無人值守式節能型空壓站控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開無人值守式節能型空壓站控制系統，包括電源、空壓機組、與空壓機組相連的儲氣罐、空壓機節電器以及接觸器；儲氣罐的出氣口設有壓力變送器，壓力變送器與空壓機節電器相連，空壓機節電器與空壓機組相連，接觸器與空壓機組相連；接觸器以及空壓機節電器均與電源相連。本實用新型節能效果好、能夠實現恒壓供氣、能夠實現無人值守自動運行，使用壽命長。
【專利說明】
無人值守式節能型空壓站控制系統
技術領域
[0001] 本實用新型涉及自動控制領域，特指無人值守式節能型空壓站控制系統。
【背景技術】
[0002] 空壓機在工業生產中應用十分廣泛。它擔負著為工廠所有氣動元件提供氣源的職 責。它的運行狀況直接影響到工廠的生產工藝與產品質量。
[0003] 空壓站的主設備有空氣壓縮機、空氣干燥設備、空氣過濾器、儲氣罐、連接管道和 閥門等。大型空壓站通常擁有數10臺機組，以保證不同負荷的供氣需求。在實際運行中，當 用氣量少時，開啟3-5臺機組，用氣量增大時，操作工人手動追加空壓機，多臺機組并聯運 行，空壓機根據預設的壓力值的下限與上限自動加載和卸載運行。現有空壓站存在如下問 題：
[0004] 1、空壓站不能排除在滿負荷狀態下短時間運行的可能性，所以空壓站總裝機容量 需根據生產最大用氣量設計，設計余量一般偏大;2、空氣壓縮機主機不允許頻繁啟動，所以 在用氣量少的時候空壓機仍然要空載運行，導致電能浪費；3、主電機采用星-角降壓起動， 但啟動時的電流仍然很大，影響電網的穩定及其它用電設備的運行安全;4、主機工頻啟動 對設備的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護工作量大;5、空壓機運行過程中加載/ 卸載頻繁，氣壓波動幅度大，供氣成本高，屬于典型的非經濟運行;6、空壓機全速運轉，通過 調節閥門調整供氣壓力，造成空壓站噪音大，影響周邊崗位人員的工作和休息。隨著我國經 濟的飛快發展，國家越來越關注高效低耗的技術，建設恒壓供氣、無人值守空壓站，已是一 個發展的必然趨勢。 【實用新型內容】
[0005] 為解決現有技術存在的問題，本實用新型提出一種無人值守式節能型空壓站控 制系統。
[0006] 本實用新型為解決現有技術存在的問題所采用的技術方案為:無人值守式節能型 空壓站控制系統，包括電源、空壓機組、與空壓機組相連的儲氣罐、空壓機節電器以及接觸 器;儲氣罐的出氣口設有壓力變送器，壓力變送器與空壓機節電器相連，空壓機節電器與空 壓機組相連，接觸器與空壓機組相連;接觸器以及空壓機節電器均與電源相連。
[0007] 進一步，空壓機節電器包括模糊控制模塊以及功率模塊，壓力變送器與模糊控制 模塊相連，模糊控制模塊與功率模塊相連，功率模塊與空壓機組相連，電源與功率模塊相 連。
[0008] 進一步，空壓機組的出氣口設有調節閥，調節閥與功率模塊相連。
[0009] 進一步，模糊控制模塊包括模糊PID控制器，壓力變送器與模糊PID控制器相連，模 糊PID控制器與功率模塊相連。
[0010] 進一步，模糊PID控制器設有BP神經網絡控制器，BP神經網絡控制器對模糊PID控 制器的三個參數進行整定。
[0011] 進一步，空壓機節電器設有人機界面，人機界面設有無紙記錄模塊，監控和設定功 能更加直觀。
[0012] 本實用新型相對于現有技術，其優點在于，
[0013] 1、本實用新型通過自動調節空壓機組的輸出功率來調節產氣量和出口壓力，空壓 站的供氣量和供氣壓力隨著現場生產用氣流量的變化而改變，實現用氣量與產氣量的動態 供需平衡，保持管道中的氣壓恒定；
[0014] 2、本實用新型通過改變空壓機的輸出功率來調節管道中的流量，以取代頻繁的加 載\卸載的調節方式，一般節電率都在10-30%，能夠達到良好的節能效果；
[0015] 3、本實用新型設有功率模塊，空壓機組具備軟啟\軟停功能，可實現對空壓站所 有空壓機進行平滑啟、停，減少了啟動過程中對馬達的沖擊，能夠降低維護和維修量，同時 空氣壓縮機低在轉速運行時，潤滑油耗量也就變小，能夠有效降低設備的維修保養成本;同 時能夠防止對電網造成沖擊，延長空氣壓縮機組電機及管網系統的使用壽命，提高電網的 安全性能與設備運行的可靠性；
