專利名稱：一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空壓機(jī)控制方法及裝置，尤其是涉及一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
空氣壓縮機(jī)作為一種重要的能源產(chǎn)生形式，被廣泛應(yīng)用于生活生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)， 尤其是螺桿式的空氣壓縮機(jī)被廣泛應(yīng)用機(jī)械，冶金，電子電力，醫(yī)藥，包裝，化工，食品，采礦，紡織，交通等眾多工業(yè)領(lǐng)域，是主流空氣壓縮機(jī)械。螺桿空氣壓縮機(jī)工作原理是基于氣體被擠壓原理，通過一對帶有數(shù)條螺旋槽作相對回轉(zhuǎn)的共軛螺桿，在電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下互相發(fā)生吻合轉(zhuǎn)動(dòng)，但相互之間不發(fā)生直接磨擦(彼此之間存在空隙)，被吸入轉(zhuǎn)子內(nèi)的空氣隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)而向前推移，在推移過程中，氣體所在的螺旋槽空間不斷縮小，從而導(dǎo)致氣體被壓縮使壓力升高。螺桿空壓機(jī)壓縮氣體過程可分為吸氣過程、封閉及輸送過程、壓縮及排油過程、排氣過程。在整個(gè)壓縮過程中，機(jī)油不斷地噴入轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿內(nèi)部，發(fā)揮作冷卻、密封和潤滑作用。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中應(yīng)用的壓縮機(jī)類型還有離心式壓縮機(jī)、活塞式壓縮機(jī)、滑片式壓縮機(jī)等，但是都相當(dāng)普遍地使用加、卸載方式控制供氣根據(jù)系統(tǒng)空氣負(fù)荷需求即系統(tǒng)壓力來控制空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)壓力降到或升到一定值后加載或卸載，在空載一定時(shí)間后停機(jī)。在空載的情況下，空壓機(jī)仍有高于20%的功率消耗。有關(guān)資料指出，絕大多數(shù)壓縮空氣載荷存在很大的波動(dòng)，70%的空壓機(jī)在額定荷載的40 80%內(nèi)運(yùn)行，由于空載造成能源的巨大浪費(fèi)，降低空壓機(jī)的電能消耗是企業(yè)節(jié)能降耗的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)常卸載的機(jī)組可以根據(jù)用氣量的大小使用變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使氣壓基本保持恒定，當(dāng)用戶用氣量減少時(shí)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而避免經(jīng)常卸載，減少了空載導(dǎo)致的能源浪費(fèi)。當(dāng)前變頻機(jī)組系統(tǒng)主要由交流變頻調(diào)速環(huán)節(jié)與PID閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)構(gòu)成。PID 調(diào)節(jié)在供氣提高供氣質(zhì)量和節(jié)約能源上都起到了一定的作用，但是PID參數(shù)的整定需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員來完成，既耗時(shí)又耗力，當(dāng)用戶的用氣量變化較大時(shí)，普通PID控制難以達(dá)到既快速響應(yīng)又超調(diào)小的控制效果，因此需要改進(jìn)的PID控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種參數(shù)設(shè)定簡單、 氣壓穩(wěn)定、節(jié)能效果好的螺桿空壓機(jī)恒壓控制方法及裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制方法，其特征在于，包括以下步驟1)控制器判斷是否有螺桿空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行信號，若為是，執(zhí)行步驟2)，若為否，執(zhí)行步驟7)；2)控制器通過壓力傳感器獲得儲(chǔ)氣罐壓力，判斷該壓力是否大于卸載壓力，若為是，執(zhí)行步驟幻，若為否，執(zhí)行步驟6)；
