空压机群组并联运行的动态负荷分配控制方法与流程

本发明涉及空压机群组并联运行，尤其涉及空压机群组并联运行的动态负荷分配控制方法。

背景技术：

1、目前各类空压机产品性能在不断改进，但是在能源利用方面，作为空压机群组系统应用的空压站运行中还存在能效水平不高的现象，究其原因，很大一部分是由于空压机系统控制方式选择不当，总结有以下几点：

2、1、目前大部分空压站仍单纯依靠人力进行控制和调整，难以实现合理操作和及时管控，同时也很难实现节能降耗最大化。

3、2、空压站内单台空压机依靠自身pid运算调节频率以适合设的压力值，由于pid调节不适合非线性系统，会造成运行频率波动过大，频繁的加载卸载，空压机磨损严重，影响寿命。

4、3、空压机并联编组运行时，缺少联动控制，有的空压机高负荷运行，有的空压机低负荷运行，造成每台空压机的负载分配不均匀，易出现各台空压机之间抢负荷而引起气压波动过大的现象。

5、4、空压站集控系统运行逻辑复杂，成本较高。

6、根据对空压机的负载率和电流进行统计分析后发现，空压机的负载率与电流成正比关系。因此，尽可能的降低负载率，减小负载率的大幅度波动，对节约能耗起到决定性的影响。

7、对于压缩空气需求量大的企业，空压机的设计产气量要大于实际用气量，随着用气负荷的变化，供气管网的压力也在不断的发生变化，就需要控制空压机群，实现供气管网的压力恒定在设定值，因此采用精确且波动小的控制方式显得非常重要。

8、对于单台空压机而言，其运行依靠设备自身的pid算法来调节运行频率适应负载的变化，可以控制和平衡管道压力。但是当多台空压机并联运行时，单台空压机不再是各自为战，而是要加入编组协同运行。

9、大部分空压站仍单纯依靠人工手动操作进行负荷分配的方式，存在精度不高、不能保证机组在高效率区域运行、且存在误操作风险。

10、在自动化技术日益发展中，空压机组的联合控制正在慢慢替代老旧的方式，现在的集控系统使用plc控制各机组的加载减载、主机备机，能确保高效的性能，同时最大限度地减少能源消耗。但是缺少一种既能高精度控制空压机变频器的运行频率，又能合理分配空压机群组的投入机台数。

11、单纯从控制的角度来讲，要建立精确的控制模型是非常困难的，而实际中运用模型大部分都是简单的非线性函数。传统的pid控制是建立在数学模型基础上的，根据被控对象的静态和动态特性，获得控制参数，是自动控制领域产生最早、应用最广的一种控制方法，但对于大滞后、变化快、非线性的复杂系统，常规pid控制很难保证其控制效果始终处于最佳效果，不易进行在线的调整，表面上看只需要整定(比例kp，积分kd，微分ki)三个参数，但这三个参数整定的难度非常大，需要一个有丰富调试经验的技师，而且进入稳态也需要很长的时间。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有技术中多台空压机并联运行容易出现负荷分配不均、抢负荷、压力需求控制不及时、各机互相影响，气压出现扰动的技术问题，提供一种在多台空压机并联运行时，负荷分配较均匀、不会出现抢负荷、压力需求控制及时、各机互相影响小，气压扰动小的空压机群组并联运行的动态负荷分配控制方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、空压机群组并联运行的动态负荷分配控制方法，所述的动态负荷分配控制方法实现过程如下：

4、s1，确定模糊控制器的结构；

5、所述的模糊控制器的结构包括若干个输入变量和1个输出变量；模糊控制器的结构其作用是将这若干个输入变量送入到模糊控制器，经过模糊逻辑推理运算，最终得到1个输出变量；

6、s2，定义输入输出变量的模糊分布；

7、将各传感器采集的各个输入变量和1个输出变量进行模糊化定义，然后使用三角形隶属函数将其映射到模糊子集中，得到一个区间范围，并计算出各输入变量在该区间范围内的隶属度；

8、所述的传感器采集的输入变量包括气压反馈值、空压机投入运行数量反馈值和气压设定值与实际反馈值的偏差，所述的1个输出变量为经过模糊计算后输出给空压机变频器的频率；

9、s3，建立合适的模糊语言控制规则；

10、使用if-and-and-then语言来建立与当前设计的气压反馈值输入、机台数量值输入、偏差值输入以及频率输出相配的模糊语言控制规则；

11、s4，建立模糊逻辑推理；

12、根据模糊语言控制规则定义这若干个输入变量的各子集后，使用模糊推理法将结果投射到输出变量的隶属函数上；得到若干个输入变量和1个输出变量的多规则控制库；

13、s5，输出模糊量的清晰化值；

14、在输出值的隶属函数中，使用最大隶属的平均值法求得输出模糊量的清晰化值f＝(f1+f2)/2。

15、本方案根据空压机的变频调速方式及其特性，指出基于压力控制策略下空压机群控系统存在的缺点，提出了基于模糊数学理论控制空压机群组，基于输入设定值+反馈值+偏差值+变化率，并结合投入机台数，共同计算出最佳运行频率和最优机台数量，更加精准有效的适应于非线性负载，优化空压机加载减载的组合可以将运行频率设置在一个较低的水平，且对于空乐机运行机台数量具有预测性，使得空压机群组的平均运行工况更加稳定，从而提高能效水平本技术方案演示模糊数学算法对输入输出变量的计算，并且使用matlab软件的计算来验证，每一步的算法再加上plc程序段来说明该方案在实际项目使用的可行性。本方案能让多台空压机并联运行时，负荷分配较均匀，不会出现抢负荷，压力需求控制及时，各机互相影响小，气压扰动小。

