本發(fā)明涉及空壓機(jī)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(jī)組節(jié)能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

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

老式的空壓機(jī)靠人工進(jìn)行操作，在不需要高壓風(fēng)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(hù)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(jī)是采用人工進(jìn)行啟動和關(guān)閉，當(dāng)施工現(xiàn)場不需要多余風(fēng)量的時候，空壓機(jī)會轉(zhuǎn)為空功率載狀態(tài)(空載狀態(tài)的功率為負(fù)載功率的30％至50％)；①當(dāng)施工現(xiàn)場不需要空壓機(jī)時，如果未通知進(jìn)行停機(jī)或操作司機(jī)工作失誤造成未關(guān)機(jī)時，空壓機(jī)始終處于運行狀態(tài)；②當(dāng)1臺空壓機(jī)滿足不了要求，啟動第2臺空壓機(jī)的時候，其中1臺空壓機(jī)處于負(fù)載狀態(tài)，另一臺始終處于在負(fù)載和空載之間切換的狀態(tài)，造成機(jī)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(jī)，具備空載過久自動關(guān)機(jī)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(jī)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(jī)組節(jié)能控制系統(tǒng)及控制方法，當(dāng)需要不足1臺空壓機(jī)提供風(fēng)量時，裝有變頻器的主控機(jī)便可使用低功率模式提供滿足要求的高壓風(fēng)，且具備故障停機(jī)、故障自動跳轉(zhuǎn)啟動下一臺設(shè)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(jī)組節(jié)能控制系統(tǒng)，包括：

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

多個從動機(jī)，任一從動機(jī)包括：第二螺桿電動空壓機(jī)、與第二螺桿電動空壓機(jī)連接的工頻控制器、與高壓風(fēng)輸送管道連接的第二風(fēng)壓傳感器，其將檢測的管道風(fēng)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(fēng)壓傳感器和第二風(fēng)壓傳感器檢測的壓強(qiáng)值，根據(jù)設(shè)定的PID控制，控制變頻器控制電機(jī)的頻率以及從動機(jī)的啟停。

本發(fā)明還提供了一種螺桿式電動空壓機(jī)組的節(jié)能控制方法：

第一風(fēng)壓傳感器和第二風(fēng)壓傳感器實時檢測高壓風(fēng)輸送管道的風(fēng)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(fēng)壓值與預(yù)定值進(jìn)行比較，

當(dāng)風(fēng)壓值高于預(yù)定值的范圍，第一控制器發(fā)出停機(jī)信號；

當(dāng)風(fēng)壓值在預(yù)定值范圍內(nèi)，第一螺桿電動空壓機(jī)和第二螺桿電動空壓機(jī)均正常供風(fēng)；

當(dāng)風(fēng)壓值低于預(yù)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(dāng)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(dāng)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(jī)的開啟。

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

當(dāng)從動機(jī)超出運行保護(hù)參數(shù)時，對應(yīng)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(jī)信號至對應(yīng)編號的從動機(jī)，并發(fā)出開機(jī)信號至下一編號的從動機(jī)。

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

所述工頻控制器內(nèi)預(yù)先設(shè)定有所述保護(hù)參數(shù)的范圍值，并實時采集對應(yīng)第二螺桿電動空壓機(jī)的參數(shù)值與設(shè)定的保護(hù)參數(shù)范圍值進(jìn)行比較。

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

當(dāng)主控機(jī)啟動后，所述第一控制器間隔時間T₁采集每臺從動機(jī)的累積運行時間t，并與第一預(yù)設(shè)時間T₂進(jìn)行比較，當(dāng)啟動的任一從動機(jī)累積運行時間t大于第一預(yù)設(shè)時間T₂時，所述第一控制器發(fā)出停機(jī)信號至對應(yīng)編號的從動機(jī)，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(jī)。

