CN201407155Y - 空压机智能节能控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是空压机智能节能控制装置，其结构是设定压力参数的触摸屏的输出端连接PLC的第一输入端，压力变送器的输出端连接PLC的第二输入端，PLC的输出端连接变频器的输入端，变频器的输出端连接空压机的输入端，空压机的输出端通过储气罐接压力变送器输入端。本实用新型优点：节能性好，节省电费约20％以上，约半年即可回收投入的资金；运行成本降低，能源成本降低44.3％；提高压力控制精度，可以使管网的系统压力变化保持在±0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量；延长压缩机的使用寿命；降低了空压机的噪音，噪音与原系统比较下降约3至7分贝；供气压力稳定可靠性高，随时可调。

Description

空压机智能节能控制装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种空压机智能节能控制装置，属于空压机控制技术领域。

背景技术

目前空压机的控制方式多为开关进气口阀门加载卸载来调节气压。即当用气量减少时，气压增加，到达上限压力时，关闭进口阀门，使空压机处于空载状态，没有气体压出，这时空压机在做无用功，当气压低于下限压力时，进气口阀门打开加载。这种工作方式会带来气压不稳，影响产品质量。当气压高时电机的负荷增大，耗电量增加。当气压低时，空压机卸载，电机处于空载状态，做无用功，也是在浪费能源。且当气压高时，管道渗漏也是耗电的一种表现。这种工作方式已不能满足现代工业的发展。空压机的驱动轴上所需要的轴功率，与排气压力、空压机转速有直接的关系，也就是说，在实际运行中，由于压缩空气的使用随时在变化，空压机并不经常在额定工况下运行，而空压机排气压力的高低则直接影响到实际轴功率的大小。排气压力越高，所需轴功率也越大。为满足用气量的随时变化要求，储气罐内气体必须保持一定的压力，目前大多数空压机均采用切断进气的调节方式来改变排至储气罐的气量。对于空压机气量的供求关系表现为排气压力的变化，空压机排气量正好满足生产用气量要求时，储气压力保持不变。若能维持这种状态当然最佳，但实际上用气量是随时变化的，而且设计冗余量较大，所以空压机排气量都要大于用气量。如果空压机仍恒速运转，则储气罐内的气体越积越多，当罐内压力上升达到设定压力时，一般采用两种办法：

1.空压机卸荷运行，不产生压缩气体，电动机处于空载运转，其用电量仍为满负载的30-60％，这部分电能被白白浪废掉。

2.停止空压机运行，这样似乎空压机空转或不断放空所浪费的电能被消除了，但是若无容积较大的储气罐，将会带来电动机的频繁启动，空压机的空载启动电流大约是额定电流的5-7倍，对电网及其它用电设备冲击较大，同时使空压机的使用寿命也会缩短。

靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。

频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。

发明内容

本实用新型提出一种利用恒压供气控制的空压机智能节能控制装置，旨在克服现有技术所存在的上述缺陷。

本实用新型的技术解决方案：其结构是设定压力参数的触摸屏的输出端连接PLC的第一输入端，压力变送器的输出端连接PLC的第二输入端，PLC的输出端连接变频器的输入端，变频器的输出端连接空压机的输入端，空压机的输出端通过储气罐接压力变送器的输入端。

本实用新型优点：(1)节能性好，节空压机智能节能系统控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的。根据空气量需求来供给的压缩机工控是经济的运行状况。节省电费约20％以上，约半年即可回收投入的资金；(2)运行成本降低，传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77％。通过能源成本降低44.3％，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低；(3)提高压力控制精度，变频控制系统具有精确的压力控制能力，使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩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，所以它可以使管网的系统压力变化保持在±0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量；(4)延长压缩机的使用寿命，空压机智能节能系统从0Hz起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长；(5)降低了空压机的噪音，根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降了空压机运行时的噪音。噪音与原系统比较下降约3至7分贝；空压机智能节能系统能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。供气压力稳定，通过压力调节器，可使空压机保持在设定的压力值下工作，压力稳定可靠性高，而且压力可以无级设定，随时可调。电机实现软启动，压缩机的使用寿命及检修周期都将得到大大延长。空压机排气量由空压机的转速来控制，气缸内气阀片不再反复地开启和关闭，阀座、弹簧等工作条件大大改善，避免了高温、高压气体急剧的流动与冲击，维修工作量减少。

