一种基于5G物联网的空压站变频调速系统的制作方法

一种基于5g物联网的空压站变频调速系统
技术领域
1.本发明涉及空压站调速技术领域，具体是一种基于5g物联网的空压站变频调速系统。


背景技术：

2.随着工业技术的发展，当今世界能源的用量在不断增加，利用可生能源的趋势势在必行；空气是一种可再生能源，将压缩空气作为一种十分重要的动力能源使用，因此空压机在工业生产中有着广泛地应用；因此，不少企业都建有空压站，将压缩空气作为一种重要的动力能源使用；由于需要满足不同的生产需要，空压机可能会出现满负荷运行的状况，因此在设计时需要按最大需求量来决定电动机的容量，设计容量一般偏大；而在实际运行中，低负荷运行的时间比例很高，出现“大马拉小车”的现象，使空压机的效率降低，同时伴随着大量电能的浪费；这就需要对空压机进行变频调速。
3.中国专利公开了基于5g物联网的空压站变频调速系统及方法（公告号cn115079634a），该专利技术在空压站中，设有多个空压机，空压机的运行参数和启停状态通过控制模块中的第一路模拟量输入输出模块获取，空压机的电机运行控制通过变频调速模块控制，变频调速模块又由控制模块控制，从而实现空压站空压机的集中控制，避免单独控制空压机导致的设备磨损不一致，能耗加剧的问题出现，但是其不能合理地利用不同数量的空压机，进而导致不能有效地控制压力波动，造成了空压站的能耗较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括plc控制器、5g通信模块、调节器、变频器、压力传感器、触摸屏、电位器、报警器、摄像头；所述5g通信模块用于实现变频器与plc控制器的5g物联网通信，实现plc控制器远程读取变频器的电流、电压以及功率的运行参数，并发送至用户终端；所述压力传感器用于监测空压站内空压机的管道压力；所述调节器用于接收压力传感器发送的模拟信号，并输出成对应比例的模拟电压信号作为变频器的频率给定；所述变频器用于通过调节空压机中电机的工作频率以改变空压机的运行速率，使得空压机处于节能运行状态；所述触摸屏用于远程显示、设置、修改变频器的运行参数以及启停空压站内的设备。
6.作为本发明再进一步的方案：所述软件部分包括数据采集模块、统计分析模块、动态图形跟踪模块、数据报表模块、数据库管理模块以及故障监测报警模块。
7.作为本发明再进一步的方案：所述数据采集模块用于采集空压机的运行时间、启动次数、运行时长以及异常状况数据；所述统计分析模块用于统计在空压站运行周期内，每台空压机的累计运行时间、累计启动次数、每次启动后的运行时长、平均的运行时长、维修
状态数据以及能效比，并根据统计的数据对启动和停止哪一台空压机做出最佳的判断，从而实现最优化的控制选择。
8.作为本发明再进一步的方案：所述动态图形跟踪模块用于接收摄像机采集的图像，以直观了解空压站内设备的运行情况；所述数据报表模块用于实时输出统计分析的数据报表，并定制报表内容和格式。
9.作为本发明再进一步的方案：所述数据库管理模块用于将采集的数据更新到数据库中，并生成历史数据曲线图。
10.作为本发明再进一步的方案：所述故障监测报警模块用于在空压站内设备发生故障时，通过报警器发出警报信号，并记录故障时间，故障位置，以及分析故障的可能原因，实现对设备的故障进行智能控制及故障判断。
11.作为本发明再进一步的方案：该系统的调速方法分为手动调速和自动调速；其中，自动调速方法如下：首先，将空压站内的空压机分为三组，分别为主空压机组、辅空压机组和备用空压机组；接着，通过压力传感器输出的模拟电压信号，并由plc控制器进行调节运算,使得变频器控制主空压机组在设定的频率范围内运行；当用气负荷增大，空压站内的管道压力下降，实际的压力值小于预设的压力值时，plc控制器通过5g物联网远程发出指令，调节器增加输出，变频器输出频率和电压增高，使空压机提高转速，从而提高管压力，直至实际的压力值等于预设的压力值；同理，当用气负荷减少，管道压力升高，实际的压力值大于预设的压力值时，plc控制器通过5g物联网远程发出指令，调节器减少输出，变频器使空压机减慢运行，直到实际的压力值等于预设的压力值；当空压站内的管道压力低于下限值，且变频器输出频率高于上限值时, plc控制器通过5g物联网远程发出指令，启动辅空压机组中的一台空压机，以增加管道压力，当仍然达不到要求时，再启动下一台，直到辅空压机组中的空压机全部启动；若主空压机组、辅空压机组出现部分故障，满负荷运行时，管道压力仍不能达到压力设定值，则运行备用空压机，以增加供气量，提高管道压力，当管道压力稳定之后，将所有运行的空压机负荷调节至相同，继续保持压力稳定；同理，当管道压力大于上限值，且变频器输出频率低于下限值时, plc控制器通过5g物联网远程发出指令，关停辅空压机组中的任一台空压机，当仍然达不到要求，再关停下一台，直到停完。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过压力传感器输出的模拟电压信号，并由plc控制器进行调节运算,使得变频器控制空压机在设定的频率范围内运行，并通过5g物联网实现与用户终端的连接；根据不同的用气负荷情况，控制不同数量的空压机运行，使管道压力始终稳定在设定范围内,实现恒压控制，且空压机的运行功率最优，实现节能生产，调节精度高，压力波动范围小，安全性高。