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(yù)設(shè)時間T₂的從動機(jī)，具體為：將未啟動的從動機(jī)的累積運行時間t與第二預(yù)設(shè)時間T₃進(jìn)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(yù)設(shè)時間T₃的從動機(jī)；第二預(yù)設(shè)時間T₃＜第一預(yù)設(shè)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(jī)以及第二螺桿電動空壓機(jī)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(jī)和第二螺桿電動空壓機(jī)的氣壓、油溫、電壓、電流以及空負(fù)載。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：通過對用風(fēng)量進(jìn)行精確檢測，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給主控機(jī)的第一控制器，由第一控制器發(fā)送信號至從動機(jī)，實現(xiàn)聯(lián)合控制，提供剛好能夠滿足要求的高壓風(fēng)，實現(xiàn)空壓機(jī)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(qiáng)度、延長機(jī)械使用壽命的效果。經(jīng)實地對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，可達(dá)到24％的節(jié)能效果。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)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(jī)和從動機(jī)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(jìn)一步的詳細(xì)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(jī)組節(jié)能控制系統(tǒng)，包括：

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

多個從動機(jī)，任一從動機(jī)包括：第二螺桿電動空壓機(jī)、與第二螺桿電動空壓機(jī)連接的工頻控制器、與高壓風(fēng)輸送管道連接的第二風(fēng)壓傳感器，其將檢測的管道風(fēng)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(fēng)壓傳感器和第二風(fēng)壓傳感器檢測的壓強(qiáng)值，根據(jù)設(shè)定的PID控制，控制變頻器控制電機(jī)的頻率以及從動機(jī)的啟停。

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

第一風(fēng)壓傳感器和第二風(fēng)壓傳感器實時檢測高壓風(fēng)輸送管道的風(fēng)壓，這里的高壓風(fēng)輸送管道只有一個，第一風(fēng)壓傳感器和第二風(fēng)壓傳感器均是采集同一高壓風(fēng)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(fēng)壓值與預(yù)定值進(jìn)行比較：

當(dāng)風(fēng)壓值高于預(yù)定值的范圍，根據(jù)檢測的風(fēng)壓值高出的值與一臺第二螺桿電動空壓機(jī)的額定風(fēng)量進(jìn)行比較，計算需要關(guān)閉的第二螺桿電動空壓機(jī)的數(shù)量，通過第一控制器發(fā)出停機(jī)信號給對應(yīng)數(shù)量的第二螺桿電動空壓機(jī)。

當(dāng)風(fēng)壓值在預(yù)定值范圍內(nèi)，第一螺桿電動空壓機(jī)和第二螺桿電動空壓機(jī)均正常供風(fēng)，控制器不會發(fā)出停止或啟動信號。

當(dāng)風(fēng)壓值低于預(yù)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(jī)的最大輸出風(fēng)量，當(dāng)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(jī)調(diào)節(jié)高壓風(fēng)輸送管道的風(fēng)壓；當(dāng)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(jī)的開啟，從動機(jī)依據(jù)設(shè)置參數(shù)，按照一定的先后順序，逐步啟動各臺空壓機(jī)，直到達(dá)到預(yù)定的風(fēng)壓值為止。。

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

當(dāng)2號從動機(jī)超出運行保護(hù)參數(shù)時，對應(yīng)的2號從動機(jī)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(jī)信號至對應(yīng)編號(2號)的從動機(jī)，并發(fā)出開機(jī)信號至沒有開啟的任一從動機(jī)。

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

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

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

在上述技術(shù)方案中，第二螺桿電動空壓機(jī)會出現(xiàn)的問題有高溫、高電壓、低電壓、缺油、機(jī)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(yù)先設(shè)定的各類保護(hù)參數(shù)的范圍值，當(dāng)檢測的數(shù)據(jù)超過保護(hù)參數(shù)的最高值或者低于保護(hù)參數(shù)的最低值時，第一控制器就會發(fā)出停機(jī)指令，對應(yīng)編號的第二螺桿電動空壓機(jī)進(jìn)入停機(jī)程序。

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

當(dāng)主控機(jī)啟動后，所述第一控制器間隔時間T₁采集每臺從動機(jī)的累積運行時間t，并與第一預(yù)設(shè)時間T₂進(jìn)行比較，當(dāng)啟動的任一從動機(jī)累積運行時間t大于第一預(yù)設(shè)時間T₂時，所述第一控制器發(fā)出停機(jī)信號至對應(yīng)編號的從動機(jī)，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(jī)。

