一種空壓站房的節(jié)能集群控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種節(jié)能集群控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種空壓站房的節(jié)能集群控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣是除了電力之外的最重要的工業(yè)動(dòng)力源，在機(jī)械、電子、石化、汽車、紡織、化纖、有色金屬、電力、煤炭、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用?？諝鈮嚎s機(jī)(以下簡(jiǎn)稱空壓機(jī))可提供壓縮空氣作為氣源動(dòng)力，是氣動(dòng)系統(tǒng)的核心設(shè)備機(jī)電引氣源裝置中的主體，它是將原動(dòng)(通常是電動(dòng)機(jī))的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。
[0003]由于空壓機(jī)輸出的壓縮空氣不可避免地含有油、水、汽和灰塵顆粒等，如果不進(jìn)行凈化處理，會(huì)使得后續(xù)的用氣設(shè)備及管道被銹蝕、用氣質(zhì)量低劣，最終嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，必須要對(duì)壓縮空氣進(jìn)行除水、除油、干燥和凈化處理。壓縮空氣干燥機(jī)(以下簡(jiǎn)稱干燥機(jī))是最重要壓縮空氣凈化設(shè)備，幾乎所有需要壓縮空氣的場(chǎng)所都要用干燥機(jī)，如圖1所示，空壓機(jī)通過集氣罐連接干燥機(jī)，干燥機(jī)連接用氣端。
[0004]由于空壓機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，需要設(shè)置相應(yīng)的空壓機(jī)冷卻塔(以下簡(jiǎn)稱冷卻塔)的冷卻水循環(huán)來對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行冷卻，提高空壓機(jī)性能，保證空壓機(jī)可靠性運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖1所示，冷卻塔內(nèi)設(shè)置冷卻風(fēng)機(jī)，空壓機(jī)通過冷卻水循環(huán)回路連接冷卻塔，冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行，降低冷卻水循環(huán)回路中的冷卻水的溫度，進(jìn)而對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行冷卻，冷卻水循環(huán)回路上設(shè)置與空壓機(jī)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥門和循環(huán)水泵。
[0005]空壓機(jī)群的控制系統(tǒng)是氣動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域的核心技術(shù)，以壓縮空氣為基質(zhì)的氣動(dòng)系統(tǒng)由于成本相對(duì)較低、無污染、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于氣功系統(tǒng)負(fù)荷變化頻繁，且變化幅度較大，合理配置空壓機(jī)群系統(tǒng)變得尤為重要。在我國，由于空壓機(jī)群系統(tǒng)配置的不合理，空壓機(jī)群系統(tǒng)的能源利用效率偏低，存在著嚴(yán)重的浪費(fèi)。同時(shí)，由于在空壓站房中的空壓機(jī)群都對(duì)應(yīng)配置干燥機(jī)和冷卻塔進(jìn)行運(yùn)行，僅對(duì)空壓機(jī)群的控制系統(tǒng)不能滿足整個(gè)空壓站的節(jié)能控制要求，因此，在能源問題日益突出的今天，空壓站房控制系統(tǒng)的節(jié)能在中國有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種空壓站房的節(jié)能集群控制系統(tǒng)及方法，保證整個(gè)空壓站房的長期安全、經(jīng)濟(jì)、合理和高效運(yùn)行，控制系統(tǒng)能將全面數(shù)據(jù)傳送至工廠集控中心，實(shí)現(xiàn)全廠范圍統(tǒng)一管理。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種空壓站房的節(jié)能集群控制系統(tǒng)，空壓站房包括多個(gè)空壓機(jī)、多個(gè)通過集氣罐與空壓機(jī)對(duì)應(yīng)連接的干燥機(jī)和多個(gè)通過冷卻水循環(huán)回路連接空壓機(jī)的冷卻塔，所述冷卻水循環(huán)回路上設(shè)有循環(huán)水泵和電動(dòng)閥門，所述冷卻塔設(shè)有冷卻風(fēng)機(jī)，該系統(tǒng)包括:
[0009]用于采集壓縮空氣壓力的氣管壓力傳感器；
[0010]用于采集壓縮空氣流量的氣管流量計(jì)；
[0011]用于采集壓縮空氣露點(diǎn)的露點(diǎn)儀；
[0012]用于采集循環(huán)水泵出水壓力的水管壓力傳感器；
[0013]用于采集冷卻塔進(jìn)出水溫度的冷卻塔溫度傳感器；
[0014]通過CAN總線連接空壓機(jī)的空壓機(jī)中央控制器；
[0015]分別連接干燥機(jī)、循環(huán)水泵、冷卻風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門、氣管壓力傳感器、氣管流量計(jì)、露點(diǎn)儀、水管壓力傳感器、冷卻塔溫度傳感器和空壓機(jī)中央控制器的PLC控制器；
[0016]空壓機(jī)中央控制器通過CAN協(xié)議與空壓機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制，再將空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC控制器用于顯示，PLC控制器接收氣管壓力傳感器、氣管流量計(jì)、露點(diǎn)儀、水管壓力傳感器和冷卻塔溫度傳感器采集的監(jiān)控參數(shù)，并對(duì)干燥機(jī)、循環(huán)水泵、冷卻風(fēng)機(jī)和電動(dòng)閥門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
[0017]所述空壓機(jī)中央控制器通過通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接PLC控制器，所述通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過CAN總線連接空壓機(jī)中央控制器，并通過Modbus總線或Profibus總線連接PLC控制器。