具体实施方式
13.本发明实施例中，一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括plc控制器、5g通信模块、调节器、变频器、压力传感器、触摸屏、电位
器、报警器、摄像头；5g通信模块用于实现变频器与plc控制器的5g物联网通信，实现plc控制器远程读取变频器的电流、电压以及功率的运行参数，并发送至用户终端；压力传感器用于监测空压站内空压机的管道压力；调节器用于接收压力传感器发送的模拟信号，并输出成对应比例的模拟电压信号作为变频器的频率给定；变频器用于通过调节空压机中电机的工作频率以改变空压机的运行速率，使得空压机处于节能运行状态；触摸屏用于远程显示、设置、修改变频器的运行参数以及启停空压站内的设备。
14.优选的，软件部分包括数据采集模块、统计分析模块、动态图形跟踪模块、数据报表模块、数据库管理模块以及故障监测报警模块；数据采集模块用于采集空压机的运行时间、启动次数、运行时长以及异常状况数据；统计分析模块用于统计在空压站运行周期内，每台空压机的累计运行时间、累计启动次数、每次启动后的运行时长、平均的运行时长、维修状态数据以及能效比，并根据统计的数据对启动和停止哪一台空压机做出最佳的判断，从而实现最优化的控制选择，如每日、星期、月、年度，每台空压机的累计运行时间、累计启动次数、每次启动后的运行时长、平均的运行时长以及维修状态数据，如1号空压机的在一个星期内的累计运行时间为152h，累计启动4次，每次运行时长38h，无维修记录，能效比为4.3，3号空压机的在一个星期内的累计运行时间为43h，累计启动7次，每次运行时长6h，1次维修记录，能效比为3.6，则优先启动1号空压机；动态图形跟踪模块用于接收摄像机采集的图像，以直观了解空压站内设备的运行情况；数据报表模块用于实时输出统计分析的数据报表，并定制报表内容和格式，用户通过报表可以清晰地看出设备的运行情况以及能效比；数据库管理模块用于将采集的数据更新到数据库中，并生成历史数据曲线图，使得用户可以根据历史数据查询快速方便的获取历史数据，通过历史曲线分析数据变换，提供了故障分析的有力依据；故障监测报警模块用于在空压站内设备发生故障时，通过报警器发出警报信号，并记录故障时间，故障位置，以及分析故障的可能原因，实现对设备的故障进行智能控制及故障判断，如空压站内的同一位置多次发生故障，则需重点关注，增加巡检次数，组织会议分析讨论故障原因，以提出最佳解决办法。
15.优选的，该系统的调速方法分为手动调速和自动调速；其中，自动调速方法如下：首先，将空压站内的空压机分为三组，分别为主空压机组、辅空压机组和备用空压机组；如空压站内共有6台空压机，编号为1～6，将1号、2号、3号空压机分为主空压机组，4号、5号空压机分为辅空压机组；6号空压机分为备用空压机组；接着，通过压力传感器输出的模拟电压信号，并由plc控制器进行调节运算,使得变频器控制主空压机组在设定的频率范围（如15～50hz）内运行；如启动1号、2号、3号空压机；当用气负荷增大，空压站内的管道压力下降，实际的压力值小于预设的压力值时，plc控制器通过5g物联网远程发出指令，调节器增加输出，变频器输出频率和电压增高，使空压机提高转速，从而提高管压力，直至实际的压力值等于预设的压力值；同理，当用气负荷减少，管道压力升高，实际的压力值大于预设的压力值时，plc控制器通过5g物联网远程发出指令，调节器减少输出，变频器使空压机减慢运行，直到实际的压力值等于预设的压力值；从而达到恒压调速；当空压站内的管道压力低于下限值，且变频器输出频率高于上限值时, plc控制器通过5g物联网远程发出指令，启动辅空压机组中的一台空压机，以增加管道压力，当仍然
达不到要求时，再启动下一台，直到辅空压机组中的空压机全部启动；管道压力下限值、变频器输出频率上限值可根据实际生产需要预先设置；如先启动3号空压机，再启动4号空压机；若主空压机组、辅空压机组出现部分故障，满负荷运行时，管道压力仍不能达到压力设定值，则运行备用空压机，以增加供气量，提高管道压力，当管道压力稳定之后，将所有运行的空压机负荷调节至相同，继续保持压力稳定；同理，当管道压力大于上限值，且变频器输出频率低于下限值时, plc控制器通过5g物联网远程发出指令，关停辅空压机组中的任一台空压机，当仍然达不到要求，再关停下一台，直到停完；管道工作压力下限值、频率上限值可根据实际生产需要预先设置；如先关停4号空压机，再关停3号空压机；进而使管道压力稳定在设定范围内,进行恒压控制，且空压机的运行功率最优，实现节能生产；当通过自动调速方法无法满足要求时，通过电位器进行手动调速。
