CN101725515B

CN101725515B - 空压机节能控制方法

Info

Publication number: CN101725515B
Application number: CN 200910112770
Authority: CN
Inventors: 黄建川; 余延坤
Original assignee: Xiamen Wanshu Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Xiamen Wanshu Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-11-12
Also published as: CN101725515A

Abstract

本发明主要公开了一种空压机节能控制方法，空压机的电动机设置有变频启动和工频启动两种方式，该两种方式的选择由接触器形成的控制电路来实现。变频启动由变频器驱动，变频器对电动机的控制信号依据空压机的储气罐上的压力变送器而定。同时，本发明中采用DCS(Distributed Control System分布式控制系统，又称集散控制系统)，压力变送器就是DCS的数据采集站，变频器为DCS的控制对象，远程计算机或者工业计算机作为DCS的操作员站或工程师站。本发明具有节能、控制精度高、能耗小、性能优异的特点。

Description

空压机节能控制方法

技术领域

本发明涉及空气压缩机(简称空压机)的节能技术领域，特别与一种空压机节能控制方法有关。

背景技术

现有空压机的主电机运行方式大多为星-角减压起动后全压运行。机组运行于进气阀开、关控制方式，储气罐的压力上限时关阀，储气罐的压力下限时开阀，效率低，运行电流大，设备能耗大。

现场操作人员为节约电力，不得不采取人工开机、关机，这样不但劳动强度大，而且控制不够及时，机组启动频繁。机组频繁启动增加负荷，冲击电流大，启动能耗高，对设备和电网冲击大。

同时，电磁阀动作频繁，损坏率高。功率因数低，无功损耗大。当供气压力偏低时，不能满足工艺要求；当供气压力偏高时，电耗高。但为满足工艺要求势必要供气压力偏高，从而造成供气成本高，能耗高。又由于运行转速高，以及进气阀门启闭频繁，造成机房噪音大。

还有，一般空压机具有工频或变频一种工作状态，这样工作方式单一，当发生变频器或者工频支路损坏时，就无法正常工作。

鉴于此，本发明人设计出一种空压机节能控制方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种空压机节能控制方法，具有工频/变频切换功能，克服电磁阀频繁动作，避免人工开关电机导致控制不及时，降低能耗。

本发明的另一目的在于消除变频器所带来的谐波和噪声，提高功率因数。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

空压机节能控制方法，空压机的电动机设置有变频启动和工频启动两种方式，该两种方式的选择由接触器形成的控制电路来实现；变频启动由变频器驱动，变频器对电动机的控制信号依据空压机的储气罐上的压力变送器而定；同时，本发明中采用DCS(DistributedControl System分布式控制系统，又称集散控制系统)，压力变送器就是DCS的数据采集站，变频器为DCS的控制对象，远程计算机或者工业计算机作为DCS的操作员站或工程师站。

本发明还可以进一步完善：

所述的变频启动和工频启动都具有现场手动和DCS远程控制两种方式。

变频启动时，通过电抗器和滤波器消除谐波和噪声干扰。另外，还可以通过压敏电阻接地抑制突来的高压。

采用上述方案后，本发明具有变频/工频两种工作方式，将储气罐压力作为数据采集对象，经过DCS对变频器做控制调整，从而实现空压机的节能目的。这样，不必人工手动起停空压机，降低劳动量，同时控制及时，提高精度，降低能耗。本发明自动适应负载工况的变化，适时动态调节，达到真正的供需平衡，具有良好的节能效果，节电率可达到20％～30％，并且使整个系统达到最佳工作状态。

又，本发明具备完善的保护功能，保证设备安全运行，减少噪音和对电网冲击，降低设备磨损，提高功率因数，可靠切换，延长机械部件的使用寿命。

附图说明

图1是本发明电动机的主回路电路图；

图2是本发明控制电路的电路图；

图3是本发明的系统结构图。

具体实施方式

本发明给电动机提供工频启动和变频启动两种工作方式，由控制电路对其两种方式进行切换。其中在变频工作方式，采样储气罐中的压力值，对变频器的输出进行动态调整，实现节能目的。整个系统采用DCS(分布式控制系统，又称集散控制系统)，将空压机灵活监控管理。

