CN102163044A - 空压机－冷干机***的变频控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种空压机－冷干机***的变频控制装置，包括制冷压缩机变频器、空压机变频器、用以检测冷干机冷媒温度的露点温度传感器、用以检测空压机压力的压力变送器和用以根据露点温度进行压缩机变频控制以及根据压力进行空压机变频控制的节能控制器，所述制冷压缩机变频器与所述冷干机的制冷压缩机连接，所述空压机变频器与空压机的驱动电机连接，所述露点温度传感器、压力变送器与所述节能控制器连接，所述节能控制器与所述制冷压缩机变频器、空压机变频器连接。本发明能有效降低能耗、具有良好节能效果和压缩空气净化效果。
Description
技术领域
本发明涉及空气压缩机—干燥机领域，尤其是一种空压机－冷干机***。
背景技术
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。由于空气压缩机（以下简称空压机）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。冷冻式压缩空气干燥机（以下简称冷干机）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冷干机，如附图1所示。空压机和冷干机这两者一起，组成了作为动力源的压缩空气动力设备***。
如专利号为200820205278.2，发明名称为冷干机控制器的中国实用新型专利，其公开了一种冷干机控制器，包括可编程控制器、模拟/数字转换模块、小型人机界面、通讯模块、交流接触器和继电器等电气元件组成。本控制器采用可编程控制器为控制主机，使用小型人机界面设置运行参数,监控冷干机、微热吸附干燥运行状态，性能稳定，适用范围广，能方便实现组合式干燥机的自动控制和露点节能控制，***有冷媒高压、冷媒低压、压缩机过载、相序保护、超温报警、低气压报警停机功能，能方便的实现上位机通信。
但是，现有的冷干机在技术上普遍存在许多不足，例如：
（1）能耗高。空压机－冷干机***是需要连续运行的工业动力设备，能耗高的要害主要来自于两个方面：一是大功率高耗能连续运转的空压机，二是冷干机中的制冷压缩机。当负载端出现轻载或空载时，由于空压机驱动电机的功率是恒定的，空压机将产生多余的压缩空气和浪费大量电能，使得能耗很高；同时，冷干机中的制冷压缩机也是恒定功率的，轻载或空载时的功耗浪费也相当严重。
现有技术中，更多的方案是选择对空压机的驱动功率进行变频控制，例如用气端轻载或空载时，可以通过变频器控制空压机降低功率运行，当用气端载荷变大时，则通过变频器控制空压机增大功率运行，从而实现节能的效果；但是，在整个空压机－冷干机***中，冷干机的制冷压缩机属于另一能耗设备，现有技术中并没有对该能耗设备的节能控制，导致能耗较高。
（2）出气露点高、露点不稳定，导致空气净化效果不好，使得压缩空气品质下降，从而导致用气端的产品质量无法保障。
发明内容
为了克服已有空压机－冷干机***的能耗较高、节能效果较差、空气净化效果较差的不足，本发明提供一种有效降低能耗、具有良好节能效果和空气净化效果的空压机－冷干机***的变频控制装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种空压机－冷干机***的变频控制装置，包括制冷压缩机变频器、空压机变频器、用以检测冷干机冷媒温度的露点温度传感器、用以检测空压机的储气罐压力的压力变送器和用以根据露点温度进行压缩机变频控制以及根据压力进行空压机变频控制的节能控制器，所述制冷压缩机变频器与所述冷干机的制冷压缩机连接，所述空压机变频器与空压机的驱动电机连接，所述露点温度传感器、压力变送器与所述节能控制器连接，所述节能控制器与所述制冷压缩机变频器、空压机变频器连接。
进一步，所述露点温度传感器安装在所述冷干机的冷媒流道中，但不仅仅限于此位置，亦可安装在可测露点温度的其它位置处。
