[发明专利]一种压缩空气系统压力流量联合控制节能装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于工业过程控制领域，尤其是涉及一种压缩空气系统压力流量联合控制节能装置及方法。

背景技术

目前，通常采用压力调节装置和方法来保证压缩空气系统压力可调与稳定，以往的压力调节装置及方法都是单回路控制系统，采用传统的反馈控制，而传统的反馈控制是在被控变量(压力)和设定值之间产生偏差之后才起作用，具体体现在不能及时地消除干扰，这样的控制效果难以满足某些对压力稳定性要求较高的场合。压缩空气的压力与流量是两个密不可分的元素，压力的变化是由流量的变化引起的，流量变化直接影响压力。

压缩空气系统流量受扰动影响较大，具有显著的非线性和时变性，单回路控制无法满足及时消除干扰的要求，对压缩空气流量的非线性和时变性也无能为力。通常情况下，用户的用气量在一定范围内波动，压缩空气流量过低会影响用户的正常工作，而流量过大又会由于过量供给而造成能源浪费。所以采用单回路控制压力而忽略流量控制，不仅控制不及时，控制效果不好，在某些情况下还可能影响用户正常工作或者造成能源的浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种压缩空气系统压力流量联合控制节能装置，以达到及时准确控制压力、保证用户用气安全、减少能源浪费、提高压力控制效果的目的，摒弃以往采用单回路控制对压力进行单一控制的方法，采用串级双回路闭环控制方法对压力、流量进行联合控制，大大改善压缩空气系统压力调节的控制效果。

本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：

一种压缩空气系统压力流量联合控制节能装置，包括控制装置和直通管道，所述直通管道上设置有智能调节阀和流量计，所述智能调节阀靠近所述直通管道的气体入口端，所述流量计靠近所述直通管道的气体出口端，还包括设置在所述直通管道外且与所述直通管道的气体出口端相连通的压力变送器，所述控制装置分别与所述智能调节阀、所述流量计及所述压力变送器通过信号线连接。

优选地，所述直通管道上还设置有第一手动调节阀和第二手动调节阀，所述第一手动调节阀设置在所述直通管道的气体入口端与所述智能调节阀之间，所述第二手动调节阀设置在所述直通管道的气体出口端与所述流量计之间。

优选地，所述节能装置还包括旁通管道，所述旁通管道的一端与所述直通管道的气体入口端相连通，所述旁通管道的另一端与所述直通管道的气体出口端相连通，所述旁通管道上还设置有旁通阀。

优选地，所述控制装置采用串级双回路闭环控制，包括主控制单元和副控制单元，所述主控制单元由主控制器和压力-流量转换模块组成，所述副控制单元由副控制器和限幅模块组成；

所述主控制单元和所述压力变送器构成主回路，所述副控制单元、所述智能调节阀和所述流量计构成副回路；

所述主控制器用来接收所述压力变送器采集到的智能调节阀后压力值，与压力设定值作比较得到压力差值，并将压力差值输出到所述压力-流量转换模块；

所述压力-流量转换模块用来接收来自所述主控制器输出的压力差值，并将其转换为对应的流量值并将其输出到所述副控制器，作为副回路的流量设定值；

所述副控制器用来接收所述流量计采集的直通管道的流量值，并与来自压力-流量转换模块输出的流量设定值作比较，经计算得到流量输出值并将其输出给所述限幅模块；

所述限幅模块用来接收来自所述副控制器输出的流量输出值，并对其进行限幅处理后输出到所述智能调节阀，控制所述智能调节阀的开度。

优选地，所述主控制器为反作用位置式PID(比例-积分-微分)控制器。

优选地，所述智能调节阀为气关阀，所述副控制器为具有参数自整定功能正作用模糊PI(比例-积分)控制器。

优选地，所述智能调节阀为气开阀，所述副控制器为具有参数自整定功能反作用模糊PI(比例-积分)控制器。

本发明的另一目的在于提供一种压缩空气系统压力流量联合控制方法，本发明所涉及的控制方法为串级双回路闭环控制，所谓串级控制是指除了被控变量构成的反馈回路外，选择第二测量点构成第二个反馈回路的控制方法，两个控制回路分别为主回路(外环)和副回路(内环)。被控变量为主控制对象(本发明中的压力)，其与主控制器构成主回路；第二测量点提供副控制对象(本发明中的流量)的反馈值，与副控制器构成副回路。本发明中通过压力、流量串级控制，流量控制回路(副回路)可以在干扰对主控制对象产生很大影响之前通过副回路的反馈控制迅速克服干扰的影响，最终实现系统压力更加稳定。

具体控制方法包括以下步骤：