空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)及空氣壓縮機的運行控制方法
【專利摘要】提供了一種空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)，包括：電機，其用于為空氣壓縮機提供動力；壓力傳感器，其用于檢測空氣壓縮機的供氣壓力；進氣閥，其用于通過控制空氣壓縮機的進氣口來控制空氣壓縮機的加載和卸載；以及變頻器，其具有與電機連接的用于控制電機運行的第一控制端口、與進氣閥連接的用于控制進氣閥的第二控制端口以及與壓力傳感器連接的用于獲取供氣壓力的反饋壓力輸入端口。本發(fā)明還提供了一種基于所述運行控制系統(tǒng)的相應(yīng)的空氣壓縮機的運行控制方法。該系統(tǒng)和方法穩(wěn)定、可靠、簡易且提高了節(jié)能率。
【專利說明】空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)及空氣壓縮機的運行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)，以及涉及一種利用所述運行控制系統(tǒng)控制空氣壓縮機運行的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣壓縮機廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)等諸多行業(yè)中，是氣源裝置中的主體，它是一種將原動機(通常是電機)的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置。
[0003]傳統(tǒng)的空氣壓縮機運行方式，一般采用星三角減壓啟動，啟動后全壓或全速(工頻)運行。此方式啟動電流大，對電網(wǎng)電壓沖擊大，在用氣量少或空載運行時，電能浪費嚴重。
[0004]通過采用變頻器控制空氣壓縮機的電機運行，可以有效地解決上述問題。特別是同時采用空氣壓縮機專用控制器和變頻器的系統(tǒng)，對加載和卸載時間點的控制更加靈活和精確，使空氣壓縮機的運行穩(wěn)定性和可靠性更高。但是，現(xiàn)有的采用變頻器技術(shù)的空氣壓縮機，還存在以下至少一個以上的缺點:
[0005]1.采用獨立外置的PID調(diào)節(jié)器，增加了設(shè)備成本；
[0006]2.變頻器在供電電網(wǎng)欠壓或負載過流或負載過載時跳保護，造成空氣壓縮機意外停機；
[0007]3.必須裝有空氣壓縮機專用控制器，這限制了變頻器在傳統(tǒng)空氣壓縮機上的最佳應(yīng)用；
[0008]4.空氣壓縮機專用控制器擁有對空氣壓縮機的絕對控制權(quán)，無法發(fā)揮變頻器所具有的各種故障保護功能的優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服上述至少一種缺點的空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)以及一種利用所述運行控制系統(tǒng)控制空氣壓縮機運行的方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)，包括:電機，其用于為空氣壓縮機提供動力；壓力傳感器，其用于檢測空氣壓縮機的供氣壓力；進氣閥，其用于通過控制空氣壓縮機的進氣口來控制空氣壓縮機的加載和卸載；以及變頻器，其具有與電機連接的用于控制電機運行的第一控制端口、與進氣閥連接的用于控制進氣閥的第二控制端口以及與壓力傳感器連接的用于獲取供氣壓力的反饋壓力輸入端口。
[0011]優(yōu)選地，所述變頻器具有內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，所述PID調(diào)節(jié)器根據(jù)檢測到的供氣壓力控制電機運行，以使供氣壓力達到設(shè)定值。通過內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，可以方便地對供氣壓力進行恒壓控制。
[0012]優(yōu)選地，所述運行控制系統(tǒng)還包括用于啟動或停止變頻器的運行的啟停裝置。通過該啟停裝置，可以對變頻器的啟動和停止進行控制。
[0013]優(yōu)選地，所述進氣閥設(shè)置在通到空氣壓縮機的進氣口的進氣管路上。這樣，提供了一種空氣壓縮機加載和卸載的控制方式。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種利用上述運行控制系統(tǒng)控制空氣壓縮機運行的方法，所述方法包括以下步驟:在進氣閥關(guān)閉狀態(tài)下，當控制電機運行的變頻器檢測到供氣壓力低于設(shè)定的下限壓力時，變頻器打開進氣閥，使空氣壓縮機加載；和/或在進氣閥打開狀態(tài)下，當控制電機運行的變頻器檢測到供氣壓力高于設(shè)定的上限壓力時，變頻器關(guān)閉進氣閥，使空氣壓縮機卸載。