[0018]還包括分別連接PLC控制器的上位機(jī)和HMI (Human Machine Interface，人機(jī)接口 )操作器，HMI操作器和上位機(jī)均接收PLC控制器中的各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)并顯示，同時(shí)HMI操作器根據(jù)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行設(shè)備報(bào)警、故障提示、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)定和設(shè)備啟停操作。
[0019]所述PLC控制器分別通過變頻器連接循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)機(jī)，PLC控制器將循環(huán)水泵出水壓力與設(shè)定的出水壓力對(duì)比后，通過PID調(diào)節(jié)輸出頻率信號(hào)給相應(yīng)的變頻器，進(jìn)而改變頻率來調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速使循環(huán)水泵出水壓力在一個(gè)設(shè)定范圍內(nèi)，同時(shí)PLC控制器將冷卻塔進(jìn)出水溫度與設(shè)定的進(jìn)出水溫度對(duì)比后，通過PID調(diào)節(jié)輸出頻率信號(hào)給相應(yīng)的變頻器，進(jìn)而改變頻率來調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速使冷卻塔的水溫小于設(shè)定的溫度。
[0020]所述多個(gè)空壓機(jī)構(gòu)成7Bar空壓機(jī)群和13Bar空壓機(jī)群，所述7Bar空壓機(jī)群包括多個(gè)不同產(chǎn)量的空壓機(jī)子群，7Bar空壓機(jī)群中最低產(chǎn)量的空壓機(jī)為變頻空壓機(jī)，所述13Bar空壓機(jī)群包括多個(gè)相同產(chǎn)量的變頻空壓機(jī)子群和定頻空壓機(jī)子群。
[0021]一種利用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空壓站房的節(jié)能集群控制方法，包括:
[0022]I)空壓機(jī)中央控制器進(jìn)行空壓機(jī)群控子方法，包括:根據(jù)設(shè)定的次序自動(dòng)切換相應(yīng)的空壓機(jī)運(yùn)行，并自動(dòng)累積各個(gè)空壓機(jī)運(yùn)行的時(shí)間，使每個(gè)空壓機(jī)的運(yùn)行時(shí)間相等，同時(shí)通過氣管壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮空氣壓力的變化，與設(shè)定的氣壓值對(duì)比后對(duì)空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)的空壓機(jī)發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，停止故障的空壓機(jī)并投入備用空壓機(jī)；
[0023]2) PLC控制器進(jìn)行干燥機(jī)群控子方法，包括:在開啟一個(gè)空壓機(jī)前先開啟一個(gè)干燥機(jī)，干燥機(jī)處理量與空壓機(jī)出氣量相等，在關(guān)閉一個(gè)空壓機(jī)時(shí)關(guān)閉相應(yīng)的干燥機(jī)，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的次序自動(dòng)切換相應(yīng)的干燥機(jī)運(yùn)行，并自動(dòng)累積各個(gè)干燥機(jī)運(yùn)行的時(shí)間，使每個(gè)干燥機(jī)的運(yùn)行時(shí)間相等，同時(shí)通過露點(diǎn)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮空氣露點(diǎn)進(jìn)行露點(diǎn)處理，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)的干燥機(jī)發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，停止故障的干燥機(jī)并投入備用干燥機(jī)；
[0024]3)PLC控制器進(jìn)行循環(huán)水泵控制子方法，包括:多個(gè)循環(huán)水泵為同頻調(diào)節(jié)，根據(jù)設(shè)定的次序自動(dòng)切換相應(yīng)的循環(huán)水泵運(yùn)行，并自動(dòng)累積各個(gè)循環(huán)水泵運(yùn)行的時(shí)間，使每個(gè)循環(huán)水泵的運(yùn)行時(shí)間相等，同時(shí)通過水管壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)循環(huán)水泵出水壓力，與設(shè)定的出水壓力對(duì)比后進(jìn)行變頻定壓控制，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)的循環(huán)水泵發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，停止故障的循環(huán)水泵并投入備用循環(huán)水泵；
[0025]4) PLC控制器進(jìn)行冷卻塔控制子方法，包括:多個(gè)冷卻塔中的冷卻風(fēng)機(jī)為同頻調(diào)節(jié)，通過冷卻塔溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻塔進(jìn)出水溫度，與設(shè)定的進(jìn)出水溫度對(duì)比后進(jìn)行變頻控制；
[0026]5)PLC控制器進(jìn)行空壓機(jī)冷卻水進(jìn)水電動(dòng)閥門控制子方法，包括:開啟一個(gè)空壓機(jī)前開啟對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥門，關(guān)閉一個(gè)空壓機(jī)后，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥門延時(shí)關(guān)閉。
[0027]所述空壓機(jī)中央控制器進(jìn)行空壓機(jī)群控子方法中通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮空氣壓力的變化進(jìn)行壓力控制包括以下方式:
[0028]a)當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的壓縮空氣壓力小于設(shè)定的氣壓值的下限，則自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行中的空壓機(jī)，使其處于加載運(yùn)行，當(dāng)加載運(yùn)行后實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的壓縮空氣壓力仍小于設(shè)定的出水壓力的下限，則自動(dòng)開啟備用空壓機(jī)，增加供氣量，直到壓縮空氣壓力大于設(shè)定的出水壓力的下限；
[0029]b)當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的壓縮空氣壓力大于設(shè)定的氣壓值的上限，則依次自動(dòng)卸載運(yùn)行中的空壓機(jī)