的压力开始下降，当压力值到达下限压力时，空压机开机，储气罐中的压力开始上升，如此往复。通过设定压力上下限的方式来达到相对恒压控制的目的，通常空压机对一定时间内的启停次数有所规定，如200kw以上的大功率高压电机每小时启停的次数不应该超过4次，启停机控制方式容易带来以下问题：

5、(1)电网冲击大。三相电机启动瞬间启动电流一般是电机的额定电流的5~7倍，会造成整个用电线路电压降低，从而拉低电网电压，对电机和其他用电设备带来损害。此外，电流的激增还可能触发电路欠保护装置动作，造成对机器设备有害的跳闸，同时还可能使电机绕组发热，严重影响了电机的性能，降低了机器设备的使用寿命。

6、(2)电能浪费严重。电机在空载的时候会消耗相对于正常工作时大约40%的电能，并且一旦出现了频繁的排空现象会加大电能的浪费。电机在排空时，会产生大量废气，严重污染环境。

7、(3)噪音大。空压机正常运行噪音大概在60分贝左右，当空压机空载排空放气的时候会带来严重的噪音污染，长期下来对空压机站操作人员带来身体健康问题，而且电机空转时电机在做无用功。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对如何降低压缩空气控制系统的能耗的技术问题，提供一种压缩空气节能控制系统。

2、一种压缩空气节能控制系统，其包括：变频空压机组、定频空压机组、净化模块、储气罐模块、若干终端设备、储气罐压力监测模块、压力设定模块、pid控制模块、出气流量监测模块以及加卸载控制模块；变频空压机组与定频空压机组混杂布设，变频空压机组与定频空压机组均通过净化模块与储气罐模块相连，储气罐模块分别连接每一终端设备；储气罐压力检测模块分别连接储气罐模块与压力设定模块，压力设定模块串联pid控制模块后与变频空压机组控制连接；出气流量监测模块设置于储气罐模块与每一终端设备之间，出气流量监测模块与储气罐压力监测模块并联连接于加卸载控制模块，加卸载控制模块与定频空压机组控制连接；默认状态下，变频空压机组作为主要的供气设备，pid控制模块通过控制变迁空压机组的频率变化来调控系统产气压力的变化，时储气罐模块的压力稳定在压力设定模块所设置的设定值；当变频空压机组单独运行不能满足压力设定模块的设定值后，加卸载控制模块根据储气罐压力监测模块所检测到的储气罐模块内的压力信号及储气罐模块出口处的流量信号，协调控制定频空压机组启动工作。

3、进一步的，当变频空压机组单独运行不能满足使用需求时，采用阶梯式异步加卸载控制的方式来分批次启动定频空压机组内的每一定频空压设备。

4、进一步的，当所有终端设备的总耗气量高于变频空压机组以最高频率运行下的产气量时，第一台定频空压机启动加载；而在所有终端设备的总耗气量高于变频空压机和第一台定频空压机同时运行的产气量时，第二台定频空压机启动加载，依次类推。

5、进一步的，当储气罐压力监测模块所给出的压力信号达到定频空压设备的加载压力后，该定频空压设备加载；而当储气罐压力监测模块所给出的压力信号达到定频空压设备的卸载压力后，该定频空压设备卸载；其余情况下，定频空压设备保持原来的运行状态。

6、进一步的，储气罐压力监测模块所给出的压力信号控制定频空压设备加卸载的步骤如下：

7、s1：系统初始化，设定所有定频空压设备的加卸载压力，避免所有设备同时被加卸载；同时设定变频空压机组的变频参数，包括pid系数以及变速积分的上下限；时间t=0，运行时间trun，采样时间τ，运行周期t，第k个周期，k=0；

8、s2：判断t=kt是否成立，若是，则进入下一步骤；若否，则跳转至步骤s6；

9、s3：根据加卸载规则判断每一台定频空压设备的加卸载状态；

10、s4：根据变频规则判断变频空压机组是否变频及变频的程度；

11、s5：计算k=k+1；

12、s6：计算t=t+τ；

13、s7：判断t≤trun是否成立，若是，则返回步骤s2；若否，则进入下一步骤；

14、s8：流程结束。

15、进一步的，当储气罐压力监测模块所给出的压力信号与出气流量监测模块所给出的流量信号中两者之一为加载信号时，对应的定频空压设备即被加载；而当储气罐压力监测模块所给出的压力信号与出气流量监测模块所给出的流量信号两者均为卸载信号时，对应的定频空压设备才被卸载，其余情况所对应的定频空压设备均保持原有的运行方式。

16、进一步的，预先设定每一定频空压设备的卸载时间，当系统到达卸载时间后，多对应的定频空压设备关机，下次加载再重新启动。

17、进一步的，在pid控制模块中，使用变积分pid控制算法来对变频空压机组进行控制，该控制方法描述如下：

18、式中，kv表示积分项调整程度，数值在0-1之间。

19、综上所述，本发明一种压缩空气节能控制系统分别设有变频空压机组、定频空压机组、净化模块、储气罐模块、若干终端设备、储气罐压力监测模块、压力设定模块、pid控制模块、出气流量监测模块以及加卸载控制模块；变频空压机组与定频空压机组混杂布设，变频空压机组与定频空压机组均通过净化模块与储气罐模块相连，储气罐模块分别连接每一终端设备；储气罐压力检测模块分别连接储气罐模块与压力设定模块，压力设定模块串联pid控制模块后与变频空压机组控制连接；出气流量监测模块设置于储气罐模块与每一终端设备之间，出气流量监测模块与储气罐压力监测模块并联连接于加卸载控制模块，加卸载控制模块与定频空压机组控制连接；默认状态下，变频空压机组作为主要的供气设备，pid控制模块通过控制变迁空压机组的频率变化来调控系统产气压力的变化，时储气罐模块的压力稳定在压力设定模块所设置的设定值；当变频空压机组单独运行不能满足压力设定模块的设定值后，加卸载控制模块根据储气罐压力监测模块所检测到的储气罐模块内的压力信号及储气罐模块出口处的流量信号，协调控制定频空压机组启动工作。本发明一种压缩空气节能控制系统解决了如何降低压缩空气控制系统的能耗的技术问题。