[0015]優(yōu)選地，當在進氣閥關(guān)閉狀態(tài)下檢測到供氣壓力低于設(shè)定的下限壓力時，首先使電機運行至設(shè)定的加載頻率，然后延遲地打開進氣閥，以使空氣壓縮機在所述加載頻率下加載。所述延遲可以確保在打開進氣閥時電機的轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定。這使得變頻器和電機在最佳運行狀態(tài)下進行加載，既利于提高加載成功率，又利于提高節(jié)能率。
[0016]優(yōu)選地，變頻器通過其內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器根據(jù)檢測到的供氣壓力控制電機的運行速度，以使供氣壓力達到預(yù)定的供氣壓力。通過內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，可以方便地對供氣壓力進行恒壓控制。
[0017]優(yōu)選地，使電機在進氣閥打開的帶載狀態(tài)下的運行頻率不低于設(shè)定的下限帶載頻率。這可防止電機因低轉(zhuǎn)速帶載運行而損壞。
[0018]優(yōu)選地，當電機以所述下限帶載頻率運行超過預(yù)定時間時，關(guān)閉進氣閥，防止電機在下限帶載頻率下長時間帶載運行。
[0019]優(yōu)選地，當在進氣閥打開狀態(tài)下檢測到以下至少一種故障:供電電網(wǎng)欠壓、變頻器和/或電機過流、變頻器和/或電機過載時，變頻器關(guān)閉進氣閥，給電機卸載。這樣，既達到了對電機和變頻器實施保護的目的，又可降低空氣壓縮機意外停機的概率。
[0020]優(yōu)選地，在進氣閥打開狀態(tài)下檢測到變頻器和/或電機過載故障時，變頻器首先降頻運行，降低電機的運行速度，如果繼續(xù)過載，則關(guān)閉進氣閥。這提供了另外一種應(yīng)對變頻器和/或電機過載故障的方式，這種方式降低了空氣壓縮機卸載的頻度，進一步提高了節(jié)能率。
[0021]優(yōu)選地，當進氣閥關(guān)閉后，電機延時地運行至設(shè)定的休眠頻率(休眠頻率等于零時，等效于停機)。讓電機保持一定的轉(zhuǎn)速有利于在加載時快速地提升電機轉(zhuǎn)速，合理的休眠頻率可以在節(jié)能率和加載速度之間達到平衡點。所述延時用于確保卸載順利完成。
[0022]優(yōu)選地，在供氣壓力與設(shè)定的上限壓力或下限壓力比較時，通過采取防誤判措施防止反饋壓力的瞬間異常波動引起誤判。這可防止因誤判而使得空氣壓縮機頻繁地加載和卸載。
[0023]優(yōu)選地，所述防誤判措施為:在兩個或多個間隔開的時間點檢測供氣壓力并取平均值，然后將該平均值與設(shè)定的上限壓力或下限壓力進行比較判斷；或在兩個或多個間隔開的時間點檢測供氣壓力，只有當所有檢測到的供氣壓力全部高于設(shè)定的上限壓力或低于設(shè)定的下限壓力才做出相應(yīng)判斷。這提供了一種簡單、易于實施的防誤判措施。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)和方法，由變頻器直接控制壓縮機進氣閥，實現(xiàn)壓縮機進氣閥與電機轉(zhuǎn)速的智能控制，可省去空壓機專用控制器和獨立外置的PID調(diào)節(jié)器，既提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，又提高了節(jié)能率，還可降低成本或系統(tǒng)復(fù)雜度。
【專利附圖】

【附圖說明】[0025]下面，將參看附圖更詳細地描述本發(fā)明，通過該詳細的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點。附圖包括:
[0026]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)的一個示例性實施例；以及
[0027]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣壓縮機的運行控制方法的一個示例性實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面，將參看圖1詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)的一個示例性實施例。
