一種壓風機組聯動混雜控制系統及方法與流程
2023-12-04 06:29:41 2
本發明屬於壓風機控制技術領域，具體涉及一種壓風機組聯動混雜控制系統及方法。
背景技術：
壓風機是壓縮氣體發生裝置，在一定體積內對空氣壓縮做功，使得空氣存儲內能，能夠對其他物體做功，實現能量的轉移。壓縮空氣安全可靠，無汙染，具有復原性等優點，被廣泛應用於生活和生產的各個環節，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壓縮空氣，轉變成空氣內能，再對外界做功，轉化成機械能，它是一種氣體動力源的裝換設備，在礦山作業不僅可用作風動機械的動力來源，而且可以向井下工作面供給空氣，實現災害條件下的壓風自救，保障作業人員的安全，是礦井生產與安全保障的重要設備之一。
據不完全統計，我國礦山企業已有95％的企業使用壓縮空氣，且不停連續生產的需求，通常採用多組壓風機的組合配置，由於設備能量消耗巨大，使得空氣壓縮設備用電量劇增，而壓風機用電量佔全部礦山總用電設備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，節約運行是礦山綠色節能的必然發展趨勢；同時由於壓風機結構精密，長時間高速運行通常容易造成磨損及設備失效，增加企業設備維修成本。目前對於壓風機組聯動控制的控制方法主要是基於非線性控制理論，但是由於壓風機組在工作過程中還存在大量連續變量如流量、壓力和溫度等，具有明顯的混雜特性，是典型的混雜系統，因此單一的線性控制或非線性控制無法滿足壓風機組的控制要求，因此可將混雜系統理論應用於壓風機組的控制過程中來實現壓風機組的安全生產和節能運行。
技術實現要素：
針對上述現有技術存在的不足，本發明提供一種壓風機組聯動混雜控制系統及方法。
本發明的技術方案：
一種壓風機組聯動混雜控制系統，包括：
設置在壓風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、設置在各壓風機潤滑系統中的溫度傳感器、各壓風機對應的計時器、至少一個水泵和上位機，所述各壓風機通過連接管路連接水泵，所述每個壓風機與水泵連接管路上均設置冷卻管路閥，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。
利用壓風機組聯動混雜控制系統的壓風機組聯動混雜控制方法，包括如下步驟：
步驟1：啟動一臺壓風機，啟動該壓風機對應計時器和冷卻管路閥，並啟動一臺水泵；
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、壓風機組壓風量和各壓風機溫度，並分別發送給上位機；
步驟3：比較壓風機組壓風量與需求風量，若壓風量大於需求風量，則減小流量控制閥開啟度，若壓風量小於需求風量，則增大流量控制閥開啟度；
步驟4：比較主管路壓力與調定壓力，判斷主管路壓力是否小於調定壓力，是，關閉溢流閥，並執行步驟5，否則，打開溢流閥，執行步驟6；
步驟5：通過各壓風機上溫度傳感器的溫度反饋數據，選擇未啟動壓風機中溫度最低的壓風機進行啟動，並啟動該壓風機對應計時器和冷卻管路閥，執行步驟3；
步驟6：當壓風機溫度大於設定溫度t，或計時器累積時間達到設定時間t時，該壓風機停機，選擇未啟動壓風機中溫度最低的壓風機進行啟動，並啟動該壓風機串聯計時器和冷卻管路閥；
步驟7：當壓風機溫度小於設定值，關閉與該壓風機串聯的冷卻管路閥，所述設定值為風機不需繼續冷卻時溫度；
步驟8：計算壓風機溫度增加率，若溫度增加率小於最小設定值，則關閉一臺水泵，若溫度增加率不小於最小設定值，則判斷溫度增加率是否大於最大設定值，是，打開一臺水泵，否則，執行步驟3。
有益效果：一種壓風機組聯動混雜控制系統及方法與現有技術相比，具有如下優勢：
1.通過溫度傳感器，對壓風機的工作溫度進行實時監測，防止壓風機因溫度過高而受損；
2.通過計時器限制各壓風機的連續工作時間，使壓風機組內各壓風機交替工作，並在交替過程中選擇溫度更低的壓風機與得到停機指令的壓風機進行交替使用，延長壓風機使用壽命，降低維護成本；
3.基於溫度傳感器對壓風機工作溫度的實時監測，對為壓風機提供冷卻液的水泵組進行智能聯控，使其在不影響冷卻效果的前提下，處於工作狀態的水泵數最少，達到減少水泵耗能，延長水泵壽命的目的；
4.通過對壓風量、管網壓力、壓風機運行時間和溫度的實時檢測來控制水泵管路、壓風管路中各閥門的開關，實現壓風機組聯動混雜控制，提高控制效率及響應時間，降低設備頻繁次數和設備運行能耗。
附圖說明
圖1為本發明一種實施方式的壓風機組聯動混雜控制系統結構示意圖；
圖2為本發明一種實施方式的壓風機組結構示意圖；
