專利名稱：空壓機智能節能控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種空壓機智能節能控制裝置，屬于空壓機控制技 術領域。
背景技術：
目前空壓機的控制方式多為開關進氣口閥門加載卸載來調節氣壓。即當 用氣量減少時，氣壓增加，到達上限壓力時，關閉進口閥門，使空壓機處于 空載狀態，沒有氣體壓出，這時空壓機在做無用功，當氣壓低于下限壓力時， 進氣口閥門打開加載。這種工作方式會帶來氣壓不穩，影響產品質量。當氣 壓高時電機的負荷增大，耗電量增加。當氣壓低時，空壓機卸載，電機處于 空載狀態，做無用功，也是在浪費能源。且當氣壓高時，管道滲漏也是耗電 的一種表現。這種工作方式已不能滿足現代工業的發展。空壓機的驅動軸 上所需要的軸功率，與排氣壓力、空壓機轉速有直接的關系，也就是說，在 實際運行中，由手壓縮空氣的使用隨時在變化，空壓機并不經常在額定工況 下運行，而空壓機排氣壓力的高低則直接影響到實際軸功率的大小。排氣壓 力越高，所需軸功率也越大。為滿足用氣量的隨時變化要求，儲氣罐內氣體 必須保持一定的壓力，目前大多數空壓機均采用切斷進氣的調節方式來改變 排至儲氣罐的氣量。對于空壓機氣量的供求關系表現為排氣壓力的變化，空 壓機排氣量正好滿足生產用氣量要求時，儲氣壓力保持不變。若能維持這種 狀態當然最佳，但實際上用氣量是隨時變化的，而且設計冗余量較大，所以 空壓機排氣量都要大于用氣量。如果空壓機仍恒速運轉，則儲氣罐內的氣體越積越多，當罐內壓力上升達到設定壓力時， 一般采用兩種辦法
1. 空壓機卸荷運行，不產生壓縮氣體，電動機處于空載運轉，其用電 量仍為滿負載的30-60°/。，這部分電能被白白浪廢掉。
2. 停止空壓機運行，這樣似乎空壓機空轉或不斷放空所浪費的電能被
消除了，但是若無容積較大的儲氣罐，將會帶來電動機的頻繁啟動，空壓機
的空載啟動電流大約是額定電流的5-7倍，對電網及其它用電設備沖擊較大， 同時使空壓機的使用壽命也會縮短。
靠機械方式調節進氣閥，使供氣量無法連續調節，當用氣量不斷變化時， 供氣壓力不可避免地產生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加 上頻繁調節進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。
頻繁采用打開和關閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。 發明內容
本實用新型提出一種利用恒壓供氣控制的空壓機智能節能控制裝置，旨 在克服現有技術所存在的上述缺陷。
本實用新型的技術解決方案其結構是設定壓力參數的觸摸屏的輸出端
連接PLC的第一輸入端，壓力變送器的輸出端連接PLC的第二輸入端，PLC 的輸出端連接變頻器的輸入端，變頻器的輸出端連接空壓機的輸入端，空壓 機的輸出端通過儲氣罐接壓力變送器的輸入端。
本實用新型優點(l)節能性好，節空壓機智能節能系統控制壓縮機
與傳統控制的壓縮機比較，能源節約是最有實際意義的。根據空氣量需求來
供給的壓縮機工控是經濟的運行狀況。節省電費約20°/。以上，約半年即可回 收投入的資金；(2)運行成本降低，傳統壓縮機的運行成本由三項組成初 始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的77%。