[0029]空氣壓縮機8包括電機5、壓縮機6、供氣管路9和與所述供氣管路9連接的儲氣罐7，被壓縮的空氣經(jīng)過供氣管路9存入到儲氣罐7中，儲氣罐7再通過另一供氣管路10連接到用氣設(shè)備U。
[0030]如圖1所示，根據(jù)一個示例性實施例的空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)包括:變頻器
1、啟停裝置2、壓力傳感器3、進氣閥4和電機5。啟停裝置2可安裝在空氣壓縮機8的任何合適位置處，用于啟動或停止變頻器I的運行，它的表現(xiàn)形式可以是啟停按鈕，也可以是變頻器面板，或者是空氣壓縮機專用控制器面板。壓力傳感器3可安裝在空氣壓縮機8的另一供氣管路10上或如圖1所示地連接到儲氣罐7，用于通過變頻器I的反饋壓力輸入端口向變頻器I實時地反饋供氣氣壓，以便為隨后的控制提供依據(jù)。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，壓力傳感器3只要能夠檢測到空氣壓縮機8向用氣設(shè)備11供氣的供氣壓力即可。進氣閥4通常安裝在壓縮機6的進氣口上，用于控制空氣壓縮機8的加載和卸載。當然，進氣閥4也可安裝在壓縮機6的進氣管路中。電機5作為動力源用于控制空氣壓縮機8的產(chǎn)氣速度。根據(jù)本發(fā)明，進氣閥4和電機5均受變頻器I控制。
[0031]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的基于圖1所示的運行控制系統(tǒng)的運行控制方法的一個示例性實施例的流程圖。
[0032]通常，根據(jù)空氣壓縮機8的應(yīng)用場合，可為空氣壓縮機8設(shè)定一工作壓力范圍，使空氣壓縮機8在該工作壓力范圍內(nèi)運行。該工作壓力范圍由上、下限壓力限定。該上、下限壓力可由用戶通過變頻器I設(shè)定。在大部分應(yīng)用場合下，需要恒壓控制空氣壓縮機8，這樣，就還需要為空氣壓縮機8設(shè)定一預(yù)定壓力，使空氣壓縮機8的供氣壓力處于該預(yù)定壓力下。在這種情況下，也往往需要為空氣壓縮機8設(shè)定某一包含該預(yù)定壓力的工作壓力范圍，在空氣壓縮機8的供氣壓力超出該工作壓力范圍時，通過所述運行控制系統(tǒng)干預(yù)空氣壓縮機8的運行，以達到節(jié)能和防止空氣壓縮機8損壞的目的。具體的工作壓力范圍和預(yù)定壓力可由用戶根據(jù)具體情況例如空氣壓縮機本身的性能、用氣設(shè)備的需求等設(shè)定。
[0033]如圖2所示，在進氣閥4關(guān)閉狀態(tài)下，當反饋壓力小于給定的下限壓力時，變頻器I啟動電機5，使電機運行至加載頻率(F2)，然后延遲地打開進氣閥4，以便在電機5達到某一轉(zhuǎn)速、即達到某一加載頻率時才使壓縮機6加載，即保障變頻器I在輕載情況下啟動。在加載頻率下加載，目的是使變頻器I和電機5在良好的條件下承受負載。在進氣閥4打開狀態(tài)下，當反饋壓力大于給定的上限壓力時，則首先通過變頻器I關(guān)閉進氣閥4，S卩，首先給壓縮機6卸載，然后經(jīng)過一段時間的延時后(Tl)，變頻器I運行至休眠頻率(F1)，使電機5在輕載狀態(tài)下保持低速轉(zhuǎn)動或停止轉(zhuǎn)動。在進氣閥4打開狀態(tài)下，當反饋壓力不大于給定的上限壓力時，即空氣壓縮機8處于正常產(chǎn)氣狀態(tài)時，可以按預(yù)定算法基于反饋壓力通過變頻器I控制電機5的運行速度，進而對供氣壓力進行調(diào)節(jié)和控制，例如根據(jù)設(shè)定的介于上、下限壓力之間的預(yù)定壓力進行恒壓調(diào)節(jié)，即將供氣壓力向著該預(yù)定壓力調(diào)節(jié)。
[0034]在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。
[0035]因此，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，當空氣壓縮機8處于正常產(chǎn)氣狀態(tài)時，可以采用PID控制方法基于預(yù)定壓力對供氣壓力進行恒壓調(diào)節(jié)和控制。目前常用的變頻器內(nèi)部通常內(nèi)置有PID調(diào)節(jié)功能，因此，在需要進行恒壓調(diào)節(jié)的情況下，可利用變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)功能進行恒壓調(diào)節(jié)。這樣，變頻器I同時實現(xiàn)了對進氣閥4的開關(guān)控制(加載和卸載控制)和電機5轉(zhuǎn)速的智能控制，既提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，又提高了節(jié)能效率。
