本發(fā)明涉及一種壓縮機領(lǐng)域，尤其涉及一種壓縮空氣系統(tǒng)和控制方法。

背景技術(shù)：

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域壓縮空氣是必不可少的一種動力源，現(xiàn)有工廠因生產(chǎn)需量不同，均裝置對應(yīng)產(chǎn)氣量的空氣壓縮機組及配套設(shè)施，壓縮空氣系統(tǒng)是生產(chǎn)領(lǐng)域的主要能耗動力源之一?？諝鈮嚎s機在生產(chǎn)壓縮空氣時需要消耗大量電能，以普遍的生產(chǎn)100psig(7kg/cm3g)壓縮空氣系統(tǒng)為例，吸氣量為100icfm的空氣壓縮機工作一個小時大約需要消耗20hp的電能，空氣壓縮機的能源利用率非常低只有20.8％左右。大部分空氣壓縮機站的工作模式是：設(shè)定加卸載壓力(或空氣壓縮機組間有階梯加卸載壓力)，卸載一定時間停機，管網(wǎng)壓力低于啟動壓力時增加空氣壓縮機臺數(shù)啟動，冷干機不管能否達(dá)到空氣被壓縮到壓力對應(yīng)的露點溫度而一直工作。由于工廠的環(huán)境是不斷變化和生產(chǎn)工藝需求不同，對壓縮空氣要求最低壓力也是不同的，但空氣壓縮機生產(chǎn)商只制造一定壓力范圍的空氣壓縮機，使用者并不知道在滿足的壓力范圍內(nèi)哪個供氣壓力值空氣壓縮機效率最高，及冷干機的露點溫度何值最節(jié)能。若為了安全供氣設(shè)定偏高的供氣壓力，空氣壓縮機供氣管道到干燥機出氣總管段的壓力損失不斷增大，增加空氣壓縮機供氣壓力的能耗。這種的空氣壓縮機站運行管理方式存在較大的能源浪費，在如何合理使用壓縮空氣及空氣壓縮機工作效率如何提升，既滿足工藝生產(chǎn)需求，又能動態(tài)調(diào)節(jié)各參數(shù)是空氣壓縮機站始終處于最高能效狀態(tài)運行，已成為空氣壓縮機行業(yè)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

同時，現(xiàn)有的空氣壓縮機站設(shè)備計算機管理系統(tǒng)，只是實現(xiàn)設(shè)備自動遠(yuǎn)程的啟停和狀態(tài)監(jiān)測，管網(wǎng)的壓力過高或過低，由依賴操作人員判斷增加機組投入運行或停止運行，或原預(yù)先的管理程序設(shè)定的空氣壓縮機組輪循啟停，并不能計算用氣負(fù)荷量來選擇空氣壓縮機機組中的何臺最適于啟停運行，也不能實時計算每臺空氣壓縮機的工作效率或輸入功率比kw/(m³.min^-1)和統(tǒng)計顯示空氣壓縮機的能耗。實際上，壓縮空氣系統(tǒng)的運行是否合理可以被檢測，如果存在操作弊病和設(shè)計有問題，經(jīng)過工藝改進之后，壓縮空氣系統(tǒng)將來的運營費用和其運行維護成本大大降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種工作效率更高，維護成本更低的一種壓縮空氣系統(tǒng)和控制方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種壓縮空氣系統(tǒng)，包括：至少一臺變頻器，還包括空氣壓縮機模塊，與所述變頻器連接，用于壓縮空氣系統(tǒng)生產(chǎn)壓縮空氣；檢測組件，連接于所述空氣壓縮機模塊，用于對空氣壓縮機模塊出口管道內(nèi)的用氣參數(shù)進行檢測；控制器,分別連接所述變頻器、檢測組件和空氣壓縮機模塊，用于根據(jù)接收的參數(shù)信號,生成控制信號，并對具有所述變頻器的空氣壓縮機模塊)進行控制；并根據(jù)參數(shù)的變化來計算并調(diào)整變頻器的輸出頻率。

其中，所述空氣壓縮機模塊包括：與電機連接的空壓機頭，與所述空壓機頭出氣口連接的油氣分離器，以及連接在所述空壓機頭進氣口處的吸氣閥；

還包括：閥門組件，連接在所述吸氣閥和油氣分離器之間，用于形成空氣壓縮機內(nèi)部空氣循環(huán)，降低空氣壓縮機進出口的壓差,減少空氣壓縮機啟動和卸載的扭矩；

