基于5G物联网的空压站变频调速系统及方法与流程

基于5g物联网的空压站变频调速系统及方法
技术领域
1.本发明属于空压机站控制技术领域，尤其涉及基于5g物联网的空压站变频调速系统及方法。


背景技术：

2.空压机，又叫空气压缩机，空气压缩机通过电机驱动，空气压缩机是工业现代化的基础产品，是气动系统的核心设备机电引气源装置种的主体，能够将原动的机械能转换成启动压力能的装置。
3.在施工现场，尤其是采矿行业中，通常会使用空压机提供压缩空气作为施工动力，空压机为了达到施工要求，压力设置应该根据岩石硬度设置空压机输出压力，但是在实际应用过程中，都是根据空压机厂家推荐排气压力进行设置，设计冗余一般大于10％，例如 yt28型号的凿岩机最佳工作压力为0.5mpa-0.55mpa，风钻风压工作区间为0.35mpa
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0.63mpa，风镐为0.4mpa-0.6mpa，实际上常用用风工具的最佳工作压力系统设置压力一般为0.72-0.75mpa，压缩空气经过压力管道传输到用气地点后，均高于风钻的最佳工作压力最高值，风压太高增加了断钎的风险，也加大了机具的磨损，例如，在将系统压力最高设置为0.78mpa时，空压机达到设定压力0.78mpa后处于卸载状态，停止输出压缩空气，系统设定压力低于最低压力(如0.65mpa)后，空压机又加载输出压缩空气，由此可见，系统压力设置越高，空压机的排气效率就越低，管道泄漏量越大，根据查询空压机原厂参数表可知，系统压力每提高0.1mpa，排气效率下降10％，电能消耗增加10％，为了保持压力的持续稳定，也为了不使空压机连续的启动停止而损害空压机设备，一般是设置空压机工作在卸载状态20分钟后才停止工作。
4.此外，为了满足采矿现场施工的压缩空气所需最大流量，需要配备安装多台空压机来满足施工要求，并为每台空压机单独设置了不同的加载压力和卸载压力，多台空压机单独控制时会出现各台空压机工作时间不均衡，设备的磨损不一致，同时电能消耗加剧的问题。


技术实现要素：

5.本发明所解决的技术问题在于提供一种基于5g物联网的空压站变频调速系统及方法，以解决现有技术中多台空压机单独控制带来的能耗加剧的问题。
6.本发明提供的基础方案：基于5g物联网的空压站变频调速系统，包括：若干个空压机、变频调速模块、5g物联网模块以及控制模块；
7.所述控制模块包括第一路模拟量输入输出模块，所述第一路模拟量输入输出模块与空压机连接，用于实时获取空压机的运行参数和启停状态；
8.所述变频调速模块一端与控制模块电连接，另一端与空压机的电机电连接，所述控制模块用于根据获取的空压机的运行参数和启停状态通过变频调速模块控制空压机电机的运行状态；
9.所述5g物联网模块与控制模块通讯连接，所述控制模块还用于将实时获取的空压机运行参数、启停状态以及电机的运行状态发送至云端。
10.本发明的原理及优点在于：在空压站中，设有多个空压机，空压机的运行参数和启停状态通过控制模块中的第一路模拟量输入输出模块获取，空压机的电机运行控制通过变频调速模块控制，变频调速模块又由控制模块控制，从而实现空压站空压机的集中控制，避免单独控制空压机导致的设备磨损不一致，能耗加剧的问题出现，此外，通过5g物联网模块实现通信连接，能够将空压站的空压机运行参数等相关数据上传至云端，方便进行远程查看和远程控制，提升空压站空压机集中控制的智能化。
11.本发明的优点在于：能够解决单独控制空压机导致的设备磨损不一致，能耗加剧的问题出现。
12.进一步，还包括检测模块，所述控制模块还包括第二模拟量输入模块，所述第二模拟量输入模块与检测模块连接，所述第二模拟量输入模块用于接收检测模块信号。
13.有益效果：通过检测模块与控制模块中的第二模拟量输入模块连接，能够将检测模块的检测信号通过第二模拟量输入模块传输给控制模块。