16、作为优选，所述的模糊控制器的结构包括3个输入变量；

17、(s1.1)，第1个输入变量为气压反馈值；设空压站的输出压缩空气(cda)的气压反馈值上下限压力范围是680kpa-820kpa；

18、(s1.2)，第2个输入变量为空压机投入运行数量反馈值；设空压站的空压机数量(peces)为7台；

19、(s1.3)，第3个输入变量为气压设定值与实际反馈值的偏差；设实际需求的压缩空气的压力为750kpa，则实际值与设定值的偏差(bias)范围是-70kpa-+70kpa；

20、(s1.4)，所述的1个输出变量为经过模糊计算后输出给空压机变频器的频率；设空压机变频器的运行频率(frequency)为20hz-50hz。

21、作为优选，(s2.1)对气压反馈值的类型与输入变量之间的关系进行模糊化定义；

22、设要求现场压缩空气需求量为750kpa，上限小于等于820kpa，下限大于等于680kpa；

23、先将680kpa-820kpa的取值范围分为5种语言值，所述的5种语言值分别为：气压极低(vs-cda)，气压低(s-cda)气压中(m-cda)，气压高(l-cda)，气压极高(vl-cda)；

24、然后以三角形隶属函数的形式定义各语言值范围，在matlab软件中输入气压(cda)隶属函数，得到各语言函数表达式以及所属区间；

25、

26、作为优选，(s2.2)，对空压机投入运行数量反馈值的类型与输入变量之间的关系进行模糊化定义；

27、设空压站共有空压机7台并联编组，运行时发送运行信号至plc，最小投入台数为1台，最大投入台数为7台，分为3种语言值，分别为：机台数少(s-pcs)，机台数中(m-pcs)，机台数多(l-pcs)以三角形隶属函数的形式定义各语言值范围；

28、在matlab软件中输入机台数(pieces)隶属函数，得到各语言函数表达式以及所属区间为：

29、

30、作为优选，(s2.3)，对气压设定值与实际反馈值的偏差的类型与输入变量之间的关系进行模糊化定义；

31、设压缩空气的设定值为750kpa，则与压力传感器的反馈值之差的范围是-70-70kpa，分为5种语言值，分别为：偏差极大(vs-bias)，偏差大(s-bias)，偏差中(m-bias)，偏差小(l-bias)，偏差极小(vl-bias)；以三角形隶属函数的形式定义各语言值范围；

32、在matlab软件中输入偏差(bias)隶属函数，得到各语言函数表达式以及所属区间为：

33、

34、作为优选，(s2.4)，对经过模糊计算后输出给空压机变频器的频率的类型和输出变量之间的关系进行模糊化定义；

35、设空压机变频器最低运行频率为20hz，最高运行频率为50hz，分别为：频极低(vs)，频低(s)，频中(m)，频高(l)，频极高(vl)；以三角形隶属函数的形式定义各语言值范围；

36、在matlab软件中输入频率值(frequency)隶属函数，得到各语言函数表达式以及所属区间为：

37、

38、作为优选，每个输入变量对应v存储区的一个bit位，8个bit位组成一个vb字节；使用位移指令，在每个语言函数的标志m闭合时，向左位移，位移数量也由m触发mov传送指令赋予。

39、作为优选，所述的模糊推理法为mamdani模糊推理法；所述的多规则控制库为：

40、rl：if(x is a1)and(y is b1)and(z is c1)then(f is d1)；

41、r2：if(x is a2)and(y is b2)and(z is c2)then(f is d2)；

42、……

43、rn：if(x is an)and(y is bn)and(z is cn)then(f is dn)；

44、当二维输入变量分别取值a’，b’，c’，根据r’的推理规则得出模糊输出d’等于所有符合规则推理得到的交集，再由各条模糊控制规则推理出d’的并集。

45、本发明能够达到如下效果：

46、本发明在多台空压机并联运行时，负荷分配较均匀，不会出现抢负荷，压力需求控制及时，各机互相影响小，气压扰动小。本发明根据空压机的变频调速方式及其特性，指出基于压力控制策略下空压机群控系统存在的缺点，提出了基于模糊数学理论控制空压机群组，基于输入设定值+反馈值+偏差值+变化率，并结合投入机台数，共同计算出最佳运行频率和最优机台数量，更加精准有效的适应于非线性负载，优化空压机加载减载的组合可以将运行频率设置在一个较低的水平，且对于空乐机运行机台数量具有预测性，使得空压机群组的平均运行工况更加稳定，从而提高能效水平本技术方案演示模糊数学算法对输入输出变量的计算，并且使用matlab软件的计算来验证，每一步的算法再加上plc程序段来说明该方案在实际项目使用的可行性。