一种压风机组联动混杂控制系统及方法与流程

本发明属于压风机控制技术领域，具体涉及一种压风机组联动混杂控制系统及方法。

背景技术：

压风机是压缩气体发生装置，在一定体积内对空气压缩做功，使得空气存储内能，能够对其他物体做功，实现能量的转移。压缩空气安全可靠，无污染，具有复原性等优点，被广泛应用于生活和生产的各个环节，使它成为仅次电力的第二大动力能源。利用电能在压缩腔内压缩空气，转变成空气内能，再对外界做功，转化成机械能，它是一种气体动力源的装换设备，在矿山作业不仅可用作风动机械的动力来源，而且可以向井下工作面供给空气，实现灾害条件下的压风自救，保障作业人员的安全，是矿井生产与安全保障的重要设备之一。

据不完全统计，我国矿山企业已有95％的企业使用压缩空气，且不停连续生产的需求，通常采用多组压风机的组合配置，由于设备能量消耗巨大，使得空气压缩设备用电量剧增，而压风机用电量占全部矿山总用电设备9％以上，压缩空气是比电昂贵得多的能源。以20立方米的压风机为例，在电费是0.5元/度，一年运行8000小时，负载率为60％的情况下，一年的用电的电费为40多万，节约运行是矿山绿色节能的必然发展趋势；同时由于压风机结构精密，长时间高速运行通常容易造成磨损及设备失效，增加企业设备维修成本。目前对于压风机组联动控制的控制方法主要是基于非线性控制理论，但是由于压风机组在工作过程中还存在大量连续变量如流量、压力和温度等，具有明显的混杂特性，是典型的混杂系统，因此单一的线性控制或非线性控制无法满足压风机组的控制要求，因此可将混杂系统理论应用于压风机组的控制过程中来实现压风机组的安全生产和节能运行。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种压风机组联动混杂控制系统及方法。

本发明的技术方案：

一种压风机组联动混杂控制系统，包括：

设置在压风机组主管路上的压力传感器、流量传感器、流量控制阀和溢流阀、设置在各压风机润滑系统中的温度传感器、各压风机对应的计时器、至少一个水泵和上位机，所述各压风机通过连接管路连接水泵，所述每个压风机与水泵连接管路上均设置冷却管路阀，所述上位机输入端分别连接所述压力传感器输出端、流量传感器输出端、各温度传感器输出端、各压风机、各冷却管路阀、各计时器、各水泵、流量控制阀和溢流阀。

利用压风机组联动混杂控制系统的压风机组联动混杂控制方法，包括如下步骤：

步骤1：启动一台压风机，启动该压风机对应计时器和冷却管路阀，并启动一台水泵；

步骤2：压力传感器、流量传感器和温度传感器分别实时检测主管路压力、压风机组压风量和各压风机温度，并分别发送给上位机；

步骤3：比较压风机组压风量与需求风量，若压风量大于需求风量，则减小流量控制阀开启度，若压风量小于需求风量，则增大流量控制阀开启度；

步骤4：比较主管路压力与调定压力，判断主管路压力是否小于调定压力，是，关闭溢流阀，并执行步骤5，否则，打开溢流阀，执行步骤6；

步骤5：通过各压风机上温度传感器的温度反馈数据，选择未启动压风机中温度最低的压风机进行启动，并启动该压风机对应计时器和冷却管路阀，执行步骤3；

步骤6：当压风机温度大于设定温度t，或计时器累积时间达到设定时间t时，该压风机停机，选择未启动压风机中温度最低的压风机进行启动，并启动该压风机串联计时器和冷却管路阀；

步骤7：当压风机温度小于设定值，关闭与该压风机串联的冷却管路阀，所述设定值为风机不需继续冷却时温度；

步骤8：计算压风机温度增加率，若温度增加率小于最小设定值，则关闭一台水泵，若温度增加率不小于最小设定值，则判断温度增加率是否大于最大设定值，是，打开一台水泵，否则，执行步骤3。

有益效果：一种压风机组联动混杂控制系统及方法与现有技术相比，具有如下优势：

1.通过温度传感器，对压风机的工作温度进行实时监测，防止压风机因温度过高而受损；

2.通过计时器限制各压风机的连续工作时间，使压风机组内各压风机交替工作，并在交替过程中选择温度更低的压风机与得到停机指令的压风机进行交替使用，延长压风机使用寿命，降低维护成本；

3.基于温度传感器对压风机工作温度的实时监测，对为压风机提供冷却液的水泵组进行智能联控，使其在不影响冷却效果的前提下，处于工作状态的水泵数最少，达到减少水泵耗能，延长水泵寿命的目的；

4.通过对压风量、管网压力、压风机运行时间和温度的实时检测来控制水泵管路、压风管路中各阀门的开关，实现压风机组联动混杂控制，提高控制效率及响应时间，降低设备频繁次数和设备运行能耗。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的压风机组联动混杂控制系统结构示意图；

