一种压缩空气系统压力流量联合控制节能装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业过程控制领域，尤其是涉及一种压缩空气系统压力流量联合控制 节能装置及方法。
【背景技术】
[0002] 目前，通常采用压力调节装置和方法来保证压缩空气系统压力可调与稳定，以往 的压力调节装置及方法都是单回路控制系统，采用传统的反馈控制，而传统的反馈控制是 在被控变量(压力）和设定值之间产生偏差之后才起作用，具体体现在不能及时地消除干 扰，这样的控制效果难以满足某些对压力稳定性要求较高的场合。压缩空气的压力与流量 是两个密不可分的元素，压力的变化是由流量的变化引起的，流量变化直接影响压力。
[0003] 压缩空气系统流量受扰动影响较大，具有显著的非线性和时变性，单回路控制无 法满足及时消除干扰的要求，对压缩空气流量的非线性和时变性也无能为力。通常情况下， 用户的用气量在一定范围内波动，压缩空气流量过低会影响用户的正常工作，而流量过大 又会由于过量供给而造成能源浪费。所以采用单回路控制压力而忽略流量控制，不仅控制 不及时，控制效果不好，在某些情况下还可能影响用户正常工作或者造成能源的浪费。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种压缩空气系统压力流量联合控制节能装 置，以达到及时准确控制压力、保证用户用气安全、减少能源浪费、提高压力控制效果的目 的，摒弃以往采用单回路控制对压力进行单一控制的方法，采用串级双回路闭环控制方法 对压力、流量进行联合控制，大大改善压缩空气系统压力调节的控制效果。
[0005] 本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：
[0006] -种压缩空气系统压力流量联合控制节能装置，包括控制装置和直通管道，所述 直通管道上设置有智能调节阀和流量计，所述智能调节阀靠近所述直通管道的气体入口 端，所述流量计靠近所述直通管道的气体出口端，还包括设置在所述直通管道外且与所述 直通管道的气体出口端相连通的压力变送器，所述控制装置分别与所述智能调节阀、所述 流量计及所述压力变送器通过信号线连接。
[0007] 优选地，所述直通管道上还设置有第一手动调节阀和第二手动调节阀，所述第一 手动调节阀设置在所述直通管道的气体入口端与所述智能调节阀之间，所述第二手动调节 阀设置在所述直通管道的气体出口端与所述流量计之间。
[0008] 优选地，所述节能装置还包括旁通管道，所述旁通管道的一端与所述直通管道的 气体入口端相连通，所述旁通管道的另一端与所述直通管道的气体出口端相连通，所述旁 通管道上还设置有旁通阀。
[0009] 优选地，所述控制装置采用串级双回路闭环控制，包括主控制单元和副控制单元， 所述主控制单元由主控制器和压力-流量转换模块组成，所述副控制单元由副控制器和限 幅模块组成；
[0010]所述主控制单元和所述压力变送器构成主回路，所述副控制单元、所述智能调节 阀和所述流量计构成副回路；
[0011]所述主控制器用来接收所述压力变送器采集到的智能调节阀后压力值，与压力设 定值作比较得到压力差值，并将压力差值输出到所述压力-流量转换模块；
[0012] 所述压力-流量转换模块用来接收来自所述主控制器输出的压力差值，并将其转 换为对应的流量值并将其输出到所述副控制器，作为副回路的流量设定值；
[0013] 所述副控制器用来接收所述流量计采集的直通管道的流量值，并与来自压力-流 量转换模块输出的流量设定值作比较，经计算得到流量输出值并将其输出给所述限幅模 块；
[0014] 所述限幅模块用来接收来自所述副控制器输出的流量输出值，并对其进行限幅处 理后输出到所述智能调节阀，控制所述智能调节阀的开度。
[0015] 优选地，所述主控制器为反作用位置式PID(比例-积分-微分)控制器。
[0016] 优选地，所述智能调节阀为气关阀，所述副控制器为具有参数自整定功能正作用 模糊PI (比例-积分)控制器。
[0017] 优选地，所述智能调节阀为气开阀，所述副控制器为具有参数自整定功能反作用 模糊PI (比例-积分)控制器。
[0018] 本发明的另一目的在于提供一种压缩空气系统压力流量联合控制方法，本发明所 涉及的控制方法为串级双回路闭环控制，所谓串级控制是指除了被控变量构成的反馈回路 外，选择第二测量点构成第二个反馈回路的控制方法，两个控制回路分别为主回路(外环） 和副回路（内环）。被控变量为主控制对象(本发明中的压力），其与主控制器构成主回路;第 二测量点提供副控制对象(本发明中的流量）的反馈值，与副控制器构成副回路。本发明中 通过压力、流量串级控制，流量控制回路(副回路)可以在干扰对主控制对象产生很大影响 之前通过副回路的反馈控制迅速克服干扰的影响，最终实现系统压力更加稳定。
[0019] 具体控制方法包括以下步骤：
[0020] 主控制器接收压力变送器采集到的智能调节阀后压力值，与压力设定值作比较得 到压力差值，并将压力差值输出到压力-流量转换模块；
[0021] 压力-流量转换模块接收来自主控制器输出的压力差值，将压力差值转换成对应 的流量值并将其输出到副控制器，作为副回路的流量设定值；
[0022] 副控制器接收来自流量计采集的直通管道的流量值，并与来自压力-流量转换模 块输出的流量设定值作比较，经计算得到流量输出值并将其输出给限幅模块；
[0023] 限幅模块接收来自副控制器输出的流量输出值，对其进行限幅处理后得到开度调 节输出值，并将其输出到智能调节阀；
[0024] 所述限幅模块中设置了流量阈值，即最大值和最小值，当所述智能调节阀关闭过 程中所述流量计检测到所述直通管道的流量小于最小阈值时，所述智能调节阀不再继续关 闭而往回震荡，直至系统重新平衡；当所述智能调节阀打开过程中所述流量计检测到所述 直通管道的流量大于最大阈值时，所述智能调节阀不再继续打开而往回震荡，直至系统重 新平衡；
[0025] 智能调节阀接收来自限幅模块输出的开度调节输出值，将其作为控制命令，迅速 准确地动作到开度调节输出值对应的位置；
[0026]循环执行以上步骤，实现直通管道中智能调节阀后压力稳定在设定值附近。
[0027]优选地，在进行压力流量联合控制之前需对所述主控制器参数进行整定，整定方 法有经验法、临界比例度法、;S减震荡法和响应曲线法。
[0028] 本发明提供的压缩空气系统压力流量联合控制节能装置，结构简单，易于安装与 维护。本装置既能实时读取管道中压缩空气的压力值和流量值，又能自动控制调节阀开度 已达到管道中压缩空气压力稳定的效果。另外，本装置还可为用户提供系统升级改造的空 间，用户可以在本发明的基础上增加触摸屏、数据采集归档、手动操作等功能。同时，本发明 提供的压缩空气系统压力流量联合控制方法摒弃以往压缩空气系统控制中单独控制压力 的方式，采用串级双回路闭环控制的方法对压力、流量进行联合控制。压缩空气系