车间压缩气体供应系统及其控制方法与流程

1.本公开涉及压缩气体供应技术领域，特别涉及一种车间压缩气体供应系统及其控制方法。


背景技术：

2.烟草生产设有多个车间，每个车间都需要用到压缩空气，因此设有动力车间空压站，用于产生压缩空气并供应至各个车间，为了满足全部车间的生产要求，只能匹配要求最高的车间压力，例如以6bar的压力给车间供气。
3.但在各生产车间有各自的生产计划安排，在不同的生产时段，彼此用气压力需求都有所不同，例如：制丝一区、制丝二区、制丝1140线，在早班保养时间段7：30-11：30，用气压力需求从6bar降至4bar，如果一致以6bar的压力供气，单位时间内会流过更多的压缩空气，通过实际测试，末端设备用气压力每提高1bar，空压机的耗电就提高4％～8％，这样会导致压缩空气的使用浪费，从而使空压站能耗偏高。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种车间压缩气体供应系统及其控制方法，能够在满足车间用气压力需求的前提下，节省压缩气体的耗费。
5.根据本公开的一方面，提供了一种车间压缩气体供应系统，包括：
6.供气装置，被配置为提供压缩气体；
7.多个输气分管，用于将压缩气体对应输送至多个车间，每个输气分管均设有一套气体调节装置，气体调节装置包括：串设在输气分管中的第一压力检测部件和调节阀，第一压力检测部件用于检测输气分管内的气压，调节阀用于通过调节开度改变输气分管的通气量；和
8.上位机装置，用于根据输气分管内的气压、调节阀的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀的开度，以使输气分管内的气压与对应的车间需求气压一致。
9.在一些实施例中，第一压力检测部件沿气流方向位于调节阀远离供气装置的一侧。
10.在一些实施例中，气体调节装置还包括：
11.第一流量检测部件，设在输气分管上，用于检测通过输气分管内气体的流量；
12.其中，上位机装置用于监测多个输气分管内气体的流量。
13.在一些实施例中，气体调节装置还包括：下位控制器和采集器，下位控制器用于接收输气分管内的气压和调节阀的当前开度信号，并发送给采集器，采集器用于将接收到的信号上传至上位机装置。
14.在一些实施例中，下位控制器用于在接收到故障指令的情况下，根据输气分管内的气压、调节阀的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀的开度；
15.其中，故障指令包括采集器故障指令，上位机装置故障，和/或采集器与上位机装
置之间的通信故障指令。
16.在一些实施例中，上位机装置用于将确定出的调节阀的开度调整量通过采集器传递至下位控制器，以调节调节阀的开度。
17.在一些实施例中，上位机装置用于根据输气分管内的气压和对应的车间需求气压确定出目标气压调整量，并根据预先标定的调节阀的开度变化量与气压变化量之间的关系以及调节阀的当前开度，确定出调节阀的开度调整量。
18.在一些实施例中，上位机装置包括：
19.服务器，用于接收检测信号并发出调节阀的开度调整量指令；和
20.终端设备，用于供操作者对车间需求气压进行设定，和/或对检测信号、调节阀的开度和开度调节量中的至少一个进行显示。
21.根据本公开的另一方面，提供了一种基于上述实施例车间压缩气体供应系统的控制方法，包括：
22.获取各第一压力检测部件检测的所在输气分管内的气压；
23.获取各输气分管中的调节阀的当前开度；
24.使上位机装置根据输气分管内的气压、调节阀的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀的开度，以使输气分管内的气压与对应的车间需求气压一致。
25.在一些实施例中，控制方法还包括：
26.获取各第一流量检测部件检测的通过所在输气分管的气体流量并进行监测。
27.在一些实施例中，控制方法还包括：
28.使下位控制器接收输气分管内的气压和调节阀的当前开度信号，并发送给采集器；
29.使采集器将接收到的信号上传至上位机装置。
30.在一些实施例中，控制方法还包括：
31.使下位控制器在接收到故障指令的情况下，根据输气分管内的气压、调节阀的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀的开度；
32.其中，故障指令包括采集器故障指令，上位控制装置故障，和/或采集器与上位控制装置之间的通信故障指令。
33.在一些实施例中，调节调节阀的开度的步骤具体包括：