干燥裝置，與所述油氣分離器連接，用于經(jīng)空氣壓縮機出口壓力和進口溫濕度確定冷凍式干燥機的設(shè)定溫度，自動啟停冷凍式干燥機；

其中，所述空氣壓縮機模塊還包括壓力檢測組件，與所述油氣分離過濾器連接，用于實時檢測油氣分離器進出口的壓差，根據(jù)所述壓差設(shè)定壓差增大極限報警。

其中，所述閥門組件進一步包括依次連接在所述吸氣閥和油氣分離器之間的用于消除噪音的消音器，用于降低壓差和卸載扭矩的電磁排氣閥和用于維持壓力的第二壓力維持閥。

其中，所述檢測組件包括：溫度傳感器，連接在所述空氣壓縮機模塊的排氣出口，用于檢測空氣壓縮機出口的排氣溫度；壓力傳感器，連接在所述空氣壓縮機模塊的排氣出口，用于檢測空氣壓縮機出口的排氣壓力；流量計，連接在所述空氣壓縮機模塊的排氣出口，用于檢測空氣壓縮機出口的排氣流量；溫濕度傳感器，連接在所述空氣壓縮機模塊的入口處，用于檢測入口溫濕度信息；以及所述控制器還用于根據(jù)所接收的對應(yīng)的參數(shù)信號的變化來計算并調(diào)整所述變頻器的輸出頻率。

本發(fā)明還提供了一種壓縮空氣控制系統(tǒng)，包括至少一臺工頻空氣壓縮機，所述工頻空氣壓縮機還包括具有變頻器的空氣壓縮機，用于改變電力拖動方式為變頻控制，所述控制系統(tǒng)還包括：空氣壓縮機模塊，與所述變頻器連接，用于壓縮空氣系統(tǒng)生產(chǎn)壓縮空氣；檢測組件，連接于所述空氣壓縮機模塊，用于對空氣壓縮機模塊出口管道內(nèi)的用氣參數(shù)進行檢測；控制器,分別連接所述變頻器、檢測組件和空氣壓縮機模塊，用于根據(jù)接收的參數(shù)信號,生成控制信號，并對具有所述變頻器的空氣壓縮機模塊)進行控制；并根據(jù)參數(shù)的變化來計算并調(diào)整變頻器的輸出頻率。功能切換模塊，連接于所述空氣壓縮機模塊和控制器之間，用于改變空氣壓縮機電力拖動方式，使空氣壓縮機在工頻和變頻控制之間切換；

控制器，分別連接所述變頻器，檢測組件和空氣壓縮機模塊，用于根據(jù)檢測組件檢測的參數(shù)的變化來對至少一臺空壓機從工頻切換至變頻,以調(diào)整空壓機系統(tǒng)的供氣；對已經(jīng)切換的變頻空壓機，根據(jù)檢測的參數(shù)變化計算和調(diào)整變頻器的輸出頻率。

其中，所述功能切換模塊包括星三角/軟啟動器、變頻器和開關(guān)組件，所述開關(guān)組件一端連接星三角啟動/軟啟動器和變頻器，所述開關(guān)組件另一端連接所述空氣壓縮機模塊，用于切換空氣壓縮機拖動方式。

其中，所述空氣壓縮機模塊包括電機,作為所述變頻器和軟啟動器電源總開關(guān)的進線開關(guān)；所述開關(guān)組件包括第一斷路器、第二斷路器、第三斷路器和第四斷路器，所述變頻器的一端接口u1/v1/w1連接于所述進線開關(guān)，所述變頻器的另一端接口u2/v2/w2連接于所述第一斷路器；所述軟啟動器的一端接口連接于進線開關(guān)，所述軟啟動器另一端接口連接于所述第二斷路器；所述第三斷路器和第四斷路器與電機形成星三角形連接，所述第一斷路器、第二斷路器、第三斷路器的一端分別與所述電機連接，用于第一斷路器閉合，電機實現(xiàn)變頻控制；第二斷路器閉合，電機實現(xiàn)軟啟動控制；第三斷路器和第四斷路器閉合，電機實現(xiàn)星三角啟動。

本發(fā)明還提供了一種壓縮空氣控制方法，用于調(diào)整壓縮空氣系統(tǒng)的供氣，所述方法包括：檢測壓縮空氣出口管道的用氣參數(shù),根據(jù)參數(shù)的變化來對至少一臺空氣壓縮從工頻切換至變頻控制,以調(diào)整壓縮空氣系統(tǒng)的供氣；對已經(jīng)切換的變頻空氣壓縮機，根據(jù)檢測的參數(shù)變化計算和調(diào)整變頻器的輸出頻率。

其中，所述計算包括：在需求壓力范圍內(nèi)求出效率最高的壓力，將此值賦值pid控制變頻空氣壓縮機的變頻器輸出頻率，維持壓縮空氣系統(tǒng)的效率最高壓力點；當(dāng)多臺空氣壓縮機工作時，設(shè)置加卸載壓力值，控制變頻器的頻率輸出或啟停，維持效率最高壓力供氣；根據(jù)露點溫度的計算，自動啟停干燥裝置；實現(xiàn)自動能效監(jiān)控。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

通過改進壓縮空氣系統(tǒng)的流程工藝制造、自動化管理控制方式，解決了諸多工程實際問題；本發(fā)明通過把至少一臺工頻電機改為變頻器拖動的電機，并通過改進工藝技術(shù)，增加閥門和檢測儀表，減小了設(shè)備的啟動電流，根據(jù)壓力自動調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)了電機的節(jié)能控制；根據(jù)環(huán)境溫濕度和壓力情況計算露點溫度，實現(xiàn)冷干機的自動啟停，降低能耗；增加壓差傳感器，判斷過濾器的壓力損失并提示需要更換或者清洗的報警信息，以上整體提高了壓縮空氣系統(tǒng)的運行效率，降低了能量消耗，實現(xiàn)了壓縮空氣系統(tǒng)的最優(yōu)運行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例一提供的用于高效率(節(jié)能)型壓縮空氣系統(tǒng)制造與控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一提供的空氣壓縮機模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例一提供功能切換模塊的空氣壓縮機電氣改接線路原理圖；

