專利名稱：一種空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉 及冶金、化工行業(yè)空氣壓縮機的智能控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
深冷空氣分離技術(shù)是在高壓狀態(tài)下，將作為原料的空氣液化，依據(jù)氣、液濃度以及氣體沸點的差異，分離出氧氣、氮氣等其它氣體的精餾生產(chǎn)工藝。深冷空氣分離系統(tǒng)由空氣凈化及壓縮單元、冷凝及精餾單元、產(chǎn)品輸送和貯存單元組成。其生產(chǎn)過程的控制要點是保證空氣壓縮機恒壓輸出，使空氣壓縮物流變化與生產(chǎn)負荷保持一致，不僅有利于上、下精餾塔中氣氮冷凝、液氮分離、富氧液空提純，而且有效地達到節(jié)約能源的目的。因此，空壓機恒壓控制是高質(zhì)量空氣分離技術(shù)的關(guān)鍵。空壓機是一種利用電動機的電能將氣體在壓縮腔內(nèi)進行壓縮并使壓縮后的氣體具有一定壓力的設(shè)備，在冶金企業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。空壓機的電動機容量一般都較大，而且大多數(shù)是常年連續(xù)運行的，空壓機的負載大多數(shù)又是變化的，故節(jié)電潛力很大?？諌簷C的能源消耗大小與空壓機的控制方式有直接的關(guān)系，通過改進空壓機的控制方案、提高空壓機的控制水平將有效地達到控制空壓機能源消耗，從而達到節(jié)約能源的目的?？諌簷C恒壓控制是通過調(diào)節(jié)同步電機的勵磁電流實現(xiàn)的。監(jiān)測供氣管網(wǎng)壓力的變化，調(diào)節(jié)電機給定電流，改變勵磁電流，控制空壓機單位時間的出風量，從而達到總管管網(wǎng)壓強恒定的目的。由于管網(wǎng)壓變阻力慣性比較大，當檢測電網(wǎng)諧波引起電機頻率的擾動或用戶用氣量的變化而導致的管網(wǎng)壓強變化后，再通過PID調(diào)節(jié)器抑制頻率或壓力擾動，此期間空壓機裝置系統(tǒng)內(nèi)管道、管件的壓力和管內(nèi)空氣流量的變化可能已經(jīng)出現(xiàn)大幅偏差， 因而無法達到恒壓調(diào)解過程平穩(wěn)、迅速的要求。尤其在下塔液氮回流、富氧液空提純階段， 管網(wǎng)壓力的波動極易造成氣體精餾純度的變化。

實用新型內(nèi)容為了解決空壓機PID串級控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)所造成系統(tǒng)穩(wěn)定精度較差，動態(tài)品質(zhì)、控制效果不理想等問題，本實用新型提供一種空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)，其能夠有效消除不確定干擾和非線性因素對空壓機恒壓調(diào)速系統(tǒng)的不良影響，提高系統(tǒng)的控制精度和動態(tài)品質(zhì)。本實用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下—種空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括監(jiān)測主機、信號采集單元、導葉控制單元和電機控制單元，所述信號采集單元、導葉控制單元和電機控制單元分別與監(jiān)測主機相連；所述信號采集單元監(jiān)測空壓機運行時的電機勵磁電流、管網(wǎng)出入口的流量與壓力；所述監(jiān)測主機基于空壓機裝置特性曲線，結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，計算電機當前轉(zhuǎn)速、輸出功率，修正空壓機的運行參數(shù)，輸出優(yōu)化控制命令給導葉控制單元和電機控制單元，調(diào)整入口導葉開度與電機勵磁電流，實現(xiàn)空壓機變負荷節(jié)能運行。[0008]上述信號采集單元以485總線方式與監(jiān)測主機相連，其主要由氣體流量傳感器、 氣體壓力傳感器、電流互感器、數(shù)據(jù)采集卡及各級濾波電路組成；所述氣體流量傳感器、氣體壓力傳感器和電流互感器分別與濾波電路相連，濾波電路與數(shù)據(jù)采集卡相連；氣體流量傳感器、氣體壓力傳感器和電流互感器分別采集管網(wǎng)的氣體流量、氣體壓力和電機勵磁電流數(shù)據(jù)，經(jīng)各級濾波電路進行濾波處理后，由數(shù)據(jù)采集卡將處理后的數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)測主機。