一种基于罗茨真空泵的节能控制系统的制作方法

1.本发明涉及真空泵技术领域，具体是一种基于罗茨真空泵的节能控制系统。


背景技术：

2.罗茨真空泵具有启动快，耗功少，运转维护费用低，效率高等优点，在工矿企业上被广泛应用。造纸加工行业也普遍应用罗茨真空泵，其工作过程是转子将空气从进风口吸入机壳，然后从出风口进入排风管，再由排风管输送出去；
3.但是罗茨真空泵压缩气体所需的功率与压差成正比，一旦气体压差过高，泵就可能出现过载现象；气体在压缩时产生的热量会立刻传导在罗茨真空泵的泵壳内壁、转子以及端盖内侧上。当端盖内侧和泵壳内壁收到热量后，会升温与端盖外侧和泵壳外壁形成温度差，从而把热量传递到了端盖外侧和泵壳外侧，而当端盖外侧和泵壳外侧与外界产生了温度差，则发生散热。由于转子在泵壳内侧，无法散热，在真空泵过热时，真空泵的能耗会增加很多，加大了能源的消耗。同时现有的罗茨真空泵控制系统不能够实时监测真空泵的运行数据并进行预警分析，导致罗茨真空泵的工作效率降低。


技术实现要素：

4.为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种基于罗茨真空泵的节能控制系统。本发明通过压力传感器和压力调整模块实时控制压差，自动调整真空泵功率与压差比值，使功率与压差相匹配，达到平衡点，确保真空泵在额定工作电流下工作，避免出现过载现象；通过温度调节模块对冷凝器流经真空泵的冷却水温度进行自动控制，采取内外温差不同差值区间控制温度不同的方式，提高真空泵高负荷时间段的冷却散热速度，同样减少真空泵低负荷时间段的能源消耗，以达到节能、提高真空泵工作效率的目的；同时本发明能够实时监测真空泵的运行数据并进行预警分析，提示管理人员对真空泵进行检修，进一步提高真空泵的工作效率。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种基于罗茨真空泵的节能控制系统，包括压力传感器、数据分析模块、控制器、压力调整模块、温度传感器、温度调节模块、运行监测模块以及报警模块；
7.压力传感器：设置于真空泵的排气口，用于实时采集真空泵排气口的压力，并将其发送至数据分析模块；
8.数据分析模块：用于获取真空泵排气口的压力并将该压力与设定值相比较，若真空泵排气口的压力大于设定值，则生成压力调整信号；所述数据分析模块用于将压力调整信号传输至控制器，所述控制器接收到压力调整信号后驱动控制压力调整模块进行压力调整；
9.温度传感器：设置于真空泵的泵壳内壁和泵壳外壁，用于实时采集真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度，并将采集的真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度经控制器传输至温度调节模块；
10.所述温度调节模块为冷凝器，用于根据当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度控制冷凝器流经真空泵的冷却水温度，对真空泵进行散热；
11.所述运行监测模块用于采集真空泵的运行数据并进行分析，判断真空泵运行是否正常。
12.进一步地，所述压力调整模块用于根据当前压力与设定值的压差控制相应的溢流电磁阀打开，调节真空泵功率与压差的比值，使功率与压差相匹配，达到平衡点，确保真空泵在额定工作电流下工作，避免出现过载现象，导致能耗增加，提高了真空泵的工作效率；
13.进一步地，所述温度调节模块的具体工作步骤为：
14.步骤一：获取当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度，并分别标记为t1、t2；将t1与t2进行差值计算得到内外温差t3；
15.步骤二：划分若干个内外温差的差值区间，分别为t1，t2，
…
，tn；
16.在t1差值区间内，控制器用于将泵壳内壁的温度t1与设定温度阈值相比较，根据比较结果发出冷凝器关闭或者开启信号；
17.若发出冷凝器开启信号，由控制器判断t1的温度区间是否达到设定条件；
18.若达到设定条件，则由控制器控制温度调节模块在t1差值区间内的冷却水出水温度为t1差值区间设定值；
19.若未达到设定条件，则保持冷凝器运行参数不变；若泵壳内壁温度t1达到t1差值区间的上限值，则温度调节模块自动进入下一差值区间运行；其中运行参数为冷凝器的冷却水出水温度；
20.若泵壳内壁温度t1未达到进入下一差值区间的设定要求，则冷凝器继续维持本差值区间的运行参数，重复上述控制逻辑，直至由控制器判定本t1差值区间完成，则温度调节模块自动进入t2差值区间运行；其中本t1差值区间完成表现为内外温差t3不属于t1差值区间；