16.以上的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，包括硬件部分和软件部分，其特征在于，所述硬件部分包括plc控制器、5g通信模块、调节器、变频器、压力传感器、触摸屏、电位器、报警器、摄像头；所述5g通信模块用于实现变频器与plc控制器的5g物联网通信，实现plc控制器远程读取变频器的电流、电压以及功率的运行参数，并发送至用户终端；所述压力传感器用于监测空压站内空压机的管道压力；所述调节器用于接收压力传感器发送的模拟信号，并输出成对应比例的模拟电压信号作为变频器的频率给定；所述变频器用于通过调节空压机中电机的工作频率以改变空压机的运行速率，使得空压机处于节能运行状态；所述触摸屏用于远程显示、设置、修改变频器的运行参数以及启停空压站内的设备。2.根据权利要求1所述的一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，其特征在于，所述软件部分包括数据采集模块、统计分析模块、动态图形跟踪模块、数据报表模块、数据库管理模块以及故障监测报警模块。3.根据权利要求2所述的一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，其特征在于，所述数据采集模块用于采集空压机的运行时间、启动次数、运行时长以及异常状况数据；所述统计分析模块用于统计在空压站运行周期内，每台空压机的累计运行时间、累计启动次数、每次启动后的运行时长、平均的运行时长、维修状态数据以及能效比，并根据统计的数据对启动和停止哪一台空压机做出最佳的判断，从而实现最优化的控制选择。4.根据权利要求1所述的一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，其特征在于，所述动态图形跟踪模块用于接收摄像机采集的图像，以直观了解空压站内设备的运行情况；所述数据报表模块用于实时输出统计分析的数据报表，并定制报表内容和格式。5.根据权利要求1所述的一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，其特征在于，所述数据库管理模块用于将采集的数据更新到数据库中，并生成历史数据曲线图。6.根据权利要求1所述的一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，其特征在于，所述故障监测报警模块用于在空压站内设备发生故障时，通过报警器发出警报信号，并记录故障时间，故障位置，以及分析故障的可能原因，实现对设备的故障进行智能控制及故障判断。7.根据权利要求1所述的一种基于5g物联网的空压站变频调速系统，其特征在于，该系统的调速方法分为手动调速和自动调速；其中，自动调速方法如下：首先，将空压站内的空压机分为三组，分别为主空压机组、辅空压机组和备用空压机组；接着，通过压力传感器输出的模拟电压信号，并由plc控制器进行调节运算,使得变频器控制主空压机组在设定的频率范围内运行；当用气负荷增大，空压站内的管道压力下降，实际的压力值小于预设的压力值时，plc控制器通过5g物联网远程发出指令，调节器增加输出，变频器输出频率和电压增高，使空压机提高转速，从而提高管压力，直至实际的压力值等于预设的压力值；同理，当用气负荷减少，管道压力升高，实际的压力值大于预设的压力值时，plc控制器通过5g物联网远程发出指令，调节器减少输出，变频器使空压机减慢运行，直到实际的压力值等于预设的压力值；当空压站内的管道压力低于下限值，且变频器输出频率高于上限值时, plc控制器通过5g物联网远程发出指令，启动辅空压机组中的一台空压机，以增加管道压力，当仍然达不到要求时，再启动下一台，直到辅空压机组中的空压机全部启动；若主空压机组、辅空压机组出现部分故障，满负荷运行时，管道压力仍不能达到压力设定值，则运行备用空压机，以
增加供气量，提高管道压力，当管道压力稳定之后，将所有运行的空压机负荷调节至相同，继续保持压力稳定；同理，当管道压力大于上限值，且变频器输出频率低于下限值时, plc控制器通过5g物联网远程发出指令，关停辅空压机组中的任一台空压机，当仍然达不到要求，再关停下一台，直到停完。

技术总结
本发明涉及空压站调速技术领域，公开了一种基于5G物联网的空压站变频调速系统，包括硬件部分和软件部分，所述5G通信模块用于实现变频器与PLC控制器的5G物联网通信；所述调节器用于接收压力传感器发送的模拟信号，并输出成对应比例的模拟电压信号作为变频器的频率给定。本发明通过压力传感器输出的模拟电压信号，并由PLC控制器进行调节运算,使得变频器控制空压机在设定的频率范围内运行，并通过5G物联网实现与用户终端的连接；根据不同的用气负荷情况，控制不同数量的空压机运行，使管道压力始终稳定在设定范围内,实现恒压控制，且空压机的运行功率最优，实现节能生产，调节精度高，压力波动范围小，安全性高。安全性高。


技术研发人员：安晓波 艾明强
受保护的技术使用者：江苏涵智博雅能源科技有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/7/20