上述導葉控制單元主要由開度控制模塊、執(zhí)行機構(gòu)、導葉開度檢測模塊和開度顯示模塊組成，以485總線方式、MODBUS通信協(xié)議與監(jiān)測主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，所述執(zhí)行機構(gòu)、 導葉開度檢測模塊和開度顯示模塊分別與開度控制模塊相連；所述開度控制模塊依據(jù)監(jiān)測主機發(fā)出的導葉開度調(diào)整指令，利用執(zhí)行機構(gòu)對入口導葉開度的大小進行控制；導葉開度檢測模塊采集入口導葉開度調(diào)整信息，以負反饋方式疊加到開度控制模塊，并同時由開度顯示模塊顯示當前入口導葉的開度值。上述電機控制單元主要由電機控制模塊、勵磁裝置、電機勵磁電流檢測模塊組成， 以485總線方式、MODBUS通信協(xié)議與監(jiān)測主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，所述勵磁裝置、電機勵磁電流檢測模塊分別與電機控制模塊相連；所述電機控制模塊依據(jù)監(jiān)測主機發(fā)出的負荷優(yōu)化控制指令，控制勵磁裝置改變同步電機的勵磁電流，實現(xiàn)對同步電機勵磁電流的控制；電機勵磁電流檢測模塊實時采集同步電機運行時的勵磁電流，以負反饋方式疊加到電機控制模塊。本實用新型的有益效果是該系統(tǒng)能夠有效消除不確定干擾和非線性因素對空壓機恒壓調(diào)速系統(tǒng)的不良影響，提高系統(tǒng)的控制精度和動態(tài)品質(zhì)。與現(xiàn)有的系統(tǒng)相比，在獲取信息的準確性、可靠性、實時性，系統(tǒng)的能源消耗、優(yōu)化控制等方面，都有很大的改進。

圖1是本實用新型空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實用新型的信號采集單元結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本實用新型的導葉控制單元結(jié)構(gòu)框圖。圖4是本實用新型的電機控制單元結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。如圖1所示，本實用新型空壓機負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)由監(jiān)測主機、信號采集單元、導葉控制單元和電機控制單元組成。監(jiān)測主機為空壓機負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)的中心控制模塊，選用工業(yè)控制計算機，CPU 為celonl.6GHz，512M內(nèi)存，80G硬盤，2個485通訊接口，運行windows操作系統(tǒng)，內(nèi)嵌c編程語言編寫的空壓機負荷優(yōu)化控制方法；以485接口方式與信號采集單元相連，發(fā)送控制指令，接收采集數(shù)據(jù)；同樣以485接口方式與電機控制單元相連，發(fā)送優(yōu)化控制指令，調(diào)整電機運行狀態(tài)。信號采集單元同樣以485接口方式與監(jiān)測主機相連，實現(xiàn)與監(jiān)測主機的雙向通信，并完成采集信息的轉(zhuǎn)換與發(fā)送。如圖2所示，信號采集單元為空壓機負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)的信號采集、調(diào)理、傳輸部分，由管網(wǎng)氣體流量監(jiān)測模塊、管網(wǎng)氣體壓力監(jiān)測模塊、電機勵磁電流監(jiān)測模塊、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和接口組成。管網(wǎng)氣體流量監(jiān)測模塊主要選用氣體流量傳感器；管網(wǎng)氣體壓力監(jiān)測模塊主要選用氣體壓力傳感器；電機勵磁電流監(jiān)測模塊主要選用電流互傳感器；信號調(diào)理模塊主要選用SCXI 1100調(diào)理卡、RC濾波電路；數(shù)據(jù)采集模塊主要選用NI PCI-6040采集卡；接口主要采用485總線方式，MODBUS通信協(xié)議與監(jiān)測主機相連，實現(xiàn)采集信息的轉(zhuǎn)換與發(fā)送。如圖3所示，導葉控制單元由開度控制模塊、執(zhí)行機構(gòu)、導葉開度檢測模塊和開度顯示模塊組成，以485總線方式，MODBUS通信協(xié)議與監(jiān)測主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)導葉開度大小的調(diào)節(jié)。