本發(fā)明涉及空壓機控制系統(tǒng)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種螺桿式電動空壓機組節(jié)能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

空氣壓縮機是氣源裝置中的主體，它是將原動機(通常是電動機)的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置?？諌簷C作為主要工業(yè)產(chǎn)品之一，是各個工廠必不可少的設備。

老式的空壓機靠人工進行操作，在不需要高壓風的時候僅能轉(zhuǎn)為空載功能來減少能源的浪費，不能實現(xiàn)自動開啟、關(guān)閉，不能實行聯(lián)合控制，也不具備變頻、保護等功能，控制方式較為單一，因此，存在著大量的電能浪費現(xiàn)象。傳統(tǒng)的電動空壓機是采用人工進行啟動和關(guān)閉，當施工現(xiàn)場不需要多余風量的時候，空壓機會轉(zhuǎn)為空功率載狀態(tài)(空載狀態(tài)的功率為負載功率的30％至50％)；①當施工現(xiàn)場不需要空壓機時，如果未通知進行停機或操作司機工作失誤造成未關(guān)機時，空壓機始終處于運行狀態(tài)；②當1臺空壓機滿足不了要求，啟動第2臺空壓機的時候，其中1臺空壓機處于負載狀態(tài)，另一臺始終處于在負載和空載之間切換的狀態(tài)，造成機械的損傷和電能的浪費。

近一兩年市場上新面市的節(jié)能型空壓機，具備空載過久自動關(guān)機的功能，但不具備自動開啟的功能，與我公司開發(fā)的電動空壓機節(jié)能技術(shù)控制系統(tǒng)相比，節(jié)約電能的效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種螺桿式電動空壓機組節(jié)能控制系統(tǒng)及控制方法，當需要不足1臺空壓機提供風量時，裝有變頻器的主控機便可使用低功率模式提供滿足要求的高壓風，且具備故障停機、故障自動跳轉(zhuǎn)啟動下一臺設備、自動輪換調(diào)休的功能。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種螺桿式電動空壓機組節(jié)能控制系統(tǒng)，包括：

主控機，其包括一臺第一螺桿電動空壓機、與第一螺桿電動空壓機連接的變頻器、與所述變頻器連接的第一控制器、與高壓風輸送管道連接的第一風壓傳感器，其將檢測的管道風壓數(shù)據(jù)傳輸至第一控制器；

多個從動機，任一從動機包括：第二螺桿電動空壓機、與第二螺桿電動空壓機連接的工頻控制器、與高壓風輸送管道連接的第二風壓傳感器，其將檢測的管道風壓數(shù)據(jù)傳輸至工頻控制器；

其中，所述工頻控制器與所述第一控制器連接，所述第一控制器采集第一風壓傳感器和第二風壓傳感器檢測的壓強值，根據(jù)設定的PID控制，控制變頻器控制電機的頻率以及從動機的啟停。

本發(fā)明還提供了一種螺桿式電動空壓機組的節(jié)能控制方法：

第一風壓傳感器和第二風壓傳感器實時檢測高壓風輸送管道的風壓，并將最終壓力信息發(fā)送給第一控制器；

第一控制器采集到的風壓值與預定值進行比較，

當風壓值高于預定值的范圍，第一控制器發(fā)出停機信號；

當風壓值在預定值范圍內(nèi)，第一螺桿電動空壓機和第二螺桿電動空壓機均正常供風；

當風壓值低于預定值的范圍時，第一控制器檢測調(diào)節(jié)范圍是否為變頻器的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，當調(diào)節(jié)范圍在變頻器的調(diào)節(jié)范圍，則第一控制器調(diào)節(jié)變頻器；當超出變頻器的調(diào)節(jié)范圍，則第一控制器控制控制從動機的開啟。

優(yōu)選的是，將多個從動機依次編號，并將每臺從動機的編號信息載入第一控制器；

當從動機超出運行保護參數(shù)時，對應的工頻控制器將檢測到的故障信號發(fā)送至第一控制器，所述第一控制器發(fā)出停機信號至對應編號的從動機，并發(fā)出開機信號至下一編號的從動機。

