一種壓縮空氣系統(tǒng)壓力流量聯(lián)合控制節(jié)能裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)過程控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種壓縮空氣系統(tǒng)壓力流量聯(lián)合控制 節(jié)能裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，通常采用壓力調(diào)節(jié)裝置和方法來保證壓縮空氣系統(tǒng)壓力可調(diào)與穩(wěn)定，以往 的壓力調(diào)節(jié)裝置及方法都是單回路控制系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的反饋控制，而傳統(tǒng)的反饋控制是 在被控變量(壓力）和設(shè)定值之間產(chǎn)生偏差之后才起作用，具體體現(xiàn)在不能及時(shí)地消除干 擾，這樣的控制效果難以滿足某些對(duì)壓力穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合。壓縮空氣的壓力與流量 是兩個(gè)密不可分的元素，壓力的變化是由流量的變化引起的，流量變化直接影響壓力。
[0003] 壓縮空氣系統(tǒng)流量受擾動(dòng)影響較大，具有顯著的非線性和時(shí)變性，單回路控制無 法滿足及時(shí)消除干擾的要求，對(duì)壓縮空氣流量的非線性和時(shí)變性也無能為力。通常情況下， 用戶的用氣量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，壓縮空氣流量過低會(huì)影響用戶的正常工作，而流量過大 又會(huì)由于過量供給而造成能源浪費(fèi)。所以采用單回路控制壓力而忽略流量控制，不僅控制 不及時(shí)，控制效果不好，在某些情況下還可能影響用戶正常工作或者造成能源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種壓縮空氣系統(tǒng)壓力流量聯(lián)合控制節(jié)能裝 置，以達(dá)到及時(shí)準(zhǔn)確控制壓力、保證用戶用氣安全、減少能源浪費(fèi)、提高壓力控制效果的目 的，摒棄以往采用單回路控制對(duì)壓力進(jìn)行單一控制的方法，采用串級(jí)雙回路閉環(huán)控制方法 對(duì)壓力、流量進(jìn)行聯(lián)合控制，大大改善壓縮空氣系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)的控制效果。
[0005] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：
[0006] -種壓縮空氣系統(tǒng)壓力流量聯(lián)合控制節(jié)能裝置，包括控制裝置和直通管道，所述 直通管道上設(shè)置有智能調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，所述智能調(diào)節(jié)閥靠近所述直通管道的氣體入口 端，所述流量計(jì)靠近所述直通管道的氣體出口端，還包括設(shè)置在所述直通管道外且與所述 直通管道的氣體出口端相連通的壓力變送器，所述控制裝置分別與所述智能調(diào)節(jié)閥、所述 流量計(jì)及所述壓力變送器通過信號(hào)線連接。
[0007] 優(yōu)選地，所述直通管道上還設(shè)置有第一手動(dòng)調(diào)節(jié)閥和第二手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，所述第一 手動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)置在所述直通管道的氣體入口端與所述智能調(diào)節(jié)閥之間，所述第二手動(dòng)調(diào)節(jié) 閥設(shè)置在所述直通管道的氣體出口端與所述流量計(jì)之間。
[0008] 優(yōu)選地，所述節(jié)能裝置還包括旁通管道，所述旁通管道的一端與所述直通管道的 氣體入口端相連通，所述旁通管道的另一端與所述直通管道的氣體出口端相連通，所述旁 通管道上還設(shè)置有旁通閥。
[0009] 優(yōu)選地，所述控制裝置采用串級(jí)雙回路閉環(huán)控制，包括主控制單元和副控制單元， 所述主控制單元由主控制器和壓力-流量轉(zhuǎn)換模塊組成，所述副控制單元由副控制器和限 幅模塊組成；
[0010]所述主控制單元和所述壓力變送器構(gòu)成主回路，所述副控制單元、所述智能調(diào)節(jié) 閥和所述流量計(jì)構(gòu)成副回路；
[0011]所述主控制器用來接收所述壓力變送器采集到的智能調(diào)節(jié)閥后壓力值，與壓力設(shè) 定值作比較得到壓力差值，并將壓力差值輸出到所述壓力-流量轉(zhuǎn)換模塊；
[0012] 所述壓力-流量轉(zhuǎn)換模塊用來接收來自所述主控制器輸出的壓力差值，并將其轉(zhuǎn) 換為對(duì)應(yīng)的流量值并將其輸出到所述副控制器，作為副回路的流量設(shè)定值；
[0013] 所述副控制器用來接收所述流量計(jì)采集的直通管道的流量值，并與來自壓力-流 量轉(zhuǎn)換模塊輸出的流量設(shè)定值作比較，經(jīng)計(jì)算得到流量輸出值并將其輸出給所述限幅模 塊；
