СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И НАБОР ДАННЫХ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКОЙ
METHOD, DEVICE AND DATA SET (VERSIONS) FOR COMPRESSOR UNIT CONTROL

Изобретение относится к способу управления компрессорной установкой, которая состоит из большого числа компрессоров, прежде всего разной конструкции и/или мощности. Одновременно изобретение относится к устройству управления такой компрессорной установкой, а также к набору данных для управления такой компрессорной установкой.
Компрессорные установки, прежде всего компрессорные установки, предназначенные для промышленного применения, требуют для выработки достаточного объема сжатой текучей среды большое число отдельных компрессоров для поставки этой сжатой текучей среды. Для эффективной эксплуатации такой компрессорной установки все в большей степени принимают во внимание экономичность отдельных компонентов, а также всей компрессорной установки не только при разработке концепции и проектировании компрессорной установки, но и в эксплуатации. Эти касающиеся экономичности компрессорной установки аспекты обычно учитывают, наряду с подлежащими выполнению требованиями по защите окружающей среды, также требованиями качества. Затраты энергии компрессорной установки могут при этом составлять до 80% от общих затрат на эксплуатацию, поэтому потребление энергии является главным фактором затрат для эксплуатирующего компрессорную установку лица.
Для того чтобы использовать потенциал энергосбережения компрессорной установки, наряду с такими мерами, как возврат тепла или уменьшение утечек, признается возможность значительного снижения эксплуатационных затрат компрессорной установки путем использования соответствующих систем управления и регулирования. Управление или регулирование компрессорной установки делает возможным подходящее распределение времени работы разных компрессоров и, следовательно, снижает риск выхода из строя или облегчает техническое обслуживание компрессорной установки. При выходе из строя одного компрессора могут, например, работающие в холостом режиме или отключенные компрессоры быть включены системой управления или регулирования для подачи сжатой текучей среды для того, чтобы предотвратить снижение рабочего давления компрессорной установки или ее остановку.
В простейшем случае для управления компрессорными установками, включающими в себя несколько компрессоров, используют системы каскадного регулирования или регулирования по диапазону давления, которые принимают решения, какие компрессоры компрессорной установки при определенных условиях работы должны подключаться или отключаться. При каскадном регулировании каждому компрессору задается определенный диапазон давления, согласно которому системой управления осуществляется подключение или отключение каждого компрессора. Путем задания диапазонов давления для каждого компрессора, называемых также полосами давления, за счет подключения большего числа компрессоров или за счет подключения компрессоров с повышенной по сравнению с другими компрессорами мощностью по сжатой текучей среде можно покрыть повышенную потребность в сжатой текучей среде и при увеличенном ее потреблении. Отрицательная сторона таких систем регулирования заключается в том, что обычно не принимается во внимание фактическое потребление сжатой текучей среды или изменение фактического отбора сжатой текучей среды.
Более совершенные системы управления по диапазону давления используют возможность управления любым числом компрессоров в одном диапазоне давления. Благодаря такому способу управления, с одной стороны, можно добиться снижения максимально преобладающего в компрессорной установке давления сжатой текучей среды, а с другой стороны, одновременно могут быть снижены энергетические потери в компрессорной установке.
Однако оказалось, что регулировка по диапазону давления при типичной градации отдельных компрессоров относительно друг друга и изменяющемся отборе сжатой текучей среды из компрессорной установки не пригодна для такого управления компрессорной установкой, чтобы потребность в сжатой текучей среде покрывалась, с одной стороны, в достаточной степени, а с другой стороны, энергетически эффективным образом. Например, в компрессорной установке могут возникнуть режимы работы или стечения обстоятельств, которые приводят или к недостаточной выработке сжатой текучей среды или к чрезвычайно энергетически неэффективной выработке сжатой текучей среды. Сообразно этим известным из современного состояния техники недостаткам возникает задача предложить улучшенный способ управления компрессорными установками, который обеспечивает достаточное снабжение сжатой текучей средой даже при нестабильном отборе сжатой текучей среды из компрессорной установки, при этом одновременно вызываемые системой управления переключения должны происходить по возможности экономно.
Согласно изобретению эта задача решена посредством способа управления компрессорной установкой, включающей в себя несколько компрессоров, по п.1 и 24 формулы. Кроме того, задача решена посредством управляющего устройства для управления подобной компрессорной установкой по п.36 и 37 формулы, а также посредством набора данных для системы управления подобной компрессорной установкой по п.38 и 39 формулы.
