CN1024035C - 数控随机变工况的压缩机 - Google Patents

Abstract

一种能使设备按照预定准则，自动调节其工况，从而使整个机组都处在最佳性能状态下的机电设备——数控随机变工况的压缩机，是以机电一体化的系列设备为基础，把压缩机、电动机、感测、控制和变频五个部分合成一个整体协调的机组，并通过改变交流电动机的电源频率来调节电机转速实现发明目的。该装置节电效果显著、减少外围控制设备、降低投资费用，减轻劳动强度，是机电一体化的升级换代新型压缩机。

Description

本发明涉及一种能够自适应控制的机电设备，即能按照一些预定的准则自动调节设备处在最佳性能状态下工作的机电设备，确切地说，涉及一种数控随机变工况的压缩机。

空气压缩机是一种广泛用于石油、化工、矿山、冶金、机械、电子、纺织、建筑等许多行业的通用动力机械。目前，压缩机一般都由交流恒速电机作驱动动力源，而且，一般的交流电机及其控制装置都不能主动随机改变其工况，所以，对于耗电量约占我国三分之一的空气压缩机和水泵这些耗能“大户”，如何降低电耗成为人们越来越关心的重大课题。现在，小型空压机可以采取间隙工作，大型压缩机因不宜频繁启动就采取改变各个管道阀组的工作状态或通过外围系统的调节改变来满足实际工况的运行需要。这样，一方面节电效果很不显著，另一方面，空压机的外围控制系统装置庞大复杂。投资高，易出故障。例如：在压缩机气、水、油各管路的主要部位上安装的各种直读式或电接点式的压力表、温度计、流量计，是用于检测压缩机运行中各级进气、排气的压力、温度，冷却水的流量，润滑油的压力、温度的，以便随时改变其输出工况。但是，这些仪表因受压缩机振动和压缩气体脉动的影响，可靠性降低，使用寿命短，操作人员必须经常巡视这些仪表，以监视和调整压缩机和电动机的运行情况，另外，压缩机的噪声也危害操作人员的身体健康。因此，如何降低压缩机的电耗，同时减轻操作人员的劳动强度，减少外围控制装备的添置设备开销和提高其工作可靠性，已是众多用户的迫切要求。

本发明的目的是设计一种能使工业压缩机按照预定的准则，自动调节压缩机的工作状况，使得压缩机及整个机组系统都处在最佳性能状态下工作的数控随机变工况的压缩机。

本发明的硬件结构如图1所示：它由压缩机1、交流电动机2及其驱动控制装置组成。其特点在于与空气压缩机1同轴联接的交流电动机2的驱动控制装置是由压缩机和交流电动机的诸参数传感、检测器群3、交流电动机的电源变频器4以及它们的控制器5所组成，其中各个参数传感、检测器组分别安装在靠近压缩机和电动机的需要敏感和检测的相应部位，其输出则通过电缆6与安置在近旁的控制器5相连，控制器5的输出则接到从50HZ市电网7输入而输出作为交流电动机的驱动电源的电源变频器4中，也就是把压缩机、电动机、感测、控制与变频五个部分合成一个数字控制的能随机变工况的新型压缩机。在控制器5中有与传感器、检测器群3匹配的输入模块9，它们都插在工业控制介面RTU8的插槽里，并籍此与微型计算机10相连接。微型计算机中存储有空气压缩机正常工作运行的各个工艺参数、保护限值等数据和程序，生产工厂可以根据普通用户的需要事先固化程序于芯片中，有些用户如需要自行调整改变工序或若干工艺参数、保护限值，则可利用输入键盘11修改之，然后，重新把修改后的数据和程序存储在读写存储器芯片中。微型计算机配置的外围设备显示器12是用于实时显示压缩机的各个工艺参数数值和所修改的各项程序及数据。例如一级排气压力和温度、二级排气压力和温度、润滑油压力、温度和冷却水流量等，也显示交流电动机的工作电流、输入电压及其频率等。打印机13是用于实时或定时打印压缩机整个机组系统的各个组成部件的运行状况（报表）的。