導葉控制單元采用單閉環(huán)負反饋控制。開度控制模塊依據(jù)監(jiān)測主機發(fā)出的導葉開度調(diào)整指令，利用執(zhí)行機構(gòu)對入口導葉開度的大小進行控制；導葉開度檢測模塊采集入口導葉開度調(diào)整信息，以負反饋方式疊加到導葉開度控制模塊，并同時由開度顯示模塊顯示當前入口導葉開度值。如圖4所示，電機控制單元由電機控制模塊、勵磁裝置、電機勵磁電流檢測模塊組成，以485總線方式、MODBUS通信協(xié)議與監(jiān)測主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)空壓機負荷優(yōu)化控制。電機控制單元采用單閉環(huán)負反饋控制。電機控制模塊依據(jù)監(jiān)測主機發(fā)出的負荷優(yōu)化控制指令，控制勵磁裝置改變同步電機的勵磁電流，實現(xiàn)對同步電機勵磁電流的控制，即空壓機運行狀態(tài)的改變；電機勵磁電流檢測模塊實時采集同步電機運行時的勵磁電流，以負反饋方式疊加到電機控制模塊，為空壓機廣義預(yù)測控制提供有力保證。本實用新型空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制過程如下1)建立空壓機負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)模型設(shè)定空壓機負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)中，管網(wǎng)是指壓縮機后面背壓系統(tǒng)的管路、排氣管路以及管路上的附件、設(shè)備等全部裝置。根據(jù)空壓機勵磁電流、輸出功率、管網(wǎng)入口 I、出口 0的氣體流量、壓力，遵循流動系統(tǒng)機械能守恒，建立空壓機系統(tǒng)模型。空壓機電機軸輸出功率
權(quán)利要求1.一種空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括監(jiān)測主機、信號采集單元、導葉控制單元和電機控制單元，所述信號采集單元、導葉控制單元、電機控制單元分別與監(jiān)測主機相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集單元主要由氣體流量傳感器、氣體壓力傳感器、電流互感器、數(shù)據(jù)采集卡及各級濾波電路組成，氣體流量傳感器、氣體壓力傳感器和電流互感器分別與濾波電路相連，濾波電路與數(shù)據(jù)采集卡相連。
3.如權(quán)利要求1所述的一種空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述導葉控制單元主要由開度控制模塊、執(zhí)行機構(gòu)、導葉開度檢測模塊和開度顯示模塊組成，執(zhí)行機構(gòu)、導葉開度檢測模塊和開度顯示模塊分別與開度控制模塊相連。
4.如權(quán)利要求1所述的一種空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機控制單元主要由電機控制模塊、勵磁裝置、電機勵磁電流檢測模塊組成，勵磁裝置、電機勵磁電流檢測模塊分別與電機控制模塊相連。
專利摘要一種空氣壓縮機的負荷優(yōu)化控制系統(tǒng)涉及冶金、化工行業(yè)空壓機的智能控制領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括監(jiān)測主機、信號采集單元、導葉控制單元和電機控制單元，所述信號采集單元、導葉控制單元、電機控制單元分別與監(jiān)測主機相連；所述信號采集單元監(jiān)測空壓機運行時的電機勵磁電流、管網(wǎng)出入口的流量與壓力；所述監(jiān)測主機基于空壓機裝置特性曲線，結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，計算電機當前轉(zhuǎn)速、輸出功率，修正空壓機的運行參數(shù)，輸出優(yōu)化控制命令給導葉控制單元和電機控制單元，調(diào)整入口導葉開度與電機勵磁電流，實現(xiàn)空壓機變負荷節(jié)能運行。本實用新型能有效消除不確定干擾和非線性因素對空壓機恒壓調(diào)速系統(tǒng)的不良影響，提高系統(tǒng)的控制精度和動態(tài)品質(zhì)。
文檔編號F04B49/06GK202017612SQ20112014280
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者姜長泓, 王盛慧, 金星 申請人:長春工業(yè)大學