通過能源成本降低44.3%，再加上變頻起動后對設備的沖擊減少，維 護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低；(3)提高壓力控制精度， 變頻控制系統具有精確的壓力控制能力，使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空 氣系統所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉速的改變 而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高，所以它可以使管網的系統壓力 變化保持在士0.2bar范圍內，有效地提高了工況的質量；(4)延長壓縮機的 使用壽命，空壓機智能節能系統從OHz起動壓縮機，它的起動加速時間可以 調整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強 系統的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長；(5)降低了空壓機的噪音，根據 壓縮機的工況要求，變頻調速改造后，電機運轉速度明顯減慢，因此有效地 降了空壓機運行時的噪音。噪音與原系統比較下降約3至7分貝；空壓機智 能節能系統能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。供氣壓力穩定， 通過壓力調節器，可使空壓機保持在設定的壓力值下工作，壓力穩定可靠性 高，而且壓力可以無級設定，隨時可調。電機實現軟啟動，壓縮機的使用壽 命及檢修周期都將得到大大延長。空壓機排氣量由空壓機的轉速來控制，氣 缸內氣閥片不再反復地開啟和關閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免 了高溫、高壓氣體急劇的流動與沖擊，維修工作量減少。

附圖1是空壓機智能節能系統的節能原理示意圖。 附圖2是空壓機變頻控制系統主回路圖。 附圖3是空壓機變頻控制系統二次回路圖。 附圖4是變頻器控制電路圖。 附圖5是PLC控制電路圖。附圖6是壓力反饋電路圖。 附圖7是空壓機主電路圖。附圖8是在原空壓機控制二次回路中增加了中間繼電器KA5觸點、中間繼電器KA6線圈的電路圖。
具體實施方式
對照附圖1，其結構是設定壓力參數的觸摸屏的輸出端連接PLC的第一 輸入端，壓力變送器的輸出端連接PLC的第二輸入端，PLC的輸出端連接變 頻器的控制端，變頻器的輸出端連接空壓機的輸入端，空壓機的輸出端通過 儲氣罐接壓力變送器輸入端。對照附圖2，其結構是包括電流互感器TA、輸入電抗器DK、避雷器BL、 變頻器V/F、接觸器KM1和接觸器KM2常開觸點、熔斷器FU、轉換開關SA、 電壓表PV、電流表PA、電扇DF、空氣開關QF、觸摸屏HMI、開關電源DY， 其中輸入電抗器DK與變頻器V/F對應相接；輸入電抗器DK的輸入端連接避 雷器BL。對照附圖3;其結構是包括接觸器KM1和KM2常閉觸點、轉換開關SA1、 中間繼電器KA1線圈，中間繼電器KA5線圈、接觸器KM2線圈、接觸器KM1 線圈，完成變頻控制系統的工頻和變頻間的轉換，指示變頻控制系統的工作 狀態，實現變頻控制系統的啟、停。對照附圖4，其結構是包括變頻器V/F、中間繼電器KA2線圈、中間繼 電器KA3線圈，變頻器V/F的控制端與中間繼電器KA2線圈、中間繼電器KA3 線圈相接。對照附圖5'，其結構是CPU的輸入端與接觸器KM1、 KM2常開觸點，中 間繼電器KA1、 KA2、 KA3、 KA6常開觸點相接，中間繼電器KA4線圈與CPU對照附圖7，其結構是包括交流接觸器M常開觸點、交流接觸器D常開 觸點、交流接觸器S常開觸點、電動機M1，其中交流接觸器M常開觸點與電 動機M1相接，交流接觸器D常開觸點與交流接觸器M常開觸點、電動機M1 相接，交流接觸器S常開觸點與電動機M1相接。對照附圖8，其結構是所述的中間繼電器KA5觸點、中間繼電器KA6 線圈接在空壓機控制電路中的輸出端子CN7上。所述的PLC存儲來自觸摸屏的給定信號，例如要求壓力維持在0.7Kg 左右，那么PLC就將與此模擬量對應的數字量存儲在存儲單元內，同時PLC 采集壓力傳感器傳送過來的模擬量，將其轉化成數字量后與先前存儲的模擬 量對比計算(計算由存儲在PLC里面的程序來完成)產生控制信號，此控制 信號是接到變頻器控制端的，當壓力變送器傳送過來的壓力值小于觸摸屏設 定的壓力值時，PLC給變頻器升頻信號，使變頻器的運行頻率升高，此時控 制電機的轉速加快，壓縮機的壓縮量加大，使儲氣罐里面的儲氣壓力升高， 直到儲氣罐的壓力與設定的壓力相符。