圖4是本發(fā)明實施例一提供的空氣壓縮機連接檢測組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例一提供的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例二提供的供氣管路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例二提供的壓縮空氣系統(tǒng)高低級用氣分離與供用改進原理圖；

圖8是本發(fā)明實施例一提供的能效控制方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了解決現(xiàn)有技術(shù)在壓縮空氣系統(tǒng)中采用工頻方式控制空氣壓縮機組，能源利用率低，生產(chǎn)效率低下等技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種壓縮空氣系統(tǒng)和控制方法，其核心思想是：至少一臺變頻空氣壓縮機或者工頻空氣壓縮機中有至少一臺空氣壓縮機包括變頻器，用于改變電力拖動方式為變頻控制。控制系統(tǒng)還包括：檢測組件,用于對空氣壓縮機出口管道內(nèi)的用氣狀態(tài)進行檢測；開關(guān)組件，分別與對應(yīng)的軟啟動器或星三角啟動以及變頻器連接，使空氣壓縮機在工頻和變頻控制之間切換；閥門組件，連接在所述吸氣閥和油氣分離器之間，用于形成空氣壓縮機內(nèi)部空氣循環(huán)，降低空氣壓縮機進出口的壓差,減少空氣壓縮機加載和卸載的扭矩；控制器,用于根據(jù)接收的狀態(tài)信號,生成控制信號，并對所述變頻空氣壓縮機進行控制；并根據(jù)參數(shù)的變化來計算并調(diào)整變頻器的輸出頻率；當(dāng)多臺空氣工作時，設(shè)置加卸載壓力值，控制變頻器的頻率輸出或啟停。同時，空氣壓縮機均包括壓力檢測單元，用于檢測油氣分離器前后的壓差，檢測信號發(fā)送給控制器，用以分析油氣分離器的阻塞狀況；根據(jù)露點溫度的計算，自動啟停冷凍式干燥機以及實現(xiàn)自動能效監(jiān)控。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細(xì)描述。

實施例一

本發(fā)明實施例提供了一種壓縮空氣系統(tǒng)，參加圖1，該系統(tǒng)改變空氣壓縮機的電力拖動方式，由工頻的星三角/軟啟動器控制變?yōu)樽冾l器控制，提高了空氣壓縮機的工作效率，壓縮空氣系統(tǒng)具體包括：功能切換模塊100，空氣壓縮機模塊200，檢測組件300和控制器400。

功能切換模塊100，連接于空氣壓縮機模塊200和控制器400，用于改變空氣壓縮機啟動方式，使空氣壓縮機在工頻和變頻控制之間切換；

空氣壓縮機模塊200，分別連接功能切換模塊100、檢測組件300及控制器400，用于提供壓縮氣體；

檢測組件300，分別連接空氣壓縮機模塊200和控制器400，用于檢測空氣壓縮機出口管道處的壓力、流量、溫度和入口處的溫濕度值，作為參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率；

控制器400，分別連接功能切換模塊100，空氣壓縮機模塊200和檢測組件300，用于根據(jù)接收的參數(shù)信號,生成控制信號，并對具有所述變頻器的空氣壓縮機模塊200進行控制；并根據(jù)參數(shù)的變化來計算并調(diào)整變頻器101的輸出頻率；

進一步地，功能切換模塊100包括，變頻器101、星三角/軟啟動器102和開關(guān)組件103，開關(guān)組件103一端連接星三角啟動/軟啟動器102和變頻器101，開關(guān)組件103另一端連接所述空氣壓縮機模塊200，用于切換空氣壓縮機電力拖動方式。

有兩種方式，當(dāng)原有空氣壓縮機由變頻器控制時，變頻器101經(jīng)由a直接連接于空氣壓縮機模塊200；當(dāng)原有空氣壓縮機由星三角/軟啟動器102控制時，增加變頻器101和開關(guān)組件103，變頻器101和星三角/軟啟動器102連接于開關(guān)組件103，并經(jīng)開關(guān)組件103的選擇經(jīng)由b連接于空氣壓縮機模塊200，用于改變空氣壓縮機的電力拖動方式為變頻控制，降低空氣壓縮機的能耗。

空氣壓縮機模塊200包括，空壓機頭201，油氣分離器202，吸氣閥203，閥門組件204，干燥裝置205及壓力檢測組件206，吸氣閥203連接于空壓機頭201，空壓機頭201連接于油氣分離器203，最后連接于干燥裝置205，閥門組件204連接于吸氣閥203和油氣分離閥202之間。吸氣閥，用于控制空氣壓縮機空氣的吸入；空壓機頭201，是壓縮空氣的氣壓生產(chǎn)裝置；油氣分離器202用于將潤滑油從制冷蒸汽中分離；干燥裝置205用于將壓縮空氣中的水分冷凍至露點以下，使之從空氣中析出。