再进一步，所述压力变送器安装在空压机的储气罐上，但不仅仅限于此位置，亦可安装在可取气压数据的其它位置处。
更进一步，所述节能控制器包括：
空压机节能控制模块，用以将压力变送器检测的当前压力值和预设标准压力值进行比较，如果当前压力值高于标准压力值，则向空压机变频器发出降低功率控制信号；如果当前压力值低于标准压力值，则向空压机变频器发出增大功率控制信号。
冷干机节能控制模块，用以将露点温度传感器检测的当前温度值和预设标准温度值进行比较，如果当前温度值低于标准温度值，则向压缩机变频器发出降低功率控制信号；如果当前温度值高于标准温度值，则向压缩机变频器发出增大功率控制信号。
所述节能控制器为可编程逻辑控制（PLC）芯片。当然，节能控制器也可以采用其他控制芯片，例如单片机等。
所述的空压机中，驱动电机工作频率的可控范围为10~60Hz。
所述的冷干机中，制冷压缩机工作频率的可控范围为10~60Hz。
所述的空压机的储气罐可检测的压力范围为0~4.0MPa，对应的压力变送器的电流值为4~44mA。
所述的冷干机冷媒流道可检测的露点温度范围为-10℃~70℃，对应的温度传感器的电流值为4~20mA。
本发明的技术构思为：节能控制器输入的一路信号采自于冷干机中冷媒流道的露点温度传感器。如果用气端轻载或空载，露点温度将下降，温度传感器将露点下降的信号传送到节能控制器。在节能控制器中，经与设定的标准露点的电流信号对比之后，输出通过制冷压缩机变频器以变频方式控制和改变制冷压缩机的工作频率，也使得冷干机自动处于功率匹配状态。
由于冷干机的压缩机功率能够与输出功率负载相匹配，有效避免了现有技术的恒定功率运行的浪费，具有良好的节能效果。
节能控制器根据露点温度进行反馈控制，在运行过程中，露点温度相对稳定，具有良好的控制净化效果，提升了压缩控制的产品质量，能够有效保障用气端的产品质量。
另一方面，节能控制器的另一路采样信号来自于空压机的储气罐，通过压力变送器（压力传感器）将气压参量转换成电流信号，反馈给节能控制器。节能控制器将反馈的电流值（或压力）与***标准值（压力）进行比较，输出通过变频器以变频方式控制驱动电机的工作频率。如果电流值大于（或小于）***标定值，则降低（或增大）空压机驱动电机的频率（转速），从而使得空压机的电机能耗与所需处理的空气流量自动匹配，进一步提升节能效果。
本发明采用PLC变频控制方式，与常规的工频方式相比，PLC变频控制的方式具有明显优势。在工频方式中，如果用气端轻载，出气压力达到卸载压力时，空压机将关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将多余的压缩空气排空，这种运行方式会造成很大的电能和空气动力的浪费。而采用PLC变频控制的方式是实现设备能耗智能化匹配、节省能源的一个非常有效的方法。同时，PLC控制技术具有可编程、功能强大、维护方便、可靠性高和经济合算等突出优点。
此外，为了可靠，可在变频柜中另外安装一套备用的工频启动器，即采用双启动器，以便万一变频方式出现故障，PLC仍可用工频启动空压机。
采用PLC变频控制技术而节省的电能，取决于负载轻重的变化及其持续的时间。由于不同的用户端有不同的用气情况，因此，无法准确计算出节能量。如果按照24小时中有12小时处于半载状态（这是大部分用户通常的情况），则节电可达25%。按照常用的中等偏小流量10m3/min的空压机－冷干机***估算，空压机配置的驱动电机功率为55~60kW，冷干机中的制冷压缩机的配置功率为2.25kw。为简单计，取空压机－冷干机***的总的配置功率为60kW，一年365*24的耗电为52.56万度电。采用PLC变频控制之后，节电25%，即可节电13.14万度电，节能减排及其经济效益相当可观。
本发明的有益效果主要表现在：有效降低能耗、具有良好节能效果和空气净化效果。
附图说明
图1是空压机－冷干机***的示意图。
图2是空压机－冷干机***的节能控制装置的控制示意图。
图3是节能控制装置的电气接线图。