[0016] 4、本實用新型具有旁路功能，當空壓機節電器出現故障時，能夠通過接觸器直接 供電，使空壓機組照常工作，保證了空壓站的運行質量；
[0017] 5、本實用新型根據現場實際需氣量的工況要求，實時調整輸出功率，能夠有效地 降了空壓機運行時的噪音；
[0018] 6、本實用新型采用模糊控制模塊，可實現分時段壓力控制，系統將自動匯總、分析 運行數據，根據分析結果精準的形成當天各個時段的運行曲線圖，實現提前預判未來時刻 的負荷大小和產氣量;運行過程中無需人為干預，系統將自動代替現場操人員的思維模式， 動態調節系統運行參數，并始終維持系統的正常、穩定、高效運行；
[0019] 7、本實用新型采用大慣量PID控制系統即帶BP神經網絡控制器的PID控制器，大幅 度降低了空壓系統超調的現象，極大增強了系統的穩定性，壓力控制精度可達到±0.2% Mbps ；
[0020] 8、本實用新型設有調節閥，調節閥與功率模塊相連，當用氣量相當小而儲氣罐內 的壓力非常大的時候，可以自動關機，只有在用氣量比較大的時候再恢復開機;這樣在節假 日、雙休日等非正常工作日時，或者是深夜時，系統將自動停機，最大化的節能；
[0021] 9、本實用新型設有人機界面，人機界面設有無紙記錄模塊，監控和設定功能更加 直觀。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本實用新型一實施例的結構示意圖；
[0023] 圖2為圖1實施例中模糊控制模塊的控制流程圖；
[0024]圖3為圖2中PID控制器的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0025]現結合附圖以及實施例對本實用新型做進一步說明。
[0026] 實施例
[0027]參照圖1，本實施例包括電源、空壓機組、與空壓機組相連的儲氣罐、空壓機節電器 以及接觸器;儲氣罐的出氣口設有壓力變送器，壓力變送器與空壓機節電器相連，空壓機節 電器與空壓機組相連，接觸器與空壓機組相連;接觸器以及空壓機節電器均與電源相連。
[0028] 空壓機節電器包括模糊控制模塊以及功率模塊，壓力變送器與模糊控制模塊相 連，模糊控制模塊與功率模塊相連，功率模塊與空壓機組相連，電源與功率模塊相連。
[0029] 空壓機組的出氣口設有調節閥，調節閥與功率模塊相連。
[0030] 參照圖2,模糊控制模塊包括模糊PID控制器，壓力變送器與模糊PID控制器相連， 模糊PID控制器與功率模塊相連。
[0031] 模糊PID控制器設有BP神經網絡控制器，BP神經網絡控制器對模糊PID控制器的三 個參數進行整定。
[0032] 空壓機節電器設有人機界面，人機界面設有無紙記錄模塊，監控和設定功能更加 直觀。
[0033]本實施例將管網壓力作為控制對象，裝在儲氣罐出氣口的壓力變送器將儲氣罐的 壓力轉變為電信號送給空壓機節電器的模糊控制模塊（模糊控制模塊包括模糊PID控制 器），與壓力給定值進行比較，并根據差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控 制信號去控制空壓機節電器的輸出功率，調整空壓機組的功率，從而使實際壓力始終維持 在壓力給定值。
[0034]智能模糊控制技術就是在控制方法上應用模糊集合論，運用模糊語言變量及模糊 邏輯域實現系統的智能控制。這種方法擺脫了控制對象輸入、輸出物理量的精確描述，以機 器模擬人的模糊思維對系統實現有效控制，并對輸入、輸出變量、控制過程、調控結果等數 據進行實時采集，并上傳至中央處理器形成大數據庫。在實際控制過程中，將計算機采樣的 輸入量(精確量)模糊化，經模糊域確定控制量的模糊值，最后進行反模糊處理獲得控制量 的實際輸出，對被控對象進行控制。引入模糊控制模塊之后，壓力給定值不再是一個單純的 設定值，而是一條根據工廠一天用氣量而設定的壓力曲線，一旦壓力曲線確定下來后系統 將根據內部的實時時鐘，按照預先設定的壓力曲線自動運行。系統自動匯總、分析運行數 據，根據分析結果精準的形成當天各個時段的壓力曲線，實現提前預判未來時刻的負荷大 小和產氣量;運行過程中無需人為干預，系統將自動代替現場操人員的思維模式，動態調節 系統運行參數，并始終維持系統的正常、穩定、高效運行；