21.步骤三：在t2差值区间内，温度传感器继续采集泵壳内壁温度t1并将其发送至控制器，所述控制器根据设定温度阈值发出冷凝器关闭或者开启信号，之后重复t1差值区间内同样的控制逻辑，其中判定参数改为t2差值区间预设参数，以此类推；
22.本发明通过温度传感器获取当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度，结合内外温差、泵壳内壁温度和系统预设值，通过温度调节模块对冷凝器流经真空泵的冷却水温度进行自动控制，采取内外温差不同差值区间控制温度不同的方式，提高真空泵高负荷时间段的冷却散热速度，同样减少真空泵低负荷时间段的能源消耗，以达到节能、提高真空泵工作效率的目的；
23.进一步地，所述控制器用于将泵壳内壁的温度t1与设定温度阈值相比较，根据比较结果发出冷凝器关闭或者开启信号，具体为：
24.若t1≥设定温度阈值，则控制器发出冷凝器开启信号，通过冷凝器对真空泵进行散热；若t1＜设定温度阈值，控制器发出冷凝器关闭信号，控制冷凝器关闭。
25.进一步地，所述运行监测模块的具体分析监测过程如下：
26.s1：采集真空泵的运行数据，将真空泵在运行过程中的噪音分贝值标记为z1，将真空泵的单位时间能耗标记为z2，将真空泵泵壳内壁温度与环境温度的差值标记为z3；
27.s2：利用公式gx＝z1
×
a1 z2
×
a2 z3
×
a3计算得到真空泵的运行检测系数gx，其
中a1、a2、a3均为系数因子；
28.s3：将运行检测系数gx与检测系数阈值相比较；若运行检测系数gx≥检测系数阈值，则表示真空泵处于疑似危险状态，并记录疑似危险状态信息；
29.s4：当真空泵处于疑似危险状态的持续时长大于预设时长阈值，则判定真空泵运行异常，生成运行异常信号；
30.当真空泵处于疑似危险状态的持续时长≤预设时长阈值，继续执行步骤s5；
31.s5：获取预设时间内真空泵所有的疑似危险状态信息，对疑似危险状态信息作进一步分析，得到真空泵的威胁系数wx；
32.s6：将威胁系数wx与威胁系数阈值相比较；
33.若威胁系数wx≥威胁系数阈值，则判定真空泵运行异常，生成运行异常信号；所述运行监测模块用于将运行异常信号传输至控制器，所述控制器接收到运行异常信号后控制真空泵停机，并控制报警模块发出警报，提示管理人员对真空泵进行检修。
34.进一步地，威胁系数wx的计算方法为：
35.将真空泵处于疑似危险状态的次数并标记为疑似危险频次p1；统计真空泵每次处于疑似危险状态的时长并求和得到疑似危险总时长p2；
36.将真空泵处于疑似危险状态的间隔时间标记为g1，得到间隔时间信息组；
37.按照标准差计算公式得到间隔时间信息组的标准差，并标记为η；
38.若η≤预设标准差阈值；则按照平均值计算公式得到间隔时间信息组的平均值并标记为gt；同时令参考间隔ck＝gt；
39.若η＞预设标准差阈值；则令参考间隔ck＝＝(gt
×
b1 η
×
b2)
0.45
；其中b1、b2为系数因子；
40.利用公式wx＝(p1
×
b3 p2
×
b4)/(ck
×
b5)计算得到真空泵的威胁系数wx，其中b3、b4、b5均为系数因子。
41.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
42.1、本发明通过设置于真空泵排气口的压力传感器实时采集真空泵排气口的压力，并将其与设定值相比较，压力调整模块用于根据当前压力与设定值的压差控制相应的溢流电磁阀打开，调节真空泵功率与压差的比值；使功率与压差相匹配，达到平衡点，确保真空泵在额定工作电流下工作，避免出现过载现象，导致能耗增加，提高了真空泵的工作效率；
43.2、本发明中温度调节模块用于根据当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度控制冷凝器流经真空泵的冷却水温度，对真空泵进行散热；首先获取当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度，计算得到内外温差t3；划分若干个内外温差的差值区间；在t1差值区间内，若t1的温度区间达到设定条件，则由控制器控制温度调节模块在t1差值区间内的冷却水出水温度为t1差值区间设定值；针对不同的差值区间和泵壳内壁温度，其对应的冷凝器运行参数也不同，本发明通过温度调节模块对冷凝器流经真空泵的冷却水温度进行自动控制，采取内外温差不同差值区间控制温度不同的方式，提高真空泵高负荷时间段的冷却散热速度，同样减少真空泵低负荷时间段的能源消耗，以达到节能、提高真空泵工作效率的目的；
44.3、本发明中运行监测模块用于采集真空泵的运行数据并进行分析，判断真空泵运行是否正常，先将运行检测系数gx与检测系数阈值相比较，判断真空泵是否处于疑似危险状态，并记录疑似危险状态信息；当真空泵处于疑似危险状态，对真空泵处于疑似危险状态