[0036]當然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，也可采用其他任何合適的算法和調(diào)節(jié)裝置通過變頻器I對電機5實施控制，進而對供氣壓力進行控制。
[0037]在電機5帶載(即在進氣閥4打開狀態(tài)下)運行時，為了防止電機5在過低頻率下運行而使得負載轉(zhuǎn)矩和電機散熱滿足不了要求，變頻器I可設(shè)定一下限帶載頻率，使得電機5最低在該下限帶載頻率下帶載運行，從而防止電機在過低頻率下長時間運行時損壞。必要時，還可以在變頻器以下限帶載頻率運行超過預(yù)定時間時，關(guān)閉進氣閥，確保電機在下限帶載頻率下帶載運行不超過該預(yù)定時間，進一步防止電機5在下限帶載頻率下因長時間運行而損壞。
[0038]根據(jù)以上所述，本發(fā)明的空氣壓縮機的運行控制方法具體包括以下步驟:為空氣壓縮機設(shè)定工作壓力范圍，所述工作壓力范圍由下限壓力和上限壓力限定；變頻器I控制電機5運行，在進氣閥4關(guān)閉狀態(tài)下，當變頻器I檢測到供氣壓力低于下限壓力時，打開進氣閥4，使壓縮機6加載。在進氣閥4打開狀態(tài)下，當檢測到供氣壓力高于上限壓力時，變頻器I關(guān)閉進氣閥4，使壓縮機6卸載。
[0039]如上所述，為空氣壓縮機設(shè)定加載頻率，當在進氣閥4關(guān)閉狀態(tài)下檢測到供氣壓力低于下限壓力時，首先使電機5運行至所述加載頻率，然后延遲地打開進氣閥4，以使壓縮機6在所述加載頻率下加載。所述延遲可以確保在打開進氣閥4時電機5的轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定，這使得變頻器和電機在最佳運行狀態(tài)下進行加載，既利于提高加載成功率，又利于提高節(jié)能率。
[0040]在進氣閥4打開狀態(tài)下當變頻器檢測到以下至少一種故障:供電電網(wǎng)欠壓、變頻器I和/或電機5過流、變頻器I和/或電機5過載時，變頻器I關(guān)閉進氣閥4，給電機5和變頻器I卸載。這樣既達到了對電機5和變頻器I實施保護的目的，又可降低空氣壓縮機意外停機的概率。
[0041]優(yōu)選地，在進氣閥4打開狀態(tài)下當變頻器檢測到變頻器和/或電機過載故障時，變頻器I還可以降頻運行，降低電機5的運轉(zhuǎn)速度，如果繼續(xù)過載，才關(guān)閉進氣閥4。這提供了另外一種應(yīng)對變頻器I和/或電機5過載故障的方式，這種方式降低了空氣壓縮機卸載的頻度，進一步提高了節(jié)能率。[0042]為空氣壓縮機設(shè)定一休眠頻率，當進氣閥4關(guān)閉后，電機5延時地運行至該休眠頻率(休眠頻率等于零時，等效于停機)。讓電機保持一定的轉(zhuǎn)速有利于在加載時快速地提升電機5的轉(zhuǎn)速，合理的休眠頻率可以在節(jié)能率和加載速度之間達到平衡點。所述延時用于確保卸載順利完成。
[0043]為了進一步提高空氣壓縮機的運行性能，防止反饋壓力的瞬間異常波動導(dǎo)致誤判而使得變頻器頻繁地對進氣閥進行控制，可以采用多次比較的方法，例如兩次比較的方法，即，當判斷出反饋壓力低于下限壓力或高于上限壓力時，先不按圖2所示的那樣立即進入加載過程或卸載過程，而是經(jīng)過一段時間之后，再判斷一次，如果判斷結(jié)果沒有變化，則立即進入加載過程或卸載過程，如果判斷結(jié)果有變化，則接著再間隔一段時間進行下一次判斷，依次類推。當然，也可采用其他任何合適的判斷方法，例如，可以將某一段時間內(nèi)的反饋壓力的平均值與上限壓力和下限壓力進行比較。
[0044]對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明所述的變頻器，泛指采用變頻技術(shù)的電機控制裝置。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)和運行控制方法，變頻器同時用作電機轉(zhuǎn)速控制部件和進氣閥控制部件，從而能使變頻器工作在最佳狀態(tài)下，大大降低了過流或過載等故障發(fā)生率。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)和運行控制方法，由變頻器直接控制壓縮機進氣閥，實現(xiàn)了壓縮機進氣閥與電機轉(zhuǎn)速的智能控制，可省去空壓機專用控制器和獨立外置的PID調(diào)節(jié)器，既提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，又提高了節(jié)能效率，還可降低成本或系統(tǒng)復(fù)雜度，同時保證電機在正常的頻率范圍內(nèi)運行。