[0035] 由于空壓站空壓機組輸出的壓縮空氣首先進入儲氣罐，而且儲氣罐的管網是公共 的，可以等效為一個很大的儲氣罐。儲氣罐可以儲存氣壓的能量，使得壓力的變化平穩。但 因為儲氣罐的存在將導致系統反饋的慣量大大增加，使得該系統成為了大慣量控制系統。 大慣量控制系統使用普通的PID控制將很可能導致系統超調嚴重、振蕩幅度大、系統不穩定 等一系列問題。因此采用專用的大慣量PID控制系統（即帶BP神經網絡控制器的PID控制 器），大幅度降低了空壓系統超調的現象，極大增強了系統的穩定性，壓力控制精度可達到 ±0.2%Mbps。
[0036] 參照圖3,大慣量PID控制器由比例單元(P)、積分單元（I)和微分單元(D)組成。其 輸入e(t)與輸出u(t)的關系為：
[0037]
[0038] 式中積分的上下限分別是0和t因此它的傳遞函數為：
[0039]
[0040] (其中:kP為比例系數;T:為積分時間常數;TD為微分時間常數）。
[0041] 本實施例設有功率模塊，空壓機組具備軟啟\軟停功能，可實現對空壓站所有空壓 機進行平滑啟停，由于功率調節裝置具有線性輸出的優點，使之壓力-轉速-功率達到動態 匹配，轉數明顯降低，一般情況在450~1050r/min之間，機械磨損減小，延長設備的使用壽 命。減少了啟動過程中對馬達的沖擊，能夠降低維護和維修量，空氣壓縮機低在轉速運行 時，潤滑油耗量也就變小，能夠有效降低設備的維修保養成本;同時能夠防止對電網造成沖 擊，延長空氣壓縮機組電機及管網系統的使用壽命，提高電網的安全性能與設備運行的可 靠性；
[0042] 本實施例具有旁路功能，當空壓機節電器出現故障時，能夠通過接觸器直接供電， 使空壓機組照常工作，保證了空壓站的運行質量；
[0043] 本實施例設有調節閥，調節閥與功率模塊相連，當用氣量相當小，而且儲氣罐內的 壓力非常大的時候，可以自動關機，只有在用氣量比較大的時候再恢復開機;這樣在節假 日、雙休日等非正常工作日時，或者是深夜時，系統將自動停機，最大化的節能；
[0044] 本實施例設有人機界面，人機界面設有無紙記錄模塊，監控和設定功能更加直觀。 報警信號采用全中文顯示，方便直觀，可以在第一時間內判斷故障的所在，進行故障排除。 另外在報警控制的同時，還配備一定的聲光報警信號，以及在人機界面上配備故障排除的 幫助界面，加快了系統故障的響應速度。
【主權項】
1. 無人值守式節能型空壓站控制系統，其特征在于，包括電源、空壓機組、與空壓機組 相連的儲氣罐、空壓機節電器以及接觸器;所述儲氣罐的出氣口設有壓力變送器，所述壓力 變送器與空壓機節電器相連，所述空壓機節電器與空壓機組相連，所述接觸器與空壓機組 相連;所述接觸器以及空壓機節電器均與電源相連。2. 根據權利要求1所述的無人值守式節能型空壓站控制系統，其特征在于，所述空壓機 節電器包括模糊控制模塊以及功率模塊，所述壓力變送器與模糊控制模塊相連，所述模糊 控制模塊與功率模塊相連，所述功率模塊與空壓機組相連，所述電源與功率模塊相連。3. 根據權利要求2所述的無人值守式節能型空壓站控制系統，其特征在于，所述空壓機 組的出氣口設有調節閥，所述調節閥與功率模塊相連。4. 根據權利要求2所述的無人值守式節能型空壓站控制系統，其特征在于，所述模糊控 制模塊包括模糊PID控制器，所述壓力變送器與模糊PID控制器相連，所述模糊PID控制器與 功率模塊相連。5. 根據權利要求4所述的無人值守式節能型空壓站控制系統，其特征在于，所述模糊 PID控制器設有BP神經網絡控制器，所述BP神經網絡控制器對模糊PID控制器的三個參數進 行整定。6. 根據權利要求1所述的無人值守式節能型空壓站控制系統，其特征在于，所述空壓機 節電器設有人機界面，所述人機界面設有無紙記錄模塊。
【文檔編號】F04B41/02GK205478243SQ201620190237
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月11日
【發明人】薛文輝, 馬文霞, 袁勇
【申請人】深圳市仁洲科技有限公司