34.使上位机装置将调节阀的开度调整量通过采集器传递至下位控制器，以调节调节阀的开度。
35.在一些实施例中，通过上位机装置根据输气分管内的气压、调节阀的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀的开度，以使输气分管内的气压与对应的车间需求气压一致包括：
36.使上位机装置根据输气分管内的气压和对应的车间需求气压确定出目标气压调整量；
37.使上位机装置根据预先标定的调节阀的开度变化量与气压变化量之间的关系以及调节阀的当前开度，确定出调节阀的开度调整量。
38.本公开实施例的车间压缩气体供应系统，通过上位机装置汇聚各车间对应的输气分管的气压、调节阀的当前开度，根据车间的用气需求快速精准地计算调节阀的开度调节
量，既能满足各车间的用气压力需求，又能使提供压缩气体的压力与需求匹配，以免造成浪费，提高压缩气体利用率，节省供气装置的能耗，达到节能效果。
附图说明
39.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为本公开车间压缩气体供应系统的一些实施例的结构示意图。
41.图2为第一压力检测部件的一些实施例的结构示意图。
42.图3为下位控制器和采集器的电气连接示意图。
43.图4为本公开车间压缩气体供应系统的控制方法的一些实施例的流程图。
44.图5为本公开车间压缩气体供应系统的控制方法的一些具体实施例的流程图。
具体实施方式
45.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
46.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
47.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
48.在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
49.如图1至图3所示，本公开提供了一种车间压缩气体供应系统，在一些实施例中，包括：供气装置1、多个输气分管5和上位机装置66。
50.供气装置1被配置为提供压缩气体，例如，气体可以为空气或其它气体，供气装置1可包括多台气体压缩机11和多个供气支路12，例如，图1中设置5台气体压缩机11(1#、2#、3#、4#、5#)和5个供气支路12。每台气体压缩机11通过一个供气支路12向储气罐2供压缩气体，每条供气支路12上都可设置第二压力检测部件13和第二流量检测部件14，分别用于检测气体压缩机11提供的气体压力和流量。
51.多个输气分管5用于将压缩气体对应输送至多个车间7，以供车间7的用气设备使用压缩气体。每个输气分管5均设有一套气体调节装置6，气体调节装置6包括：串设在输气
分管5中的第一压力检测部件61和调节阀62，第一压力检测部件61用于检测输气分管5内的气压，调节阀62用于通过调节开度改变输气分管5的通气量。
52.具体地，为了实现供气装置1和多个输气分管5的连接，车间压缩气体供应系统还可包括：储气罐2和输气总管3，储气罐2用于汇集多个供气支路12提供的压缩气体，输气总管3连接于储气罐2和多个输气分管5之间。进一步地，输气总管3包括公共管段31和与公共管段31连接的至少两个分支管段32，每个分支管段32上都可设置分气缸4，每个分支管段32可与多个输气分管5中的部分输气分管5连通，此种连接方式将多个车间7分组供气，可平衡气压，防止气压过大不好控制。例如，分支管段32设有两个，其中第一个分气缸4连接在公共管段31与一个分支管段32之间，第二个分气缸4设在另一个分支管段32上，且与第一个分气缸4连通。
53.上位机装置66用于根据输气分管5内的气压、调节阀62的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀62的开度，以使输气分管5内的气压与对应的车间需求气压一致。调节阀62可以为电动调节阀，例如通过改变调节阀62的控制电信号调节其开度，电信号为电压或电流，调节阀62的当前开度可以通过获取调节阀62的控制电信号获取。
54.车间需求气压可以预先设定并存储在上位机装置66中，具体地，车间需求气压可按照不同的时间段设定，调节阀62的开度采用分时段控制，此种方式能够在节省压缩气体的基础上，减少调节阀62的调节次数，降低控制难度。
55.该实施例能够通过上位机装置66汇聚各车间7对应的输气分管5的气压、调节阀62的当前开度，根据车间7的用气需求快速精准地计算调节阀62的开度调节量，既能满足各车间7的用气压力需求，又能使提供压缩气体的压力与需求匹配，以免造成浪费，提高压缩气体利用率，节省供气装置1的能耗，达到节能效果。
