專利名稱：全自動空壓站恒壓變量控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種變流量供氣并使壓力保持恒定能自動控制多臺空氣壓縮機的控制系統。
目前國內由多臺空氣壓縮機(簡稱空壓機)組成的空氣壓縮機站(簡稱空壓站)，每臺空壓機都有一臺電機降壓起動裝置，運行時，由操作工每小時巡回檢查一次儀表的指示，發現總供氣管壓力高到一定程度就停止一臺空壓機的運轉，發現壓力下降到一定程度就手動起動一臺空壓機，由于不能帶載起動，還需要開關閥門，操作繁瑣，容易出錯，并且開或關一臺空壓機，不僅無法連續調節供氣壓力，而且由于電機突然起動，對電網和空壓機都有相當沖擊作用，一方面增加了供電系統的容量，且消耗電能，另一方面也縮短了空壓機的使用壽命和檢修周期。所以，利用壓力傳感器檢測壓力及利用計算機對一臺或多臺空壓機進行閉環自動控制，這是必然的發展趨勢。美國專利4，204，808(1980.5.27)公開了一種流量控制系統，其中設置了一臺可變壓力的驅動泵，其余的驅動泵均是固定的，只作輔助的啟、停的開關控制。美國專利4，259，038(1981.3.31)公開了一種壓縮機系統，其中采用了微型計算機控制一臺可變的壓縮機，其余的壓縮機亦都是固定并聯的，只作輔助的啟、停作用。中國專利公開號CN1055584A(1991.10.23)公開了一種數控隨機變工況的壓縮機，它將壓縮機、電動機、感測、控制和變頻五個部分，合成一個整體的機組，控制器采用微型計算機，通過變頻來調節單臺電機的轉速。在這些發明中，控制器都采用微型計算機，在多臺壓縮機中，只有一臺是可變的，其余的壓縮機都是固定的。不能連續調節，不能實現多臺空壓機的軟起動，造成對電網，對供氣壓力產生沖擊的缺點。
本發明的目的，在于對空壓站提供一種能使供氣壓力常年穩定在±1%的自動控制系統，利用一臺變頻調速器循環對多臺空壓機進行輪流軟起動控制，克服現有技術中多臺壓縮機(或泵)只作輔助的啟、停開關的控制，以及上述存在缺點，并且采用可編程控制器(簡稱PLC機)，比之一般的微型計算機，在可靠性、穩定性、靈活性及擴展性等方面都有所改進。
本發明的自動控制系統是這樣實現的，是由能測量供氣管道內總管壓力的壓力傳感器、一臺帶模擬量控制的可編程控制器或稱PLC機，一臺GTR型變頻調速器以及能控制各開關接觸器的控制電路與多臺空壓機組成。空壓機的臺數，對于本發明的控制方法，沒有嚴格的限制和優化的選擇，一般可為2-10臺或更多，可根據實際情況作不同的選擇。例如某空壓站額定供氣量是30M3/min，在人工控制系統中，可能采用8至10臺6M3/min空壓機，或采用2臺30M3/min，以及2臺6M3/min空壓機，利用本發明的變頻調速方法，就可選用3臺15M3/min或2臺30M3/min空壓機。
設允許供氣的最高壓力為Pmax，最低壓力為Pmin則可選一平均值 (Pmax+Pmin)/2 作為壓力設定值，然而為了節約供氣，可將設定值P0設定在能滿足供氣要求的最低壓力上，即Pmin附近，并將此值輸入PLC機內。供氣管道內的實際壓力P將由壓力傳感器轉變成電信號后送至PLC機，PLC機比較P及P0后送出控制信號到變頻調速器和控制電路，控制空壓機的運行臺數和其中某一臺空壓機電機的轉速，使實際壓力P穩定在設定值P0上，這樣就構成了一個閉環恒壓變流量自動控制系統。