图4是变频器的接线路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图2～图4，一种空压机－冷干机***的变频控制装置，包括制冷压缩机变频器、空压机变频器、用以检测冷干机冷媒温度的露点温度传感器、用以检测空压机的储气罐压力的压力变送器和用以根据露点温度进行压缩机变频控制以及根据压力进行空压机变频控制的节能控制器，所述制冷压缩机变频器与所述冷干机的制冷压缩机连接，所述空压机变频器与空压机的驱动电机连接，所述露点温度传感器、压力变送器与所述节能控制器连接，所述节能控制器与所述制冷压缩机变频器、空压机变频器连接。
所述露点温度传感器安装在所述冷干机的冷媒流道中，但不仅仅限于此位置，亦可安装在可测露点温度的其它位置处。
所述压力变送器安装在空压机的储气罐上，但不仅仅限于此位置，亦可安装在可取气压数据的其它位置处。
所述节能控制器包括：冷干机节能控制模块，用以将露点温度传感器检测的当前温度值和预设标准温度值进行比较，如果当前温度值低于标准温度值，则向压缩机变频器发出降低功率控制信号，如果当前温度值高于标准温度值，则向压缩机变频器发出增大功率控制信号；空压机节能控制模块，用以将压力变送器检测的当前压力值和预设标准压力值进行比较，如果当前压力值高于标准压力值，则向空压机变频器发出降低功率控制信号，如果当前压力值低于标准压力值，则向空压机变频器发出增大功率控制信号。
所述节能控制器为PLC芯片。当然，节能控制器也可以采用其他控制芯片，例如单片机等。
所述的空压机中，驱动电机工作频率的可控范围为10~60Hz。所述的冷干机中，制冷压缩机工作频率的可控范围为10~60Hz。所述的空压机的储气罐可检测的压力范围为0~4.0MPa，对应的压力变送器的电流值为4~44mA。所述的冷干机冷媒流道可检测的露点温度范围为-10℃~70℃，对应的温度传感器的电流值为4~20mA。
参照图3和图4设备***及内部电器线路检测无误后方可启动设备。设备启动时，通过选钮开关SB2给PLC开机信号，PLC对开机信号处理后，通过控制中间继电器KA1启动交流接触器KM。当PLC内部运算判断交流接触器启动无误时，再通过控制中间继电器KA4给变频器启动信号（STF）启动变频器进入变频运行。当设备出现故障时，PLC对输入的各种故障信号进行处理运算并通过输出点传递给中间继电器KA2，通过控制KA2来控制故障指示灯HL2并停止设备运行。由于PLC本身与显示屏进行通讯，所以可以将对应的何种故障传递给显示屏显示。当设备变频运行正常时，空压机通过压力传感器（检测的压力范围为0~4.0MPa，对应的电流值为4~44mA），冷干机通过露点温度传感器（ST2）（检测的温度范围为-10℃~70℃，对应的电流值为4~20mA），将压力信号和温度信号分别传送给PLC中的A/D模块，CPU对反馈值和设定的标准值进行比较，经过程序运算处理，将A/D模块输出信号端M0、I0的信号，传递给变频器信号输入端口I+、I-，通过变频器内部处理来控制变频器输出的频率，使得空压机中的驱动电机和冷干机中的制冷压缩机（M）在10~60Hz频率区间运行，来调节空压机出气压力流量和冷干机的制冷功率与负载之间的动态匹配。当设备关机时，通过开关SB2给PLC关机信号。PLC对关机信号理后，通过控制中间继电器KA1断开交流接触器KM，同时控制中间继电器KA5来控制变频器关机信号（MRS），断开变频器运行。
实例1：
设定空压机的标准压力为Ps=0.7MPa，对应的从压力变送器中送出的标准气体电流值为Ig,s=11mA；设定冷干机的标准露点温度是Ts=5℃（比国家标准5级（<7℃）略好），对应的标准温度电流为IT,s=7mA。如果实测的气体电流值为10mA，小于Ig,s（11mA），说明此时的气体压力太低，负载过重；同样，如果实测的露点温度为10℃（8mA），高于标准温度Ts（5℃），说明此时的制冷功率不足，负载太重。以上两个因素中，无论是哪个因素，都可使PLC控制变频器来提高频率。对于气体压力太低，可提高空压机驱动电机的频率，使得制气量和气体压力增大，直至标准压力Ps；对于冷干机，可提高制冷压缩机的工作频率，使得压缩机功率增大，露点温度下降，直至标准温度Ts。
