专利汇可以提供一种基于用气需求的压缩空气控制系统及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于用气需求的压缩空气控制系统及方法,系统包括空压机、系统 控制器 、前端压 力 传感器 、压缩空气出口 压力传感器 、流量计和比例调节 阀 ,所述空压机为一台或多台,带有外部通信 接口 或外部 数字量 输入输出接口,可用于系统控制器的数据通信或干接点状态反馈与控制;本发明从用气终端的需求出发,通过比例调节阀动态控制压缩空气总管的供气压力为用气终端所需的最低保障压力,根据压缩空气的实际流量控制空压机的运行数量,使压缩空气系统的用气和产气达到动态平衡,从而提高压缩空气系统的运行效率,减少 能源 浪费。,下面是一种基于用气需求的压缩空气控制系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种基于用气需求的压缩空气控制系统,其特征在于,包括空压机、系统控制器、前
端压力传感器、压缩空气出口压力传感器、流量计和比例调节阀,
所述空压机为一台或多台,带有外部通信接口或外部数字量输入输出接口,可用于系
统控制器的数据通信或干接点状态反馈与控制;
所述系统控制器,是整个控制系统的中枢,用于对空压机、前端压力传感器、压缩空气
出口压力传感器、流量计和比例调节阀进行监视与控制;
所述前端压力传感器安装于压缩空气总管,比例调节阀的前端,用于检测一台或多台
空压机的总排气压力;
所述压缩空气出口压力传感器安装于压缩空气总管,比例调节阀的后端,用于检测空
压站房的压缩空气出口实际压力;
所述流量计安装于压缩空气总管,比例调节阀的后端,用于检测空压站房的压缩空气
出口流量;
所述比例调节阀安装于压缩空气总管,空压机后处理设备的后端,利用阀门开度调节
压缩空气出口实际压力,该比例调节阀在失去动力时阀门应处于全开状态。
2.根据权利要求1所述一种基于用气需求的压缩空气控制系统,其特征在于,所述系统
控制器包括中央处理器、数据存储模块、通信模块、模拟量输入输出模块和数字量输入输出模块;其中,所述模拟量输入输出模块包括模拟量输入模块和模拟量输出模块,所述数字量输入输出模块包括数字量输入模块和数字量输出模块;所述数据存储模块、通信模块、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块分别与中央处理器连接;所述通信模块、数字量输入模块、数字量输出模块均与空压机连接;所述通信模块还与流量计连接,所述模拟量输入模块分别与前端压力传感器、压缩空气出口压力传感器连接;所述模拟量输出模块与比例调
节阀连接;
所述数据存储模块用于存储空压站房内空压机的数量,工频空压机的额定功率、压力
调节范围、额定产气量,变频空压机的功率范围、压力调节范围、产气量范围,空压机的优先启停次序,压缩空气出口设定压力,设定控制压力的上限值与下限值。
3.根据权利要求2所述一种基于用气需求的压缩空气控制系统,其特征在于,每台空压
机通过RS-485总线与系统控制器的通信模块进行数据连接,
或每台空压机使用系统控制器2个数字量输出点和3个数字量输入点实现状态反馈与
控制。
4.根据权利要求2所述一种基于用气需求的压缩空气控制系统,其特征在于,所述流量
计使用RS-485总线与系统控制器的通信模块进行数据传输。
5.根据权利要求1所述一种基于用气需求的压缩空气控制系统,其特征在于,所述比例
调节阀使用系统控制器1个模拟量输出点。
6.一种利用权利要求1-5中任一项所述压缩空气控制系统实现的基于用气需求的压缩
空气控制方法,其特征在于,包括下述步骤:
(1)系统控制器内预先存储空压站房内空压机的数量,工频空压机的额定功率、压力调
节范围和额定产气量,变频空压机的功率范围、压力调节范围和产气量范围,空压机的优先启停次序,压缩空气出口设定压力,设定控制压力的上限值与下限值;
(2)系统上电启动,系统控制器检测压缩空气出口实际压力与流量,读取各空压机的数
量,并读取各空压机的数据信息,包括机组的启停状态、加卸载状态、排气压力、排气温度、累计运行时间和累计加载时间;