【權(quán)利要求】
1.一種空氣壓縮機的運行控制系統(tǒng)，包括: 電機，其用于為空氣壓縮機提供動力； 壓力傳感器，其用于檢測空氣壓縮機的供氣壓力； 進氣閥，其用于通過控制空氣壓縮機的進氣口來控制空氣壓縮機的加載和卸載；以及變頻器，其具有與電機連接的用于控制電機運行的第一控制端口、與進氣閥連接的用于控制進氣閥的第二控制端口以及與壓力傳感器連接的用于獲取供氣壓力的反饋壓力輸入端口。
2.如權(quán)利要求1所述的運行控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述變頻器具有內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，所述PID調(diào)節(jié)器根據(jù)檢測到的供氣壓力控制電機運行，以使供氣壓力達到設(shè)定值；和/或 所述運行控制系統(tǒng)還包括用于啟動或停止變頻器的運行的啟停裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的運行控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述進氣閥設(shè)置在通到空氣壓縮機的進氣口的進氣管路上。
4.一種利用權(quán)利要求1所述的運行控制系統(tǒng)控制空氣壓縮機運行的方法，所述方法包括以下步驟: 在進氣閥關(guān)閉狀態(tài)下，當控制電機運行的變頻器檢測到供氣壓力低于設(shè)定的下限壓力時，變頻器打開進氣閥，使空氣壓縮機加載；和/或 在進氣閥打開狀態(tài)下，`當控制電機運行的變頻器檢測到供氣壓力高于設(shè)定的上限壓力時，變頻器關(guān)閉進氣閥，使空氣壓縮機卸載。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟: 當在進氣閥關(guān)閉狀態(tài)下檢測到供氣壓力低于設(shè)定的下限壓力時，首先使電機運行至設(shè)定的加載頻率，然后延遲地打開進氣閥，以使空氣壓縮機在所述加載頻率下加載；和/或變頻器通過其內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器根據(jù)檢測到的供氣壓力控制電機的運行速度，以使供氣壓力達到預(yù)定的供氣壓力。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟: 使電機在進氣閥打開的帶載狀態(tài)下的運行頻率不低于設(shè)定的下限帶載頻率。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， 當電機以所述下限帶載頻率運行超過預(yù)定時間時，關(guān)閉進氣閥，防止電機在下限帶載頻率下長時間帶載運行。
8.如權(quán)利要求5-7中任一所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟: 當在進氣閥打開狀態(tài)下檢測到以下至少一種故障:供電電網(wǎng)欠壓、變頻器和/或電機過流、變頻器和/或電機過載時，變頻器關(guān)閉進氣閥，給電機卸載；和/或 在進氣閥打開狀態(tài)下檢測到變頻器和/或電機過載故障時，變頻器首先降頻運行，降低電機的運行速度，如果繼續(xù)過載，則關(guān)閉進氣閥。
9.如權(quán)利要求5-8中任一所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟: 當進氣閥關(guān)閉后，電機延時地運行至設(shè)定的休眠頻率。
10.如權(quán)利要求5-9中任一所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟: 在供氣壓力與設(shè)定的上限壓力或下限壓力比較時，通過采取防誤判措施防止反饋壓力的瞬間異常波動引起誤判。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于， 所述防誤判措施為: 在兩個或多個間隔開的時間點檢測供氣壓力并取平均值，然后將該平均值與設(shè)定的上限壓力或下限壓力進行比較判斷；或 在兩個 或多個間隔開的時間點檢測供氣壓力，只有當所有檢測到的供氣壓力全部高于設(shè)定的上限壓力或低于設(shè)定的下限壓力才做出相應(yīng)判斷。
【文檔編號】F04B49/06GK103527461SQ201210233069
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】邱燕煒, 朱於峰 申請人:博世力士樂(西安)電子傳動與控制有限公司