实例2：
设定空压机的标准压力为Ps=0.7MPa，对应的从压力变送器中送出的标准气体电流值为Ig,s=11mA；设定冷干机的标准露点温度是Ts=5℃（比国家标准5级（<7℃）略好），对应的标准温度电流为IT,s=7mA。如果实测的气体电流值为11mA，与Ig,s相同，说明此时的气体压力正常；同样，如果实测的露点温度为5℃（7mA），与标准温度Ts相同，说明制冷功率正常。此时，不需要PLC做任何动作，变频器将稳定在当前的频率运行。
实例3：
设定空压机的标准压力为Ps=0.7MPa，对应的从压力变送器中送出的标准气体电流值为Ig,s=11mA；设定冷干机的标准露点温度是Ts=5℃（比国家标准5级（<7℃）略好），对应的标准温度电流为IT,s=7mA。如果实测的气体电流值为12mA，大于Ig,s（11mA），说明此时的气体压力太高，负载过轻；同样，如果实测的露点温度为0℃（6mA），低于标准温度Ts（5℃），说明此时的制冷功率太大，负载过轻。对于气体压力太高，可降低空压机驱动电机的频率，使得制气量和气体压力减小，直至标准压力Ps；对于冷干机，可降低制冷压缩机的工作频率，使得压缩机功率减小，露点温度上升，直至标准温度Ts。
以上实施例中，PLC变频控制的压力参量和温度参量的精度，取决于数据位数的设定和传感器自身的精度。一般压力参量的控制精度可达0.0001MPa，温度的精度可达0.001℃，精度大小的控制可根据实际需要来确定。
Claims (9)
1.一种空压机－冷干机***的变频控制装置，其特征在于：所述变频控制装置包括制冷压缩机变频器、空压机变频器、用以检测冷干机冷媒温度的露点温度传感器、用以检测空压机的储气罐压力的压力变送器和用以根据露点温度进行压缩机变频控制以及根据压力进行空压机变频控制的节能控制器，所述制冷压缩机变频器与所述冷干机的制冷压缩机连接，所述空压机变频器与空压机的驱动电机连接，所述露点温度传感器、压力变送器与所述节能控制器连接，所述节能控制器与所述制冷压缩机变频器、空压机变频器连接。
2.如权利要求1所述的空压机－冷干机***的变频控制装置，其特征在于：所述露点温度传感器安装在所述冷干机的冷媒流道中。
3.如权利要求1所述的空压机－冷干机***的变频控制装置，其特征在于：所述压力变送器安装在空压机的储气罐上。
4.如权利要求1~3之一所述的空压机－冷干机***的变频控制装置，其特征在于：所述节能控制器包括：
冷干机节能控制模块，用以将露点温度传感器检测的当前温度值和预设标准温度值进行比较，如果当前温度值低于标准温度值，则向压缩机变频器发出降低功率控制信号，如果当前温度值高于标准温度值，则向压缩机变频器发出增大功率控制信号；
空压机节能控制模块，用以将压力变送器检测的当前压力值和预设标准压力值进行比较，如果当前压力值高于标准压力值，则向空压机变频器发出降低功率控制信号；如果当前压力值低于标准压力值，则向空压机变频器发出增大功率控制信号。
5.如权利要求1~3之一所述的空压机－冷干机***的变频控制装置，其特征在于：所述节能控制器为可编程逻辑控制芯片。
6.如权利要求1~3之一所述的空压机－冷干机***的变频控制装置，其特征在于：所述的空压机中，驱动电机工作频率的可控范围为10~60Hz。
7.如权利要求1~3之一所述的空压机－冷干机***的变频控制装置，其特征在于：所述的冷干机中，制冷压缩机工作频率的可控范围为10~60Hz。
8.如权利要求6所述的空压机－冷干机***的变频控制装置，其特征在于：所述的空压机的储气罐可检测的压力范围为0~4.0MPa，对应的压力变送器的电流值为4~44mA。
9.如权利要求7所述的空压机－冷干机***的变频控制装置，其特征在于：所述的冷干机冷媒流道可检测的露点温度范围为-10℃~70℃，对应的温度传感器的电流值为4~20mA。
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