一种空压站房的节能集群控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种节能集群控制系统，尤其是涉及一种空压站房的节能集群控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]压缩空气是除了电力之外的最重要的工业动力源，在机械、电子、石化、汽车、纺织、化纤、有色金属、电力、煤炭、食品、医药等领域都有极其广泛的应用。空气压缩机(以下简称空压机)可提供压缩空气作为气源动力，是气动系统的核心设备机电引气源装置中的主体，它是将原动(通常是电动机)的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。
[0003]由于空压机输出的压缩空气不可避免地含有油、水、汽和灰尘颗粒等，如果不进行净化处理，会使得后续的用气设备及管道被锈蚀、用气质量低劣，最终严重影响产品的质量。因此，必须要对压缩空气进行除水、除油、干燥和净化处理。压缩空气干燥机(以下简称干燥机)是最重要压缩空气净化设备，几乎所有需要压缩空气的场所都要用干燥机，如图1所示，空压机通过集气罐连接干燥机，干燥机连接用气端。
[0004]由于空压机在运行过程中会产生大量的热量，需要设置相应的空压机冷却塔(以下简称冷却塔)的冷却水循环来对空压机进行冷却，提高空压机性能，保证空压机可靠性运转，如图1所示，冷却塔内设置冷却风机，空压机通过冷却水循环回路连接冷却塔，冷却风机运行，降低冷却水循环回路中的冷却水的温度，进而对空压机进行冷却，冷却水循环回路上设置与空压机对应的电动阀门和循环水泵。
[0005]空压机群的控制系统是气动系统节能领域的核心技术，以压缩空气为基质的气动系统由于成本相对较低、无污染、易维护等优点在现代工业中得到了广泛的应用。由于气功系统负荷变化频繁，且变化幅度较大，合理配置空压机群系统变得尤为重要。在我国，由于空压机群系统配置的不合理，空压机群系统的能源利用效率偏低，存在着严重的浪费。同时，由于在空压站房中的空压机群都对应配置干燥机和冷却塔进行运行，仅对空压机群的控制系统不能满足整个空压站的节能控制要求，因此，在能源问题日益突出的今天，空压站房控制系统的节能在中国有着重要的意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种空压站房的节能集群控制系统及方法，保证整个空压站房的长期安全、经济、合理和高效运行，控制系统能将全面数据传送至工厂集控中心，实现全厂范围统一管理。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]一种空压站房的节能集群控制系统，空压站房包括多个空压机、多个通过集气罐与空压机对应连接的干燥机和多个通过冷却水循环回路连接空压机的冷却塔，所述冷却水循环回路上设有循环水泵和电动阀门，所述冷却塔设有冷却风机，该系统包括:
[0009]用于采集压缩空气压力的气管压力传感器；
[0010]用于采集压缩空气流量的气管流量计；
[0011]用于采集压缩空气露点的露点仪；
[0012]用于采集循环水泵出水压力的水管压力传感器；
[0013]用于采集冷却塔进出水温度的冷却塔温度传感器；
[0014]通过CAN总线连接空压机的空压机中央控制器；
[0015]分别连接干燥机、循环水泵、冷却风机、电动阀门、气管压力传感器、气管流量计、露点仪、水管压力传感器、冷却塔温度传感器和空压机中央控制器的PLC控制器；
[0016]空压机中央控制器通过CAN协议与空压机进行数据传输和控制，再将空压机的运行状态数据传输到PLC控制器用于显示，PLC控制器接收气管压力传感器、气管流量计、露点仪、水管压力传感器和冷却塔温度传感器采集的监控参数，并对干燥机、循环水泵、冷却风机和电动阀门进行远程控制。
[0017]所述空压机中央控制器通过通信协议转换器连接PLC控制器，所述通信协议转换器通过CAN总线连接空压机中央控制器，并通过Modbus总线或Profibus总线连接PLC控制器。
[0018]还包括分别连接PLC控制器的上位机和HMI (Human Machine Interface，人机接口 )操作器，HMI操作器和上位机均接收PLC控制器中的各个设备运行状态数据并显示，同时HMI操作器根据各个设备运行状态进行设备报警、故障提示、设备运行参数设定和设备启停操作。
[0019]所述PLC控制器分别通过变频器连接循环水泵和冷却风机，PLC控制器将循环水泵出水压力与设定的出水压力对比后，通过PID调节输出频率信号给相应的变频器，进而改变频率来调节循环水泵的转速使循环水泵出水压力在一个设定范围内，同时PLC控制器将冷却塔进出水温度与设定的进出水温度对比后，通过PID调节输出频率信号给相应的变频器，进而改变频率来调节冷却风机的转速使冷却塔的水温小于设定的温度。
[0020]所述多个空压机构成7Bar空压机群和13Bar空压机群，所述7Bar空压机群包括多个不同产量的空压机子群，7Bar空压机群中最低产量的空压机为变频空压机，所述13Bar空压机群包括多个相同产量的变频空压机子群和定频空压机子群。
[0021]一种利用上述系统实现空压站房的节能集群控制方法，包括:
[0022]I)空压机中央控制器进行空压机群控子方法，包括:根据设定的次序自动切换相应的空压机运行，并自动累积各个空压机运行的时间，使每个空压机的运行时间相等，同时通过气管压力传感器实时监测压缩空气压力的变化，与设定的气压值对比后对空压机的运行状态进行控制，当运转的空压机发生故障停机时，停止故障的空压机并投入备用空压机；
[0023]2) PLC控制器进行干燥机群控子方法，包括:在开启一个空压机前先开启一个干燥机，干燥机处理量与空压机出气量相等，在关闭一个空压机时关闭相应的干燥机，同时根据设定的次序自动切换相应的干燥机运行，并自动累积各个干燥机运行的时间，使每个干燥机的运行时间相等，同时通过露点仪实时监测压缩空气露点进行露点处理，当运转的干燥机发生故障停机时，停止故障的干燥机并投入备用干燥机；
[0024]3)PLC控制器进行循环水泵控制子方法，包括:多个循环水泵为同频调节，根据设定的次序自动切换相应的循环水泵运行，并自动累积各个循环水泵运行的时间，使每个循环水泵的运行时间相等，同时通过水管压力传感器实时监测循环水泵出水压力，与设定的出水压力对比后进行变频定压控制，当运转的循环水泵发生故障停机时，停止故障的循环水泵并投入备用循环水泵；
[0025]4) PLC控制器进行冷却塔控制子方法，包括:多个冷却塔中的冷却风机为同频调节，通过冷却塔温度传感器实时监测冷却塔进出水温度，与设定的进出水温度对比后进行变频控制；
[0026]5)PLC控制器进行空压机冷却水进水电动阀门控制子方法，包括:开启一个空压机前开启对应的电动阀门，关闭一个空压机后，对应的电动阀门延时关闭。
[0027]所述空压机中央控制器进行空压机群控子方法中通过实时监测压缩空气压力的变化进行压力控制包括以下方式:
[0028]a)当实时监测的压缩空气压力小于设定的气压值的下限，则自动调节运行中的空压机，使其处于加载运行，当加载运行后实时监测的压缩空气压力仍小于设定的出水压力的下限，则自动开启备用空压机，增加供气量，直到压缩空气压力大于设定的出水压力的下限；
[0029]b)当实时监测的压缩空气压力大于设定的气压值的上限，则依次自动卸载运行中的空压机