優(yōu)選的是，所述運行保護參數(shù)包括：第二螺桿電動空壓機的溫度、電壓以及油量；

所述工頻控制器內(nèi)預先設定有所述保護參數(shù)的范圍值，并實時采集對應第二螺桿電動空壓機的參數(shù)值與設定的保護參數(shù)范圍值進行比較。

優(yōu)選的是，將多個從動機依次編號，并將每臺從動機的編號信息載入第一控制器；

當主控機啟動后，所述第一控制器間隔時間T₁采集每臺從動機的累積運行時間t，并與第一預設時間T₂進行比較，當啟動的任一從動機累積運行時間t大于第一預設時間T₂時，所述第一控制器發(fā)出停機信號至對應編號的從動機，并發(fā)出啟動信號至未啟動、且累積運行時間t小于第一時間T₂的從動機。

優(yōu)選的是，所述第一控制器發(fā)出啟動信號至未啟動、且累積運行時間t小于第一預設時間T₂的從動機，具體為：將未啟動的從動機的累積運行時間t與第二預設時間T₃進行比較，所述第一控制器發(fā)出啟動信號至未啟動、且累積運行時間t小于第二預設時間T₃的從動機；第二預設時間T₃＜第一預設時間T₂。

優(yōu)選的是，還包括DTU；

所述第一控制器將檢測到的第一螺桿電動空壓機以及第二螺桿電動空壓機的模擬量信號傳輸至DTU，所述DTU將模擬量信號無線傳輸至終端。

優(yōu)選的是，所述模擬量為第一螺桿電動空壓機和第二螺桿電動空壓機的氣壓、油溫、電壓、電流以及空負載。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：通過對用風量進行精確檢測，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給主控機的第一控制器，由第一控制器發(fā)送信號至從動機，實現(xiàn)聯(lián)合控制，提供剛好能夠滿足要求的高壓風，實現(xiàn)空壓機的節(jié)能控制，減少了功率上的損失。

本技術(shù)相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有節(jié)約電能、降低人工勞動強度、延長機械使用壽命的效果。經(jīng)實地對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可達到24％的節(jié)能效果。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的控制流程圖；

圖2為本發(fā)明所述主動機和從動機的開啟、關(guān)閉示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施方式對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“橫向”、“縱向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，并不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提供一種螺桿式電動空壓機組節(jié)能控制系統(tǒng)，包括：

主控機，其包括一臺第一螺桿電動空壓機、與第一螺桿電動空壓機連接的變頻器、與所述變頻器連接的第一控制器、與高壓風輸送管道連接的第一風壓傳感器，其將檢測的管道風壓數(shù)據(jù)傳輸至第一控制器；

多個從動機，任一從動機包括：第二螺桿電動空壓機、與第二螺桿電動空壓機連接的工頻控制器、與高壓風輸送管道連接的第二風壓傳感器，其將檢測的管道風壓數(shù)據(jù)傳輸至工頻控制器；

其中，所述工頻控制器與所述第一控制器連接，所述第一控制器采集第一風壓傳感器和第二風壓傳感器檢測的壓強值，根據(jù)設定的PID控制，控制變頻器控制電機的頻率以及從動機的啟停。

在上述技術(shù)方案中，在開啟設備后，第1臺空壓機也就是主控機的第一螺桿電動空壓機開始提供高壓風動力，如風量滿足不了工作的需要，第一風壓傳感器就會將壓力傳輸至主控機的控制系統(tǒng)：第一控制器中，主控機的第一控制器則發(fā)出信號至第2臺從動機開始供風，如果還是滿足不了工作的需要，則由主控機發(fā)出信號，按順序依次開啟其他空壓機：第二螺桿電動空壓機。開啟空壓機并加載供風時，1整臺電動空壓機所提供的風量是額定的，如果所需要的風量不需要數(shù)臺整臺設備提供時，則由主控機的變頻器發(fā)揮作用，降低主控機的電機功率，提供恰好能夠滿足需要的風量。反之，如果不需要這么多的風量，則由第一風壓傳感器和第二風壓傳感器發(fā)信號給主控機的第一控制器，再由第一控制器發(fā)出信號至從動機，依次自動關(guān)閉第二螺桿電動空壓機，變頻器降低第一螺桿電動空壓機功率進行供風。主控機起到主要補壓作用，當主控機無法快速滿足加壓時，會啟動或關(guān)閉從動機進行增壓或減壓。采集到隧道用氣端的壓強值后，可根據(jù)采集壓強值的大小與程序里設定的預設值的大小進行對比，通過采集值與預設值的CMP，采用PID運算方式，控制增加或減少動力源數(shù)量，輸出恒定的壓強值。本發(fā)明還提供了一種螺桿式電動空壓機組的節(jié)能控制方法：

第一風壓傳感器和第二風壓傳感器實時檢測高壓風輸送管道的風壓，這里的高壓風輸送管道只有一個，第一風壓傳感器和第二風壓傳感器均是采集同一高壓風輸送管道的壓力，并將最終壓力信息發(fā)送給第一控制器。