Прежде всего, лежащая в основе изобретения задача решена посредством способа управления компрессорной установкой, включающей в себя несколько компрессоров, прежде всего разного типа и/или мощности, при этом посредством компрессорной установки в системе сжатой текучей среды, несмотря на нестабильный отбор из системы сжатой текучей среды, должно поддерживаться предварительно определенное избыточное давление, при этом через установленные или переменные промежутки времени принимаются решения о действиях по переключению для приспособления системы к реальным условиям, при этом на шаге предварительного отбора, предпочтительно с учетом реальных условий, из большого числа имеющихся в комбинациях альтернатив переключений исключаются определенные альтернативы, при этом на шаге основного отбора оставшиеся альтернативы оцениваются относительно друг друга с привлечением одного или нескольких критериев оптимизации, и выбирается оптимальная для предварительно заданных критериев альтернатива переключений и при этом в одном шаге управления выбранная альтернатива переключений выдается для осуществления в компрессорной установке.
Кроме того, задача решена посредством способа управления компрессорной установкой, включающей в себя несколько компрессоров, прежде всего разного типа и/или мощности, при этом посредством компрессорной установки в системе сжатой текучей среды, несмотря на нестабильный отбор из системы сжатой текучей среды, должно поддерживаться предварительно определенное избыточное давление, при этом системой управления установкой при достижении возможно переменного давления подключения принимаются меры к увеличению выработки сжатой текучей среды, а при достижении давления отключения - меры для уменьшения выработки сжатой текучей среды, при этом давление отключения является переменным и изменяется в зависимости от фактической конфигурации компрессорной установки и/или с учетом установленного действия по переключению (установленному изменению конфигурации компрессорной установки).
Здесь и в дальнейшем, поддержка предварительно определенного избыточного давления должна осуществляться таким образом, что реальное давление не снижается ниже или снижается лишь незначительно и/или кратковременно ниже предварительно определенного давления адаптации, которое должно быть достигнуто в результате реального хода изменения давления, а также не превышается верхняя граница давления или превышается лишь незначительно и/или кратковременно.
Кроме того, задача изобретения решена посредством устройства управления компрессорной установкой, включающей в себя несколько компрессоров, прежде всего разного типа и/или мощности, при этом посредством компрессорной установки в системе сжатой текучей среды, несмотря на нестабильный отбор из системы сжатой текучей среды, должно поддерживаться предварительно определенное избыточное давление, при этом через установленные или переменные промежутки времени принимаются решения о действиях по переключению для приспособления системы к реальным условиям и при этом устройство управления включает в себя: устройство исключения, которое, предпочтительно с учетом реальных условий, из большого числа имеющихся в комбинациях альтернатив переключений исключаются определенные альтернативы, устройство отбора, которое оценивает оставшиеся альтернативы относительно друг друга с привлечением одного или нескольких критериев оптимизации и выбирает оптимальную для предварительно заданных критериев альтернативу переключений, а также выходное устройство, которое выполнено для выдачи выбранной альтернативы переключений для осуществления в компрессорной установке.
Кроме того, положенная в основу изобретения задача решена посредством устройства управления компрессорной установкой, включающей в себя несколько компрессоров, прежде всего разного типа и/или мощности, при этом посредством компрессорной установки в системе сжатой текучей среды, несмотря на нестабильный отбор из системы сжатой текучей среды, должно поддерживаться предварительно определенное избыточное давление, и при этом устройство управления включает в себя: устройство определения давления отключения, которое при перепроизводстве сжатой текучей среды в зависимости от фактической конфигурации компрессорной установки и/или с учетом установленного действия по переключению (установленного изменения конфигурации компрессорной установки) определяет давление отключения.
Кроме того, задача изобретения решена посредством набора данных для управления компрессорной установкой, который предпочтительно сконфигурирован для пересылки в сети передачи данных или записан на носителях данных, при этом компрессорная установка включает в себя в себя несколько компрессоров, прежде всего разного типа и/или мощности, и при этом посредством компрессорной установки в системе сжатой текучей среды, несмотря на нестабильный отбор из системы сжатой текучей среды, должно поддерживаться предварительно определенное избыточное давление, при этом через установленные или переменные промежутки времени принимаются решения о действиях по переключению для приспособления системы к реальным условиям, на шаге предварительного отбора, предпочтительно с учетом реальных условий, из большого числа имеющихся в комбинациях альтернатив переключений исключаются определенные альтернативы, на шаге основного отбора оставшиеся альтернативы оцениваются относительно друг друга с привлечением одного или нескольких критериев оптимизации и выбирается оптимальная для предварительно заданных критериев альтернатива переключений и на шаге управления выбранная альтернатива переключений выдается для осуществления в компрессорной установке.
