一種基于不同類型空氣壓縮設備的綜合控制系統與方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于空氣壓縮機領域，涉及一種多機型、多品牌不同類型空氣壓縮設備的綜合控制系統與方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代化生產的迅速的發展，壓縮空氣已成為人類生產生活中不可或缺的一大能源一一氣源，其應用在生產生活中越來越廣泛，其所消耗的能源所占的比例也越來越大。
[0003]空氣壓縮控制的一個重要目標就是節省系統能耗。空氣壓縮系統的節能主要通過節省氣源發生裝置即空氣壓縮機的能耗實現，對于整個空氣壓縮機組系統來說，節省空氣壓縮機組的能耗就必須要使設備最大程度地做有用功。
[0004]典型的空氣壓縮系統具有多品牌、多類型的特點，常常一個空氣壓縮系統管網中就包含兩種以上不同制造能力的設備，不同品牌特性的設備，以及不同壓縮原理的設備。目前國內外眾多廠家都推出了各具特色的產品，主要可以分為兩大類:廠家產品和第三方企業開發的產品。由于廠家的自我保護意識和第三方的非專業性使控制系統存在問題較多，主要體現在以下兩個方面:一是控制系統的功能僅能用于監視。大多的控制系統其實只是實現了一個監視的功能，僅能提供設備運行的狀態和報警等功能。二是控制系統對操作人員要求較高。目前空氣壓縮系統的智能化程度并不高，只能稱為半自動化設備，一旦系統出現突然的狀況，系統本身不能及時處理。因此，只有不斷調整參數系統才能正常運行，這就要求操作人員對整個系統相當地熟悉。
[0005]公開號為CN101526080A、名稱為“空氣壓縮機組節能控制系統及方法”的中國發明專利，公開了一種壓縮機組變頻節能控制方法，該方法具有自動診斷壓力變化趨勢的功能，能夠對壓力變化做出快速反應，從而節省了能源。該方法適用用戶一直處于波動用氣的情況，但如果用于機器保養時部分機器用戶可能會作為備用機一周才運行一兩次的情況，特別是多品牌不同類型設備的統一控制時，效果不佳。

【發明內容】

[0006]針對現有技術中存在的上述問題，本發明提出一種基于不同類型空氣壓縮設備的綜合控制系統與方法，對目前工業通用設備中的雙螺桿式空氣壓縮機、離心式空氣壓縮機及活塞式空氣壓縮機進行集中控制，實現多品牌多類型多規格協調供氣，從而達到節能目的。
[0007]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。
[0008]一種基于不同類型空氣壓縮設備的綜合控制系統，包括:主控制單元，中間控制單元，終端控制單元I?n，被控制的空氣壓縮機組I?n，所述主控制單元、所述中間控制單元和所述終端控制單元通過通信模塊進行數據交換，所述中間控制單元、所述終端控制單元I?η均與CAN總線相連，所述終端控制單元I?η分別與被控制的空氣壓縮機組I?η相連。η為所述空氣壓縮機組的數量。
[0009]進一步地，所述中間控制單元用于空氣壓縮機組的管網壓力控制及報警應急處理。所述中間控制單元包括通信模塊、邏輯控制模塊和數據存儲模塊。所述通信模塊用于所述中間控制單元與主控制單元、終端控制單元之間的通信。所述邏輯控制模塊用于當主控制單元通信失效時，按邏輯控制方式實施控制。
[0010]進一步地，所述主控制單元包括處理器模塊、通信模塊、人機交互模塊。所述處理器模塊分別與通信模塊、人機交互模塊相連。所述處理器模塊是數據處理及控制中心。所述通信模塊用于傳送控制指令，實現所述主控制單元與中間控制單元、終端控制單元之間的通信。
[0011]進一步地，所述終端控制單元從所述空氣壓縮機組獲取控制量信號，并根據所述主控制單元或中間控制單元的指令，對所述空氣壓縮機組實施控制。所述終端控制單元包括信號處理模塊、通信模塊、控制量傳感器模塊和報警模塊。所述通信模塊用于所述終端控制單元與中間控制單元、主控制單元之間的通信。所述控制量傳感器模塊安裝在所述空氣壓縮機組上。所述報警模塊用于空氣壓縮機組發生故障時發出報警信號。
[0012]進一步地，所述控制量傳感器模塊包括壓力傳感器、流量傳感器。所述壓力傳感器安裝在空氣壓縮機組的管網中便于數據采集的位置，流量傳感器放置于主管道中。
[0013]進一步地，所述空氣壓縮機組I?η包括雙螺桿式空氣壓縮機、離心式空氣壓縮機及活塞式空氣壓縮機。
[0014]一種應用所述系統進行綜合控制的方法，包括以下步驟:
[0015]步驟1，終端控制單元從空氣壓縮機組實時獲取控制量信號，并進行信號處理，將模擬信號轉換成數字信號。
[0016]步驟2，所述終端控制單元將控制量信號由CAN總線或通信模塊發送給中間控制單元。
[0017]步驟3，所述控制量信號在所述中間控制單元中進行預處理后，送到主控制單元。所述預處理包括抗干擾濾波和數據分類處理。
[0018]步驟4，所述主控制單元根據所述控制量信號的變化量及對應的響應時間，按照所述空氣壓縮機組的控制模型判斷所述空氣壓縮機組的工作狀態。
[0019]步驟5，所述主控制單元根據所述空氣壓縮機組的工作狀態，發出控制指令至中間控制單元，按重要性排序后再發送到終端控制單元，實現對所述空氣壓縮機組的控制。