56.在一些实施例中，如图2所示，第一压力检测部件61沿气流方向位于调节阀62远离供气装置1的一侧。由于调节阀62两端具有压差，通过检测调节阀62沿气流方向下游的压力，能够精确地获得供应至车间7的实际气压，可更准确地控制调节阀62的开度，以使供气压力与车间需求气压一致。
57.在一些实施例中，如图2所示，气体调节装置6还包括：第一流量检测部件63，设在输气分管5上，用于检测通过输气分管5内气体的流量。其中，上位机装置66用于监测多个输气分管5内气体的流量。该实施例通过对多个输气分管5内的气体流量进行监测，能够使压缩气体供应平稳变化，防止出现流量异常波动或流量超标的情况。可选地，在流量变化率不超过预设阈值的情况下，第一压力检测部件61的检测值被认为有效。
58.在一些实施例中，如图2所示，气体调节装置6还包括：下位控制器64和采集器65，下位控制器64用于接收输气分管5内的气压和调节阀62的当前开度信号，并发送给采集器65，采集器65用于将接收到的信号上传至上位机装置66。
59.在下位控制器64已经获得了气压和调节阀62的当前开度信号后，由于通讯协议不同，无法直接与服务器通讯，要转换成串口才能实现，所以要通过采集器65发送至上位机装置66。
60.可选地，下位控制器64可以为pid控制器，能够根据当前采集的信号和车间需求气压对输气分管5内的气压进行pid控制。例如，下位控制器64可以为单片机、dsp、plc或工控机等。采集器65为数据采集器，可采用边缘数据采集器，可对采集的数据进行处理。
61.由于输气分管5内的气压值在整个控制中非常关键，如果直接通过采集器65获取输气分管5内的气压或调节阀62的当前开度信号，则一旦出现网络传输通信、采集器65、交换机、上位机装置66或软件等方面的故障造成输气分管5内的气压或调节阀62的当前开度信号传输失败，则会导致调节阀62无法正常调节，从而影响车间7的正常工作，严重时可能导致生产事故。
62.该实施例通过下位控制器64向采集器65发送采集的信号，如果下位控制器64以上层级发生软件、硬件或通讯上的故障时，例如，出现网络传输通信、采集器65、交换机、上位机装置66或软件等方面的故障，下位控制器64也能够根据预设的控制逻辑保持对调节阀62进行调整控制，使车间7的生产正常运行，避免发生生产事故，提高生产安全性。可选地，采集器65也可直接获取输气分管5内的气压或调节阀62的当前开度信号。
63.在一些实施例中，下位控制器64用于在接收到故障指令的情况下，根据输气分管5内的气压、调节阀62的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀62的开度。其中，故障指令包括采集器65故障指令，上位机装置66故障，和/或采集器65与上位机装置66之间的通信故障指令。
64.该实施例能够在下位控制器64以上层级发生软件、硬件或通讯上的故障时，通过下位控制器64根据预设的控制逻辑保持对调节阀62独立进行调整控制，使车间7的生产正常运行，避免发生生产事故，提高生产安全性。
65.在一些实施例中，上位机装置66用于将确定出的调节阀62的开度调整量通过采集器65传递至下位控制器64，以调节调节阀62的开度。
66.该实施例考虑到上位机装置66距离调节阀62所在的生产现场距离遥远，不可能长距离与调节阀62直接连接通讯进行控制，开度调整量通过采集器65传递至下位控制器64调节调节阀62的开度，能够实现长距离控制，提高控制可靠性。可选地，上位机装置66也可直接根据调节阀62的开度调整量调节调节阀62的开度。
67.在一些实施例中，上位机装置66用于根据输气分管5内的气压和对应的车间需求气压确定出目标气压调整量，并根据预先标定的调节阀62的开度变化量与气压变化量之间的关系以及调节阀62的当前开度，确定出调节阀62的开度调整量。
68.目标气压调整量为输气分管5内的气压和对应的车间需求气压之差。调节阀62的开度变化量与气压变化量之间的关系通过如下方式获得：根据设定的调节阀62的口径参数，例如，调节阀62的口径为dn125，则设定为dn125，通过试验标定出调节阀62每增加或减少1％的开度对应增加或减小的气压值，由此，根据目标气压调整量就能获得调节阀62的开度调整量。例如，调节阀62的当前开度为36％，所需增加开度为5％，那么调节阀62实际所需开度就是41％。
69.该实施例能够精确地计算出调节阀62需要调整的开度，以使供应至车间7用气区域的压缩气体在增流或节流后达到车间需求气压。