14.进一步，所述检测模块包括压力检测单元和流量检测单元，所述压力检测单元和流量检测单元位于空压机的压力管道上，所述压力检测单元用于检测压力管道内的压力值，所述流量检测单元用于检测压力管道两端的流量值。
15.有益效果：通过压力检测单元能够实时监测压力管道上的输送压力，通过流量检测单元能够分别监测压力管道两端的流量，便于为用户提供能耗分析计量等的事实依据。
16.进一步，所述控制模块为plc可编程控制器，所述plc可编程控制器中包括扩展模块，所述扩展模块内设有压力统计单元和流量统计单元，所述压力统计单元用于接收压力检测单元检测的压力值，并进行统计生成压力曲线，所述流量统计单元用于接收流量检测单元检测的流量值，并进行统计生成流量曲线。
17.有益效果：通过压力统计单元和流量统计单元，能够实时展现出压力曲线和流量曲线，而压力曲线和流量曲线能够直接展现出在压缩空气输送过程中是否存在异常节点，便于后续追查维护。
18.进一步，还包括显示模块，所述显示模块与控制模块通过5g物联网模块通讯连接，所述显示模块用于显示控制模块上传至云端的空压机运行参数、启停状态以及电机的运行状态。
19.有益效果：通过显示模块用户能够实时查看空压站的运行情况。
20.进一步，还包括电源模块，所述电源模块包括第一电源模块、第二电源模块以及第三电源模块，所述第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块串联，所述第一电源模块用于给控制模块和显示模块供电，所述第二电源模块用于给5g物联网模块供电，所述第三电源模块用于给检测模块供电。
21.有益效果：设置三个电源模块，分别给不同的模块供电，同时三个电源模块相互串联，能够在其中一个电源模块故障断电时提供续航，避免空压站设备骤然停机造成损坏。
22.进一步，还包括用户终端，所述用户终端与5g物联网模块通信连接，所述用户终端用于通过5g物联网模块接收云端的空压机运行参数、启停状态以及电机的运行状态；所述用户终端还用于通过5g物联网模块向控制模块发出控制命令，所述控制命令包括参数输
入、参数调节以及启停操作。
23.有益效果：用户可以通过用户终端远程发送控制命令控制空压站的变频调节。
24.进一步，还包括报警模块，所述报警模块与控制模块电连接，所述报警模块用于在检测模块或第一模拟量输入输出模块接收信号异常时发出报警信号。
25.有益效果：报警模块能够起到警示的作用。
26.基于5g物联网的空压站变频调速方法，使用了上述所述的基于5g物联网的空压站变频调速系统。
附图说明
27.图1为本发明实施例一的电路结构示意图；
28.图2为本发明实施例一的流程框图；
29.图3为本发明实施例二的功能框图。
具体实施方式
30.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
31.说明书附图中的标记包括：控制模块1、第一路模拟量输入输出模块101、第二路模拟量输入模块102、继电器103、5g物联网模块2、检测模块3、压力检测单元301、流量检测单元302、电源模块4、第一电源模块401、第二电源模块402、第三电源模块403、显示模块5、报警模块6。
32.实施例一：
33.实施例一基本如附图1所示：基于5g物联网的空压站变频调速系统，包括若干个空压机、变频调速模块、5g物联网模块2、控制模块1、检测模块3、显示模块5、电源模块 4、用户终端以及报警模块6，其中，控制模块1为plc可编程控制器，控制模块1中包括第一路模拟量输入输出模块101、第二路模拟量输入模块102、继电器103、扩展模块以及 rs485通讯接口，第一路模拟量输入输出模块101与若干个空压机连接，用于实时获取空压机的运行参数和启停状态，变频调速模块一端与控制模块1电连接，具体为与控制模块1 中的第一路模拟量输入输出模块101连接，用于获取变频调速模块的反馈信号，另一端与空压机电机连接；控制模块1根据获取的空压机的运行参数和启停状态通过变频调速模块控制空压机电机的运行状态。