3)控制器控制螺桿空壓機(jī)電機(jī)按最低頻率運(yùn)行；4)控制器判斷卸載運(yùn)行時(shí)間是否達(dá)到設(shè)定的停機(jī)延遲時(shí)間，若為是，執(zhí)行步驟 5)，若為否，返回步驟3)；5)控制器取消螺桿空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行控制信號；6)控制器根據(jù)壓力傳感器的壓力信號、流量傳感器的流量信號，以儲(chǔ)氣罐為對象， 結(jié)合PID控制，計(jì)算恒壓控制的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，將電機(jī)轉(zhuǎn)速信號發(fā)送給變頻器，由變頻器控制螺桿空壓機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。7)控制器通過壓力傳感器獲得儲(chǔ)氣罐壓力，判斷壓力是否高于最低壓力，若為否， 執(zhí)行步驟8)，若為是，結(jié)束；8)控制器發(fā)送螺桿空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行信號給變頻器，變頻器控制螺桿空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的步驟6)計(jì)算恒壓控制的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號如下i = kQ(P0-P) + ~
K其中i為控制電流，Ptl是目標(biāo)壓強(qiáng)，P為壓力傳感器采集到的儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓強(qiáng)，L是流量傳感器采集到的排氣速度，k0是PID控制的比例系數(shù)，Ic1是流量、電流比例系數(shù)。一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制裝置，其特征在于，包括控制器、流量傳感器、壓力傳感器、變頻器，所述的控制器分別與流量傳感器、壓力傳感器、變頻器連接，所述的壓力傳感器與儲(chǔ)氣罐連接，所述的流量傳感器與排氣管連接，所述的變頻器與螺桿空壓機(jī)連接。所述的控制器包括單片機(jī)、控制面板，所述的單片機(jī)通過遠(yuǎn)程或就地方式與控制面板連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、控制參數(shù)意義明確，互不影響，整定非常方便；2、電機(jī)轉(zhuǎn)速隨用氣量變化而進(jìn)行調(diào)整，提高了控制系統(tǒng)的適用范圍，即使用氣量大幅波動(dòng)，也不需要調(diào)整控制參數(shù)，系統(tǒng)依然能快速響應(yīng)并穩(wěn)定工作，有較好的節(jié)能效果；3、放寬了對變頻器的啟動(dòng)和停止時(shí)間的要求，可以降低變頻器的生產(chǎn)成本。


圖1為本發(fā)明的控制流程圖；圖2為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1如圖1、圖2所示，一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制方法，包括以下步驟步驟101，控制器1判斷是否有螺桿空壓機(jī)3電機(jī)運(yùn)行信號，若為是，執(zhí)行步驟 102，若為否，執(zhí)行步驟107 ；步驟102，控制器1通過壓力傳感器4獲得儲(chǔ)氣罐6壓力，判斷該壓力是否大于卸載壓力，若為是，執(zhí)行步驟103，若為否，執(zhí)行步驟106 ；
步驟103，控制器1控制螺桿空壓機(jī)3電機(jī)按最低頻率運(yùn)行；步驟104，控制器1判斷卸載運(yùn)行時(shí)間是否達(dá)到設(shè)定的停機(jī)延遲時(shí)間，若為是，執(zhí)行步驟105，若為否，返回步驟103 ；步驟105，控制器1取消螺桿空壓機(jī)3電機(jī)運(yùn)行控制信號；步驟106，控制器1根據(jù)壓力傳感器4的壓力信號、流量傳感器5的流量信號，以儲(chǔ)氣罐6為對象，結(jié)合PID控制，計(jì)算恒壓控制的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，將電機(jī)轉(zhuǎn)速信號發(fā)送給變頻器2，由變頻器2控制螺桿空壓機(jī)3電機(jī)的轉(zhuǎn)速。步驟107，控制器1通過壓力傳感器4獲得儲(chǔ)氣罐6壓力，判斷壓力是否高于最低壓力，若為否，執(zhí)行步驟108，若為是，結(jié)束；步驟108，控制器1發(fā)送螺桿空壓機(jī)3電機(jī)運(yùn)行信號給變頻器2，變頻器2控制螺桿空壓機(jī)3電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制裝置，包括控制器1、流量傳感器5、壓力傳感器4、變頻器2，所述的控制器1分別與流量傳感器5、壓力傳感器4、變頻器2連接，所述的壓力傳感器 4與儲(chǔ)氣罐6連接，所述的流量傳感器5與排氣管7連接，所述的變頻器2與螺桿空壓機(jī)3 連接。 本發(fā)明基于空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的特點(diǎn)，建立數(shù)學(xué)模型，概念清晰，簡化了 PID參數(shù)整定過程，實(shí)施方便，能更有效地調(diào)節(jié)變頻器，保證供氣氣壓穩(wěn)定及節(jié)約能源。螺桿空壓機(jī)3的排氣壓力一般小于1. 2MPa，可以按照理想氣體來處理，理想氣體的狀態(tài)方程為
