本發(fā)明屬于壓風(fēng)機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

壓風(fēng)機是壓縮氣體發(fā)生裝置，在一定體積內(nèi)對空氣壓縮做功，使得空氣存儲內(nèi)能，能夠?qū)ζ渌矬w做功，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移。壓縮空氣安全可靠，無污染，具有復(fù)原性等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于生活和生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，使它成為僅次電力的第二大動力能源。利用電能在壓縮腔內(nèi)壓縮空氣，轉(zhuǎn)變成空氣內(nèi)能，再對外界做功，轉(zhuǎn)化成機械能，它是一種氣體動力源的裝換設(shè)備，在礦山作業(yè)不僅可用作風(fēng)動機械的動力來源，而且可以向井下工作面供給空氣，實現(xiàn)災(zāi)害條件下的壓風(fēng)自救，保障作業(yè)人員的安全，是礦井生產(chǎn)與安全保障的重要設(shè)備之一。

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國礦山企業(yè)已有95％的企業(yè)使用壓縮空氣，且不停連續(xù)生產(chǎn)的需求，通常采用多組壓風(fēng)機的組合配置，由于設(shè)備能量消耗巨大，使得空氣壓縮設(shè)備用電量劇增，而壓風(fēng)機用電量占全部礦山總用電設(shè)備9％以上，壓縮空氣是比電昂貴得多的能源。以20立方米的壓風(fēng)機為例，在電費是0.5元/度，一年運行8000小時，負載率為60％的情況下，一年的用電的電費為40多萬，節(jié)約運行是礦山綠色節(jié)能的必然發(fā)展趨勢；同時由于壓風(fēng)機結(jié)構(gòu)精密，長時間高速運行通常容易造成磨損及設(shè)備失效，增加企業(yè)設(shè)備維修成本。目前對于壓風(fēng)機組聯(lián)動控制的控制方法主要是基于非線性控制理論，但是由于壓風(fēng)機組在工作過程中還存在大量連續(xù)變量如流量、壓力和溫度等，具有明顯的混雜特性，是典型的混雜系統(tǒng)，因此單一的線性控制或非線性控制無法滿足壓風(fēng)機組的控制要求，因此可將混雜系統(tǒng)理論應(yīng)用于壓風(fēng)機組的控制過程中來實現(xiàn)壓風(fēng)機組的安全生產(chǎn)和節(jié)能運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制系統(tǒng)，包括：

設(shè)置在壓風(fēng)機組主管路上的壓力傳感器、流量傳感器、流量控制閥和溢流閥、設(shè)置在各壓風(fēng)機潤滑系統(tǒng)中的溫度傳感器、各壓風(fēng)機對應(yīng)的計時器、至少一個水泵和上位機，所述各壓風(fēng)機通過連接管路連接水泵，所述每個壓風(fēng)機與水泵連接管路上均設(shè)置冷卻管路閥，所述上位機輸入端分別連接所述壓力傳感器輸出端、流量傳感器輸出端、各溫度傳感器輸出端、各壓風(fēng)機、各冷卻管路閥、各計時器、各水泵、流量控制閥和溢流閥。

利用壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制系統(tǒng)的壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制方法，包括如下步驟：

步驟1：啟動一臺壓風(fēng)機，啟動該壓風(fēng)機對應(yīng)計時器和冷卻管路閥，并啟動一臺水泵；

步驟2：壓力傳感器、流量傳感器和溫度傳感器分別實時檢測主管路壓力、壓風(fēng)機組壓風(fēng)量和各壓風(fēng)機溫度，并分別發(fā)送給上位機；

步驟3：比較壓風(fēng)機組壓風(fēng)量與需求風(fēng)量，若壓風(fēng)量大于需求風(fēng)量，則減小流量控制閥開啟度，若壓風(fēng)量小于需求風(fēng)量，則增大流量控制閥開啟度；

步驟4：比較主管路壓力與調(diào)定壓力，判斷主管路壓力是否小于調(diào)定壓力，是，關(guān)閉溢流閥，并執(zhí)行步驟5，否則，打開溢流閥，執(zhí)行步驟6；

步驟5：通過各壓風(fēng)機上溫度傳感器的溫度反饋數(shù)據(jù)，選擇未啟動壓風(fēng)機中溫度最低的壓風(fēng)機進行啟動，并啟動該壓風(fēng)機對應(yīng)計時器和冷卻管路閥，執(zhí)行步驟3；

步驟6：當壓風(fēng)機溫度大于設(shè)定溫度t，或計時器累積時間達到設(shè)定時間t時，該壓風(fēng)機停機，選擇未啟動壓風(fēng)機中溫度最低的壓風(fēng)機進行啟動，并啟動該壓風(fēng)機串聯(lián)計時器和冷卻管路閥；