第一控制器采集到的風壓值與預定值進行比較：

當風壓值高于預定值的范圍，根據(jù)檢測的風壓值高出的值與一臺第二螺桿電動空壓機的額定風量進行比較，計算需要關(guān)閉的第二螺桿電動空壓機的數(shù)量，通過第一控制器發(fā)出停機信號給對應數(shù)量的第二螺桿電動空壓機。

當風壓值在預定值范圍內(nèi)，第一螺桿電動空壓機和第二螺桿電動空壓機均正常供風，控制器不會發(fā)出停止或啟動信號。

當風壓值低于預定值的范圍時，第一控制器檢測調(diào)節(jié)范圍是否為變頻器的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，變頻器的調(diào)節(jié)范圍取決于第一螺桿電動空壓機的最大輸出風量，當調(diào)節(jié)范圍在變頻器的調(diào)節(jié)范圍，則第一控制器調(diào)節(jié)變頻器，通過第一螺桿電動空壓機調(diào)節(jié)高壓風輸送管道的風壓；當超出變頻器的調(diào)節(jié)范圍，則第一控制器控制控制從動機的開啟，從動機依據(jù)設置參數(shù)，按照一定的先后順序，逐步啟動各臺空壓機，直到達到預定的風壓值為止。。

在另一種技術(shù)方案中，將多個從動機依次編號(例如，1-2-3-4......)，并將每臺從動機的編號信息載入第一控制器；

當2號從動機超出運行保護參數(shù)時，對應的2號從動機的工頻控制器將檢測到的故障信號發(fā)送至第一控制器，所述第一控制器發(fā)出停機信號至對應編號(2號)的從動機，并發(fā)出開機信號至沒有開啟的任一從動機。

在上述技術(shù)方案中，出現(xiàn)設備故障后，不用停止所有設備，保證了向高壓風輸送管道輸送風壓的正常運行，僅需通過預先設定的保護參數(shù)檢測哪臺從動機出現(xiàn)故障，并調(diào)度其他未運作的從動機替補，實現(xiàn)了故障自動跳轉(zhuǎn)啟動下一臺設備的功能。

并且，在上述技術(shù)方案中，再下次開機過程中，第一控制器在分配開機任務時會越過故障機，并發(fā)出開機信號至序號排在故障機下一個編號的空壓機，使故障機始終處于停機狀態(tài)。

在另一種技術(shù)方案中，所述運行保護參數(shù)包括：第二螺桿電動空壓機的溫度、電壓以及油量。所述工頻控制器內(nèi)預先設定有所述保護參數(shù)的范圍值，并實時采集對應第二螺桿電動空壓機的參數(shù)值與設定的保護參數(shù)范圍值進行比較。

在上述技術(shù)方案中，第二螺桿電動空壓機會出現(xiàn)的問題有高溫、高電壓、低電壓、缺油、機械故障等情況，檢測這些參數(shù)的載體為各種傳感器，例如溫度傳感器，油量傳感器等，這些傳感器將檢測的數(shù)據(jù)傳輸至工頻控制器，再由工頻控制器將信號傳輸給第一控制器，第一控制器內(nèi)由預先設定的各類保護參數(shù)的范圍值，當檢測的數(shù)據(jù)超過保護參數(shù)的最高值或者低于保護參數(shù)的最低值時，第一控制器就會發(fā)出停機指令，對應編號的第二螺桿電動空壓機進入停機程序。

在另一種技術(shù)方案中，將多個從動機依次編號，并將每臺從動機的編號信息載入第一控制器；

當主控機啟動后，所述第一控制器間隔時間T₁采集每臺從動機的累積運行時間t，并與第一預設時間T₂進行比較，當啟動的任一從動機累積運行時間t大于第一預設時間T₂時，所述第一控制器發(fā)出停機信號至對應編號的從動機，并發(fā)出啟動信號至未啟動、且累積運行時間t小于第一時間T₂的從動機。

在上述技術(shù)方案中，當從動機為多組時，因第二螺桿電動空壓機開啟順序為編號1-2-3-4......依次進行，編號靠前的第二螺桿電動空壓機運行時間較多，編號靠后的第二螺桿電動空壓機運行時間較少，因此，當編號靠前的空壓機運行總時間達到人員設定的工作時長，主控機的第一控制器會發(fā)出信號至其他運行總時間較少的從動機運行，避免了空壓機運行時間不均勻的現(xiàn)象，進而保護了從動機。