附图说明

附图1是空压机智能节能系统的节能原理示意图。

附图2是空压机变频控制系统主回路图。

附图3是空压机变频控制系统二次回路图。

附图4是变频器控制电路图。

附图5是PLC控制电路图。

附图6是压力反馈电路图。

附图7是空压机主电路图。

附图8是在原空压机控制二次回路中增加了中间继电器KA5触点、中间继电器KA6线圈的电路图。

具体实施方式

对照附图1，其结构是设定压力参数的触摸屏的输出端连接PLC的第一输入端，压力变送器的输出端连接PLC的第二输入端，PLC的输出端连接变频器的控制端，变频器的输出端连接空压机的输入端，空压机的输出端通过储气罐接压力变送器输入端。

对照附图2，其结构是包括电流互感器TA、输入电抗器DK、避雷器BL、变频器V/F、接触器KM1和接触器KM2常开触点、熔断器FU、转换开关SA、电压表PV、电流表PA、电扇DF、空气开关QF、触摸屏HMI、开关电源DY，其中输入电抗器DK与变频器V/F对应相接；输入电抗器DK的输入端连接避雷器BL。

对照附图3，其结构是包括接触器KM1和KM2常闭触点、转换开关SA1、中间继电器KA1线圈，中间继电器KA5线圈、接触器KM2线圈、接触器KM1线圈，完成变频控制系统的工频和变频间的转换，指示变频控制系统的工作状态，实现变频控制系统的启、停。

对照附图4，其结构是包括变频器V/F、中间继电器KA2线圈、中间继电器KA3线圈，变频器V/F的控制端与中间继电器KA2线圈、中间继电器KA3线圈相接。

对照附图5，其结构是CPU的输入端与接触器KM1、KM2常开触点，中间继电器KA1、KA2、KA3、KA6常开触点相接，中间继电器KA4线圈与CPU的输出端相接。

对照附图6，其结构是由压力变送器组成。

对照附图7，其结构是包括交流接触器M常开触点、交流接触器D常开触点、交流接触器S常开触点、电动机M1，其中交流接触器M常开触点与电动机M1相接，交流接触器D常开触点与交流接触器M常开触点、电动机M1相接，交流接触器S常开触点与电动机M1相接。

对照附图8，其结构是所述的中间继电器KA5触点、中间继电器KA6线圈接在空压机控制电路中的输出端子CN7上。

所述的PLC存储来自触摸屏的给定信号，例如要求压力维持在0.7Kg左右，那么PLC就将与此模拟量对应的数字量存储在存储单元内，同时PLC采集压力传感器传送过来的模拟量，将其转化成数字量后与先前存储的模拟量对比计算(计算由存储在PLC里面的程序来完成)产生控制信号，此控制信号是接到变频器控制端的，当压力变送器传送过来的压力值小于触摸屏设定的压力值时，PLC给变频器升频信号，使变频器的运行频率升高，此时控制电机的转速加快，压缩机的压缩量加大，使储气罐里面的储气压力升高，直到储气罐的压力与设定的压力相符。当压力变送器传送过来的压力值大于触摸屏设定的压力值时，控制过程则相反。

所述的压力变送器能检测到0.1MP的压力变化，此压力变送器是将储气罐里面的压力线性转化为电流信号，传给PLC。

所述的变频器采用西门子标准变频器MM440，其输入电压为380V～480V，输楚频率为0HZ～50HZ，作为伺服驱动，主要是在PLC的控制信号下变换电源电压的频率，给空压机的电动机提供电源。

所述的空压机变频控制系统二次回路中的第二中间继电器KA2常开触点一端与控制电源母线相接，另一端与绿色指示灯相接；第一转换开关SA1的一端与控制电源母线相接，第一转换开关SA1的另一端与第一接触器(KM1)的常闭触点一端相接，第一接触器KM1的常闭触点另一端与第二接触器(KM2)线圈一端相接，第二接触器KM2线圈另一端与零线相接；第二接触器KM2常闭触点的一端与第一转换开关SA1相接，第二接触器KM2常闭触点的另一端与第一接触器KM1线圈和第五中间继电器KA5线圈一端相接，第一接触器KM1线圈和第五中间继电器KA5线圈另一端与零线相接；故障解除按钮一端与控制电源母线相接，故障解除按钮另一端与第三中间继电器KA3常开触点一端相接，第三中间继电器KA3常开触点另一端与警铃一端相接，警铃另一端与零线相接；第二转换开关SA2一端与控制电源母线相接，第二转换开关SA2另一端与第一接触器KM1常开触点一端相接；第一接触器KM1常开触点另一端与交流接触器常开触点一端相接，交流接触器常开触点另一端与第三中间继电器KA3常闭触点一端相接，第三中间继电器KA3常闭触点另一端与第一中间继电器KA1线圈一端相接，第一中间继电器KA1线圈另一端与零线相接。

所述的变频器控制电路包括变频器V/F、第二中间继电器KA2线圈、第三中间继电器KA3线圈，其中变频器V/F的控制端与第二中间继电器KA2线圈、第三中间继电器KA3线圈相接。