M PV = -RT ^ (1)
其中
P—?dú)怏w壓強(qiáng)，
V—?dú)怏w體積，
M——?dú)怏w質(zhì)量，
T—?dú)怏w溫度，
μ——?dú)怏w摩爾質(zhì)量，
R——為普適氣體恒量。
螺桿空壓機(jī)3的排氣速度與機(jī)頭的轉(zhuǎn)速成正比
ν = Kn
式中
ν—排氣速度，
K—比例系數(shù)，
η——機(jī)頭轉(zhuǎn)速。
在時(shí)間dt內(nèi)，儲(chǔ)氣罐6質(zhì)量變化為從機(jī)頭壓進(jìn)的空氣與排氣管7排除的空氣質(zhì)量差，即
dm = M1-M2 = (Kn-L) Xdt
式中L是通過流量傳感器5采集到的排氣速度。假定V、T為恒量，把(1)式寫成微分形式
權(quán)利要求
1.一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制方法，其特征在于，包括以下步驟1)控制器判斷是否有螺桿空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行信號，若為是，執(zhí)行步驟2)，若為否，執(zhí)行步驟7)；2)控制器通過壓力傳感器獲得儲(chǔ)氣罐壓力，判斷該壓力是否大于卸載壓力，若為是，執(zhí)行步驟3)，若為否，執(zhí)行步驟6)；3)控制器控制螺桿空壓機(jī)電機(jī)按最低頻率運(yùn)行；4)控制器判斷卸載運(yùn)行時(shí)間是否達(dá)到設(shè)定的停機(jī)延遲時(shí)間，若為是，執(zhí)行步驟5)，若為否，返回步驟3)；5)控制器取消螺桿空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行控制信號；6)控制器根據(jù)壓力傳感器的壓力信號、流量傳感器的流量信號，以儲(chǔ)氣罐為對象，結(jié)合 PID控制，計(jì)算恒壓控制的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，將電機(jī)轉(zhuǎn)速信號發(fā)送給變頻器，由變頻器控制螺桿空壓機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。7)控制器通過壓力傳感器獲得儲(chǔ)氣罐壓力，判斷壓力是否高于最低壓力，若為否，執(zhí)行步驟8)，若為是，結(jié)束；8)控制器發(fā)送螺桿空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行信號給變頻器，變頻器控制螺桿空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制方法，其特征在于，所述的步驟6) 計(jì)算恒壓控制的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號如下i = k0(P0-P) + L/k1其中i為控制電流，Ptl是目標(biāo)壓強(qiáng)，P為壓力傳感器采集到的儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓強(qiáng)，L是流量傳感器采集到的排氣速度，k0是PID控制的比例系數(shù)，Ic1是流量、電流比例系數(shù)。
3.一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制裝置，其特征在于，包括控制器、流量傳感器、壓力傳感器、 變頻器，所述的控制器分別與流量傳感器、壓力傳感器、變頻器連接，所述的壓力傳感器與儲(chǔ)氣罐連接，所述的流量傳感器與排氣管連接，所述的變頻器與螺桿空壓機(jī)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制裝置，其特征在于，所述的控制器包括單片機(jī)、控制面板，所述的單片機(jī)通過遠(yuǎn)程或就地方式與控制面板連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種螺桿空壓機(jī)恒壓控制裝置，包括控制器、流量傳感器、壓力傳感器、變頻器，所述的控制器分別與流量傳感器、壓力傳感器、變頻器連接，所述的壓力傳感器與儲(chǔ)氣罐連接，所述的流量傳感器與排氣管連接，所述的變頻器與螺桿空壓機(jī)連接，工作流程包括1)控制器判斷是否有螺桿空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行信號，若為是，執(zhí)行步驟2)，若為否，執(zhí)行步驟7)等步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有參數(shù)設(shè)定簡單、氣壓穩(wěn)定、節(jié)能效果好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F04C28/00GK102235361SQ201010152500
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者余朝剛, 劉啟中, 奚偉明 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)