在另一種技術(shù)方案中，所述第一控制器發(fā)出啟動信號至未啟動、且累積運行時間t小于第一預設時間T₂的從動機，具體為：將未啟動的從動機的累積運行時間t與第二預設時間T₃進行比較，所述第一控制器發(fā)出啟動信號至未啟動、且累積運行時間t小于第二預設時間T₃的從動機；第二預設時間T₃＜第一預設時間T₂。

在上述技術(shù)方案中，進一步根據(jù)累積運行時間來調(diào)控需要開啟的從動機，盡量實現(xiàn)每臺從動機之間的累計運行時間均衡。

在另一種技術(shù)方案中，還包括DTU；

所述第一控制器將檢測到的第一螺桿電動空壓機以及第二螺桿電動空壓機的模擬量信號傳輸至DTU，所述DTU將模擬量信號無線傳輸至終端。

在上述技術(shù)方案中，通過傳感器將氣壓、油溫、電壓、電流、空負載情況等數(shù)據(jù)傳輸至第一控制器，第一控制器(含RS485通訊接口)將數(shù)據(jù)傳輸至DTU(含RS485通訊接口),DTU通過GPRS將數(shù)據(jù)傳輸至終端接收模塊，通過通訊協(xié)議實現(xiàn)控制器與GPRS終端接收模塊之間的通訊。GPRS終端接收模塊設有固定的網(wǎng)絡IP地址，網(wǎng)絡平臺系統(tǒng)通過訪問固定的網(wǎng)絡IP地址獲取空壓機運行數(shù)據(jù)，將空壓機運行數(shù)據(jù)和狀況顯示在網(wǎng)絡平臺上。

另外，同理，在遠程操作方面，網(wǎng)絡平臺電腦PC端和手機APP端通過網(wǎng)絡端將開機、停機、參數(shù)設置等命令通過網(wǎng)絡反向傳輸至空壓機主控機控制器，通過主控機控制器實現(xiàn)相關(guān)操作。

在另一種技術(shù)方案中，所述模擬量為第一螺桿電動空壓機和第二螺桿電動空壓機的氣壓、油溫、電壓、電流以及空負載。

本申請目前已經(jīng)在3個施工地點實施過，并經(jīng)過專業(yè)的節(jié)能評估機構(gòu)進行節(jié)能鑒定。如圖1-2所示，以160KW電動空壓機為例，注從動機械PLC為本申請的工頻控制器。電動空壓機低碳節(jié)能技術(shù)控制系統(tǒng)采用聯(lián)合控制技術(shù)對數(shù)臺空壓機進行綜合管理，并通過在主控機的第一螺桿電動空壓機上安裝變頻器，將主控機的功率鎖定在0至160KW范圍內(nèi)變動。在主控機上設置空壓機系統(tǒng)壓力范圍值，將空壓機數(shù)量和控制壓力設定在一定范圍內(nèi)，當系統(tǒng)檢測到壓力值低于設定范圍下限時，自動控制系統(tǒng)內(nèi)的空壓機起動來提高供氣量，當系統(tǒng)檢測到壓力高于設定范圍上限時，自動控制系統(tǒng)內(nèi)相應功率的空壓機停止來減小產(chǎn)氣量。如果一臺空壓機滿足不了供風需求，則主控機向第2、3、4臺等電動空壓機發(fā)出信號，自第2臺空壓機依次自動開啟直至能夠產(chǎn)生滿足現(xiàn)場需要的風量為止。若現(xiàn)場理論上需要3.5臺電動空壓機的供風量才能滿足現(xiàn)場需要，則根據(jù)第一控制器(PLC)提前設定的程序，控制系統(tǒng)會自動啟動編號為1至4號的電動空壓機，其中2、3、4號空壓機為滿功率160KW運行，1號(裝有變頻器)電動空壓機則啟用變頻模式，在功率為0.5臺*160KW＝80KW的狀態(tài)下運行，僅此一項功能就可在1臺設備上比常規(guī)人工控制節(jié)約80KW/h的電力消耗。

運行過程中，通過對溫度、風壓、運行時間等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和監(jiān)控，可實現(xiàn)設備輪流工作，避免了設備工作時間差別較大的情況發(fā)生，同時具備故障停機、保護停機、故障自動跳轉(zhuǎn)啟動下一臺設備的功能，通過網(wǎng)絡平臺和手工均可進行操作和參數(shù)設定。

具體實測數(shù)據(jù)見表1。

表1

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的實施方式。