空壓機(jī)節(jié)能控制技術(shù)發(fā)展趨勢

1、冶金自動(dòng)化"#*年0"空壓機(jī)節(jié)能控制技術(shù)發(fā)展趨勢李！桂！紅（寶山鋼鐵股份有限公司不銹鋼分公司能環(huán)部，上海"#$%&摘要：結(jié)合不銹鋼分公司空壓機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，分析幾個(gè)不同空壓機(jī)控制技術(shù)在節(jié)能方面的應(yīng)用特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)今控制技術(shù)的發(fā)展對(duì)今后進(jìn)一步提高空壓機(jī)節(jié)能效果將采用的控制技術(shù)進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：空壓機(jī)；節(jié)能；優(yōu)化；控制；趨勢! !為防止全球變暖，世界性節(jié)能導(dǎo)向極為必要。 節(jié)能減排工作目前已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。國家 發(fā)改委"# '年將采取八項(xiàng)措施推動(dòng)節(jié)能減排工 作，措施之一即推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步， 全面實(shí)施十大重點(diǎn) 節(jié)能工程，其中包括電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程

2、。電機(jī)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、被拖動(dòng)裝置、傳動(dòng)控制 系統(tǒng)及管網(wǎng)負(fù)荷。電機(jī)系統(tǒng)用電量約占全國用電 量的（#），其中壓縮機(jī)用電量占全國用電量的*+$）。我國#）以上的電機(jī)產(chǎn)品效率比國外先 進(jìn)水平低”，-個(gè)百分點(diǎn)；風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)產(chǎn)品效 率比國外先進(jìn)水平低”，$個(gè)百分點(diǎn)；電機(jī)傳動(dòng)調(diào) 速及系統(tǒng)控制技術(shù)差距較大，產(chǎn)品效率比國外先進(jìn)水平低"#）, %#）?？梢?，解決電機(jī)系統(tǒng)尤其是系統(tǒng)匹配不合理、設(shè)備長期低負(fù)荷運(yùn)行、系統(tǒng)控 制方式落后問題，挖掘能源節(jié)約將有巨大的潛力。!"空壓機(jī)主要控制技術(shù)的應(yīng)用在壓縮空氣系統(tǒng)中一方面由于生產(chǎn)過程的用 氣量、用氣壓力的變化引起管網(wǎng)的流量、壓力不斷變化要求壓縮機(jī)的運(yùn)

3、行工況不斷的變化；另一方面，用氣量、用氣壓力的變化對(duì)壓縮機(jī)的效率也會(huì) 產(chǎn)生一定的影響。為了保持壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，充分發(fā)揮壓縮機(jī)組的潛能，需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。離心壓縮機(jī)、活塞式壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)是現(xiàn) 代企業(yè)大中型壓縮機(jī)的主流。離心式、螺桿式和活塞式壓縮機(jī)組在運(yùn)行過程中常用控制技術(shù)包括 以下幾種。!# !"電氣聯(lián)鎖控制技術(shù)電氣聯(lián)鎖控制即當(dāng)空壓機(jī)供氣流量大于用戶 使用量使管網(wǎng)壓力上升、壓力值超過設(shè)定壓力上 限時(shí)聯(lián)鎖信號(hào)控制壓縮機(jī)停機(jī),隨著壓縮空氣消耗，管網(wǎng)壓力下降，當(dāng)壓力下降至設(shè)定壓力下限 時(shí)，連鎖信號(hào)控制壓縮機(jī)啟動(dòng)。這種控制在負(fù)荷 變化較大且儲(chǔ)氣罐容量較小的情況下，將會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的頻繁啟停。

4、由于空壓機(jī)的空載啟動(dòng)電流 大約是額定電流的-,.倍，對(duì)電網(wǎng)及其它用電設(shè) 備沖擊較大，電能消耗較大，同時(shí)，空壓機(jī)的電機(jī) 使用壽命也會(huì)縮短。!#$"自動(dòng)加卸載控制技術(shù)自動(dòng)加卸載控制是當(dāng)總管管網(wǎng)壓力大于設(shè)定 壓力值時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉關(guān)小，若進(jìn)口導(dǎo)葉閥關(guān)至開度下限設(shè)定值、管網(wǎng)壓力仍繼續(xù)上升達(dá)到 卸載壓力時(shí)，空壓機(jī)進(jìn)入卸載狀態(tài)， 空壓機(jī)主電機(jī) 與壓縮機(jī)部分自動(dòng)脫離。此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于空載運(yùn) 轉(zhuǎn)狀態(tài)，空壓機(jī)幾乎不向管網(wǎng)輸送壓縮空氣，以此起到降低管網(wǎng)壓力的作用。隨著壓縮空氣的消 耗，壓縮空氣管網(wǎng)壓力逐步下降至加載壓力時(shí)，空壓機(jī)主電機(jī)與壓縮機(jī)部分自動(dòng)對(duì)接，進(jìn)口導(dǎo)葉閥逐步打開，達(dá)到管網(wǎng)供用氣平衡， 管網(wǎng)壓