步驟7：當壓風(fēng)機溫度小于設(shè)定值，關(guān)閉與該壓風(fēng)機串聯(lián)的冷卻管路閥，所述設(shè)定值為風(fēng)機不需繼續(xù)冷卻時溫度；

步驟8：計算壓風(fēng)機溫度增加率，若溫度增加率小于最小設(shè)定值，則關(guān)閉一臺水泵，若溫度增加率不小于最小設(shè)定值，則判斷溫度增加率是否大于最大設(shè)定值，是，打開一臺水泵，否則，執(zhí)行步驟3。

有益效果：一種壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制系統(tǒng)及方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)勢：

1.通過溫度傳感器，對壓風(fēng)機的工作溫度進行實時監(jiān)測，防止壓風(fēng)機因溫度過高而受損；

2.通過計時器限制各壓風(fēng)機的連續(xù)工作時間，使壓風(fēng)機組內(nèi)各壓風(fēng)機交替工作，并在交替過程中選擇溫度更低的壓風(fēng)機與得到停機指令的壓風(fēng)機進行交替使用，延長壓風(fēng)機使用壽命，降低維護成本；

3.基于溫度傳感器對壓風(fēng)機工作溫度的實時監(jiān)測，對為壓風(fēng)機提供冷卻液的水泵組進行智能聯(lián)控，使其在不影響冷卻效果的前提下，處于工作狀態(tài)的水泵數(shù)最少，達到減少水泵耗能，延長水泵壽命的目的；

4.通過對壓風(fēng)量、管網(wǎng)壓力、壓風(fēng)機運行時間和溫度的實時檢測來控制水泵管路、壓風(fēng)管路中各閥門的開關(guān)，實現(xiàn)壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制，提高控制效率及響應(yīng)時間，降低設(shè)備頻繁次數(shù)和設(shè)備運行能耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實施方式的壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種實施方式的壓風(fēng)機組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-主管路；2-流量控制閥；3-流量傳感器；4-壓力傳感器；5-溢流閥；6-1號壓風(fēng)機出口控制閥；7-2號壓風(fēng)機出口控制閥；8-3號壓風(fēng)機出口控制閥；9-m號壓風(fēng)機出口控制閥；10-冷卻管路1號閥；11-冷卻管路2號閥；12-冷卻管路3號閥；13-冷卻管路n號閥；

圖3為本發(fā)明一種實施方式的壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制方法流程圖；

圖4為本發(fā)明一種實施方式的壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制建模示意圖；

圖5為本發(fā)明一種實施方式的壓風(fēng)機流量控制閥控制建模示意圖；

圖6為本發(fā)明一種實施方式的壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制模型圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種實施方式作詳細說明。

如圖1-2所示，一種壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制系統(tǒng)，包括：

設(shè)置在壓風(fēng)機組主管路1上的流量控制閥2、流量傳感器3、壓力傳感器4和溢流閥5、設(shè)置在各壓風(fēng)機潤滑系統(tǒng)中的溫度傳感器、出口控制閥6-9、冷卻管路閥10-13、各壓風(fēng)機對應(yīng)的計時器、1～n號水泵和上位機，1～m號壓風(fēng)機通過連接管路連接1～n號水泵，所述每個壓風(fēng)機與水泵連接管路上均設(shè)置冷卻管路閥即冷卻管路閥10-13，每個壓風(fēng)機與主管路連接管路上均設(shè)置出口控制閥；所述上位機輸入端分別連接所述1～m號壓風(fēng)機、流量控制閥2、流量傳感器3輸出端、壓力傳感器4輸出端、溢流閥5、各溫度傳感器輸出端、出口控制閥6-9、冷卻管路閥10-13、各計時器和1～n號水泵。

所述溢流閥用于卸荷。

本實施方式以3個壓風(fēng)機為例，對系統(tǒng)進行如下設(shè)定：

(1)設(shè)開啟兩個壓風(fēng)機可滿足管網(wǎng)所需調(diào)定壓力；

(2)2號壓風(fēng)機的初始溫度小于3號壓風(fēng)機的初始溫度；

(3)各個壓風(fēng)機啟動時，與其串聯(lián)的出口控制閥、冷卻管路閥門和計時器同時開啟，當壓風(fēng)機關(guān)閉時，與其串聯(lián)的出口控制閥和計時器關(guān)閉，冷卻管路閥門繼續(xù)工作直至達到設(shè)定的最低溫度。