空氣經(jīng)由吸氣閥203進入到空壓機頭201，然后進入到油氣分離器202，最后經(jīng)由干燥裝置205后進入排氣管道里，本發(fā)明的改進之處是在油氣分離器202和吸氣閥203之間的管道上增加閥門組件204，卸載時，空氣從油氣分離器202出來后經(jīng)過閥門組件204又重新進入吸氣閥203，形成空氣壓縮機壓縮腔內(nèi)部空氣循環(huán)，減小空氣壓縮機前后的壓差，降低空氣壓縮機啟動和卸載的扭矩。

壓力檢測組件206，連接于油氣分離器202，在油氣分離器202過濾器的前后(冷干機與過濾器或吸附式干燥劑與過濾器)，增加壓差傳感器，設(shè)定壓差增大極限報警，有利于及時提醒管理人員更換和維修，過濾裝置前后的壓差反應(yīng)管網(wǎng)堵塞壓力損失情況，到達(dá)設(shè)定壓差極限會增加空氣壓縮機供氣壓力和空氣壓縮機機組的能耗。

其中，上述模塊對應(yīng)的細(xì)節(jié)附圖詳見下面描述:

參考圖2為本發(fā)明實施例一提供的空氣壓縮機模塊200的結(jié)構(gòu)示意圖，該模塊包括:空壓機頭201，油氣分離器202，吸氣閥203、干燥裝置205、第一壓力維持閥73、空氣濾芯50、油量調(diào)節(jié)閥51、排氣單向閥52、單向閥53、安全閥54、溫控閥55、油過濾器58、閥門57、消音器70、電磁排氣閥71和第二壓力維持閥72，改進之處在于在油氣分離器202內(nèi)(或在主排氣管的第一壓力維持閥73與油氣分器202之間)引出一根輔助排氣管道，在輔助管道上增加了用于降低壓差和卸載扭矩的電磁排氣閥71、用于維持壓力的第二壓力維持閥72和用于消除噪音的消音器70，其中，空壓機頭201的一端與吸氣閥203連接，另一端經(jīng)排氣單向閥52與油氣分離器202連接，油氣分離器202經(jīng)由電磁排氣閥71、第二壓力維持閥72與吸氣閥203連接，同時油氣分離器202經(jīng)由第一壓力維持閥73與干燥裝置205連接，主要實現(xiàn)的功能是當(dāng)空氣通過空氣濾芯50進行過濾后，經(jīng)吸氣閥203進入空壓機頭201，壓縮后進入油氣分離器202，可以經(jīng)第一壓力維持閥73進入到干燥裝置205，通過閥門57的控制，排入管道，或在卸載時，打開電磁排氣閥71、經(jīng)過第二壓力維持閥72后空氣重新進入到吸氣閥203，以使空氣壓縮機壓縮腔內(nèi)部空氣循環(huán)，使壓縮機的前后壓差δp較小，扭矩小，電機電流小。由于輔助排氣管道增設(shè)一個第二壓力維持閥72保證了壓縮機腔內(nèi)的壓差(壓差為2.5kg壓力)，以便提供潤滑冷卻油循環(huán)的動力，否則沒有油潤滑冷卻螺桿轉(zhuǎn)子，易損壞空氣壓縮機轉(zhuǎn)子。其中空壓機頭201的油路通過油量調(diào)節(jié)閥51、油過濾器58、溫控閥55與干燥裝置205連接，同時油氣分離器202的油路也通過溫控閥55與干燥裝置205連接，空壓機頭201另外一個油路通過單向閥53與油氣分離器202連接，油路主要用于控制電機溫度、減小磨損。

參考圖3為本發(fā)明實施例一提供的功能切換模塊100的空氣壓縮機電氣改接線路原理圖，該模塊包括變頻器101、軟啟動器102、第一斷路器31至第四斷路器34、電機40和進線開關(guān)41，進線開關(guān)41作為所述變頻器101和軟啟動器102的電源總開關(guān)，第一斷路器31至第四斷路器34用于切換控制方式，參考圖1中的開關(guān)組件103是由第一斷路器31至第四斷路器34組成。變頻器101的一端接口u1/v1/w1連接于進線開關(guān)41，另一端接口u2/v2/w2連接于第一斷路器31；軟啟動器102的一端接口連接于進線開關(guān)41，另一端接口連接于第二斷路器32；第三斷路器32和第四斷路器34與電機40形成星三角形連接；第一斷路器31、第二斷路器32、第三斷路器33的一端分別與電機40相連，第四斷路器的兩端與電機40相連。具體的控制方式是第一斷路器31閉合，第二斷路器32至第四斷路器34斷開，電機40實現(xiàn)變頻控制；第二斷路器32閉合，第一斷路器31、第三斷路器33和第四斷路器34斷開，電機40實現(xiàn)軟啟動控制；第三斷路器32和第四斷路器34閉合，第一斷路器31和第二斷路器32斷開，電機40實現(xiàn)星三角啟動。

