高效節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究與應(yīng)用

摘 要：從空壓機(jī)的根本能耗分析，搭建了空壓機(jī)節(jié)電王的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制模型，設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)氣壓、功率、轉(zhuǎn)速、加卸載時(shí)間等參數(shù)的主控制器。

關(guān)鍵詞：高效；節(jié)能；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1 前言

空壓機(jī)作為一種廣泛應(yīng)用于礦山、冶金等各種行業(yè)的重要機(jī)械，其工作原理是對氣體進(jìn)行壓縮，使氣體的壓強(qiáng)增大，再經(jīng)冷卻和緩沖以后向外輸送。其耗電量約占整個(gè)工業(yè)耗電量的15%左右，是名符其實(shí)的耗電大戶。本項(xiàng)目的主要原理在于根據(jù)空壓機(jī)的一系列變量的實(shí)時(shí)采樣，隨時(shí)計(jì)算出最優(yōu)工作狀態(tài)，兼顧了氣體供應(yīng)、能源消耗等方面，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)節(jié)能。

2 項(xiàng)目原用能基本狀況

我礦地面壓風(fēng)機(jī)房安裝SA220A-6K型螺桿式空氣壓縮機(jī)兩臺(tái)。額定電壓6000V，功率220KW，一用一備，每天運(yùn)行24小時(shí)，每年運(yùn)行時(shí)間330天。以滿足井下掘進(jìn)頭正常供風(fēng)。原用能狀況：一臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行24h的電量為220x24x0.85=4500 Kwh。

3 方案設(shè)計(jì)

安裝空壓機(jī)節(jié)電王進(jìn)行節(jié)能，提高壓縮效率，節(jié)約使用成本，并減少空壓機(jī)的故障概率，整體節(jié)電潛力不低于13%。空壓機(jī)節(jié)電王的主要原理在于不斷核算使用中的代價(jià)---耗電量，并且尋找到最節(jié)能的狀態(tài)，以便使空壓機(jī)總是在最節(jié)能的狀態(tài)下運(yùn)行，在這種運(yùn)行條件下，空壓機(jī)付出的動(dòng)能總是最經(jīng)濟(jì)的，產(chǎn)生的廢熱也是最低的，從而有效的阻斷了惡性循環(huán)。

項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容具體為：

（1）安裝節(jié)電王設(shè)備與空壓機(jī)聯(lián)機(jī)，不影響正常的生產(chǎn)，節(jié)電王由監(jiān)控驅(qū)動(dòng)模塊、旁路電路、柜體構(gòu)成。

（2）節(jié)電王串聯(lián)于空壓機(jī)供電線路中，內(nèi)置旁路空切裝置，節(jié)電王出現(xiàn)故障不能影響空壓機(jī)正常運(yùn)行。

（3）節(jié)電王需要采集空壓機(jī)壓力信號(hào)、加載信號(hào)及功率信號(hào)，但不影響空壓機(jī)的正常運(yùn)行工況。設(shè)計(jì)框圖：

4 技術(shù)分析

（1）節(jié)能原理：是尋找最穩(wěn)定、節(jié)能的工作狀況，并使空壓機(jī)運(yùn)行于這種狀況下，它的設(shè)計(jì)思想是對空壓機(jī)的運(yùn)行氣壓穩(wěn)定性、設(shè)備穩(wěn)定性、運(yùn)行能耗等方面進(jìn)行折中處理，在保證氣壓比較穩(wěn)定條件下（但不是恒壓供氣），使得空壓機(jī)的出力處于高效、穩(wěn)定的狀態(tài)，能夠提高空壓機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率。同時(shí)它也能降低溫度、降低噪音、改善現(xiàn)場環(huán)境。它是空壓機(jī)的一個(gè)附屬設(shè)備，不影響空壓機(jī)的運(yùn)行，也不改變空壓機(jī)的設(shè)定參數(shù)。

（2）節(jié)能特點(diǎn)：空壓機(jī)節(jié)電王內(nèi)置智慧云終端，進(jìn)行最優(yōu)節(jié)電率的實(shí)時(shí)計(jì)算，具有很大的先進(jìn)性。其主要特點(diǎn)在于，計(jì)算過程是按照最優(yōu)控制進(jìn)行的，得出的是最優(yōu)解，因此現(xiàn)場的所有節(jié)能空間都將被充分利用。并且，在使用效果上，本產(chǎn)品具有以下不可比擬的優(yōu)勢，概括為“一保”、“兩不”、“三降”。一保：具有自動(dòng)旁路和手動(dòng)旁路，萬一發(fā)生故障則自動(dòng)恢復(fù)空壓機(jī)的原有工況，保證使用安全。兩不：不改變空壓機(jī)的任何設(shè)定值；不改變空壓機(jī)的任何操作模式，不增加任何額外操作。三降：降低空壓機(jī)的耗電量，平均16%，降低空壓機(jī)的油溫至少10℃，最多30℃，降低空壓機(jī)的故障率和維護(hù)成本。

（3）節(jié)電王與變頻器的區(qū)別：普通變頻是采用反饋控制，根據(jù)氣壓的變動(dòng)不斷調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，由于用氣量不斷變化，造成壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不斷變動(dòng)，且呈現(xiàn)出自然振蕩，寬幅波動(dòng)，對壓縮機(jī)很不利，運(yùn)行時(shí)的噪聲聽起來也非常奇怪，讓人不能接受。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不斷波動(dòng)時(shí)效率也低，節(jié)能效果不理想。

5 節(jié)能空間的核算

本方案的主要原理在于根據(jù)空壓機(jī)的一系列變量的實(shí)時(shí)采樣，隨時(shí)計(jì)算出最優(yōu)工作狀態(tài)；這個(gè)方案兼顧了氣體供應(yīng)、能源消耗等方面，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)節(jié)能。類似于一個(gè)不知疲倦的空壓機(jī)專家一直在對空壓機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，在調(diào)節(jié)的時(shí)候盡量做到最優(yōu)，并盡量減少重復(fù)調(diào)節(jié)，使得空壓機(jī)的出力為最穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到設(shè)計(jì)最大效率運(yùn)行，節(jié)能效果顯著。

6 效果

年節(jié)約電量112萬度，按平均電價(jià)0.7元/度，節(jié)約電費(fèi)約78萬元/年，進(jìn)一步提高了企業(yè)的能源利用水平，降低了企業(yè)成本。通過積極吸收國內(nèi)外先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)、設(shè)備和先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)，使公司實(shí)現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能，進(jìn)一步提高了企業(yè)的能源利用水平，降低了企業(yè)成本。

7 結(jié)語

本項(xiàng)目從空壓機(jī)的根本能耗分析，搭建了空壓機(jī)節(jié)電王的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制模型。設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)氣壓、功率、轉(zhuǎn)速、加卸載時(shí)間等參數(shù)的主控制器。通過主控制器實(shí)時(shí)計(jì)算，通過動(dòng)態(tài)排序，尋找空壓機(jī)功耗最小的工作狀態(tài)。將此最優(yōu)工作狀態(tài)傳遞給驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)在最優(yōu)工作狀態(tài)下運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)約能耗的目的。本項(xiàng)目選擇的空壓機(jī)節(jié)電王具有節(jié)電率高；供氣量充足；控制系統(tǒng)簡單；抗干擾能力強(qiáng)；自動(dòng)旁路、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。

作者簡介：郭長安（1979-），男，畢業(yè)于山東科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。