當壓力變送器傳送過來的壓力值大于 觸摸屏設定的壓力值時，控制過程則相反。所述的壓力變送器能檢測到0. IMP的壓力變化，此壓力變送器是將儲 氣罐里面的壓力線性轉化為電流信號，傳給PLC。所述的變頻器采用西門子標準變頻器麗440，其輸入電壓為380V 480V，輸楚頻率為0HZ 50HZ，作為伺服驅動，主要是在PLC的控制信號下 變換電源電壓的頻率，給空壓機的電動機提供電源。所述的i壓機變頻控制系統二次回路中的第二中間繼電器KA2常開觸點一端與控制電源母線相接，另一端與綠色指示燈相接；第一轉換開關SA1的一端與控制電源母線相接，第一轉換開關SA1的另一端與第一接觸器(KM1) 的常閉觸點一端相接，第一接觸器KMl的常閉觸點另一端與第二接觸器(KM2) 線圈一端相接，第二接觸器KM2線圈另一端與零線相接；第二接觸器KM2常 閉觸點的一端與第一轉換開關SA1相接，第二接觸器KM2常閉觸點的另一端 與第一接觸器KM1線圈和第五中間繼電器KA5線圈一端相接，第一接觸器KM1 線圈和第五中間繼電器KA5線圈另一端與零線相接；故障解除按鈕一端與控 制電源母線相接，故障解除按鈕另一端與第三中間繼電器KA3常開觸點一端 相接，第三中間繼電器KA3常開觸點另一端與警鈴一端相接，警鈴另一端與 零線相接；第二轉換開關SA2—端與控制電源母線相接，第二轉換開關SA2 另一端與第一接觸器KMl常開觸點一端相接；第一接觸器KM1常開觸點另一 端與交流接觸器常開觸點一端相接，交流接觸器常開觸點另一端與第三中間 繼電器KA3常閉觸點一端相接，第三中間繼電器KA3常閉觸點另一端與第一 中間繼電器KA1線圈一端相接，第一中間繼電器KA1線圈另一端與零線相接。所述的變頻器控制電路包括變頻器V/F、第二中間繼電器KA2線圈、第 三中間繼電器KA3線圈，其中變頻器V/F的控制端與第二中間繼電器KA2線 圈、第三中間繼電器KA3線圈相接。所述的PLC控制電路中的CPU的輸入端與第一接觸器KM1、第二接觸器 KM2常開觸點、第一中間繼電器KA1、第二中間繼電器KA2、第三中間繼電器 KA3、第六中間繼電器KA6常開觸點相接，第四中間繼電器KA4線圈與CPU 的輸出端相接。所述的空壓機主電路中的第一交流接觸器M常開觸點一端與電動機Ml 相接，第一交流接觸器M常開觸點另一端與第二交流湊觸器D常開觸點一端所述的空壓機控制二次回路中的第五中間繼電器KA5觸點、第六中間 繼電器KA6線圈接在空壓機控制電路中的輸出端子CN7上。利用變頻器通過改變電機頻率來調節轉速，變頻控制即通過改變電動 機的轉速來控制空壓機單位時間的出風量，從而達到控制管路的壓力，具有 明顯的節能效果。應用變頻器進行恒壓供氣控制時，把管網壓力作為控制對 象，由觸摸屏設定壓力參數PO轉變為設定壓力電信號A通過其輸出端傳送 給PLC,壓力變送器也將空壓機的儲氣罐壓力P轉變為儲氣罐壓力電信號B 送給PLC ，通過設定壓力電信號A與儲氣罐壓力電信號B比較，并根據差值 的大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控制信號送入變頻器，由于電 機的轉速與電源的頻率是近似成正比的，所以經變頻器改變輸入電壓的頻率 后驅動空壓機的電機，電機的電壓頻率改變也就改變了電機的轉速，當壓力 變送器傳送過來的壓力值小于觸摸屏設定的壓力值時，PLC給變頻器升頻信 號，使變頻器的運行頻率升高，此時控制電機的轉速加快，壓縮機的壓縮量 加大，使儲氣罐里面的儲氣壓力升高，直到儲氣罐的壓力與設定的壓力相符。 當壓力變送器傳送過來的壓力值大于觸摸屏設定的壓力值時，控制過程則相 反。從而使實際壓力P始終接近設定壓力PO。同時，該方案可增加工頻與節 能切換功能，并保留原有的控制和保護系統。