所述的PLC控制电路中的CPU的输入端与第一接触器KM1、第二接触器KM2常开触点、第一中间继电器KA1、第二中间继电器KA2、第三中间继电器KA3、第六中间继电器KA6常开触点相接，第四中间继电器KA4线圈与CPU的输出端相接。

所述的空压机主电路中的第一交流接触器M常开触点一端与电动机M1相接，第一交流接触器M常开触点另一端与第二交流接触器D常开触点一端相接，第二交流接触器D常开触点另一端与第一交流接触器M常开触点一端相接，第一交流接触器M常开触点另一端与电动机M1相接，第三交流接触器S常开触点与电动机M1相接。

所述的空压机控制二次回路中的第五中间继电器KA5触点、第六中间继电器KA6线圈接在空压机控制电路中的输出端子CN7上。

利用变频器通过改变电机频率来调节转速，变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力，具有明显的节能效果。应用变频器进行恒压供气控制时，把管网压力作为控制对象，由触摸屏设定压力参数P0转变为设定压力电信号A通过其输出端传送给PLC，压力变送器也将空压机的储气罐压力P转变为储气罐压力电信号B送给PLC，通过设定压力电信号A与储气罐压力电信号B比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送入变频器，由于电机的转速与电源的频率是近似成正比的，所以经变频器改变输入电压的频率后驱动空压机的电机，电机的电压频率改变也就改变了电机的转速，当压力变送器传送过来的压力值小于触摸屏设定的压力值时，PLC给变频器升频信号，使变频器的运行频率升高，此时控制电机的转速加快，压缩机的压缩量加大，使储气罐里面的储气压力升高，直到储气罐的压力与设定的压力相符。当压力变送器传送过来的压力值大于触摸屏设定的压力值时，控制过程则相反。从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与节能切换功能，并保留原有的控制和保护系统。

空压机变频节能系统原理如下：在人机界面(HMI)上输入一个压力设定值，通过压力变送器测得的储气罐压力值由PLC与压力的设定值相比较，得到偏差，由PLC计算出并输出给变频器模拟量控制信号，控制变频器调整电动机的转速，使储气罐压力变化，直到与给定压力值相同。

空压机智能节能系统采用智能可编程软件固化在微处理器上，通过电子线路对负载进行实时检测与跟踪，实时控制晶闸管的导通角，百分之一秒以内提供空压机最适宜的工作电压与电流，使空压机的输出功率与实时负载刚好匹配，并能减低铜损、铁损，改善空压机起动、停机性能，达到节电效果。

另外，空压机智能节能系统具备软启动与缓和停机功能，由于变频器是从较低的频率启动运行，驱动电机也是在较低的频率下启动，所以实现了电机的软启动，避免了全电压启动对电机造成的损害。停机时，变频器的输出电压频率会降到一个低点，形成一个斜坡下降的过程，驱动电机的转速也跟随形成一个缓和降速的过程，从而实现缓和停机，能减少空压机由于启动与停机对供电系统的冲击，并保护空压机与空气开关等。同时，空压机智能节能系统能降低空压机的温升与噪音，改善工作环境！

由于空压机可以在保证生产所需要的最低压力下运行，电机输入功率大大下降，辅以压力闭环控制，实现空压机的供气压力-转速的动态匹配，减少了电机的实际输入功率，达到节能目的。即电机的转速由供气压力来控制，压缩机需要多大的功率，电机就输出多大的功率，而不必做无用功，从而取得良好的节能效果。节能的第二方面是空压机停止了空转，电机不存在轻载运行。

空压机智能节能系统各项指标分析：

1)电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不超过±0.2bar。2)系统具有节能和工频两套控制回路，通常情况下空压机在变

频器的驱动下运行在变频状态，为了防止变频器故障时出现空压机停机的情况，加入的旁路系统可将变频器旁路，使空压机运行在工频状态下，这两者只需要一个装在柜面上的转换开关既可实现。3)根据空压机的工控要求，系统保障电动机具有恒转矩运行特性。4)为了防止非正弦波干扰空压机控制器，空压机智能节能系统输出端加装了变频器专用的滤波器，滤除了电源电压中高次谐波，使经过变频后的电压波形更加平缓，有效地抑制了电磁干扰。5)在用电气量小的情况下，空压机智能节能系统处在低频运行时，保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。6)考虑到系统以后扩展问题，空压机智能节能系统满足将来工控扩展的要求。7)在该空压机智能节能系统上端加装输入电抗器，有效的抑制了空压机智能节能系统对电网的干扰。