如圖3所示，利用上述壓風(fēng)機組混雜聯(lián)動控制系統(tǒng)的壓風(fēng)機組混雜聯(lián)動控制方法，包括如下步驟：

步驟1：啟動1號壓風(fēng)機，同時1號水泵開啟；

步驟2：壓力傳感器、流量傳感器和溫度傳感器分別實時檢測主管路壓力、壓風(fēng)機組壓風(fēng)量和各壓風(fēng)機溫度，并分別發(fā)送給上位機；

步驟3：比較壓風(fēng)機組壓風(fēng)量與需求風(fēng)量，若壓風(fēng)量大于需求風(fēng)量，則減小流量控制閥開啟度，若壓風(fēng)量小于需求風(fēng)量，則增大流量控制閥開啟度；

步驟4：比較主管路壓力與調(diào)定壓力，主管路壓力小于調(diào)定壓力，執(zhí)行步驟5；

步驟5：通過各壓風(fēng)機上溫度傳感器的溫度反饋數(shù)據(jù)，選擇2號壓風(fēng)機開啟；

步驟6：當1號壓風(fēng)機溫度大于設(shè)定最高溫度或1號壓風(fēng)機運行時間大于設(shè)定最大運行時間時，1號壓風(fēng)機關(guān)閉，同時開啟3號壓風(fēng)機以保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，當檢測到2號壓風(fēng)機溫度大于設(shè)定最高溫度或2號壓風(fēng)機運行時間大于設(shè)定最大運行時間時，2號壓風(fēng)機關(guān)閉，同時開啟1號壓風(fēng)機以保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，當檢測到3號壓風(fēng)機溫度大于設(shè)定最高溫度或3號壓風(fēng)機運行時間大于設(shè)定最大運行時間時3號壓風(fēng)機關(guān)閉，同時開啟2號壓風(fēng)機以保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定；

步驟7：當壓風(fēng)機溫度小于設(shè)定值，關(guān)閉與該壓風(fēng)機串聯(lián)的冷卻管路閥，所述設(shè)定值為風(fēng)機不需繼續(xù)冷卻時溫度；

步驟8：當檢測到溫度增加率值大于設(shè)定值時，2號水泵開啟，這時1、2號水泵同時對壓風(fēng)機進行冷卻工作，當檢測到溫度增加率值小于設(shè)定值時，為減少運行設(shè)備，這時只開啟1號水泵對壓風(fēng)機實施冷卻降溫工作，執(zhí)行步驟3。

如圖4-5所示，結(jié)合壓風(fēng)機組聯(lián)動混雜控制建模過程進一步說明本方法，其中，q0為系統(tǒng)啟動狀態(tài)，q1為1號、2號壓風(fēng)機同時開啟、3號壓風(fēng)機關(guān)閉狀態(tài)，q2為2號、3號壓風(fēng)機同時開啟、1號壓風(fēng)機關(guān)閉狀態(tài)，q3為1號、3號壓風(fēng)機同時開啟、3號壓風(fēng)機關(guān)閉狀態(tài)，q0為1號水泵開啟狀態(tài)，q1為1號、2號水泵同時開啟狀態(tài)。q2表示流量控制閥開啟度增大狀態(tài)，q3表示流量控制閥開啟度減小狀態(tài)，σ1表示管網(wǎng)壓力小于所需調(diào)定壓力或壓風(fēng)量小于設(shè)定值，σ2表示1號壓風(fēng)機溫度大于設(shè)定最高溫度或1號壓風(fēng)機運行時間大于設(shè)定最大運行時間，σ2表示1號壓風(fēng)機溫度大于設(shè)定最高溫度或1號壓風(fēng)機運行時間大于設(shè)定最大運行時間，σ3表示2號壓風(fēng)機溫度大于設(shè)定最高溫度或2號壓風(fēng)機運行時間大于設(shè)定最大運行時間，σ4表示3號壓風(fēng)機溫度大于設(shè)定最高溫度或3號壓風(fēng)機運行時間大于設(shè)定最大運行時間，σ4表示溫度增加率大于設(shè)定最大增加率，σ5表示溫度增加率小于設(shè)定最大增加率，σ7表示壓風(fēng)量小于需求風(fēng)量，σ8表示壓風(fēng)量大于需求風(fēng)量。

如圖6所示，上位機的輸入變量分別為：主管路壓力、壓風(fēng)量、1-3號壓風(fēng)機的運行時間、1-3號壓風(fēng)機的溫度以及溫度增加率，它們由實際變量和參考變量經(jīng)過關(guān)系運算得到輸入信號，上位機對連續(xù)輸入信號進行檢測，判斷壓風(fēng)機組的工作狀態(tài)，同時發(fā)出控制信號，使系統(tǒng)可以穩(wěn)定、連續(xù)的運行下去。