主要的改進方法是，通過第一斷路器31的開合，使用變頻器頻101頻繁啟停或卸載低頻空氣壓縮機運行，電機負(fù)載小。空氣壓縮機安裝變頻器101，將啟動信號接入變頻器101(或要等星三角閉合時啟動)，這樣在空氣壓縮機啟動時不會像原軟啟動器102或星三角啟動的高電流，變頻器101在電機無負(fù)載啟動時，實現(xiàn)電機平緩啟動，啟動電流最多達(dá)到1.2倍的運行，又保證空氣壓縮機的油路潤滑安全，轉(zhuǎn)子具有潤滑油冷卻和潤滑，因此空氣壓縮機可以實現(xiàn)頻繁啟停。為了最大限度節(jié)約空氣壓縮機的卸載時能耗，一種方法時讓空氣壓縮機停止工作，另一種是將轉(zhuǎn)速降低節(jié)約卸載空轉(zhuǎn)時得電機能耗。

在本實施例中，當(dāng)卸載時，變頻器101可降低轉(zhuǎn)速20hz，節(jié)約電機能耗，當(dāng)需要加載時待變頻器101轉(zhuǎn)速達(dá)到30hz以上時，才發(fā)信號給空氣壓縮機加載。同時計算壓力下降的幅度-實際上反映耗氣量的多少，來判斷卸載還是可以直接停機，若計算卸載時間超過120秒直接停機。這樣既保證原空氣壓縮機控制器的各種控制和安全保護模式，也實現(xiàn)了單臺空氣壓縮機因卸載不做功的最大化節(jié)能。

參考圖4為本發(fā)明實施例一提供的檢測組件300的空氣壓縮機連接檢測組件的結(jié)構(gòu)示意圖，該組件包括溫度傳感器10、壓力傳感器20、流量計30、溫濕度傳感器35、閥門45、電能采集模塊80和信號采集器60，其中溫度傳感器10、壓力傳感器20、流量計30安裝在空氣壓縮機模塊200出口排氣管道上，位于閥門45的外側(cè)，用于采集氣體溫度、壓力和流量信息；電能采集模塊80安裝在空氣壓縮機模塊200出口排氣管道上，位于閥門45的外側(cè)，用于采集電壓、電流等信號，計算空氣壓縮機的能量消耗；溫濕度傳感器35安裝在空氣壓縮機模塊200的入口處，用于采集入口溫濕度信息，信號采集器60接收各傳感器的信號，發(fā)送給控制器400，控制器400計算控制參數(shù)，以控制空氣壓縮機變頻器的輸出頻率。

參考圖5為本發(fā)明實施例一提供的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該控制系統(tǒng)包括控制器400連接溫度傳感器10a至溫度傳感器10d、壓力傳感器20a至壓力傳感器20d、流量計30a至流量計30d和溫濕度傳感器35用于采集壓縮空氣系統(tǒng)的溫度、壓力、流量和溫濕度信息，同時控制器400與空壓機電控柜610至空壓機電控柜640連接并接收和發(fā)送控制信號；空壓機電控柜610連接變頻空氣壓縮機510，空壓機電控柜620連接工頻空氣壓縮機520，空壓機電控柜630連接工頻空氣壓縮機530，空壓機電控柜640連接變頻空氣壓縮機540。空壓機電控柜610至空壓機電控柜640是將控制元件裝配在里面，如變頻器或軟啟動器，并含有一定的控制邏輯的防護體及容體。控制器400接收空壓機電控柜610至空壓機電控柜640及溫度傳感器10a至溫度傳感器10d、壓力傳感器20a至壓力傳感器20d、流量計30a至流量計30d和溫濕度傳感器35的信號信息，用于在需求壓力范圍內(nèi)求出效率最高的壓力，將此值賦值pid控制空氣壓縮機動作；當(dāng)多臺電機工作時，設(shè)置加卸載壓力值，控制變頻器的啟停，使工頻空氣壓縮機和變頻空氣壓縮機有效交替使用，提高工作效率；能夠?qū)崿F(xiàn)計算機自動能效監(jiān)控管理；計算露點溫度，自動啟停干燥裝置205。

參考圖6為本發(fā)明實施例一提供的供氣管路結(jié)構(gòu)示意圖，為該系統(tǒng)主要體現(xiàn)供氣與用氣的關(guān)系，供氣壓力與流量的理想狀態(tài)最好略高于用氣壓力的0.3～0.5kg，但設(shè)計過程或現(xiàn)場使用的過程，管路直徑過小只有提高供氣壓力才能滿足用氣量，或人為“保守”設(shè)定過高的供氣壓力充分滿足生產(chǎn)線上的用氣需求(即高壓空氣勢能降為低勢能空氣源利用)。提高供氣壓力必然空氣壓縮機能耗增大，且此時工作效率極低。另外，供氣壓力過高，管路壓力損失δp越大，末端浪費氣源越多，造成雙方面加重浪費。

主要包括：壓力傳感器91a至壓力傳感器91c，流量計92a至流量計92c，壓力調(diào)節(jié)閥90a至壓力調(diào)節(jié)閥90c，控制器400，分氣缸600，主供氣管道700和分支供氣管道710至分支供氣管道730，對于從空壓站主供氣管路700上有多路分支供氣管路，每個分支供氣管路的用氣壓力等級不相同，在分支供氣管路710至分支供氣管路730上均安裝壓力傳感器、壓力調(diào)節(jié)閥和壓縮空氣流量計，匹配每路實際用氣情況，避免用氣壓力等級不同，而供氣壓力相同。