图2为本发明一种实施方式的压风机组结构示意图；

图中：1-主管路；2-流量控制阀；3-流量传感器；4-压力传感器；5-溢流阀；6-1号压风机出口控制阀；7-2号压风机出口控制阀；8-3号压风机出口控制阀；9-m号压风机出口控制阀；10-冷却管路1号阀；11-冷却管路2号阀；12-冷却管路3号阀；13-冷却管路n号阀；

图3为本发明一种实施方式的压风机组联动混杂控制方法流程图；

图4为本发明一种实施方式的压风机组联动混杂控制建模示意图；

图5为本发明一种实施方式的压风机流量控制阀控制建模示意图；

图6为本发明一种实施方式的压风机组联动混杂控制模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。

如图1-2所示，一种压风机组联动混杂控制系统，包括：

设置在压风机组主管路1上的流量控制阀2、流量传感器3、压力传感器4和溢流阀5、设置在各压风机润滑系统中的温度传感器、出口控制阀6-9、冷却管路阀10-13、各压风机对应的计时器、1～n号水泵和上位机，1～m号压风机通过连接管路连接1～n号水泵，所述每个压风机与水泵连接管路上均设置冷却管路阀即冷却管路阀10-13，每个压风机与主管路连接管路上均设置出口控制阀；所述上位机输入端分别连接所述1～m号压风机、流量控制阀2、流量传感器3输出端、压力传感器4输出端、溢流阀5、各温度传感器输出端、出口控制阀6-9、冷却管路阀10-13、各计时器和1～n号水泵。

所述溢流阀用于卸荷。

本实施方式以3个压风机为例，对系统进行如下设定：

(1)设开启两个压风机可满足管网所需调定压力；

(2)2号压风机的初始温度小于3号压风机的初始温度；

(3)各个压风机启动时，与其串联的出口控制阀、冷却管路阀门和计时器同时开启，当压风机关闭时，与其串联的出口控制阀和计时器关闭，冷却管路阀门继续工作直至达到设定的最低温度。

如图3所示，利用上述压风机组混杂联动控制系统的压风机组混杂联动控制方法，包括如下步骤：

步骤1：启动1号压风机，同时1号水泵开启；

步骤2：压力传感器、流量传感器和温度传感器分别实时检测主管路压力、压风机组压风量和各压风机温度，并分别发送给上位机；

步骤3：比较压风机组压风量与需求风量，若压风量大于需求风量，则减小流量控制阀开启度，若压风量小于需求风量，则增大流量控制阀开启度；

步骤4：比较主管路压力与调定压力，主管路压力小于调定压力，执行步骤5；

步骤5：通过各压风机上温度传感器的温度反馈数据，选择2号压风机开启；

步骤6：当1号压风机温度大于设定最高温度或1号压风机运行时间大于设定最大运行时间时，1号压风机关闭，同时开启3号压风机以保证管网压力稳定，当检测到2号压风机温度大于设定最高温度或2号压风机运行时间大于设定最大运行时间时，2号压风机关闭，同时开启1号压风机以保证管网压力稳定，当检测到3号压风机温度大于设定最高温度或3号压风机运行时间大于设定最大运行时间时3号压风机关闭，同时开启2号压风机以保证管网压力稳定；

步骤7：当压风机温度小于设定值，关闭与该压风机串联的冷却管路阀，所述设定值为风机不需继续冷却时温度；

步骤8：当检测到温度增加率值大于设定值时，2号水泵开启，这时1、2号水泵同时对压风机进行冷却工作，当检测到温度增加率值小于设定值时，为减少运行设备，这时只开启1号水泵对压风机实施冷却降温工作，执行步骤3。

如图4-5所示，结合压风机组联动混杂控制建模过程进一步说明本方法，其中，q0为系统启动状态，q1为1号、2号压风机同时开启、3号压风机关闭状态，q2为2号、3号压风机同时开启、1号压风机关闭状态，q3为1号、3号压风机同时开启、3号压风机关闭状态，q0为1号水泵开启状态，q1为1号、2号水泵同时开启状态。q2表示流量控制阀开启度增大状态，q3表示流量控制阀开启度减小状态，σ1表示管网压力小于所需调定压力或压风量小于设定值，σ2表示1号压风机温度大于设定最高温度或1号压风机运行时间大于设定最大运行时间，σ2表示1号压风机温度大于设定最高温度或1号压风机运行时间大于设定最大运行时间，σ3表示2号压风机温度大于设定最高温度或2号压风机运行时间大于设定最大运行时间，σ4表示3号压风机温度大于设定最高温度或3号压风机运行时间大于设定最大运行时间，σ4表示温度增加率大于设定最大增加率，σ5表示温度增加率小于设定最大增加率，σ7表示压风量小于需求风量，σ8表示压风量大于需求风量。

如图6所示，上位机的输入变量分别为：主管路压力、压风量、1-3号压风机的运行时间、1-3号压风机的温度以及温度增加率，它们由实际变量和参考变量经过关系运算得到输入信号，上位机对连续输入信号进行检测，判断压风机组的工作状态，同时发出控制信号，使系统可以稳定、连续的运行下去。