空壓機變頻節能系統原理如下:在人機界面(HMD上輸入一個壓力設定值， 通過壓力變送器測得的儲氣罐壓力值由PLC與壓力的設定值相比較，得到偏差，由PLC計算出并輸出給變頻器模擬量控制信號，控制變頻器調整電 動機的轉速，使儲氣罐壓力變化，直到與給定壓力值相同。空壓機智能節能系統采用智能可編程軟件固化在微處理器上，通過電子 線路對負載進行實時檢測與跟蹤，實時控制晶閘管的導通角，百分之一秒以 內提供空壓機最適宜的工作電壓與電流，使空壓機的輸出功率與實時負載剛 好匹配，并能減低銅損、鐵損，改善空壓機起動、停機性能，達到節電效果。另外，空壓機智能節能系統具備軟啟動與緩和停機功能，由于變頻器是 從較低的頻率啟動運行，驅動電機也是在較低的頻率下啟動，所以實現了電 機的軟啟動，避免了全電壓啟動對電機造成的損害。停機時，變頻器的輸出 電壓頻率會降到一個低點，形成一個斜坡下降的過程，驅動電機的轉速也跟 隨形成一個緩和降速的過程，從而實現緩和停機，能減少空壓機由于啟動與 停機對供電系統的沖擊，并保護空壓機與空氣開關等。同時，空壓機智能節 能系統能降低空壓機的溫升與噪音，改善工作環境！由于空壓機可以在保證生產所需要的最低壓力下運行，電機輸入功率大 大下降，輔以壓力閉環控制，實現空壓機的供氣壓力一轉速的動態匹配，減 少了電機的實際輸入功率，達到節能目的。即電機的轉速由供氣壓力來控制， 壓縮機需要多大的功率，電機就輸出多大的功率，而不必做無用功，從而取 得良好的節能效果。節能的第二方面是空壓機停止了空轉，電機不存在輕載 運行。空壓機智能節能系統各項指標分析1)電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不超過士0.2bar。 2)系統具有節能和工頻兩套控制回路，通常情況下空壓機在變頻器的驅動下運行在變頻狀態，為了防止變頻器故障時出現空壓機停 機的情況，加入的旁路系統可將變頻器旁路，使空壓機運行在工頻狀態下，這兩者只需要一個裝在柜面上的轉換開關既可實現。3)根據空壓機的工控 要求，系統保障電動機具有恒轉矩運行特性。4)為了防止非正弦波干擾空 壓機控制器，空壓機智能節能系統輸出端加裝了變頻器專用的濾波器，濾除 了電源電壓中高次諧波，使經過變頻后的電壓波形更加平緩，有效地抑制了 電磁干擾。5)在用電氣量小的情況下，空壓機智能節能系統處在低頻運行 時，保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。6)考慮到系統以 后擴展問題，空壓機智能節能系統滿足將來工控擴展的要求。7)在該空壓 機智能節能系統上端加裝輸入電抗器，有效的抑制了空壓機智能節能系統對電網的干擾。本系統還具有變頻運行和工頻運行轉換開關，可根據需要進行選擇切換。工頻運行打開節能柜空氣開關和原機電源開關，在停機狀齊下，將 變頻柜上的"工頻一變頻"轉換開關置于工頻位置即可安原啟動方法啟動空 壓機。工頻運行時可以關閉軟件柜(PLC)的電源。變頻運行打開節能柜空氣開關和原機電源開關，并檢査確認各柜散 熱風機運行狀態良好。在停機狀態下，將變頻柜上的"工頻一變頻"轉換開 關置于"變頻"位置，空壓機進入變頻節能運行狀態。在人機界面上完成參 數設定后，在原機操作界面上按照原來的啟動方法啟動空壓機。空壓機智能節能系統不會產生產品產量或性能品質下降的情況。它能夠 有效降低空壓機溫升和噪音，延長空壓機維護周期和使用壽命，對降低生產成本及提高品質穩定性有良好作用。空壓機智能節能系統電源來電不必經整 流、振蕩環節，且自身耗電低，明顯提高了空壓機的總效率。其微電腦處理 系統能夠準確、快速、可靠地檢測負載來智能節電，此技術達到了世界最領 先水平。盡管空壓機智能節能系統技術先進、成熟可靠，但由于它結構簡單， 與其他節電比較，它的投資是低廉的，節能率更高、更穩定，收益是長期的、 巨大的。
權利要求1、空壓機智能節能控制裝置，其特征是設定壓力參數的觸摸屏的輸出端連接PLC的第一輸入端，壓力變送器的輸出端連接PLC的第二輸入端，PLC的輸出端連接變頻器的輸入端，變頻器的輸出端連接空壓機的輸入端，空壓機的輸出端通過儲氣罐接壓力變送器輸入端。