自動控制系統的供電電源為50Hz交流，380V或220V三相或單相市電，或6-10KV經變壓，供電采用母線形式，一般情況分兩路供電，需要手動起動器控制時，可再增加一路供電，一路經變頻調速器及各個開關接觸器送至各臺空壓機，一路直接經開關接觸器送至各臺空壓機，各臺空壓機均經開關接觸器分別并聯在上述母線上。各個開關接觸器的動作分別由控制電路所控制。開車時，在PLC機的控制下，首先由變頻調速器對第一臺空壓機供電，變頻調速器的供電頻率由零開始，逐步升高，使空壓機電機轉速逐漸加大，實行軟起動，并當壓力達到設定值Po時，變頻調速器的供電頻率保持恒定，使第一臺空壓機恒定在供氣管壓力P0下工作。當變頻調速器供電頻率上升到50Hz仍不滿足供氣壓力要求時，由PLC機控制，變頻調速器與第一臺空壓機的供電斷開，并接通第一臺空壓機與市電網聯接，使第一臺空壓機直接由市電網供電，即在滿轉速下工作。同時在PLC機控制下，變頻調速器開始對第二臺空壓機實現軟起動和供電，如果第二臺空壓機達到滿轉速時仍不滿足用氣要求，則PLC機自動將第二臺空壓機再聯接至市電網，并使變頻調速器轉向第三臺空壓機供電，實現連續調節。所有各臺空壓機的電機都由同一臺變頻調速器由零赫茲頻率開始拖動，實行帶載軟起動，避免了沖擊電流和由于起動給空壓機帶來的機械沖擊以及繁瑣的手動操作。假設空壓站共有n臺空壓機，供氣氣壓達到設定值P0時，空壓機的狀態是第一臺至第m臺由市電網供電并在滿轉速狀態下工作，第m+1臺空壓機由變頻調速器供電，供電頻率小于50Hz，且轉速隨壓力差值P-Po的變動而變動，其余第m+2臺至第n臺空壓機停機待命。如果用氣量減少，變頻調速器的輸出頻率亦隨之減低，如果變頻調速器輸出頻率到達某下限值后，供氣量仍大于用氣量，則PLC機自動將第一臺空壓機切離市電網，若第一臺空壓機停轉后供氣量仍大于用氣量，則控制第二臺空壓機切離市電網，使第二臺空壓機停轉。如果此時用氣量大于供氣量，則PLC機自動將第m+1臺空壓機接入市電網，而開始軟動第m+2臺空壓機，依此類推。這樣實現了在自動循環帶載軟起動方式下保證供氣壓力恒定的自動控制系統。
作為一種保護措施，以上所說系統還可增加一臺起動器，實行手動控制任一臺空壓機的起動。此時空壓機通過起動器起動，然后自動聯接至市電網，所有空壓機共用一臺起動器。作為一個完整并實用的系統，上述系統還可增加保護和報警設備，使之具有過壓自停、無水自停、過流自停、變頻故障自停、開關接觸器故障自停等自動保護和報警功能。
還應說明的是多臺空壓機的變頻調速，由于轉速低于額定轉速時，會使油壓不足，使空壓機不能正常運轉，這是目前空壓站未能推廣變頻調速的主要原因之一。本方案的又一獨特之處是采用了原油路系統及其油壓控制附件，不增加設備，仍能滿足在不同轉速下的供油要求。
還應指出本系統的核心控制采用了帶模擬量控制的強弱電結合設計的PLC機，節省了常規控制計算機復雜的接口、驅動線路，直接控制接觸器線圈，模塊化結構，便于擴展，聯線簡單，具有高可靠性、高抗工業干擾的特點。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明
圖1為本發明空壓站恒壓變量自動控制系統的結構方框圖。圖中以空壓站由三臺空壓機組成為例，A1、A2、A3為空壓機，P是壓力傳感器，PLC是可編程控制器，VVVF是變頻調速器，K是控制電路及開關接觸器，S是手動控制起動器。
圖2為空壓站恒壓自動控制系統控制電路部分主回路示意圖，圖中仍以三臺空壓機為例，A1、A2、A3為空壓機，Q11、Q12、Q13……Q33是開關接觸器，VVVF是變頻調速器，S是手動起動，卅表示三相交流電。開始工作時，Q11吸合，A1由VVVF供電，當頻率上升到50Hz仍不滿足供氣時，Q11斷開，Q12吸合，A1由市電網供電，同時，PLC控制Q21吸合，A2由VVVF帶動工作，依此類推。本發明的實施例已在北京第二毛紡廠空壓站試驗成功。