的持续时长进行判定，同时结合疑似危险状态信息作进一步分析，计算得到真空泵的威胁系数wx，根据威胁系数wx判断真空泵运行是否异常，及时预警，避免误报，提示管理人员对真空泵进行检修，提高真空泵的工作效率。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为本发明一种基于罗茨真空泵的节能控制系统的原理框图。
47.图2为本发明实施例1的系统框图。
48.图3为本发明实施例2的系统框图。
49.图4为本发明实施例3的系统框图。
具体实施方式
50.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
51.如图1
‑
4所示，一种基于罗茨真空泵的节能控制系统，包括压力传感器、数据分析模块、控制器、压力调整模块、温度传感器、温度调节模块、运行监测模块以及报警模块；
52.实施例1
53.如图2所示，压力传感器：设置于真空泵的排气口，用于实时采集真空泵排气口的压力，并将其发送至数据分析模块；
54.数据分析模块：用于获取真空泵排气口的压力并将该压力与设定值相比较，若真空泵排气口的压力大于设定值，则生成压力调整信号；
55.数据分析模块用于将压力调整信号传输至控制器，控制器接收到压力调整信号后驱动控制压力调整模块进行压力调整；
56.压力调整模块用于根据当前压力与设定值的压差控制相应的溢流电磁阀打开，调节真空泵功率与压差的比值，使功率与压差相匹配，达到平衡点；
57.本发明通过压力传感器和压力调整模块实时控制压差，自动调整真空泵功率与压差比值，使功率与压差相匹配，达到平衡点，确保真空泵在额定工作电流下工作，避免出现过载现象，导致能耗增加，提高了真空泵的工作效率；
58.实施例2
59.如图3所示，温度传感器：设置于真空泵的泵壳内壁和泵壳外壁，用于实时采集真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度，并将采集的真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度经控制器传输至温度调节模块；
60.温度调节模块为冷凝器，用于根据当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度控制冷凝器流经真空泵的冷却水温度，对真空泵进行散热；具体控制方法为：
61.步骤一：获取当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度，并分别标记为t1、t2；将t1与t2进行差值计算得到内外温差t3；
62.步骤二：划分若干个内外温差的差值区间，分别为t1，t2，
…
，tn；
63.在t1差值区间内，通过温度传感器实时获取真空泵泵壳内壁的温度t1，控制器用于将泵壳内壁的温度t1与设定温度阈值相比较，根据比较结果发出冷凝器关闭或者开启信号，具体为：若t1≥设定温度阈值，则控制器发出冷凝器开启信号，通过冷凝器对真空泵进行散热；若t1＜设定温度阈值，控制器发出冷凝器关闭信号，控制冷凝器关闭；
64.若发出冷凝器开启信号，由控制器判断t1的温度区间是否达到设定条件，若达到设定条件，则由控制器控制温度调节模块在t1差值区间内的冷却水出水温度为t1差值区间设定值；若未达到设定条件，则预设参数不执行，保持冷凝器运行参数不变，由温度传感器持续监测真空泵泵壳内壁的温度t1，若泵壳内壁温度t1达到t1差值区间的上限值，则温度调节模块自动进入下一差值区间运行；其中运行参数为冷凝器的冷却水出水温度；
65.若泵壳内壁温度t1未达到进入下一差值区间的设定要求，则冷凝器继续维持本差值区间的运行参数，重复上述控制逻辑，直至由控制器判定本t1差值区间完成，则温度调节模块自动进入t2差值区间运行；其中本t1差值区间完成表现为内外温差t3不属于t1差值区间；
66.步骤三：在t2差值区间内，温度传感器继续采集泵壳内壁温度t1并将其发送至控制器，控制器根据设定温度阈值发出冷凝器关闭或者开启信号，之后重复t1差值区间内同样的控制逻辑，其中判定参数改为t2差值区间预设参数，以此类推；
67.本发明通过温度传感器获取当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度，结合内外温差、泵壳内壁温度和系统预设值，通过温度调节模块对冷凝器流经真空泵的冷却水温度进行自动控制，采取内外温差不同差值区间控制温度不同的方式，提高真空泵高负荷时间段的冷却散热速度，同样减少真空泵低负荷时间段的能源消耗，以达到节能、提高真空泵工作效率的目的；
68.实施例3
