[发明专利]一种空压机负荷优化控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金、化工行业空气压缩机的智能控制技术领域，尤其涉及一种空压机负荷优化控制系统及方法。

背景技术

深冷空气分离技术是在高压状态下，将作为原料的空气液化，依据气、液浓度以及气体沸点的差异，分离出氧气、氮气等其它气体的精馏生产工艺。深冷空气分离系统由空气净化及压缩单元、冷凝及精馏单元、产品输送和贮存单元组成。其生产过程的控制要点是保证空气压缩机恒压输出，使空气压缩物流变化与生产负荷保持一致，不仅有利于上、下精馏塔中气氮冷凝、液氮分离、富氧液空提纯，而且有效地达到节约能源的目的。因此，空压机恒压控制是高质量空气分离技术的关键。

空压机是一种利用电动机的电能将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩后的气体具有一定压力的设备，在冶金企业中有着广泛的应用。空压机的电动机容量一般都较大，而且大多数是常年连续运行的，空压机的负载大多数又是变化的，故节电潜力很大。空压机的能源消耗大小与空压机的控制方式有直接的关系，通过改进空压机的控制方案、提高空压机的控制水平将有效地达到控制空压机能源消耗，从而达到节约能源的目的。

空压机恒压控制是通过调节同步电机的励磁电流实现的。监测供气管网压力的变化，调节电机给定电流，改变励磁电流，控制空压机单位时间的出风量，从而达到总管管网压强恒定的目的。由于管网压变阻力惯性比较大，当检测电网谐波引起电机频率的扰动或用户用气量的变化而导致的管网压强变化后，再通过PID调节器抑制频率或压力扰动，此期间空压机装置系统内管道、管件的压力和管内空气流量的变化可能已经出现大幅偏差，因而无法达到恒压调解过程平稳、迅速的要求。尤其在下塔液氮回流、富氧液空提纯阶段，管网压力的波动极易造成气体精馏纯度的变化。

发明内容

为了解决空压机PID串级控制调节系统所造成系统稳定精度较差，动态品质、控制效果不理想等问题，本发明提供一种空压机负荷优化控制系统及方法，其能够有效消除不确定干扰和非线性因素对空压机恒压调速系统的不良影响，提高系统的控制精度和动态品质。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种空压机负荷优化控制系统，包括监测主机、信号采集单元、导叶控制单元和电机控制单元，所述信号采集单元、导叶控制单元和电机控制单元分别与监测主机相连；所述信号采集单元监测空压机运行时的电机励磁电流、管网出入口的流量与压力；所述监测主机基于空压机装置特性曲线，结合现场数据，计算电机当前转速、输出功率，修正空压机的运行参数，输出优化控制命令给导叶控制单元和电机控制单元，调整入口导叶开度与电机励磁电流，实现空压机变负荷节能运行。

上述信号采集单元以485总线方式与监测主机相连，其主要由气体流量传感器、气体压力传感器、电流互感器、数据采集卡及各级滤波电路组成，气体流量传感器、气体压力传感器和电流互感器分别采集管网的气体流量、气体压力和电机励磁电流数据，经各级滤波电路进行滤波处理后，由数据采集卡将处理后的数据传送给监测主机。

上述导叶控制单元主要由开度控制模块、执行机构、导叶开度检测模块和开度显示模块组成，以485总线方式、MODBUS通信协议与监测主机实现数据通讯；所述开度控制模块依据监测主机发出的导叶开度调整指令，利用执行机构对入口导叶开度的大小进行控制；导叶开度检测模块采集入口导叶开度调整信息，以负反馈方式叠加到开度控制模块，并同时由开度显示模块显示当前入口导叶的开度值。

上述电机控制单元主要由电机控制模块、励磁装置、电机励磁电流检测模块组成，以485总线方式、MODBUS通信协议与监测主机实现数据通讯；所述电机控制模块依据监测主机发出的负荷优化控制指令，控制励磁装置改变同步电机的励磁电流，实现对同步电机励磁电流的控制；电机励磁电流检测模块实时采集同步电机运行时的励磁电流，以负反馈方式叠加到电机控制模块。

基于上述空压机负荷优化控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一、根据空压机励磁电流、输出功率、管网出入口的气体流量和压力，依据流动系统机械能守恒原理，建立空压机负荷优化控制系统模型；

步骤二、通过信号采集单元获得电机的实时励磁电流，根据空压机负荷优化控制系统中励磁电流与转矩之间的关系，计算出现场空压机的实时转速；

步骤三、通过信号采集单元中的气体流量传感器和气体压力传感器，测得现场管网入口、出口的气体流量与压力，根据空压机负荷优化控制系统模型，计算出系统调节偏差；