一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法及装置与流程

技术特征：

1.一种压缩空气工业系统的节能优化控制方法，其特征在于，包括：

通过压力计获取主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值，对所述主管压力值，N条支管压力值和N条支管流量值分别进行滤波，确定主管滤波压力值，N条支管滤波压力值和N条支管滤波流量值；其中，每条支管上设置一个支管压力计和一个流量计；

对多组所述主管滤波压力值和多组所述N条支管滤波压力值进行归一化处理，确定主管归一化压力值和N条支管归一化压力值；

将所述主管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(1)确定第一时间段主管平均压力值和第二时间段主管平均压力值；将所述N条支管归一化压力值按照采集时间分为两段，通过公式(2)确定第一时间段N条支管平均压力值和第二时间段N条支管平均压力值；

根据所述第一时间段主管平均压力值，所述第二时间段主管平均压力值，所述第一时间段N条支管平均压力值，所述第二时间段N条支管平均压力值，通过公式(3)确定压缩空气系统的稳定性；

当所述压缩空气系统的稳定性为1时，根据第一类支管管道压力平衡状态关系式和最小二乘法确定N条支管的特性系数；

根据所述N条支管的特性系数和N条支管压力目标下限值，通过公式(4)确定气源总管压力优化设定值；

将所述气源总管压力优化设定值和主管压力值进行比较，确定总管压力偏差量，根据所述总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值；或者确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值；

公式(1)如下所示：

$E_{{\mathrm{Pm}}^{*}}\left(1\right)=\frac{2}{n}\underset{i=1}{\overset{n/2}{\Σ}}{\mathrm{Pm}}^{*}\left(i\right);E_{{\mathrm{Pm}}^{*}}\left(2\right)=\frac{2}{n}\underset{i=n/2}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{Pm}}^{*}\left(i\right)$

公式(2)如下所示：

$E_{P_l^{*}}\left(1\right)=\frac{2}{n}\underset{i=1}{\overset{n/2}{\Σ}}{P}_l^{*}\left(i\right);E_{P_l^{*}}\left(2\right)=\frac{2}{n}\underset{i=n/2}{\overset{n}{\Σ}}{P}_l^{*}\left(i\right),(l=1,2,...,N)$

公式(3)如下所示：

公式(4)如下所示：

P_best＝max(Ps(l),(l＝1,2,…,n))

其中，为第一时间段主管平均压力值，为主管归一化压力值，为第二时间段主管平均压力值，为第一时间段N条支管平均压力值，为第二时间段N条支管平均压力值，Pl*(i)为支管归一化压力值，S为压缩空气系统的稳定性，k为稳定阈值，取值范围0.02～0.05，P_best为气源总管压力优化设定值；Ps(l)为系统稳定时对应的最小总管压力值，N为所述第一支管对应的数量值，n表示采集次数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述主管的稳定性为1时，根据管道压力平衡状态关系式和最小二乘法确定N条支管的特性系数，包括：

当所述压缩空气系统的稳定性为1时，所述第一类支管管道压力平衡状态关系式通过公式(5)确定为第二类支管管道压力平衡状态关系式，对所述第二类支管压力平衡状态关系式采用最小二乘法，通过公式(6)确定所述N条支管的特性系数；

所述第一管道压力平衡状态关系式为：

所述公式(5)为：

$x_l\left(i\right)=\sqrt{Pm\left(i\right)-P_l\left(i\right)},(l=1,2,...N,i=1,2,...,n)$

所述公式(6)为：

其中，Pm为主管滤波压力值，P_l为N条支管滤波压力值，Pm(i)为第i次采集到的主管压力值，P_l(i)为第i次采集到的N条支管压力值，Q_l为N条支管流量值，为N条支管的特性系数，x_l(i)为中间变量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述N条支管的特性系数和N条支管压力目标下限值，通过公式(4)确定气源总管压力优化设定值之前，还包括：

当所述压缩空气系统的稳定性为1时，根据所述N条支管滤波流量值，通过公式(7)确定N条支管流量稳定值；

根据所述N条支管流量稳定值，根据所述N条支管的特性系数，N条支管压力目标下限值，通过公式(8)确定所述N条支管流量稳定值时所需的最小总管压力值；

所述公式(7)如下所示：

$\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{Q_l}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_l\left(i\right),(l=1,2,...,N)$

所述公式(8)如下所示：

$min\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}Ps\left(l\right)$

其中，为N条支管流量稳定值，Q_l为第i次采集到的N条支管流量值，P_down(l)为支管压力目标下限值，Pm_down为气源总管压力下限值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值，包括：