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號壓風機出口控制閥；7-2號壓風機出口控制閥；8-3號壓風機出口控制閥；9-m號壓風機出口控制閥；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為本發明一種實施方式的壓風機組聯動混雜控制方法流程圖；
圖4為本發明一種實施方式的壓風機組聯動混雜控制建模示意圖；
圖5為本發明一種實施方式的壓風機流量控制閥控制建模示意圖；
圖6為本發明一種實施方式的壓風機組聯動混雜控制模型圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的一種實施方式作詳細說明。
如圖1-2所示，一種壓風機組聯動混雜控制系統，包括：
設置在壓風機組主管路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、設置在各壓風機潤滑系統中的溫度傳感器、出口控制閥6-9、冷卻管路閥10-13、各壓風機對應的計時器、1～n號水泵和上位機，1～m號壓風機通過連接管路連接1～n號水泵，所述每個壓風機與水泵連接管路上均設置冷卻管路閥即冷卻管路閥10-13，每個壓風機與主管路連接管路上均設置出口控制閥；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。
所述溢流閥用於卸荷。
本實施方式以3個壓風機為例，對系統進行如下設定：
(1)設開啟兩個壓風機可滿足管網所需調定壓力；
(2)2號壓風機的初始溫度小於3號壓風機的初始溫度；
(3)各個壓風機啟動時，與其串聯的出口控制閥、冷卻管路閥門和計時器同時開啟，當壓風機關閉時，與其串聯的出口控制閥和計時器關閉，冷卻管路閥門繼續工作直至達到設定的最低溫度。
如圖3所示，利用上述壓風機組混雜聯動控制系統的壓風機組混雜聯動控制方法，包括如下步驟：
步驟1：啟動1號壓風機，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、壓風機組壓風量和各壓風機溫度，並分別發送給上位機；
步驟3：比較壓風機組壓風量與需求風量，若壓風量大於需求風量，則減小流量控制閥開啟度，若壓風量小於需求風量，則增大流量控制閥開啟度；
步驟4：比較主管路壓力與調定壓力，主管路壓力小於調定壓力，執行步驟5；
步驟5：通過各壓風機上溫度傳感器的溫度反饋數據，選擇2號壓風機開啟；
步驟6：當1號壓風機溫度大於設定最高溫度或1號壓風機運行時間大於設定最大運行時間時，1號壓風機關閉，同時開啟3號壓風機以保證管網壓力穩定，當檢測到2號壓風機溫度大於設定最高溫度或2號壓風機運行時間大於設定最大運行時間時，2號壓風機關閉，同時開啟1號壓風機以保證管網壓力穩定，當檢測到3號壓風機溫度大於設定最高溫度或3號壓風機運行時間大於設定最大運行時間時3號壓風機關閉，同時開啟2號壓風機以保證管網壓力穩定；
步驟7：當壓風機溫度小於設定值，關閉與該壓風機串聯的冷卻管路閥，所述設定值為風機不需繼續冷卻時溫度；
步驟8：當檢測到溫度增加率值大於設定值時，2號水泵開啟，這時1、2號水泵同時對壓風機進行冷卻工作，當檢測到溫度增加率值小於設定值時，為減少運行設備，這時只開啟1號水泵對壓風機實施冷卻降溫工作，執行步驟3。
如圖4-5所示，結合壓風機組聯動混雜控制建模過程進一步說明本方法，其中，q0為系統啟動狀態，q1為1號、2號壓風機同時開啟、3號壓風機關閉狀態，q2為2號、3號壓風機同時開啟、1號壓風機關閉狀態，q3為1號、3號壓風機同時開啟、3號壓風機關閉狀態，q0為1號水泵開啟狀態，q1為1號、2號水泵同時開啟狀態。q2表示流量控制閥開啟度增大狀態，q3表示流量控制閥開啟度減小狀態，σ1表示管網壓力小於所需調定壓力或壓風量小於設定值，σ2表示1號壓風機溫度大於設定最高溫度或1號壓風機運行時間大於設定最大運行時間，σ2表示1號壓風機溫度大於設定最高溫度或1號壓風機運行時間大於設定最大運行時間，σ3表示2號壓風機溫度大於設定最高溫度或2號壓風機運行時間大於設定最大運行時間，σ4表示3號壓風機溫度大於設定最高溫度或3號壓風機運行時間大於設定最大運行時間，σ4表示溫度增加率大於設定最大增加率，σ5表示溫度增加率小於設定最大增加率，σ7表示壓風量小於需求風量，σ8表示壓風量大於需求風量。
如圖6所示，上位機的輸入變量分別為：主管路壓力、壓風量、1-3號壓風機的運行時間、1-3號壓風機的溫度以及溫度增加率，它們由實際變量和參考變量經過關係運算得到輸入信號，上位機對連續輸入信號進行檢測，判斷壓風機組的工作狀態，同時發出控制信號，使系統可以穩定、連續的運行下去。