5、力恒定。 自動(dòng)加卸載控制方式是一種有級(jí)控制，其卸載狀態(tài)的耗電量大約為額定運(yùn)行的&#）左右，這部分的電能實(shí)際被無償消耗掉了。!#%"恒壓變頻控制技術(shù)空壓機(jī)的恒壓變頻調(diào)節(jié)控制即通過采集供氣 管網(wǎng)壓力信號(hào)的變化，調(diào)節(jié)變頻器輸出電源的頻 率以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制空壓機(jī)單位時(shí)間的 出氣量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)總管管網(wǎng)壓力的目的。當(dāng) 供氣總管管網(wǎng)向一個(gè)區(qū)域用戶供氣，該用戶為不同負(fù)荷要求不同用氣壓力時(shí)，即負(fù)荷斷續(xù)用氣且壓力高，連續(xù)用氣且壓力低時(shí)恒壓變頻控制不能 隨著用氣負(fù)荷和壓力的要求變化而自動(dòng)進(jìn)行調(diào)收稿日期："#*/#(/& '作者簡介：李桂紅(&*(#/),

6、女，江蘇南通人，高級(jí)工程師，主要從事能源管理工作。1994-2014 Clima Academic Journal Elcctionic PublihiiiiE Housei All riifhts resenFed- hltr ki Jicl ? . $%?冶金自動(dòng)化#$%年&#節(jié)，壓力設(shè)定值往往是整條管路用氣的最高等級(jí)， 從而造成能源浪費(fèi)。!"空壓機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的展望 !#$"空壓站機(jī)群運(yùn)行時(shí)間的優(yōu)化控制為了應(yīng)對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)中用氣量、用氣壓力的變化引起管網(wǎng)的流量、壓力不斷變化，壓縮機(jī)運(yùn) 行工況不斷調(diào)節(jié)，以滿足用戶用氣的要求同時(shí)保 持壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，空壓站聯(lián)網(wǎng)將成

7、為一種發(fā)展 趨勢，空壓站機(jī)群運(yùn)行時(shí)間的優(yōu)化控制應(yīng)運(yùn)而生。空壓站機(jī)群運(yùn)行時(shí)間的優(yōu)化控制系統(tǒng)可以根 據(jù)系統(tǒng)的壓力和流量等參數(shù)的變化，運(yùn)行合適數(shù)量和容量的空壓機(jī)，使盡可能少的空壓機(jī)處于部 分負(fù)荷狀態(tài)，同時(shí)使平均每臺(tái)空壓機(jī)的運(yùn)行時(shí)間 降低，減少空壓機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。空壓站機(jī)群運(yùn)行時(shí)間的優(yōu)化控制既要保證用 氣要求，又要避免浪費(fèi)。這需要在壓縮機(jī)運(yùn)行系 統(tǒng)中多區(qū)域測控，實(shí)時(shí)地了解各區(qū)域當(dāng)前空壓機(jī) 的運(yùn)行情況、壓縮空氣管網(wǎng)壓力以及各儲(chǔ)罐的儲(chǔ) 存情況等。若以壓縮空氣管網(wǎng)的壓力為控制指 標(biāo)，壓力點(diǎn)降低的位置優(yōu)先啟動(dòng)就近的壓縮機(jī)，這樣可以減小壓縮空氣管路壓力損失。!#!"預(yù)測調(diào)壓控制針對(duì)區(qū)域用戶為不同負(fù)