70.在一些实施例中，如图2所示，上位机装置66包括：服务器661和终端设备662，服务器661用于接收检测信号并发出调节阀62的开度调整量指令；终端设备662，用于供操作者对车间需求气压进行设定，和/或对检测信号、调节阀62的开度和开度调节量中的至少一个进行显示，例如，终端设备662可以是电脑、工控机、平板电脑或智能手机等。
71.该实施例将采集的输气分管5的气压、流量、调节阀62的开度信号都上传至服务器
661，并由服务器661进行运算获得调节阀62的开度调整量，由于车间7数量较多，服务器661具备较强的数据处理能力，能够加快数据处理速度，可对每个调节阀62进行准确快速的调整，使得对每个车间7的供气都能及时地与需求量匹配，避免压缩气体浪费。
72.在一些实施例中，如图2所示，采集器65可直接接收流量检测部件63的检测信号，因为流量数据用于监测，并不用于气压控制。可选地，流量检测部件63的检测信号也可通过下位控制器64传递至采集器65。
73.下面通过图1至图4给出车间压缩气体供应系统的一些具体实施例，车间为烟草生产车间。
74.如图1所示，压缩气体从供气装置1(例如空压站房)输出后，依次进入储气罐2和输气总管3，压缩气体在输气总管中通过两个分支管段32分成两组，并分别将气体供应至不同的车间7的用气设备。其中一个分支管段32用于向制丝一区(1#)、卷包一区(2#)、制丝1140线(3#)和物流一区供气(4#)，另一个分支管段32用于向制丝二区(5#)、卷包二区(6#)和物流二区供气(7#)。
75.各车间7的输气分管5上均安装一套气体调节装置6，包括：1个采集器65、1个流量检测部件63、1个压力检测部件61、1个调节阀62(内含定位器，用于对开度调节进行定位)及1个下位控制器64，沿着气流方向，调节阀62安装于中间位置，流量检测部件63位于调节阀62的上游，压力检测部件61安装于调节阀62的下游。
76.如图3所示，将压力检测部件61的二线值压力变送器连接至下位控制器64的端口3、15，调节阀62连接至下位控制器64的端口13、14，将下位控制器64rs485端口9、10与采集器65rs485通信口a、b进行连接，由下位控制器64向采集器65上传气压、流量信号，而不直接通过采集器65上传。
77.流量检测部件63的rs485通信口与采集器65rs485通信口a、b进行连接，采集器65通过4g数据网络将采集的气压、流量信号、调节阀62的开度信号传输至服务器661上位机软件进行分析换算。
78.调节阀62采用分时段压力控制，控制方法如图4所示。
79.1、分析各车间7不同时间段用气压力的特点，以制丝车间的制丝一区、制丝二区、制丝1140线3个生产区域为例，在早班保养时间段7：30-11：30，车间气压需求从生产用气压力6bar降至保养用气压力4bar，在终端设备662上对这3个区域不同时间段设置好对应的车间气压需求，如下表1所示。
80.表1车间用气压力需求表
[0081][0082]
2、通过采集器65不断采集3个区域的流量值、气压值、调节阀62阀门开度值数据并上传至服务器661上位机软件，上位机实时监测当前生产区域所处时间段，将采集的压力值
与所设定的压力值进行比较，通过服务器661计算出对应的目标压力调整量。
[0083]
3、服务器661的上位机软件通过采集上来的当前阀门开度值，结合目标压力调整量和设定的调节阀62的口径参数(如口径是dn125，便设定为dn125)，换算出调节阀62每增加或减少1％的开度对应增加或减少的气压值，以此得出调节阀62阀门开度调整量(例如当前阀门开度为36％，所需增加开度为5％，那么阀门实际所需开度就是41％)后，服务器661上位机软件通过4g数据网络下传阀门开度调整量至该区域的采集器65，采集器65通过rs485通讯将阀门开度值写入下位控制器64中，由下位控制器64控制调节阀62的开度增加或减小至所需开度，以满足该区域当前时段用气压力需求。
[0084]
该实施例通过采用压缩气体分时段控制方法，利用服务器661汇聚各车间7大量数据进行精准、快速的计算能力，根据当前区域当前气压与车间需求气压之间的偏差，量化计算出调节阀62需要的开度调整量，通过4g数据通讯及时修正下位控制器64的阀门开度设定值，实现了对各车间7各时段压力的按需精准供给，减少压力供给过大造成的浪费，提高压缩气体利用率，节省供气装置1的能耗，达到节能效果。
[0085]
其次，本公开提供了一种基于上述实施例车间压缩气体供应系统的控制方法，在一些实施例中，控制方法包括：
[0086]