本系统还具有变频运行和工频运行转换开关，可根据需要进行选择切换。

工频运行  打开节能柜空气开关和原机电源开关，在停机状态下，将变频柜上的“工频-变频”转换开关置于工频位置即可安原启动方法启动空压机。工频运行时可以关闭软件柜(PLC)的电源。

变频运行  打开节能柜空气开关和原机电源开关，并检查确认各柜散热风机运行状态良好。在停机状态下，将变频柜上的“工频-变频”转换开关置于“变频”位置，空压机进入变频节能运行状态。在人机界面上完成参数设定后，在原机操作界面上按照原来的启动方法启动空压机。

空压机智能节能系统不会产生产品产量或性能品质下降的情况。它能够有效降低空压机温升和噪音，延长空压机维护周期和使用寿命，对降低生产成本及提高品质稳定性有良好作用。空压机智能节能系统电源来电不必经整流、振荡环节，且自身耗电低，明显提高了空压机的总效率。其微电脑处理系统能够准确、快速、可靠地检测负载来智能节电，此技术达到了世界最领先水平。尽管空压机智能节能系统技术先进、成熟可靠，但由于它结构简单，与其他节电比较，它的投资是低廉的，节能率更高、更稳定，收益是长期的、巨大的。

Claims (7)

1、空压机智能节能控制装置，其特征是设定压力参数的触摸屏的输出端连接PLC的第一输入端，压力变送器的输出端连接PLC的第二输入端，PLC的输出端连接变频器的输入端，变频器的输出端连接空压机的输入端，空压机的输出端通过储气罐接压力变送器输入端。

2、根据权利要求1所述的空压机智能节能控制装置，其特征是所述的空压机变频控制系统中的输入电抗器与变频器V/F对应相接；输入电抗器的输入端连接避雷器。

3、根据权利要求1所述的空压机智能节能控制装置，其特征是所述的空压机变频控制系统二次回路中的第二中间继电器(KA2)常开触点一端与控制电源母线相接，另一端与绿色指示灯相接；第一转换开关(SA1)的一端与控制电源母线相接，第一转换开关(SA1)的另一端与第一接触器(KM1)的常闭触点一端相接，第一接触器(KM1)的常闭触点另一端与第二接触器(KM2)线圈一端相接，第二接触器(KM2)线圈另一端与零线相接；第二接触器(KM2)常闭触点的一端与第一转换开关(SA1)相接，第二接触器(KM2)常闭触点的另一端与第一接触器(KM1)线圈和第五中间继电器(KA5)线圈一端相接，第一接触器(KM1)线圈和第五中间继电器(KA5)线圈另一端与零线相接；故障解除按钮一端与控制电源母线相接，故障解除按钮另一端与第三中间继电器(KA3)常开触点一端相接，第三中间继电器(KA3)常开触点另一端与警铃一端相接，警铃另一端与零线相接；第二转换开关(SA2)一端与控制电源母线相接，第二转换开关(SA2)另一端与第一接触器(KM1)常开触点一端相接；第一接触器(KM1)常开触点另一端与交流接触器常开触点一端相接，交流接触器常开触点另一端与第三中间继电器(KA3)常闭触点一端相接，第三中间继电器(KA3)常闭触点另一端与第一中间继电器(KA1)线圈一端相接，第一中间继电器(KA1)线圈另一端与零线相接。

4、根据权利要求1所述的空压机智能节能控制装置，其特征是所述的变频器控制电路包括变频器V/F、第二中间继电器(KA2)线圈、第三中间继电器(KA3)线圈，其中变频器V/F的控制端与第二中间继电器(KA2)线圈、第三中间继电器(KA3)线圈相接。

5、根据权利要求1所述的空压机智能节能控制装置，其特征是所述的PLC控制电路中的CPU的输入端与第一接触器(KM1)、第二接触器(KM2)常开触点、第一中间继电器(KA1)、第二中间继电器(KA2)、第三中间继电器(KA3)、第六中间继电器(KA6)常开触点相接，第四中间继电器(KA4)线圈与CPU的输出端相接。

6、根据权利要求1所述的空压机智能节能控制装置，其特征是所述的空压机主电路中的第一交流接触器(M)常开触点一端与电动机(M1)相接，第一交流接触器(M)常开触点另一端与第二交流接触器(D)常开触点一端相接，第二交流接触器(D)常开触点另一端与第一交流接触器(M)常开触点一端相接，第一交流接触器(M)常开触点另一端与电动机(M1)相接，第三交流接触器(S)常开触点与电动机(M1)相接。

7、根据权利要求1所述的空压机智能节能控制装置，其特征是所述的空压机控制二次回路中的第五中间继电器(KA5)触点、第六中间继电器(KA6)线圈接在空压机控制电路中的输出端子(CN7)上。

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