2、 根據權利要求1所述的空壓機智能節能控制裝置，其特征是所述的 空壓機變頻控制系統中的輸入電抗器與變頻器V/F對應相接；輸入電抗器的 輸入端連接避雷器。
3、 根據權利要求l所述的空壓機智能節能控制裝置，其特征是所述的 空壓機變頻控制系統二次回路中的第二中間繼電器(KA2)常開觸點一端與 控制電源母線相接，另一端與綠色指示燈相接；第一轉換開關(SA1)的一 端與控制電源母線相接，第一轉換開關(SA1)的另一端與第一接觸器(KM1) 的常閉觸點一端相接，第一接觸器(KM1)的常閉觸點另一端與第二接觸器 (KM2)線圈一端相接，第二接觸器(KM2)線圈另一端與零線相接；第二接觸器(認2)常閉觸點的一端與第一轉換開關(SA1)相接，第二接觸器(KM2) 常閉觸點的另一端與第一接觸器(KM1)線圈和第五中間繼電器(KA5)線圈 一端相接，第一接觸器(KM1)線圈和第五中間繼電器(KA5)線圈另一端與 零線相接；故障解除按鈕一端與控制電源母線相接，故障解除按鈕另一端與 第三中間繼電器(KA3)常開觸點一端相接，第三中間繼電器(KA3)常開觸 點另一端與警鈴一端相接，警鈴另一端與零線相接；第二轉換開關(SA2) 一端與控制電源母線相接，第二轉換開關(SA2)另一端與第一接觸器(KM1) 常開觸點一端相接；第一接觸器(KM1)常開觸點另一端與交流接觸器常開觸點一端相接，交流接觸器常開觸點另一端與第三中間繼電器(KA3)常閉 觸點一端相接，第三中間繼電器(KA3)常閉觸點另一端與第一中間繼電器 (KA1)線圈一端相接，第一中間繼電器(KA1)線圈另一端與零線相接。
4、 根據權利要求l所述的空壓機智能節能控制裝置，其特征是所述的 變頻器控制電路包括變頻器V/F、第二中間繼電器(KA2)線圈、第三中間繼 電器(KA3)線圈，其中變頻器V/F的控制端與第二中間繼電器(KA2)線圈、 第三中間繼電器(KA3)線圈相接。
5、 根據權利要求l所述的空壓機智能節能控制裝置，其特征是所述的 PLC控制電路中的CPU的輸入端與第一接觸器(KM1)、第二接觸器(KM2) 常開觸點、第一中間繼電器(KA1)、第二中間繼電器(KA2)、第三中間繼 電器(KA3)、第六中間繼電器(KA6)常開觸點相接，第四中間繼電器(KA4) 線圈與CPU的輸出端相接。
6、 根據權利要求l所述的空壓機智能節能控制裝置，其特征是所述的 空壓機主電路中的第一交流接觸器(M)常開觸點一端與電動機(Ml)相接， 第一交流接觸器(M)常開觸點另一端與第二交流接觸器(D)常開觸點一端 相接，第二交流接觸器(D)常開觸點另一端與第一交流接觸器(M)常開觸 點一端相接，第一交流接觸器(M)常開觸點另一端與電動機(Ml)相接， 第三交流接觸器(S)常開觸點與電動機(Ml)相接。
7、 根據權利要求l所述的空壓機智能節能控制裝置，其特征是所述的 空壓機控制二次回路中的第五中間繼電器(KA5)觸點、第六中間繼電器(KA6) 線圈接在空壓機控制電路中的輸出端子(CN7)上。
專利摘要本實用新型是空壓機智能節能控制裝置，其結構是設定壓力參數的觸摸屏的輸出端連接PLC的第一輸入端，壓力變送器的輸出端連接PLC的第二輸入端，PLC的輸出端連接變頻器的輸入端，變頻器的輸出端連接空壓機的輸入端，空壓機的輸出端通過儲氣罐接壓力變送器輸入端。本實用新型優點節能性好，節省電費約20％以上，約半年即可回收投入的資金；運行成本降低，能源成本降低44.3％；提高壓力控制精度，可以使管網的系統壓力變化保持在±0.2bar范圍內，有效地提高了工況的質量；延長壓縮機的使用壽命；降低了空壓機的噪音，噪音與原系統比較下降約3至7分貝；供氣壓力穩定可靠性高，隨時可調。
文檔編號F04C28/00GK201407155SQ20092003690
公開日2010年2月17日 申請日期2009年2月27日 優先權日2009年2月27日
發明者剛 張, 建 章, 趙后銀 申請人:南京昱天高新能源科技發展有限公司