(3)系统控制器在每个压力采样周期内对压缩空气出口的比例调节阀的开度进行控
制,使用压缩空气出口的实际压力与压缩空气出口设定压力趋近直至匹配;
(4)系统控制器根据压缩空气出口的实际流量、空压机优先启动次序启动并加载对应
的空压机;
(5)系统控制器在每个控制周期内检测比例调节阀的前端实际压力,并将前端实际压
力与设定控制压力进行比对,且系统控制器根据设定值与实际值的差值对空压机进行启停
与加卸载控制。
7.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,步骤(3)中,所述系统控制器在每个压
力采样周期内对压缩空气出口的比例调节阀的开度进行控制,即根据实际压力与设定压力
进行PID控制,实际压力小于设定压力时增大阀门开度,实际压力大于设定压力时减小阀门开度,每个控制周期对阀门开度进行运算与调节,直至实际压力与设定压力相等。
8.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,所述步骤(3)中,所述趋近直至匹配是
指实际压力与设定压力趋近于相等。
9.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,步骤(5)中,所述系统控制器根据设定
值与实际值的差值对空压机进行启停与加卸载控制的具体方法为:
(5-1)若前端实际压力低于设定控制压力的下限值,系统控制器根据实际流量以及前
端实际压力与设定控制压力的下限值的差值运算出缺失的流量值,再根据各空压机额定流
量、累计运行时间运算出空压机的加载次序,根据该次序逐台将空压机投入到加载状态,使前端实际压力满足设定控制压力的需求,同时使各空压机的累计运行时间趋于均衡;
(5-2)若前端实际压力稳定在设定控制压力的上下限值范围内,系统维持当前的运行
状态;
(5-3)若前端实际压力高于设定控制压力的上限值,系统控制器根据实际流量以及设
定控制压力的上限值与前端实际压力的差值运算出超出的流量值,再根据各空压机额定流
量、累计运行时间运算出空压机的卸载次序,系统控制器逐台将空压机投入到卸载状态,使前端实际压力满足设定控制压力的需求,同时使各空压机的累计运行时间趋于均衡;
(5-4)若某些已启动的空压机长时间处于卸载状态,则控制逐台关闭这些处于卸载状
态的空压机。
10.根据权利要求9所述的控制方法,其特征在于,所述空压机启停次序的计算方法如
下:
(6-1)压缩空气的压力、温度、容积的关系遵守气体状态方程:
pV=nRT
式中p为气体的压力,单位为kgf/m2;V为气体容积,单位为m3;n为物质的量;T为绝对温
度,单位为K;R表示气体常数;
对空压机而言,压缩相同体积空气,忽略气体温度的变化,压缩后压力与容积的变化成
反比:
p额定Q额定=p实际Q实际
式中p额定为空压机的额定产气压力,Q额定为空压机的额定压力下产气流量,p实际为空压机的实际的产气压力,Q实际为空压机在实际压力下产气流量;
(6-2)根据压缩站房总管的气体密度、流量、压力产生如下等式:
3 2
式中ρ为气体密度,单位为kg/m ,p为气体的压力,单位为kgf/m ,Q为气体流量,单位为m3;
不同压力下的空气密度ρ前端实际、ρ设定控制可查表得到,在已获得Q前端实际、p前端实际、p设定控制的情况下,可运算出对应的Q设定控制;
(6-3)要运算目标压力下压缩空气总管的缺失流量或富余流量,应先根据各台空压机
的额定产生压力与额定产气流量以及(6-1)中的公式计算出目标压力下各空压机的实际产
气流量;
以正在加载的空压机的流量之和与(6-2)运算得出的Q设定控制进去对比,运算出缺失流量
或富余流量:
ΔQ=|Q设定控制-(Q加载目标1+Q加载目标2+…+Q加载目标n)|
(6-4)根据(6-3)的△Q,目标压力下各空压机的实际产气流量以及各空压机的累计运
行时间的多少,累计运行时间短的先开,累计运行时间长的先停,即可运算出相应的空压机启停次序。
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