本发明的硬件配置是以机电一体化技术为基础的系列装备-包括传感器、输入匹配模块、工业控制介面、控制计算机等-作为数控随机变工况压缩机的控制装置的核心，形成智能化、数字化、自动 化的检测仪表和控制设备。它能根据工作负载的需求和气、水、油、机状况自动改变交流电动机输入电压的频率，使之从50HZ调节到0-60HZ的范围内变化，从而改变电机转速（即变频调速）来达到节约电能、减轻操作人员劳动强度、减少外围调节控制设备、降低设备投资费用和增加工作可靠性的多项经济效益。

图2是本发明工作状态时的软件控制过程的原理逻辑方框流程图。首先是用键盘输入各参数限值并储存到相关存储单元（参数设定），再启动压缩机组开始运动，此时就把各参数传感器、检测器送来的数据储存到实测值存储单元（参数测定），通常每个参数至少要连续采集8个以上数据，由数据处理模块对每个参数的多个数据求算术平均值，再将各参数测量值的平均值与设定值比较。如果压缩机运动正常，则返回到不断敏感、检测各参数的状态，同时把相应数据送给显示器显示和打印记录。如果与设定值不符合，则该参数先与报警值比较，如已超过，则一方面发出告警信号，一方面再与极限保护值比较，如仍超过，则保护机构动作停机待修。如果设有达到报警或极限保护值，就再检测状态是高于还是低于原设定参数。如偏高，则把电源频率降低，降低电动机的转速，从而降低压缩机的运行参数;如状态参数偏低则反之。本装置的软件是由多个模块所组成，每个工艺参数的敏感，处理、比较都需要其中若干个模块所共同完成，这样设计是因为简便和节省容量，且便于修改和增加新功能。

本发明把压缩机、动力、感测、处理和变频五个部分合成一体，可根据压缩机整个机组系统的运动状态自己本身实现调节，即随机变工况而使压缩机处于最佳状态下运转。例如负载变大时，可以提高交流电机的输入电压的频率，以提高压缩机的转速来改变工况，直到满足设定的状态要求。反之亦然。采用本装置，可以显著节约电能，达到省电30%以上。而且，外围调节控制设备采用机电一体化的系列装备而大大简化，从根本上改善了压缩机检测、控制仪器存在的缺陷，既节省费用，又提高压缩机工作效率和使用寿命，大大减轻了操作人员的劳动强度。整个工作过程毋须人员介入，只要事先设定工艺参数，人与装置之间联系就只有启动、停止和复位三种操作了。本发明还具有一定的通用性，硬件配置不仅适用于对压缩机进行随机变工况的数字控制，也可适用于其他类似产品（如水泵、风机等）或工艺的控制，当然，敏感、监测器的配置，种类等硬件和软件都需作必要的相应改动和变更。总之，本发明为交流电机调频变速运行提出一项机电一体化的控制装置，对于改变我国传统装备能耗大，经济效益低的落后局面会起到十分有益的作用。

Claims (1)

1、一种数控随机变工况的压缩机，其特征在于把压缩机、动力机、感测、控制与变频五个部分合成一个机组，与压缩机同轴的交流电动机的驱动控制装置是由压缩机和交流电机的诸参数传感、检测器群，交流电动机的电源变频器以及它们的控制器所组成，其中各个参数传感、检测器组分别安装在靠近压缩机和电动机的需要敏感或检测的相应部位，其输出则通过电缆与安置在近旁的控制器相连，该控制器包括有：其插槽里插有与传感、检测器群匹配的输入模块的工业控制介面、与工业控制介面相连接的微型计算机及其输入键盘、显示器和打印机，控制器的输出则接到输入于50Hz市电网而输出作为交流电动机的驱动电源的电源变频器中。

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