69.如图4所示，运行监测模块用于采集真空泵的运行数据并进行分析，判断真空泵运行是否正常，运行数据包括真空泵在运行过程中的噪音分贝值、单位时间能耗以及真空泵泵壳内壁温度与环境温度的差值，具体分析监测过程如下：
70.s1：采集真空泵的运行数据，将真空泵在运行过程中的噪音分贝值标记为z1，将真空泵的单位时间能耗标记为z2，将真空泵泵壳内壁温度与环境温度的差值标记为z3；
71.s2：利用公式gx＝z1
×
a1 z2
×
a2 z3
×
a3计算得到真空泵的运行检测系数gx，其中a1、a2、a3均为系数因子；
72.s3：将运行检测系数gx与检测系数阈值相比较；
73.若运行检测系数gx≥检测系数阈值，则表示真空泵处于疑似危险状态，并记录疑似危险状态信息，疑似危险状态信息包括疑似危险状态开始时间和疑似危险状态结束时间；
74.s4：当真空泵处于疑似危险状态，对真空泵处于疑似危险状态的持续时长进行判定；
75.当真空泵处于疑似危险状态的持续时长大于预设时长阈值，则判定真空泵运行异
常，生成运行异常信号；
76.当真空泵处于疑似危险状态的持续时长≤预设时长阈值，则继续执行步骤s5；
77.s5：获取预设时间内真空泵所有的疑似危险状态信息；将真空泵处于疑似危险状态的次数并标记为疑似危险频次p1；统计真空泵每次处于疑似危险状态的时长并求和得到疑似危险总时长p2；
78.将真空泵处于疑似危险状态的间隔时间标记为g1，得到间隔时间信息组；其中间隔时间表示为上一次疑似危险状态的结束时间与下一次疑似危险状态的开始时间之间的时间间隔；
79.按照标准差计算公式得到间隔时间信息组的标准差，并标记为η；若η≤预设标准差阈值；则按照平均值计算公式得到间隔时间信息组的平均值并标记为gt；同时令参考间隔ck＝gt；
80.若η＞预设标准差阈值；则令参考间隔ck＝＝(gt
×
b1 η
×
b2)
0.45
；其中b1、b2为系数因子；
81.利用公式wx＝(p1
×
b3 p2
×
b4)/(ck
×
b5)计算得到真空泵的威胁系数wx，其中b3、b4、b5均为系数因子；
82.s6：将威胁系数wx与威胁系数阈值相比较；
83.若威胁系数wx≥威胁系数阈值，则判定真空泵运行异常，生成运行异常信号；运行监测模块用于将运行异常信号传输至控制器，控制器接收到运行异常信号后控制真空泵停机，并控制报警模块发出警报，提示管理人员对真空泵进行检修，提高真空泵的工作效率。
84.上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
85.本发明的工作原理：
86.一种基于罗茨真空泵的节能控制系统，在工作时，首先通过设置于真空泵排气口的压力传感器实时采集真空泵排气口的压力，并将其与设定值相比较，压力调整模块用于根据当前压力与设定值的压差控制相应的溢流电磁阀打开，调节真空泵功率与压差的比值；使功率与压差相匹配，达到平衡点，确保真空泵在额定工作电流下工作，避免出现过载现象，导致能耗增加，提高了真空泵的工作效率；
87.温度调节模块用于根据当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度控制冷凝器流经真空泵的冷却水温度，对真空泵进行散热；首先获取当前真空泵泵壳内壁和泵壳外壁的温度，计算得到内外温差t3；划分若干个内外温差的差值区间；在t1差值区间内，若t1的温度区间达到设定条件，则由控制器控制温度调节模块在t1差值区间内的冷却水出水温度为t1差值区间设定值；针对不同的差值区间和泵壳内壁温度，其对应的冷凝器运行参数也不同，若未达到设定条件，则保持冷凝器运行参数不变，若泵壳内壁温度t1达到t1差值区间的上限值，则温度调节模块自动进入下一差值区间运行，以此类推；本发明通过温度调节模块对冷凝器流经真空泵的冷却水温度进行自动控制，采取内外温差不同差值区间控制温度不同的方式，提高真空泵高负荷时间段的冷却散热速度，同样减少真空泵低负荷时间段的能源消耗，以达到节能、提高真空泵工作效率的目的；
88.运行监测模块用于采集真空泵的运行数据并进行分析，判断真空泵运行是否正
常，先将运行检测系数gx与检测系数阈值相比较，判断真空泵是否处于疑似危险状态，并记录疑似危险状态信息；当真空泵处于疑似危险状态，对真空泵处于疑似危险状态的持续时长进行判定，同时结合疑似危险状态信息作进一步分析，计算得到真空泵的威胁系数wx，根据威胁系数wx判断真空泵运行是否异常，及时预警，避免误报，提示管理人员对真空泵进行检修，提高真空泵的工作效率。
89.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
90.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。