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基于在線監測系統的空壓機經濟運行分析

發布日期:2019-10-26   來源:《變頻器世界》19-08期   作者:顏毅   瀏覽次數:932
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【摘   要】:基于在線監測系統,介紹了系統的硬件架構和軟件功能,分析了空壓機頻繁加卸載的原因和軟件分析方法,將空壓機經濟運行分析模塊植入系統,后臺進行數據運算,可及時發現設備運行的異常,并對實際運行數據進行了分析與驗證。

 

 關鍵詞:在線監測系統空壓機經濟運行分析

 

 

1   引言

當前,各能源使用單位的節能意識普遍提高,大量能耗在線監測系統上線運行,針對企業的電力進線、變壓器、高壓電機、各類重要工藝設備等納入在線監測系統。在面對經濟下行壓力和市場競爭日趨激烈的情況下,企業用戶有迫切的節能降耗需求,因此在滿足能耗數據在線監測的基礎上,開展對重要設備的經濟運行分析,實現節能降耗十分必要。本文對企業常用的重要能耗設備之一,空壓機設備的經濟運行提出一種在線的分析方法和實際的應用。

2   在線監測系統硬件架構和軟件功能

2.1   硬件架構

在線監測系統硬件上分為三層:設備層、信息層、應用層。系統組網圖如圖1所示。

 

1  系統組網圖

設備層是指采集電、水、煤、氣等能源數據的采集設備,如智能電表,水、氣流量計,或采集稱重、產量的采集設備等。

信息層是指以有線或無線的組網方式,使用串口通訊服務器、交換機等設備,連接各區域監測點組成的通訊網絡。

應用層是在線監測系統的軟件展現,如運行在采集服務器、應用服務器上的各類采集軟件、分析軟件、數據上傳等程序。

2.2   軟件功能

實時數據:在線監測各類用能設備的實時數據,如電壓、電流、功率、流量、消耗量、產量等數據。一次圖實時數據如圖2所示。

 

2  一次圖實時數據

    歷史數據:根據數據存儲時間間隔,分歷史數據和近期歷史數據。歷史數據一般是15分鐘及以上間隔的數據,存儲周期永久;近期歷史數據一般指時間間隔為秒級的參量數據,存儲周期3個月。

能耗數據統計與分析:能耗數據消耗日報、月報、對比分析、定制報表等。

    設備經濟運行分析:對于重要設備建立分析模型,從實時數據、歷史數據兩方面,結合設備運行電參量,以及關聯的重要參量,進行經濟運行分析。報表詳細信息如圖3所示。

 

3  報表詳細信息

 

 

報警:對于納入監測的設備運行參數或其他監測的參量,設置的各類報警,如過壓、過流等,使得設備故障可提早發現。報警信息截圖如圖4所示。

 

4  報警信息

    用戶管理:權限管理、賬號管理等。

3  空壓機經濟運行分析方法

過去我們進行空壓機經濟運行分析,需要在生產現場設備附近,根據主控板的參數信息,結合現場設備運行參數,壓縮空氣流量、壓力等參數進行分析和判斷,花費時間較長。且當生產工況一旦發生變化,需要重新到現場進行核算,非常不便利,且花費時間較長。

現如今,我們可通過在線監測系統進行在線數據采集,實時監測,歷史數據查詢等,來進行空壓機經濟運行分析。

3.1   空壓機頻繁加卸載原因

一般來說,當壓力達到最高壓力值時,空壓機通過關閉進氣閥,使電機處于空轉狀態,同時將分離罐中多余的壓縮空氣放空,來降壓卸載。但這樣會浪費壓縮空氣,使得電機空轉浪費電能。因此當空壓機在加卸載供氣控制方式下,存在一定的節能空間。

同時空壓機的加卸載過若過于頻繁,不僅會使機組各零部件設備的壽命變短,更會嚴重威脅著整個機組的安全運行。使得空壓機頻繁加卸載可能的情況有:

        1)零件故障如進氣電磁閥、壓力傳感器、最小壓力閥、球閥、PLC主控器故障;

       2)生產所需氣量不穩定,時大、時小、使用氣量不連續;

        3)壓力控制器加卸載之間的壓差設定值太小;

        4)壓縮空氣管路堵塞或泄露等。

3.2   空壓機卸載運行分析方法

對空壓機設備設置電力監測點,管道設置壓力計;

在系統中錄入空壓機的額定運行功率參數,壓力允許偏差;

進入軟件分析模塊:程序開始計算分析,或由后臺程序定時計算后推送引導用戶進入功能模塊的信息。

計算方式:根據近期歷史數據,查詢最近一日空壓機設備運行的電流、功率,軟件判斷在壓力允許偏差范圍內的設備處于加載或卸載的狀態,并計算對應的加卸載時間,計算卸載時間占比;保存壓力數據,保存空壓機的加卸載狀態、加卸載時間、加卸載平均功率等計算數據;

展示數據:數據查詢或計算完成后,展示最近一日分析結果。日分析按小時羅列空壓機設備的小時卸載次數、卸載時間、卸載時間占比、卸載平均功率、管道壓力,最后匯總日分析數據,日累計卸載次數、日累計卸載時間、日卸載時間占比、日累計卸載功率。

用戶可在分析模塊頁面指定查詢周期,進行日、月空壓機設備經濟運行分析。按最小周期日,羅列空壓機設備的日卸載次數、卸載時間、卸載時間占比、卸載平均功率,按查詢周期匯總數據。

當日卸載時間占比超過30%以上,則判定空壓機運行不經濟。

4   實際數據分析、節能空間

通過部署能耗在線監測系統,可實時監測設備運行用電數據,下面結合某用戶現場設備實際運行數據進行分析。

4.1  空壓機運行數據分析

某用戶現場1#空壓機額定運行功率110kW,額定運行電流201A。下圖可看出,空壓機設備在10分鐘內的數據,實時功率達到109kW,卸載時間基本很少,運行正常。空壓機運行曲線如圖5所示。

 

5  空壓機運行曲線

但在另一時刻設備出現了頻繁加卸載,空壓機頻繁加卸載曲線如圖6所示,卸載功率58kW,卸載時間占比達到50%以上,見圖7,通過前面第2章節描述的分析方式,可實現軟件計算并得到空壓機運行不經濟的結論,由系統給出告警和提示。                
                                                          

 
6  空壓機頻繁加卸載曲線

 

 

7  系統判定結論信息
   通常這種情況我們可選用恒轉矩變頻器來實施改造,具體方案為增加一臺帶矢量控制功能、恒轉矩輸出的變頻器來控制主機運行,將壓縮空氣管路上的壓力變送器輸出的4-20mA信號給變頻器,經變頻器內置PID運算,輸出控制信號給變頻器的驅動回路,調節電機轉速及空壓機的加卸載,保證怛壓供氣。對于連續用氣的工況,隨用氣量的變化,空壓機運行頻率在25-50Hz之間動態調節[1]。結合我們多個項目的實施改造經驗,經過實施節能改造后可實現:

       1)卸載時間降低至15%左右;

       2)設備運行功率降低20-30%左右

       3)有效減小空壓機的起動電流、減少機械磨損和設備維護量、降低設備運行噪聲等。

5   結語
   通過實施在線監測系統,結合空壓機經濟運行分析算法,在系統中發現和定位設備的經濟運行狀態十分方便和快速。其次,在空壓機運行工況發生變化時或運行故障時,能夠通過系統監測數據及時發現和診斷,使得空壓機運行于經濟模式下和避免設備故障的擴大化,促進節能降耗。

 
 
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