8、荷要求不同用氣壓力 而以整條管路用氣的最高等級(jí)壓力設(shè)定進(jìn)行恒壓 控制造成能源浪費(fèi)，預(yù)測調(diào)壓控制將是一種很好 的解決方案。預(yù)測調(diào)壓控制技術(shù)是采用基于預(yù)測控制器作 為前級(jí)控制平衡調(diào)節(jié)空壓機(jī)出口壓力的智能控制 應(yīng)用技術(shù)。預(yù)測控制器算法是基于預(yù)測控制理論的模型 算法，預(yù)測控制由！個(gè)基本模塊組成。主要包括 內(nèi)部模型、反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化計(jì)算和參考輸入軌 跡等幾部分。它采用基于脈沖響應(yīng)的非參數(shù)模型 作為內(nèi)部模型，用過去和未來的壓力輸入輸出信 息，根據(jù)內(nèi)部模型，預(yù)測系統(tǒng)未來的壓力輸出狀 態(tài)，經(jīng)過用模型輸出誤差進(jìn)行反饋校正以后，再與參考輸入軌跡進(jìn)行比較，應(yīng)用二次型性能指標(biāo)進(jìn) 行滾動(dòng)優(yōu)化，然后再計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)加于

9、系統(tǒng)的 控制動(dòng)作，完成整個(gè)控制循環(huán)。由于這種算法的 基本思想是：首先預(yù)測系統(tǒng)未來的輸出狀態(tài)，再去確定當(dāng)前時(shí)刻的控制動(dòng)作， 即先預(yù)測后控制，所以 具有預(yù)見性。預(yù)測調(diào)壓控制通過自動(dòng)檢測各空壓機(jī)電機(jī)電流、放空閥開度、輸出流量，采用預(yù)測調(diào)壓方法獲 得空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與壓縮空氣壓力設(shè)定值，達(dá)到空壓站管網(wǎng)壓力平衡調(diào)節(jié)，同時(shí)有效避免空壓機(jī)卸載操作和管路放空操作， 達(dá)到節(jié)能的控制目的。 !#%"基于智能算法的優(yōu)化調(diào)度控制策略優(yōu)化調(diào)度策略的實(shí)施建立在廠區(qū)管網(wǎng)信息化 的基礎(chǔ)上，針對(duì)管網(wǎng)負(fù)荷的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整并保證 產(chǎn)氣與供氣的平衡，通過自動(dòng)化的手段，既保證用 戶用氣需求，又避免人為操作過程中的過剩浪費(fèi)。對(duì)于

10、壓縮空氣系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度的遺傳算 法的核心技術(shù)是控制系統(tǒng)根據(jù)遺傳算法每代產(chǎn)生 大量可行解和隱含的并行性這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)一種決 策優(yōu)化方法，基于排序的表現(xiàn)矩陣測度可行解，對(duì)所有目標(biāo)總體表現(xiàn)好壞的向量進(jìn)行比較。另外引 入個(gè)體適應(yīng)度定標(biāo)保持種群的多樣性，采用自適應(yīng)變化的方式確定交叉和變異概率。該算法通過 一次計(jì)算即可得到問題的非劣解集，簡化了多目標(biāo)問題的優(yōu)化求解步驟。優(yōu)化算法的主要步驟有適應(yīng)度計(jì)算、 交叉和 變異概率計(jì)算和最優(yōu)解保存策略。最終的結(jié)果為 各系統(tǒng)的用電量與產(chǎn)氣量的非劣解關(guān)系， 用于指 導(dǎo)全系統(tǒng)或子系統(tǒng)的空壓機(jī)運(yùn)行管理， 達(dá)到經(jīng)濟(jì) 合理的節(jié)能目的。優(yōu)化調(diào)度控制策略通過全廠區(qū)的站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)信 息互連，實(shí)現(xiàn)了集中管理、分散控制的先進(jìn)管理與 控制策略，推進(jìn)空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的節(jié)能工作，使企業(yè)成為信息化高效管理提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 的典型，也反映了企業(yè)管理的現(xiàn)代化水平。%"結(jié)束語鋼鐵行業(yè)是用能大戶， 節(jié)能已引起各方面的 高度重視，但節(jié)能重點(diǎn)除了關(guān)注消耗一次能源量 大的高爐、轉(zhuǎn)爐和加熱爐等爐窯設(shè)備， 以及與這些 爐窯設(shè)備相關(guān)的煉鐵、煉鋼與軋鋼工藝等以外，也 要關(guān)注輔助工藝及其設(shè)備?？諌簷C(jī)在鋼鐵行業(yè)應(yīng) 用十分普遍，使用量大面廣，電機(jī)容量一般都較 大，而且大多