本發明的特點是高效節能，節電率可達20%-40%，恒壓自控，連續調節，高可靠性，高抗工業干擾，可利用單臺變頻調速器控制多臺空壓機，變頻調速器的功率只相當于單臺空壓機的功率(目前最大功率為280KW)，空壓機的臺數為2-10臺，或更多，空壓機自動循環停車，帶載軟起動，無電氣和機械沖擊，可以全自動運行，提高了供氣的穩定度，降低了操作工人的勞動強度，結構緊湊，占地面積小，由于系統中最昂貴的變頻調速器的利用率高，從而降低了整個系統的價格，并可附加人工/自動無擾動切換功能。本發明不僅可用于空壓站，而且還能推廣應用到煤氣站、氨壓縮站、污水處理站等自動控制系統。
權利要求
1.一種空氣壓縮機站的全自動恒壓變量自動控制系統，由壓力傳感器控制器、一臺GTR型變頻調速器、能控制各個開關接觸器的控制電路和多臺空氣壓縮機及其油壓控制附件和相應的供電線路組成，其特征為采用一臺可編程控制器(或稱PLC機)一臺變頻調速器，對多臺空氣壓縮機循環地實現帶載軟起動和調速控制。
2.按權利要求1的空氣壓縮機站的自動恒定變量自動控制系統，其特征為所說的循環帶載軟起動和調速控制方式是開車時在PLC機的控制下首先接通第一臺空氣壓縮機，由變頻調速器對第一臺壓縮機由零赫芝頻率開始供電，當變頻調速器的供電頻率上升到50Hz仍不能滿足供氣壓力要求時，由PLC機控制，變頻調速與第一臺壓縮機與市電網直接聯接，同時將變頻調速器轉接至第二臺壓縮機，對第二臺壓縮機實行變頻供電，如果第二臺壓縮機達到滿轉速時仍不滿足用氣需要，則可編程控制器PLC和控制電路自動將第二臺空氣壓縮機亦接至市電網，同時使變頻調速器開始對第三臺空氣壓縮機供電，依此類推，實行連續調節;如果變頻調速器輸出頻率降到某下限值后供氣量仍大于用氣量，則系統自動將第一臺壓縮機切離市電網，若第一臺空氣壓縮機停轉后，供氣量仍大于用氣量，則控制第二臺壓縮機切離市電網，如果此后用氣量大于供氣量，則系統又自動將變頻調速器轉接至下一臺壓縮機，依次類推，所有各臺空壓機的電動機都由同一臺變頻調速器由零赫茲頻率開始拖動，實現自動循環、軟起動調速控制。
3.按權利要求1的空氣壓縮機站的自動恒壓變量自動控制系統，其特征為所述的可編程控制器PLC是一種強、弱電結合設計的、帶模擬量控制的模塊化的可編程控制器(PLC)。
4.按權利要求1的空氣壓縮機站的自動恒壓變量自動控制系統，其特征為所述供電線路采用多組母線形式，一路直接供電，一路經變頻調速器供電，另可加一路手動起動供電，供電電壓為220V和380V變流50Hz，也可以是6-10KV。
5.按權利要求1的空氣壓縮機站的自動恒壓變量自動控制系統，其特征為所說的被控制的壓縮機臺數，根據需要可以選擇為2-10臺。
6.按權利要求1的空氣壓縮機站的自動恒壓變量自動控制系統，其特征為在所說的系統上，可加入一臺起動器，實行對任一臺空氣壓縮機的手動起、停，還可對各臺壓縮機的工作狀態，實行監測和保護。
全文摘要
本發明涉及一種空氣壓縮機站的全自動恒壓變量自動控制系統，采用壓力傳感器，一臺可編程控制器(或稱PLC機)，一臺變頻調速器對多臺空氣壓縮機循環地實現帶載軟起動和調速控制。克服了現有技術中多臺壓縮機(或泵)只作輔助的啟、停開關的控制，不能連續調節，不能實現多臺空壓機的軟起動，造成對電網、對供氣壓力產生沖擊的缺點，提高了供氣的穩定度。
文檔編號G05D9/12GK1068175SQ9210558
公開日1993年1月20日 申請日期1992年7月16日 優先權日1992年7月16日
發明者劉祖德, 梁宏武, 吳亞偉, 秦政 申請人:北京科日達電子技術有限公司