34.控制模块1中的第二路模拟量输入模块102与检测模块3连接，检测模块3中包括压力检测单元301和流量检测单元302，在本实施例的其他实施例中，检测模块3中还包括温度检测单元；压力检测单元301和流量检测单元302位于空压站的压力管道上，压力检测单元301用于检测压力管道的压力值，流量检测单元302用于检测压力管道两端的流量值，压力值和流量值通过第二路模拟量输入模块102转化为电信号。
35.控制模块1中的扩展模块包括压力统计单元和流量统计单元，压力统计单元用于接收压力检测单元301检测的压力值，并进行统计生成压力曲线，流量统计单元用于接收流量检测单元302检测的流量值，并进行统计生成流量曲线；通过压力统计单元和流量统计单元，能够实时展现出压力曲线和流量曲线，而压力曲线和流量曲线能够直接展现出在压缩空气输送过程中是否存在异常节点，便于后续追查维护。
36.5g物联网模块2与控制模块1通讯连接，具体为：5g物联网模块2中包括5g网关模块和网络交换机，5g网关模块和网络交换机之间通过网线连接，网络交换机与控制模块1 上的rs485通讯接口通过线缆连接，从而控制模块1能够将获取的空压机的运行参数、启停状态以及电机的运行状态上传至云端，而用户终端与5g物联网模块2通信连接，从而使得用户终端能够接收上传至云端的压机的运行参数、启停状态以及电机的运行状态并传输控制命令，控制命令包括参数输入、参数调节以及启停操作，方便用户远程查看和远程操作。
37.具体实施过程为：空压机在本实施例中设有7个，分别编号为1号-7号，第一路模拟量输入输出模块101连接空压机，获取空压机的运行参数，其中，运行参数包括压力参数、运行时长、空载时长、加机频率以及减机频率等，空压机的启停状态同步被第一路模拟量输入输出模块101接收，用户通过用户终端可查看1号-7号的空压机的运行参数和启停状态，通过用户在用户终端上预设压力值，生成控制命令，通过5g物联网模块2传输至控制模块1上，控制模块1控制变频调速模块控制电机启动，变频调速模块处于变频工作状态中，首先控制1号空压机运行，经过t时刻时，当1号空压机通过第一路模拟量输入输出模块101反馈的压力信号未达到预设压力值时，1号空压机保持工频运转状态，控制模块1中的继电器103接收控制信号控制2号空压机变频启动，以此类推，直至空压站的压力信号达到预设的压力值，通过此控制方式，使得空压机的卸载工作状态时长降低48％左右，大大降低了能耗损失；若用户需要将压力运行值调小，则输入新的压力运行值，控制模块1接收到控制信号通过变频调速模块关闭空压机；以此，通过压力检测单元301检测压力管道上的压力值，通过第一模拟量输入模块反馈至控制模块1，再反馈至云端和用户终端。
38.此外，通过流量检测单元302实时检测压力管道上两端的流量值，通过流量值检测，能够对空压机的输气效率进行检测。
39.显示模块5与控制模块1通过5g物联网模块2通讯连接，显示模块5用于显示控制模块1上传至云端的空压机运行参数、启停状态以及电机运行状态。
40.电源模块4包括第一电源模块401、第二电源模块402以及第三电源模块403，其中，第一电源模块401、第二电源模块402和第三电源模块403之间串联，能够相互补充电源，第一电源模块401用于给控制模块1和显示模块5供电，第二电源模块402用于给5g物联网模块2供电，第三电源模块403用于给检测模块3供电。
41.报警模块6与控制模块1电连接，报警模块6用于在检测单元或第一模拟量输入输出模块信号接收异常时发出报警信号。
