壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置及穩(wěn)壓控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置及其穩(wěn)壓控制方法，該壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置包括信號(hào)采集單元、壓力控制單元，信號(hào)采集單元和壓力控制單元均與監(jiān)控主機(jī)相連；壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)的干管與各支管均設(shè)有一套信號(hào)采集單元和一套壓力控制單元，每套信號(hào)采集單元連接有一個(gè)顯示屏。該壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置可以對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)中干管與各支管內(nèi)的氣體壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)控制，使得用氣設(shè)備內(nèi)氣壓穩(wěn)定，供氣壓力波動(dòng)可以處于較低水平，減少了空氣壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)和對(duì)電網(wǎng)的沖擊，有效地降低了能耗和延長(zhǎng)了空氣壓縮機(jī)的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置及穩(wěn)壓控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于壓縮空氣機(jī)智能控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制 裝置，本發(fā)明還涉及采用上述控制裝置進(jìn)行穩(wěn)壓控制的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 空氣壓縮機(jī)是將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的發(fā)生裝 置。壓縮空氣由于其無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染、易輸送、具有良好的使用性能，無(wú)論在生產(chǎn)和生活 中，都有廣泛的應(yīng)用。空氣壓縮機(jī)的種類(lèi)很多，按照不同的工作原理可以分為活塞式、螺桿 式和離心式空氣壓縮機(jī)?；钊娇諝鈮嚎s機(jī)依靠活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在吸、排氣閥的 控制下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣體的吸入和壓縮過(guò)程；螺桿式空氣壓縮機(jī)是依靠氣缸內(nèi)兩個(gè)螺旋形轉(zhuǎn) 子間的齒間容積值的增大和減小完成了對(duì)氣體的吸入和壓縮過(guò)程；離心式空氣壓縮機(jī)是利 用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，使空氣受到離心力的作用，同時(shí)獲得速度，離開(kāi)葉輪后經(jīng)擴(kuò)壓器將動(dòng)能 轉(zhuǎn)化為壓力能，使壓力得到提高。
[0003] 在許多企業(yè)中，壓縮空氣系統(tǒng)用氣負(fù)荷并不是一個(gè)定值，經(jīng)常變化幅度大且變化 頻繁，這會(huì)使壓縮空氣系統(tǒng)供氣壓力產(chǎn)生巨大的波動(dòng)，為了應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，企業(yè)往往使壓縮 空氣系統(tǒng)運(yùn)行壓力高于實(shí)際生產(chǎn)所需壓力，這樣會(huì)使整個(gè)壓縮空氣管網(wǎng)的損失明顯增大， 導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)耗氣量增加、泄露嚴(yán)重，使壓縮機(jī)能耗增加。上述壓縮空氣系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中 還會(huì)導(dǎo)致空氣壓縮機(jī)頻繁地加載、卸載，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，使得空氣壓縮機(jī)運(yùn)行噪聲很大、空 氣壓縮機(jī)的使用壽命降低、生產(chǎn)的壓縮空氣質(zhì)量不穩(wěn)定。此外，現(xiàn)有技術(shù)中往往只是在局部 控制與調(diào)節(jié)壓縮空氣系統(tǒng)的壓力，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)壓縮空氣管網(wǎng)中的氣體壓力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種壓縮空氣穩(wěn)壓控制裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的只能 局部控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣系統(tǒng)的壓力及空氣壓縮系統(tǒng)頻繁地加、卸載造成的運(yùn)行噪聲大， 對(duì)電網(wǎng)的沖擊大，能耗高的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供了一種穩(wěn)壓控制方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，一種壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置包括監(jiān)控主 機(jī)，監(jiān)控主機(jī)上分別連接有信號(hào)采集單元、壓力控制單元，信號(hào)采集單元和壓力控制單元設(shè) 置在壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)的干管與支管上，信號(hào)采集單元上還連接有顯示屏。