[0014] 所述限幅模塊用來接收來自所述副控制器輸出的流量輸出值，并對(duì)其進(jìn)行限幅處 理后輸出到所述智能調(diào)節(jié)閥，控制所述智能調(diào)節(jié)閥的開度。
[0015] 優(yōu)選地，所述主控制器為反作用位置式PID(比例-積分-微分)控制器。
[0016] 優(yōu)選地，所述智能調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，所述副控制器為具有參數(shù)自整定功能正作用 模糊PI (比例-積分)控制器。
[0017] 優(yōu)選地，所述智能調(diào)節(jié)閥為氣開閥，所述副控制器為具有參數(shù)自整定功能反作用 模糊PI (比例-積分)控制器。
[0018] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種壓縮空氣系統(tǒng)壓力流量聯(lián)合控制方法，本發(fā)明所 涉及的控制方法為串級(jí)雙回路閉環(huán)控制，所謂串級(jí)控制是指除了被控變量構(gòu)成的反饋回路 外，選擇第二測(cè)量點(diǎn)構(gòu)成第二個(gè)反饋回路的控制方法，兩個(gè)控制回路分別為主回路(外環(huán)） 和副回路（內(nèi)環(huán)）。被控變量為主控制對(duì)象(本發(fā)明中的壓力），其與主控制器構(gòu)成主回路;第 二測(cè)量點(diǎn)提供副控制對(duì)象(本發(fā)明中的流量）的反饋值，與副控制器構(gòu)成副回路。本發(fā)明中 通過壓力、流量串級(jí)控制，流量控制回路(副回路)可以在干擾對(duì)主控制對(duì)象產(chǎn)生很大影響 之前通過副回路的反饋控制迅速克服干擾的影響，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力更加穩(wěn)定。
[0019] 具體控制方法包括以下步驟：
[0020] 主控制器接收壓力變送器采集到的智能調(diào)節(jié)閥后壓力值，與壓力設(shè)定值作比較得 到壓力差值，并將壓力差值輸出到壓力-流量轉(zhuǎn)換模塊；
[0021] 壓力-流量轉(zhuǎn)換模塊接收來自主控制器輸出的壓力差值，將壓力差值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng) 的流量值并將其輸出到副控制器，作為副回路的流量設(shè)定值；
[0022] 副控制器接收來自流量計(jì)采集的直通管道的流量值，并與來自壓力-流量轉(zhuǎn)換模 塊輸出的流量設(shè)定值作比較，經(jīng)計(jì)算得到流量輸出值并將其輸出給限幅模塊；
[0023] 限幅模塊接收來自副控制器輸出的流量輸出值，對(duì)其進(jìn)行限幅處理后得到開度調(diào) 節(jié)輸出值，并將其輸出到智能調(diào)節(jié)閥；
[0024] 所述限幅模塊中設(shè)置了流量閾值，即最大值和最小值，當(dāng)所述智能調(diào)節(jié)閥關(guān)閉過 程中所述流量計(jì)檢測(cè)到所述直通管道的流量小于最小閾值時(shí)，所述智能調(diào)節(jié)閥不再繼續(xù)關(guān) 閉而往回震蕩，直至系統(tǒng)重新平衡；當(dāng)所述智能調(diào)節(jié)閥打開過程中所述流量計(jì)檢測(cè)到所述 直通管道的流量大于最大閾值時(shí)，所述智能調(diào)節(jié)閥不再繼續(xù)打開而往回震蕩，直至系統(tǒng)重 新平衡；
[0025] 智能調(diào)節(jié)閥接收來自限幅模塊輸出的開度調(diào)節(jié)輸出值，將其作為控制命令，迅速 準(zhǔn)確地動(dòng)作到開度調(diào)節(jié)輸出值對(duì)應(yīng)的位置；
[0026]循環(huán)執(zhí)行以上步驟，實(shí)現(xiàn)直通管道中智能調(diào)節(jié)閥后壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。
[0027]優(yōu)選地，在進(jìn)行壓力流量聯(lián)合控制之前需對(duì)所述主控制器參數(shù)進(jìn)行整定，整定方 法有經(jīng)驗(yàn)法、臨界比例度法、;S減震蕩法和響應(yīng)曲線法。
[0028] 本發(fā)明提供的壓縮空氣系統(tǒng)壓力流量聯(lián)合控制節(jié)能裝置，結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝與 維護(hù)。本裝置既能實(shí)時(shí)讀取管道中壓縮空氣的壓力值和流量值，又能自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥開度 已達(dá)到管道中壓縮空氣壓力穩(wěn)定的效果。另外，本裝置還可為用戶提供系統(tǒng)升級(jí)改造的空 間，用戶可以在本發(fā)明的基礎(chǔ)上增加觸摸屏、數(shù)據(jù)采集歸檔、手動(dòng)操作等功能。同時(shí)，本發(fā)明 提供的壓縮空氣系統(tǒng)壓力流量聯(lián)合控制方法摒棄以往壓縮空氣系統(tǒng)控制中單獨(dú)控制壓力 的方式，采用串級(jí)雙回路閉環(huán)控制的方法對(duì)壓力、流量進(jìn)行聯(lián)合控制。壓縮空氣系