s110、获取各第一压力检测部件61检测的所在输气分管5内的气压；
[0087]
s120、获取各输气分管5中的调节阀62的当前开度；
[0088]
s130、使上位机装置66根据输气分管5内的气压、调节阀62的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀62的开度，以使输气分管5内的气压与对应的车间需求气压一致。
[0089]
其中，s110和s120在供气的过程中实时执行，或者每间隔一段时间执行一次，s130在s110和s120之后执行。
[0090]
该实施例能够通过上位机装置66汇聚各车间7对应的输气分管5的气压、调节阀62的当前开度，根据车间7的用气需求快速精准地计算调节阀62的开度调节量，既能满足各车间7的用气压力需求，又能使提供压缩气体的压力与需求匹配，以免造成浪费，提高压缩气体利用率，节省供气装置1的能耗，达到节能效果。
[0091]
可选地，车间需求气压可以预先设定并存储在上位机装置66中，具体地，车间需求气压可按照不同的时间段设定，调节阀62的开度采用分时段控制，此种方式能够在节省压缩气体的基础上，减少调节阀62的调节次数，降低控制难度。
[0092]
在一些实施例中，本公开的控制方法还包括：
[0093]
获取各第一流量检测部件63检测的通过所在输气分管5的气体流量并进行监测。
[0094]
该实施例通过对多个输气分管5内的气体流量进行监测，能够使压缩气体供应平稳变化，防止出现流量异常波动或流量超标的情况。
[0095]
在一些实施例中，本公开的控制方法还包括：
[0096]
使下位控制器64接收输气分管5内的气压和调节阀62的当前开度信号，并发送给采集器65；
[0097]
使采集器65将接收到的信号上传至上位机装置66。
[0098]
该实施例通过下位控制器64向采集器65发送采集的信号，如果下位控制器64以上层级发生软件、硬件或通讯上的故障时，下位控制器64也能够根据预设的控制逻辑保持对调节阀62进行调整控制，使车间7的生产正常运行，避免发生生产事故，提高生产安全性。
[0099]
在一些实施例中，本公开的控制方法还包括：
[0100]
使下位控制器64在接收到故障指令的情况下，根据输气分管5内的气压、调节阀62的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀62的开度；其中，故障指令包括采集器65故障指令，上位控制装置故障，和/或采集器65与上位控制装置之间的通信故障指令。
[0101]
该实施例能够在下位控制器64以上层级发生软件、硬件或通讯上的故障时，通过下位控制器64根据预设的控制逻辑保持对调节阀62独立进行调整控制，使车间7的生产正常运行，避免发生生产事故，提高生产安全性。
[0102]
在一些实施例中，调节调节阀62的开度的步骤具体包括：
[0103]
使上位机装置66将调节阀62的开度调整量通过采集器65传递至下位控制器64，以调节调节阀62的开度。
[0104]
在一些实施例中，s130通过上位机装置66根据输气分管5内的气压、调节阀62的当前开度和对应的车间需求气压，调节调节阀62的开度，以使输气分管5内的气压与对应的车间需求气压一致包括：
[0105]
使上位机装置66根据输气分管5内的气压和对应的车间需求气压确定出目标气压调整量；
[0106]
使上位机装置66根据预先标定的调节阀62的开度变化量与气压变化量之间的关系以及调节阀62的当前开度，确定出调节阀62的开度调整量。
[0107]
该实施例能够精确地计算出调节阀62需要调整的开度，以使供应至车间7用气区域的压缩气体在增流或节流后达到车间需求气压。
[0108]
本公开中所描述的控制器可以为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(programmable logic controller，简称：plc)、数字信号处理器(digital signal processor，简称：dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称：asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，简称：fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
[0109]
以上所述仅为本公开的示例性实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。