[0007] 本發(fā)明第一技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0008] 監(jiān)控主機(jī)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，包括多個(gè)485通訊接口。
[0009] 信號(hào)采集單元由氣體流量監(jiān)測(cè)模塊，氣體壓力監(jiān)測(cè)模塊，信號(hào)調(diào)理模塊及數(shù)據(jù)采 集模塊組成，氣體流量監(jiān)測(cè)模塊、氣體壓力監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相 連；氣體流量監(jiān)測(cè)模塊包括氣體流量傳感器，所述氣體壓力監(jiān)測(cè)模塊包括氣體壓力傳感器， 所述信號(hào)調(diào)理模塊包括依次連接的SCXI 1100調(diào)理卡、RC濾波電路，所述數(shù)據(jù)采集模塊包 括NI PCI-6040采集卡，SCXI 1100調(diào)理卡與氣體流量傳感器和氣體壓力傳感器相連，RC濾 波電路和NI PCI-6040采集卡相連。
[0010] 壓力控制單元包括依次相連的開(kāi)度控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電磁閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電磁閥 上還連接有開(kāi)度檢測(cè)模塊。
[0011] 本發(fā)明的第二技術(shù)方案是，上述壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置的穩(wěn)壓控制方法包括 以下步驟：
[0012] 步驟1 :將壓縮空氣系統(tǒng)管路允許的壓力偏差范圍AP1，管網(wǎng)中管路的管節(jié)面積F 到輸入到監(jiān)控主機(jī)；
[0013] 步驟2:采集數(shù)據(jù)：
[0014] 由信號(hào)采集單元獲得壓縮空氣系統(tǒng)管路中實(shí)時(shí)氣體流量Q與氣體壓力P1數(shù)據(jù)，并 將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控主機(jī)；壓力控制單元的開(kāi)度檢測(cè)模塊采集壓縮空氣系統(tǒng)管路中實(shí)際工作 狀態(tài)下的電磁閥開(kāi)度C 1、調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)ξ，并將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主機(jī)；
[0015] 步驟3 :監(jiān)控主機(jī)根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)計(jì)算壓力偏差與電磁閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)偏差，具體 步驟為：
[0016] 3. 1，計(jì)算實(shí)時(shí)所需電磁閥的開(kāi)度C2 :

【權(quán)利要求】
1. 一種壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置，其特征在于，包括監(jiān)控主機(jī)（I)，監(jiān)控主機(jī)（1)上 分別連接有信號(hào)采集單元（2)、壓力控制單元（3)，信號(hào)采集單元（2)和壓力控制單元（3) 設(shè)置在壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)的干管與支管上，所述的信號(hào)采集單元（2)上還連接有顯示屏 ⑷。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置，其特征在于，所述監(jiān)控主機(jī) (1)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，包括多個(gè)485通訊接口。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置，其特征在于，所述信號(hào)采集 單元（2)由氣體流量監(jiān)測(cè)模塊，氣體壓力監(jiān)測(cè)模塊，信號(hào)調(diào)理模塊及數(shù)據(jù)采集模塊組成，氣 體流量監(jiān)測(cè)模塊、氣體壓力監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置，其特征在于，所述氣體流量 監(jiān)測(cè)模塊包括氣體流量傳感器（5)，所述氣體壓力監(jiān)測(cè)模塊包括氣體壓力傳感器（6)，所述 信號(hào)調(diào)理模塊包括依次連接的SCXI1100調(diào)理卡（7)、RC濾波電路（8)，所述數(shù)據(jù)采集模塊 包括NIPCI-6040采集卡（9)，SCXI1100調(diào)理卡（7)與氣體流量傳感器（5)和氣體壓力傳 感器（6)相連，RC濾波電路⑶和NIPCI-6040采集卡（9)相連。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置，其特征在于，所述壓力控制 單元⑵包括依次相連的開(kāi)度控制器（10)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（11)、電磁閥（12)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)（11)和 電磁閥（12)上還連接有開(kāi)度檢測(cè)模塊（13)。