结合图1、图2和图3对本发明的实现做进一步详细阐述。

本发明的电动机主回路是在空气开关QF之后并联工频启动支路1和变频启动支路2，空气开关QF和N两端之间接有控制电路3，控制电路3主要由接触器实现。

其中变频启动支路2包括依次串联的接触器主常开触点KM1-1、输入交流电抗器LA1、输入噪声滤波器LC1、变频器21、接触器主常开触点KM2-1、输出交流电抗器LA2、输出噪声滤波器LC2，之后连接到空压机的电动机。

本实施例中，在变频启动支路2还接有压敏电阻V抑制突来的高压。

工频启动支路1就是在空气开关QF之后直接由接触器主常开触点KM3-1和热继电器FR接至电动机。

本发明中，在空压机的储气罐上装有压力变送器20，压力变送器20选用罗斯蒙特3051压力变送器，该压力变送器采用二线制接法，这两根线既是电源线又是信号线。工作时，高、低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给灌充液，接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上。传感膜片的最大位移量为0.004英寸(0.1毫米)，且位移量与压力成正比。两侧的电容极板检测传感膜片的位置。传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为4～20mA的DC电流输出信号。

如图3所示，本发明的DCS主要包括DCS控制中心4、数据采集站、控制对象一、控制对象二。其中数据采集站就是压力变送器20，控制对象一为变频器21，控制对象二为控制电路3，该三大部分都连接在DCS控制中心4的总线上。DCS控制中心4通过以太网连接远程的操作员站41、操作员站42和工程师站43，实现远程控制。

控制电路3如图2所示，在旋钮ST后分别连接有工频控制支路31、变频控制支路32和预运行指示灯HL3，三者相互为并联关系。

工频控制支路31具有依次串联的工频手动按钮SB1、DCS变频控制常闭触点K1-2、接触器辅助常闭触点KM2-2、热继电器FR、接触器线圈KM3。同时在工频手动按钮SB1的两端并联有接触器辅助常开触点KM3-2和DCS工频控制常开触点K1-1。工频指示灯HL1跨接在DCS变频控制常闭触点K1-2、接触器辅助常闭触点KM2-2、热继电器FR和接触器线圈KM3串联后的两端。

变频控制支路32依次串联有变频手动开关SB2、DCS变频控制常闭触点K2-2、接触器辅助常闭开关KM3-3、接触器线圈KM2。在变频手动开关SB2的两端并联有接触器辅助常开触点KM2-4和DCS变频控制常开触点K2-1。接触器辅助常开触点KM2-3与接触器线圈KM1串联后跨接在接触器线圈KM2的两端，同时变频指示灯HL2跨接在DCS变频控制常闭触点K2-2、接触器辅助常闭触点KM3-3和接触器线圈KM2串联后的两端。

另外，在本实施例中上，旋钮ST之前还串联有熔断器FU。

本发明实际工作时，可以现场手动控制，也可DCS控制中心4控制。当空气开关QF合上后接入三相电源，现场的旋钮ST打开，则预运行指示灯HL3亮，操作员站41或操作员站42中的预运行指示灯也亮，说明工频/变频可以启动运行，但是工频/变频不能同时启动运行。

当变频器21正常时，采用变频启动电机。若选择现场手动方式，首先，按下按钮SB2，接触器线圈KM2得电，对应的接触器主常开触点KM2-1和接触器辅助常开触点KM2-4闭合，这样，使得接触器线圈KM1也得电，其对应的接触器主常开触点KM1-1也闭合，此时，变频启动支路2接通。在变频控制支路32上，接触器线圈KM1、KM2有两条通电路径，这样当松开启动按钮SB2后，接触器线圈KM1、KM2仍然能通过其辅助触点通电并保持吸合状态，同时变频指示灯HL2亮。

若用DCS控制中心4控制时，则在操作员站41或者操作员站42中点击启动按钮，信号经以太网送到DCS控制中心4，使DCS变频控制常开触点K2-1闭合。这样就可以DCS远程控制变频启动，从而驱动电机。

变频工作方式中，变频器21设定压力值，压力变送器20把采集到的储气罐的压力转换为电信号传送给DCS控制中心4，采集到的压力与设定的压力值进行比较并进行PID控制法运算。当采集到的压力比设定的压力值大时，则输出频率值使空压机电机转速减小；当采集到的压力比设定的压力值小时，则输出频率值使空压机电机转速增大；当采集到的压力与设定压力相等时，输出频率使电机自动停止，节省电能。