根據(jù)上述安裝的監(jiān)測儀，統(tǒng)計平均流量和高峰最大流量，計算最佳管徑并對比現(xiàn)安裝的管徑是否合適。現(xiàn)有管路的管徑判斷合理或因改造管路選擇管徑判斷依據(jù)：流量&壓力計算公式：

dl＝18.8(qv/u)^1/2

dl為管道內(nèi)徑mm；qv為氣體容積流量m³/h；u為管內(nèi)氣體平均流速m/s，避免過高壓供氣增加空氣壓縮機能耗。

管內(nèi)壓力&平均流速參考值

通過上述描述采用供氣壓力等級動態(tài)平衡控制可以降低用氣量和氣源損耗，計量各分支管路用氣量，有利于統(tǒng)計和分區(qū)計量。

進一步的，根據(jù)供氣與用氣的關(guān)系，參考圖7為本發(fā)明實施例二提供的壓縮空氣系統(tǒng)高低級用氣分離與共用改進原理圖，包括閥門801至閥門805、空氣壓縮機200a至空氣壓縮機200d、干燥機205a至干燥機205d、過濾器207a至過濾器207d、特殊供氣管道740、主供氣管道700、分支供氣管道710至分支供氣管道730。主供氣管道700是壓縮空氣供氣總管；分支供氣管道710至分支供氣管道730提供壓力等級不同的壓縮空氣；特殊供氣管道740可以單獨提供壓縮空氣；干燥機205a至干燥機205d連接于空壓機200a至200d之后，用于使水分冷凍至露點以下，使之從空氣中析出；過濾器207a至過濾器207d連接于干燥機205a至205d之后，用于過濾空氣中的雜質(zhì)；閥門801連接在空氣壓縮機200a出口與主供氣管道700之間，閥門802連接在空氣壓縮機200a出口與干燥機205a入口之間，閥門805連接在過濾器207a出口與特殊供氣管道740之間，閥門803連接在過濾器207a出口與主供氣管道700之間，閥門804連接在特殊供氣管道740與主供氣管道700之間，閥門801至閥門804主要用于在供氣時分離和合并特殊供氣管道740與主供氣管道700實現(xiàn)管路壓力分級供應(yīng)。

具體實現(xiàn)功能是對于特殊用氣的管路740采用既可自動分離又可聯(lián)網(wǎng)合并供應(yīng)。當(dāng)特殊要求供氣較小，普通用氣較大時采用分離的方法，關(guān)閉閥門801、閥門803和閥門804，打開閥門802和閥門805，不會因為特殊用氣影響整體供氣提高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)，這樣不影響普通空氣壓縮機能效和增加能耗；當(dāng)特殊要求供氣較大，普通用氣較小時采用聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)的方法，打開閥門801至閥門805，這樣可以提高空氣壓縮機組供氣效率，減少開機數(shù)量。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了一種壓縮空氣控制方法，適用于實施例一所述的壓縮空氣系統(tǒng)，具體包括如下幾種方法：

方法一、在需求壓力范圍內(nèi)求出效率最高的壓力，將此值賦值pid控制空氣壓縮機動作，參考圖4，具體的控制方法分為以下幾個步驟：

步驟s31，對每臺空氣壓縮機(工頻和變頻)安裝設(shè)備——電能采集模塊80、流量計30、吸氣環(huán)境的溫濕度傳感器35、排氣溫度傳感器10和排氣壓力傳感20，通過空氣壓縮機控制器400采集安裝的傳感器數(shù)據(jù)，計算每臺空氣壓縮機實時工作效率。

步驟s32，空氣壓縮機工作效率計算

空氣流量計30均安裝在空氣壓縮機的排氣出口，測出的流量要統(tǒng)一換算為吸氣狀態(tài)的標(biāo)況流量，由空氣熱力學(xué)性質(zhì)吸氣狀態(tài)(p0v0＝rt0)和排氣狀態(tài)(peve＝rte)，折算出標(biāo)況流量v0＝pevet0/tep0

q:＝v0/60；(*v0為空氣壓縮機每分鐘吸氣容量m³/m,q轉(zhuǎn)換為每秒吸氣容量m³/s*)

pex(*排氣壓力為絕對壓力單位pa*)

pin(*吸氣壓力為絕對壓力單位pa*)

p_actual(*空氣壓縮機工作是的功率kw*)

空氣壓縮機輸出功：

(*p_theory實際輸出功率kw,n為常數(shù)1.25，吸氣容量單位m³/s，壓力單位應(yīng)為pa*)

空氣壓縮機工作效率：η_efficiency＝p_theory/p_actual；

步驟s33，對于單臺變頻空氣壓縮機最佳工作效率控制

變頻拖動的空氣壓縮機實時工作效率η_efficiency＝p_theory/p_actual；

如果從單臺使用變頻拖動的空氣壓縮機的情況，加卸載壓力范圍內(nèi)的用最佳效率來控制，求出對應(yīng)freq_efficieny作為效率控制值來調(diào)節(jié)。具體算法如下：