6. 壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置的穩(wěn)壓控制方法，其特征在于，采用壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓 控制裝置，其結(jié)構(gòu)為，包括監(jiān)控主機(jī)（1)，監(jiān)控主機(jī)上分別連接有信號(hào)采集單元（2)、壓力控 制單元（3)，信號(hào)采集單元（2)和壓力控制單元（3)設(shè)置在壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)的干管與支管 上，所述的信號(hào)采集單元（2)上還連接有顯示屏（4);監(jiān)控主機(jī)（1)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 包括多個(gè)485通訊接口；信號(hào)采集單元（2)包括氣體流量傳感器（5)，氣體壓力傳感器（6)， SCXI1100 調(diào)理卡（7)、RC濾波電路（8)，NIPCI-6040 采集卡（9)，SCXI1100 調(diào)理卡（7) 與氣體流量傳感器（5)和氣體壓力傳感器（6)相連，RC濾波電路（8)和NIPCI-6040采集 卡（9)相連；壓力控制單元（3)由開(kāi)度控制器（10)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（11)電磁閥（12)和開(kāi)度檢 測(cè)模塊（13)組成，開(kāi)度控制器（10)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（11)、電磁閥（12)依次相連，開(kāi)度檢測(cè)模塊 (13)分別與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（11)和電磁閥（12)相連； 其穩(wěn)壓控制方法包括以下步驟： 步驟1 :將壓縮空氣系統(tǒng)管路允許的壓力偏差范圍AP1，管網(wǎng)中管路的管節(jié)面積F到輸 入到監(jiān)控主機(jī)； 步驟2 :采集數(shù)據(jù)： 由信號(hào)采集單元獲得壓縮空氣系統(tǒng)管路中實(shí)時(shí)氣體流量Q與氣體壓力P1數(shù)據(jù)，并將數(shù) 據(jù)傳送給監(jiān)控主機(jī)；壓力控制單元的開(kāi)度檢測(cè)模塊采集壓縮空氣系統(tǒng)管路中實(shí)際工作狀態(tài) 下的電磁閥開(kāi)度C1、調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)ξ，并將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控主機(jī)； 步驟3 :監(jiān)控主機(jī)根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)計(jì)算壓力偏差與電磁閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)偏差，具體步驟 為： 3. 1，計(jì)算實(shí)時(shí)所需電磁閥的開(kāi)度C2 : 監(jiān)控主機(jī)根據(jù)信號(hào)采集單元傳送的數(shù)據(jù)，計(jì)算出壓縮空氣系統(tǒng)管路中實(shí)時(shí)所需的電磁 閥的開(kāi)度C2，計(jì)算過(guò)程如下： 3.1.1，計(jì)算計(jì)算公式如下= v= ·^， Pp2 F 其中ΛPz為壓力控制器局部阻力損失，p為壓縮空氣密度，v為壓縮空氣流速，ξ為 調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)，F(xiàn)為所接管網(wǎng)中管路的管節(jié)面積； 3. 1.2,計(jì)算實(shí)時(shí)所需電磁閥開(kāi)度C2，計(jì)算公式如下：
3. 2,計(jì)算壓力偏差： 3. 2. 1，監(jiān)控主機(jī)計(jì)算實(shí)際電磁閥開(kāi)度對(duì)應(yīng)的氣體壓力P2，計(jì)算公式如下：
3. 2. 2,計(jì)算壓力偏差：監(jiān)控主機(jī)根據(jù)由信號(hào)采集單元獲得壓縮空氣系統(tǒng)管路中實(shí)時(shí) 氣體壓力數(shù)據(jù)P1與實(shí)際電磁閥開(kāi)度對(duì)應(yīng)的氣體壓力數(shù)據(jù)P2，計(jì)算出兩者的壓力偏差，計(jì)算 公式如下： AP=P1-P2; 3.3,計(jì)算電磁閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)偏差： 監(jiān)控主機(jī)根據(jù)壓縮空氣系統(tǒng)管路中實(shí)時(shí)所需的電磁閥開(kāi)度C2與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下管路 中電磁閥的開(kāi)度C1，計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)壓縮空氣系統(tǒng)管路中電磁閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)偏差，計(jì)算公式為： AC=C2-C1 ； 步驟4 :監(jiān)控主機(jī)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，發(fā)出命令調(diào)控電磁閥開(kāi)度，使壓縮空氣系統(tǒng)管路內(nèi)壓 力穩(wěn)定： 將計(jì)算出的壓力偏差ΛΡ與壓縮空氣系統(tǒng)管路允許的壓力偏差范圍AP1進(jìn)行比對(duì)，監(jiān) 控主機(jī)對(duì)壓力控制單元發(fā)出信號(hào)調(diào)節(jié)電磁閥的開(kāi)度。當(dāng)壓力偏差在壓縮空氣系統(tǒng)管路允許 的壓力偏差范圍之內(nèi)時(shí)，無(wú)需調(diào)節(jié)電磁閥的開(kāi)度；當(dāng)壓力偏差超出壓縮空氣系統(tǒng)管路允許 的壓力調(diào)節(jié)偏差范圍且？ 1汗2時(shí)，根據(jù)計(jì)算出的電磁閥開(kāi)度偏差A(yù)C將電磁閥開(kāi)度調(diào)小至實(shí) 時(shí)所需的電磁閥的開(kāi)度C2 ;當(dāng)壓力偏差超出壓縮空氣系統(tǒng)管路允許的電磁閥調(diào)節(jié)偏差范圍 且？'^時(shí)，根據(jù)計(jì)算出的電磁閥開(kāi)度偏差△(：將電磁閥開(kāi)度調(diào)大至實(shí)時(shí)所需的電磁閥的開(kāi) 度C2。
7.如權(quán)利要求6所述的一種壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)壓控制裝置的穩(wěn)壓控制方法，其特征在 于，信號(hào)采集單元（2)和壓力控制單元（3)采用Modbus通信協(xié)議與監(jiān)控主機(jī)（1)通訊。
【文檔編號(hào)】G05D16/20GK104460727SQ201410557681
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】顏蘇芊, 秦莉, 劉寧, 鄧澤民, 程艷 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)