[0020]進一步地，所述控制量信號包括壓力信號、流量信號和頻率信號。所述壓力信號、流量信號分別由壓力傳感器、流量傳感器獲得，所述頻率信號由空氣壓縮機組的變頻器獲得。
[0021]進一步地，所述控制模型包括總體控制模型和個體控制模型。其中，
[0022]總體控制模型:根據空氣壓縮機組的壓力、流量和所缺少流量的對應關系，對空調余量進行評估。根據空調余量及所需的流量確定需要開啟空氣壓縮機組的數量，然后計算啟動這些空氣壓縮機組所用的時間，當達到時間節點時啟動空氣壓縮機組。
[0023]個體控制模型:對于離心式空氣壓縮機組，根據啟動響應時間、熱備機響應時間和匯入管線后流量的變化進行多元計算，并進行匯總、統計；對于螺桿式空氣壓縮機組，根據啟動響應時間、變頻式響應時間和匯入管線的流量變化進行多元計算，并進行匯總、統計；對于其他類型的空氣壓縮機組，采用自學習優化方法，根據實際的變化對同類模型進行修正。
[0024]進一步地，所述主控制單元出現問題或故障或掉電時，所述中間控制單元無法與所述主控制單元通信，所述主控制單元將控制權自動移交到所述中間控制單元，在所述中間控制單元控制下，所述空氣壓縮機組最低壓力時啟動，最高壓力時卸載及適時停機。所述中間控制單元失效時，終端控制單元無法接收到中間控制單元的指令，在所述終端控制單元控制下，所述空氣壓縮機組以加卸載的方式進行保壓運行。所述主控制單元和中間控制單元均出現問題時，由終端控制單元實施控制，使空氣壓縮機組以加載與卸載的方式進行保壓運行。
[0025]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0026]本發明根據空氣壓縮設備的壓力、流量和頻率等控制量的實時變化，應用不同類型空氣壓縮設備的控制模型，實現了對目前工業通用設備中的雙螺桿式空氣壓縮機、離心式空氣壓縮機及活塞式空氣壓縮機的綜合控制，達到了節能的目的。實驗表明，本發明所述控制系統運行穩定，節能效果達到30%以上。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明所述空氣壓縮綜合控制系統的組成框圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0029]本發明提出一種基于不同類型空氣壓縮設備的綜合控制系統與方法，針對不同類型的空氣壓縮設備建立不同的控制模型，實現多品牌多類型多規格協調供氣控制。圖1是一種智慧型壓縮空氣系統(Intelligence Compressed air management systems，簡稱 IMS或ICMS)的組成框圖，包括:主控制單元，中間控制單元，終端控制單元I?n，空氣壓縮機組I?η。主控制單元位于監控室，中間控制單元位于站房，終端控制單元位于空氣壓縮機組附近或者內部。主控制單元、中間控制單元和終端控制單元通過通信模塊進行數據交換。中間控制單元、終端控制單元I?η均與CAN總線相連，終端控制單元I?η分別與被控制的空氣壓縮機組I?η相連。η為空氣壓縮機組的數量。
[0030]所述終端控制單元I?η從所述空氣壓縮機組I?η實時獲取控制量信號，并將所述控制量信號送到所述中間控制單元，所述控制量信號經所述中間控制單元進行預處理后送到所述主控制單元，所述主控制單元根據所述控制量信號的變化情況發出控制指令，通過所述中間控制單元傳送給所述終端控制單元I?η，對所述空氣壓縮機組I?η進行控制。
[0031]中間控制單元用于基本的管網壓力控制及報警應急處理。中間控制單元包括通信模塊、邏輯控制模塊和數據存儲模塊。通信模塊用于中間控制單元與主控制單元、終端控制單元之間的通信。邏輯控制模塊采用處理器芯片，其主要功能是當主控制單元通信失效時，按邏輯控制方式對各單元進行控制；而當主控制單元通信正常時，對數據進行預處理和按指令進行控制。所述預處理包括抗干擾濾波，數據分類處理。數據存儲模塊用于實時存儲所述終端控制單元采集到的空氣壓縮機運行的控制量數據。
[0032]主控制單元包括處理器模塊、通信模塊和人機交互模塊。處理器模塊分別與通信模塊、人機交互模塊相連。處理器模塊是數據處理及控制中心，按客戶需求置入優化控制程序，實現最優化控制。通信模塊用于主控制單元與中間控制單元、終端控制單元之間的通信。人機交互模塊是用戶面向界面的匹配處理器，用于設置控制參數進行調試和與現場運行環境進行匹配。設置的控制參數如:工作壓力范圍(最低工作壓力、最高工作壓力)，每個設備的主要技術參數(起動時間、加載時間、通訊方式等)，系統響應時間(可以調整避免系統超調)。
[0033]終端控制單元用于獲取所述空氣壓縮機組的控制量信號，并根據所述主控制單元或中間控制單元的指令，對所述空氣壓縮機組實施控制。終端控制單元包括信號處理模塊、通信模塊、控制量傳感器模塊和報警模塊。信號處理模塊用于對從空氣壓縮機組獲取的控制量信號進行處理，將模擬信號轉換成數字信號。通信模塊用于終端控制單元與中間控制單元、主控制單元之間的通信。控制量傳感器模塊用于獲取空氣壓縮機組的控制量信號，包括壓力傳感器、流量傳感器、頻率傳感器。壓力傳感器安裝在管網中適合數據采集的位置；流量傳感器安裝在主管道上。所述報警模