42.在本实施例中，控制模块1为plc可编程控制器，具体为西门子plc的siemens-sr40 控制器，变频调速模块采用中国台湾中达电通公司的delt c2000plus ved1100c43a-00重载变频器，显示模块5采用昆仑通泰触摸屏，人机界面大小为10寸；用户终端包括手机或电脑，在本实施例中采用电脑，5g物联网模块2由5g网关模块和网络交换机组成。
43.如图2所示，在本实施例的另一实施例中，还包括基于5g物联网的空压站变频调速方法，使用了上述所述的基于5g物联网的空压站变频调速系统，具体包括：
44.s1：启动空压站变频调速系统，所述空压站变频调速系统包括若干个空压机、变频调速模块、5g物联网模块2以及控制模块1，控制模块1中的第一路模拟量输入输出模块101 连接空压机，变频调速模块一端连接控制模块1，另一端连接空压机的电机，5g物联网模块2与控制模块1通讯连接；
45.s2：通过用户终端与5g物联网模块2的通讯连接，从用户端向空压站变频调速系统发送设定的压力值，控制模块1根据设定的压力值控制变频调速模块依次调节空压机的电机运行状态；
46.s3：第一模拟量输入输出模块接收空压机反馈的数据，将反馈的数据与设定的压力值进行比对，若反馈的数据达到设定的压力值，则控制模块1控制变频调速模块停止调节空压机电机的运行状态；
47.s4：通过流量检测单元302和压力检测单元301检测空压站变频调速系统产生的流量值和压力值，并通过流量统计单元和压力统计单元生成流量曲线和压力曲线。
48.实施例二：
49.如图3所示，实施例二与实施例一的不同之处在于，实施例二中扩展模块中还包括异常识别单元、运维管理单元以及存储单元，所述存储单元中存储有压力正常曲线、流量正常曲线、空压站运行参数以及运维知识，所述异常识别单元用于接收压力统计单元生成的压力曲线和流量统计单元生成的流量曲线，并根据存储单元中存储的压力正常曲线和流量正常曲线进行比对，判断出异常节点；运维管理单元还用于根据判断出的异常节点调取存储单元中存储的空压站运行参数进行分析，并根据分析结果与运维知识进行相似度匹配，若匹配结果达到预设的相似度阈值，在本实施例中相似度阈值设为70％，则运维管理单元直接调取该运维知识并通过5g物联网模块2推送至云端；例如，在流量曲线上的某一节点处出现流量飙升的曲线，异常识别单元识别出此处异常，运维管理单元根据空压站的运行参数进行分析，得知编号为5的空压机调节异常，通过分析编号为5的空压机的各项参数，比如运行时长、流量表量程、超压停机压力、超压停机解除压力等参数，再根据分析结果与存储的运维知识进行相似度匹配即可。
50.因此，本实施例中存储单元存储的空压站运行参数属于实时数据，能够在异常识别单元识别到异常节点时，实时比对当前空压站的运行参数，一方面能够提高异常的检测效率和时效性，另一方面便于用户即时调控。
51.所述运维管理单元中设有运维扩展子单元，所述运维扩展子单元用于在匹配结果未达到预设的相似度阈值时，将异常节点信息通过5g物联网模块2推送至云端，并接收云端反馈数据和将反馈数据存储至存储单元；所述用户终端还用于接收运维管理单元推送的数据，用户通过用户终端对该数据进行处理，并将处理结果保存在用户终端上，所述用户终端还用于将处理结果通过5g物联网模块2推送至云端。
52.在本实施例中，若存储单元中存储的运维知识均和识别的异常节点匹配不上，则运维扩展子单元将该异常节点的信息发送至云端，用户再通过用户终端接收该异常节点信息并进行分析，分析的结果中包括新增的运维相关知识和解决方案等，用户终端再将分析结果发送至云端；运维扩展子单元再从云端接收分析结果并将其存储至存储单元中，便于下次的异常节点匹配。
53.以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障
碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。