(*efficiencyb為中間變量，freq_efficieny為最佳效率對應(yīng)頻率值，freq為實時頻率值*)

若供氣壓力在加卸載壓力范圍內(nèi)，控制器輸出頻率值為freq_efficieny；

若供氣壓力低于卸載壓力時，pid控制范圍的最低頻率為freq_efficieny；

這樣即滿足需求壓力，又控制空氣壓縮機最節(jié)能運行。

步驟s34，對于兩臺以上空氣壓縮機且配置至少一臺變頻拖動空氣壓縮機同時運行的算法，以工頻空氣壓縮機的能效壓力控制為主。

計算空氣壓縮機的最佳運行效率壓力點,由于外界的氣溫和空氣壓縮機的散熱不斷變化壓縮機的效率會發(fā)送變化，每半個小時打破調(diào)節(jié)平衡監(jiān)測加卸載范圍的最佳效率壓力，此時要重新設(shè)置最大效率值壓力點。采用自動比較賦值找出效率最大值算法，具體算法如下：

(*pressure_load為設(shè)定的加載壓力，pressure_unload為設(shè)定的卸載壓力，auto_adjustpressure為調(diào)節(jié)控制壓力*)

由此自動在需求壓力范圍內(nèi)求出效率最高的壓力，并將此值賦值pid控制。

方法二，當(dāng)多臺電機工作時，設(shè)置加卸載壓力值，控制變頻器的啟停，使工頻空氣壓縮機和變頻空氣壓縮機有效交替使用，提高工作效率。

具體的，參考圖5，根據(jù)空氣壓縮機的個數(shù)，對于3臺以下設(shè)置一臺變頻拖動空氣壓縮機，對于本實施例中4臺以上設(shè)置2臺變頻空氣壓縮機510和變頻空氣壓縮機540(2臺變頻空氣壓縮機一般輪回使用，在空氣壓縮機負(fù)載大時，其中一臺也可以通過工變頻切換到工頻模式運行空氣壓縮機。

最佳能效壓力值主要計算工頻空氣壓縮機520和工頻空氣壓縮機530(運行的工頻空氣壓縮機)，然后變頻空氣壓縮機510和變頻空氣壓縮機540依據(jù)能效壓力值pid調(diào)節(jié)控制壓力。由于外界環(huán)境不斷變化和壓縮空氣系統(tǒng)用氣的特點，壓力調(diào)節(jié)不能恒定控制，必定會出現(xiàn)加卸載(只是加卸載周期長短不一)，此時能效壓力值在每個加卸載周期可能發(fā)生變化，當(dāng)最佳能效壓力值改變時需要重新賦值作為控制值。上述檢測組件300中已闡述計算空氣壓縮機效率和自動比較賦值控制最佳效率計算方法。

變頻拖動的變頻空氣壓縮機510和變頻空氣壓縮機540的加卸載壓力設(shè)置，加載壓力比工頻空氣壓縮機520和工頻空氣壓縮機530高0.15kg/cm²，卸載壓力比工頻空氣壓縮機520和工頻空氣壓縮機530低0.2kg/cm²，目的是使工頻空氣壓縮機工作效率高，變頻空氣壓縮機因可以頻繁啟停和加卸載節(jié)約能源。變頻空氣壓縮機510和變頻空氣壓縮機540可以在加卸載壓力范圍內(nèi)pid調(diào)節(jié)控制整體空氣壓縮機組能效壓力運行，這樣空壓站產(chǎn)氣能效高電耗低。4臺以上空氣壓縮機組——2臺變頻和2臺以上工頻，需要安裝一套帶有di/do/ai/ao的信號采集和rs485自由通訊編程接口的計算機控制系統(tǒng)，配置人機觸摸操控界面，計算機控制系統(tǒng)與每臺空氣壓縮機通信連接，將上述檢測組件300中的算法程序裝入控制系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)無人值機空氣壓縮機組自動節(jié)能運行。

方法三、計算空氣壓縮機實時吸氣環(huán)境狀態(tài)下的露點，根據(jù)吸氣環(huán)境下的露點計算實時供氣壓力狀態(tài)下壓力露點，根據(jù)壓力露點設(shè)定除濕露點并自動啟停冷凍式干燥機，其具體的計算方式是：根據(jù)環(huán)境所述溫濕度傳感器，及壓力傳感器，即可計算環(huán)境露點溫度和加卸載壓力范圍的壓力露點，

具體步驟如下：

步驟s21，計算吸氣環(huán)境下的露點溫度

(*tc為吸氣環(huán)境的實時溫度℃，rh為吸氣環(huán)境的實時濕度％*)

tk＝tc+273.15；(*單位開爾文k*)

pws:＝e^m_parameter；(*e為自然指數(shù),2.718282，飽和水蒸汽壓力,pa*)

pw:＝pwsxrh；(*水蒸汽分壓,pa*)

t_dp:＝b1+b2xln(pw)+b3x(ln(pw))²；(*露點溫度℃*)