Кроме этого, задача изобретения решена посредством набора данных, который, предпочтительно, сконфигурирован для пересылки в сети передачи данных или записан на носителях данных, для управления компрессорной установкой, при этом компрессорная установка включает в себя в себя несколько компрессоров, прежде всего разного типа и/или мощности, при этом посредством компрессорной установки в системе сжатой текучей среды, несмотря на нестабильный отбор из системы сжатой текучей среды, должно поддерживаться предварительно определенное избыточное давление, при этом системой управления установкой при достижении возможно переменного давления подключения должны приниматься меры к увеличению выработки сжатой текучей среды, а при достижении давления отключения принимать меры к снижению выработки сжатой текучей среды, при этом давление отключения является переменным и изменяется в зависимости от фактической конфигурации компрессорной установки и/или с учетом установленного действия по переключению (установленного изменения конфигурации компрессорной установки).
Здесь и в дальнейшем понятие «управление» также должно пониматься в смысле «регулирование». Поскольку способ управления компрессорной установкой, а также отдельные формы выполнения способа, которым могут быть присущи как специфические для управления, так и специфические для регулирования признаки, то в данном случае отказались от строгого различения обоих понятий в пользу лучшей удобочитаемости.
Центральная идея настоящего изобретения заключается в том, что перед осуществлением действий по переключению для адаптации системы сжатой текучей среды к реальным условиям в каждом случае следует учитывать большое число возможных альтернатив переключений, которые оцениваются с привлечением одного или нескольких критериев оптимизации относительно друг друга для того, чтобы выбрать наиболее оптимальную альтернативу переключений для осуществления. При этом за счет использования шагов предварительного отбора перед выполнением главного отбора могут быть исключены многочисленные альтернативы переключений, благодаря чему в последующем могут сравниваться между собой меньшее число возможных альтернатив переключений. Это разделение разных шагов отбора делает возможным относительно быстрый выбор наиболее оптимальной альтернативы переключений, которая затем на шаге управления передается посредством команды на переключение для осуществления в компрессорной установке.
Следовательно, действия по переключению могут предприниматься за более короткие и следующие друг за другом промежутки времени, чем может быть достигнута улучшенная адаптация системы сжатой текучей среды к реальным условиям компрессорной установки. Как дополнительное следствие, возрастает экономичность использования компрессоров. Например, если произойдет значительный отбор сжатой текучей среды из системы сжатой текучей среды, то система управления компрессорной установкой будет в состоянии путем выполнения шага предварительного отбора избежать излишне трудоемких оценок путем сопоставления относительно большого числа возможных альтернатив переключений с привлечением одного или нескольких критериев оптимизации и ограничиться оценкой небольшого числа возможных и подходящих альтернатив переключений. Следовательно, данная система управления в состоянии за очень короткий срок с подходящей, тем не менее, и по возможности оптимальной альтернативой переключений реагировать на большой отбор сжатой текучей среды из системы сжатой текучей среды.
Еще одна центральная идея настоящего изобретения заключается в том, что система управления компрессорной установкой при достижении давления отключения принимает меры к уменьшению выработки сжатой текучей среды, при этом давление отключения является переменным. Следовательно, данная система управления отличается от типичного для современного состояния техники управления по диапазону давления, в случае которого действия по переключению, как правило, начинаются при достижении жестко предварительно определенных значений давления. Переменная форма давления отключения делает возможным подходящее приспособление действия по управлению к фактической конфигурации компрессорной установки или же может предусматривать установленные действия по управлению в соответствии с установленным изменением конфигурации компрессорной установки.
Существенные причины неэффективности использования компрессорной установки при использовании типичного управления по диапазону давления могут заключаться в том, что с одной стороны слишком большой предварительно определенный диапазон давления иногда приводит к излишне высоким давлениям в системе сжатой текучей среды, вследствие чего находящиеся под нагрузкой компрессоры должны выполнять ненужную работу. С другой стороны, слишком маленький предварительно определенный диапазон давления может привести к слишком частым действиям по переключению компрессоров, следствием чего может стать большой объем в значительной степени не нужной работы, связанной с действиями по переключениям.
В вышеприведенном тексте и в последующем под давлением подключения понимается виртуальная величина давления, при достижении которой устройством управления компрессорной установки будут запущены действия по переключению, которые противодействуют снижению имеющегося в системе сжатой текучей среды избыточного давления. Давление подключения, таким образом, имеет меньшую величину, чем давление отключения, которое также формулируется как виртуальная величина давления, при достижении которой при возрастающем реальном давлении также предпринимаются действия по переключениям, которые имеют следствием отключение компрессоров. Подключение или отключение компрессоров при этом может включать в себя не только подключение или отключение всей компрессорной установки с переходом в режим работы под нагрузкой, холостого хода или же остановки, но и постепенное изменение объема подачи в сторону больших или меньших значений.