在上述技術(shù)方案中，當(dāng)從動機(jī)為多組時，因第二螺桿電動空壓機(jī)開啟順序為編號1-2-3-4......依次進(jìn)行，編號靠前的第二螺桿電動空壓機(jī)運行時間較多，編號靠后的第二螺桿電動空壓機(jī)運行時間較少，因此，當(dāng)編號靠前的空壓機(jī)運行總時間達(dá)到人員設(shè)定的工作時長，主控機(jī)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(jī)運行，避免了空壓機(jī)運行時間不均勻的現(xiàn)象，進(jìn)而保護(hù)了從動機(jī)。

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(yù)設(shè)時間T₂的從動機(jī)，具體為：將未啟動的從動機(jī)的累積運行時間t與第二預(yù)設(shè)時間T₃進(jìn)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(yù)設(shè)時間T₃的從動機(jī)；第二預(yù)設(shè)時間T₃＜第一預(yù)設(shè)時間T₂。

在上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步根據(jù)累積運行時間來調(diào)控需要開啟的從動機(jī)，盡量實現(xiàn)每臺從動機(jī)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(jī)以及第二螺桿電動空壓機(jī)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(fù)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(shè)有固定的網(wǎng)絡(luò)IP地址，網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng)通過訪問固定的網(wǎng)絡(luò)IP地址獲取空壓機(jī)運行數(shù)據(jù)，將空壓機(jī)運行數(shù)據(jù)和狀況顯示在網(wǎng)絡(luò)平臺上。

另外，同理，在遠(yuǎn)程操作方面，網(wǎng)絡(luò)平臺電腦PC端和手機(jī)APP端通過網(wǎng)絡(luò)端將開機(jī)、停機(jī)、參數(shù)設(shè)置等命令通過網(wǎng)絡(luò)反向傳輸至空壓機(jī)主控機(jī)控制器，通過主控機(jī)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(jī)和第二螺桿電動空壓機(jī)的氣壓、油溫、電壓、電流以及空負(fù)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(jī)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能鑒定。如圖1-2所示，以160KW電動空壓機(jī)為例，注從動機(jī)械PLC為本申請的工頻控制器。電動空壓機(jī)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(jī)進(jìn)行綜合管理，并通過在主控機(jī)的第一螺桿電動空壓機(jī)上安裝變頻器，將主控機(jī)的功率鎖定在0至160KW范圍內(nèi)變動。在主控機(jī)上設(shè)置空壓機(jī)系統(tǒng)壓力范圍值，將空壓機(jī)數(shù)量和控制壓力設(shè)定在一定范圍內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到壓力值低于設(shè)定范圍下限時，自動控制系統(tǒng)內(nèi)的空壓機(jī)起動來提高供氣量，當(dāng)系統(tǒng)檢測到壓力高于設(shè)定范圍上限時，自動控制系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng)功率的空壓機(jī)停止來減小產(chǎn)氣量。如果一臺空壓機(jī)滿足不了供風(fēng)需求，則主控機(jī)向第2、3、4臺等電動空壓機(jī)發(fā)出信號，自第2臺空壓機(jī)依次自動開啟直至能夠產(chǎn)生滿足現(xiàn)場需要的風(fēng)量為止。若現(xiàn)場理論上需要3.5臺電動空壓機(jī)的供風(fēng)量才能滿足現(xiàn)場需要，則根據(jù)第一控制器(PLC)提前設(shè)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(jī)，其中2、3、4號空壓機(jī)為滿功率160KW運行，1號(裝有變頻器)電動空壓機(jī)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(shè)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(fēng)壓、運行時間等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和監(jiān)控，可實現(xiàn)設(shè)備輪流工作，避免了設(shè)備工作時間差別較大的情況發(fā)生，同時具備故障停機(jī)、保護(hù)停機(jī)、故障自動跳轉(zhuǎn)啟動下一臺設(shè)備的功能，通過網(wǎng)絡(luò)平臺和手工均可進(jìn)行操作和參數(shù)設(shè)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(xì)節(jié)和這里示出與描述的實施方式。