一旦变频器21故障，则还选择工频运行方式，若选择现场手动启动工频控制支路31，则按下按钮SB1，接触器线圈KM3得电，其接触器主常开触点KM3-1闭合，工频控制支路接通，电机启动，同时接触器辅助常开触点KM3-2也闭合，接触器线圈KM3有两条通电路径。这样当松开启动按钮SB1后，接触器线圈KM3仍然能通过其辅助触点通电并保持吸合状态，工频指示灯HL1亮。

若用DCS远程控制工频启动，则在操作员站点41或42中点击启动按钮，信号经以太网送到DCS控制中心4，使DCS工频控制常开触点K1-1闭合，电机同样工频启动。同理，点击停止按钮，则使DCS工频控制常闭触点K1-2断开，电机停止。

进一步说明，熔断器FU是用来保护控制电路，以免过流烧坏控制器件，确保变频回路断开。热继电器FR是过热保护，因为工频运行时，电机容易过热，所以要对工频回路进行过热保护。

综上所述，本发明具有下述优点：

1、节约电能，本发明通过压力变送器20，采集空压机储气罐压力值，把压力转变为电信号送给DCS控制中心4，DCS控制中心4进行PID控制算法运算后，输出控制信号给变频器21来调节空压机电机的转速和输出功率，自动依实际需要调节空压机供气量，并保持压力的恒定，以达到节能的目的，一般节电率可达到20％～30％。

2、本发明采用DCS，可以在控制室的操作员站41或42监控空压机的运行情况，自动化程度高。另外，用变频节能的同时，也采用输入输出电抗器、输入输出滤波器以消除变频器21引起的谐波和噪声，确保供电电能质量达到标准、避免在节能的同时浪费电能。

3、提高压力控制精度，DCS控制中心4具有PID控制算法，使其具有精确的压力控制能力。使空压机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制空压机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使储气罐压力保持恒定，有效地提高了产品的质量。

4、全面改善空压机的运行性能，变频器21从0Hz启动电机，它的启动加速时间可以调整，从而减少启动时对空压机电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使空压机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组启动时的电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器21能够有效的将启动电流的峰值减少到最低程度。根据空压机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，从而有效地降低了空压机运行时的噪声。现场测定表明，噪声与原系统比较下降约3～7dB。

Claims

1.空压机节能控制方法，其特征在于：空压机的电动机设置有变频启动和工频启动两种方式，该两种方式的选择由接触器形成的控制电路来实现；控制电路包括工频控制支路和变频控制支路，工频控制支路具有依次串联的工频手动按钮、DCS变频控制常闭触点、接触器辅助常闭触点、热继电器、接触器线圈，同时在工频手动按钮的两端并联有接触器辅助常开触点和DCS工频控制常开触点，工频指示灯跨接在DCS变频控制常闭触点、接触器辅助常闭触点、热继电器和接触器线圈串联后的两端；变频控制支路依次串联有变频手动开关、DCS变频控制常闭触点、接触器辅助常闭触点、接触器线圈，在变频手动开关的两端并联有接触器辅助常开触点和DCS变频控制常开触点，接触器辅助常开触点与接触器线圈串联后跨接在接触器线圈的两端，同时变频指示灯跨接在DCS变频控制常闭触点、接触器辅助常闭触点和接触器线圈串联后的两端；变频启动由变频器驱动，变频器对电动机的控制信号依据空压机的储气罐上的压力变送器而定；同时，采用DCS，压力变送器就是DCS的数据采集站，变频器为DCS的控制对象，远程计算机或者工业计算机作为DCS的操作员站或工程师站。

2.如权利要求1所述的空压机节能控制方法，其特征在于：所述的变频启动和工频启动都具有现场手动和DCS远程控制两种方式。

3.如权利要求1或2所述的空压机节能控制方法，其特征在于：变频启动时，通过电抗器和滤波器消除谐波和噪声干扰。

4.如权利要求3所述的空压机节能控制方法，其特征在于：变频启动时，通过压敏电阻消除高压冲击。