步驟s22，計算卸載壓力對應(yīng)的露點溫度

abs_hum:＝0.62198xpw(101325.00-pw)；；(*計算室內(nèi)空氣對應(yīng)的絕對含濕量*)

p_unloadmoist:＝pwx(p_unload+1.01)/1.01；(*對應(yīng)卸載壓力下的水蒸汽分壓，pa*)

t_updp:＝b1+b2xln(p_unloadmoist)+b3x(ln(p_unloadmoist))²；(*對應(yīng)卸載壓力下的露點溫度℃*)

步驟s23，如果t_updp>室外t+5℃，應(yīng)該啟動冷干機降溫冷凝，因為外界溫度低于管道壓縮空氣的露點溫度，管道壓縮空氣易降溫產(chǎn)生冷凝水；如果t_updp<室外t-5℃或t_updp<4℃時，管道中不易產(chǎn)生冷凝水，可以停止冷干機節(jié)約能源。

方法四、能夠?qū)崿F(xiàn)計算機自動能效監(jiān)控管理。

參考圖8為本發(fā)明實施例一提供的能效控制方式的結(jié)構(gòu)示意圖，包括能效監(jiān)控服務(wù)器1000、路由器900、控制器400、壓縮空氣動態(tài)平衡控制器410、信號線910和信號線920、空壓機電控柜610至空壓機電控柜640和變頻空氣壓縮機510、工頻空氣壓縮機520、工頻空氣壓縮機530、變頻空氣壓縮機540、儲氣罐110和分氣缸600，能效監(jiān)控服務(wù)器1000經(jīng)路由器900與控制器400和壓縮空氣動態(tài)平衡控制器410進行網(wǎng)絡(luò)連接，控制器400又通過信號線910連接于空壓機電控柜610至空壓機電控柜640，用于監(jiān)控空氣壓縮機，壓縮空氣動態(tài)平衡控制器410通過信號線920連接于分支供氣管道上的流量計92a至流量計92c，壓力傳感器91a至壓力傳感器91c，電動調(diào)節(jié)閥90a至電動調(diào)節(jié)閥90c，用于監(jiān)控壓縮空氣系統(tǒng)分支供氣管道上的供氣狀態(tài)。自動能效監(jiān)控管理具體實現(xiàn)的功能包括：

監(jiān)測空壓機房運行狀態(tài)、采集每臺空氣壓縮機的設(shè)置參數(shù)和相關(guān)儀表數(shù)據(jù)(排氣壓力/溫度，主機溫度，分離前壓力，進氣負(fù)壓，冷卻油(劑)溫，加卸載壓力，卸載停機時間，卸載與加載間隔時間，運行時間/加載時間，電機三相電流/電壓/功率)；

自動計算空氣壓縮機組實時工作效率，找出效率最大值調(diào)整設(shè)置工藝需求參數(shù)和選擇最優(yōu)方案自動啟停機組，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率控制最佳壓力。冷凍式干燥機根據(jù)露點溫度啟停、壓縮空氣冷凝水排放裝置自動感應(yīng)開關(guān)等，實現(xiàn)計算機自動化操控，無需人工介入管控，做得既節(jié)能運行又節(jié)約人工成本；

空氣壓縮機預(yù)警和報警提示，快速處理故障和啟動預(yù)備解決方案，人工或自動在管理計算機上決定如何處理，避免空氣壓縮機設(shè)備損壞；

設(shè)備性能自動分析，油水分離前后的壓差---說明油氣分離過濾器的阻塞狀況；吸氣負(fù)壓值---說明空氣濾芯阻塞狀況，主機溫度、冷卻劑溫度和電機功率---說明冷卻情況整體性能；

壓縮空氣系統(tǒng)歷史性能效評價

空壓站供氣成本、效率分析：統(tǒng)計總供氣量與壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的用電，計算平均輸入比功率(kw/(m3.min-1))，評價壓縮空氣系統(tǒng)工作效率和性能，統(tǒng)計日、月、年季累計空壓站房的耗電量和費用，分支管路用氣統(tǒng)計，衡量用氣單位的用氣情況和費用分?jǐn)偙壤?/p>

這樣壓縮空氣系統(tǒng)不僅從設(shè)備角度運行管理還是從工作效率、能源費用都有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種壓縮空氣系統(tǒng)和控制方法，其具有較好的實用效果，通過改進壓縮空氣系統(tǒng)的流程工藝制造、自動化管理控制方式，解決了諸多工程實際問題；本發(fā)明通過把至少一臺工頻電機改為變頻器拖動的電機，并通過改進工藝技術(shù)，增加檢測儀表，減小了設(shè)備的啟動電流，根據(jù)壓力自動調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)了電機的節(jié)能控制；根據(jù)環(huán)境溫濕度和壓力情況計算露點溫度，實現(xiàn)冷干機的自動啟停，降低能耗；增加壓差傳感器，判斷過濾器的壓力損失并提示需要更換或者清洗的報警信息，以上整體提高了壓縮空氣系統(tǒng)的運行效率，降低了能量消耗，實現(xiàn)了壓縮空氣系統(tǒng)的最優(yōu)運行。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。