当所述总管压力偏差量的绝对值大于所述切换控制条件时，确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值；

所述根据所述总管压力偏差量和切换控制条件之间的大小关系，确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值，包括：

当所述总管压力偏差量的绝对值小于所述切换控制条件时，确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定通过调节空压机压力值控制所述主管压力值，包括：

当所述偏差量大于零时，确立将所述空压机压力值调整为Pset_next＝Pset+θ(θ＞0)；或者

当所述偏差量小于零时，确立将所述空压机压力值调整为Pset_next＝Pset-θ(θ＞0)；其中，θ为每次压力调节的最小压力变化量，取值范围介于0.01到0.1Mpa；且所述空压机压力值调整范围符合

其中，Pset_next为空压机压力值调节值，Pset为当前时刻空压机压力设定值，Pset_max为空压机设定压力上限值，Pset_min为空压机设定压力下限值。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定通过调节智能调节阀的开度控制所述主管压力值，包括：

根据开度设定值增量和所述气源总管压力优化设定值对应的所述智能调节阀开度值，通过公式(9)确定所述智能调节阀的开度调节值；

所述公式(9)如下所示：

L_next＝L+ΔL；

其中，L_next为所述智能调节阀的开度调节值，ΔL为所述智能调节阀的开度设定值增量，ΔP为总管压力偏差量，L为所述智能调节阀当前开度值，a为控制死区，k₁为控制器增益系数。

7.一种压缩空气工业系统的节能优化控制装置，其特征在于，包括：空压机(101)，主管直通管道(103)，智能调节阀(106)，主管压力计(108)，和控制模块(113)；

所述空压机(101)和所述主管直通管道(103)连接，所述主管直通管道(103)上设置所述智能调节阀(106)，所述主管直通管道(103)与所述主管压力计(108)和至少一条支管连接；

第一支管(114)上依次设置第一支管流量计(115)和第一支管压力计(116)；

所述控制模块(113)包括压力优化给定单元和过程实时控制单元；

所述压力优化给定单元包括参数设置模块(201)，过程数据采集模块(202)，平稳性分析模块(203)，支路管道特性计算模块(204)和优化设定模块(205)；所述过程实时控制单元包括切换控制模块(301)，空压机压力调节模块(302)和智能调节阀开度设定模块(303)；

所述参数设置模块(201)用于设置节能优化初始参数；所述过程数据采集模块(202)与所述第一支管流量计(115)，所述第一支管压力计(116)和所述主管压力计(108)电联接，用于获取主管压力值，第一支管压力值和第一支管流量值；所述平稳性分析模块(203)和所述支路管道特性计算模块(204)分别用于根据所述主管压力值，所述第一支管压力值和所述第一支管流量值，在压缩空气系统稳定时，通过平稳性分析输出系统，确定所述第一支管的管道特性系数；所述优化设定模块(205)用于根据所述第一支管的管道特性系数和所述节能能优化初始参数，确定气源总管压力优化设定值；

所述切换控制模块(301)用于获取所述主管压力值和所述智能调节阀(106)的当前开度值，根据所述主管压力值，所述当前开度值和所述节能能优化初始参数之间的大小关系，确定与所述空压机压力调节模块(302)连接或者与所述智能调节阀开度设定模块(303)连接；所述空压机压力调节模块(302)用于调节所述空压机(101)的压力设定值；所述智能调节阀开度设定模块(303)用于调节所述智能调节阀(106)的开度值。

8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，还包括储气罐(102)，气体入口端(111)，气体出口端(112)，第一手动调节阀(105)，逆止阀(104)，第二手动调节阀(107)；

所述储气罐(102)设置在所述空压机(101)和所述主管直通管道(103)之间；

所述气体入口端(111)设置在所述储气罐(102)与所述主管直通管道(103)之间；

所述气体出口端(112)设置在所述主管直通管道(103)与所述主管压力计(108)之间；

所述第一手动调节阀(105)，所述逆止阀(104)和所述第二手动调节阀(107)依次设置在所述主管直通管道(103)上，且所述逆止阀(104)和所述第二手动调节阀(107)之间还包括所述智能调节阀(106)。

9.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，还包括旁通管道(109)和旁通阀(110)；

所述旁通管道(109)的一端与所述所述气体入口端(111)相连，所述旁通管道(109)的另一端与所述气体出口端(112)相连；所述旁通阀(110)设置在所述旁通管道(109)上。