В соответствии с использованной в компрессорной установке альтернативой переключений получается изменяющееся во времени ход изменения существующего в компрессорной установке давления (избыточного давления). Это ход изменения давления, который представляет собой реально измеряемую величину, с течением времени достигает локальных минимальных и локальных максимальных значений, которые получаются по причине отбора сжатой текучей среды из системы сжатой текучей среды или поступления сжатой текучей среды от каких-либо компрессоров. Типичными при превышении давления отключения действиями по переключению являются переключение компрессора или группы компрессоров из режима нагрузки в режим холостого хода или же остановки, а также уменьшение мощности работающих компрессоров или групп компрессоров. Типичными действиями по переключению, которые осуществляются в компрессорной установке при давлении ниже, чем давление отключения, являются переключение в режим нагрузки выключенных или находящихся в режиме холостого хода компрессоров или повышении мощности работающих под нагрузкой компрессоров и групп компрессоров, чтобы достичь увеличенного поступления сжатой текучей среды.
В связи с техническими особенностями конструкции компрессоров действия по переключению при превышении давления отключения осуществляются, главным образом, немедленно. Действия по переключению, которые предпринимаются при снижающемся или не достигающем давления отключения избыточном давлении в компрессорной установке, обычно осуществляются с определенной задержкой по времени (мертвое время), так как разгон компрессора из отключенного состояния или режима холостого хода до необходимой рабочей скорости вращения требует технически необходимого предварительного запуска. Соответственно, время предварительного запуска при отключении компрессора в сравнении с подключением компрессора меньше, однако оба вида действий по переключению приводят к смещенным по времени моментам выполнения установленных действий по переключению.
В соответствии с этим, виртуальное давление отключения на практике, в сущности, идентично максимально достижимым локальным максимальным значениям реального хода изменения давления. Исключения в случае очень быстрого уменьшения потребления сжатой текучей среды и/или при ошибочном выборе слишком малого выключаемого компрессора хотя и возможны, однако на практике встречаются лишь редко. В противоположность этому виртуальное давление подключения, как правило, заметно выше виртуального достижимого давления адаптации, которому должно соответствовать минимальное значение реального хода изменения давления, так как при давлении ниже давления подключения хотя и осуществляются действия по подключению, однако по причине присущей компрессорам задержки по времени подача сжатой текучей среды в полном объеме может начаться только со сдвигом по времени.
Таким образом, цель настоящего способа управления компрессорной установкой заключается в задании давления подключения таким образом, чтобы минимальные значения фактического хода изменения давления максимально точно достигали давления адаптации, однако не становились ниже этого значения. Другими словами, давление адаптации - это виртуальное значение давления, которого с максимально возможной точностью должны достигать минимальные значения фактического хода изменения давления. Тем самым, давление адаптации является предварительно определенным значением минимально допустимой реальной величины давления, которое в одном возможном варианте выполнения изобретения может вычисляться изменчиво в зависимости от фактического рабочего состояния компрессорной установки.
Для соблюдения границ предела прочности деталей системы сжатой текучей среды обычно также необходимо, чтобы верхняя граница давления реального хода изменения давления по возможности не превышалась. Следовательно, не позднее, чем при достижении верхней границы давления, в компрессорной установке выполняются подходящие действия по переключению, например, отключение находящихся под нагрузкой компрессоров, так чтобы реальный ход изменения давления по возможности не пересекал верхнюю границу. На практике верхняя граница давления задается, как правило, такой высокой, что она в отдельных случаях находится выше определенных на основании критериев минимизации потребления энергии давлений отключения, так что давления отключения и согласующиеся с ними в значительной степени максимальные значения реального хода изменения давления получаются без влияния верхней границы давления и, тем самым, внутри диапазона давлений между давлением адаптации и верхней границей давления преимущественно или исключительно с энергетической точки зрения.
Если виртуальное давление подключения для отдельных действий по переключению иногда определяется так, что реальный ход изменения давления адаптации при снижающемся давлении достигается максимально точно, то это оказывает положительное влияние на потребление энергии всей компрессорной установкой, так как не допускается ненужное повышение уровня давления из-за слишком раннего по времени подключения компрессоров и не происходит ненужное потребление энергии.
Здесь следует указать на то, что определение переменного виртуального давления подключения устройством управления компрессорной установкой происходит так, что минимальные значения реального хода изменения давления максимально точно достигают предварительно определенного давления адаптации, но не становятся меньше или становятся меньше лишь незначительно или кратковременно. К тому же давление подключения определяется так, что время реакции подключения компрессора или подлежащей переключению в режим работы под нагрузкой группы компрессоров следует прогнозируемому ходу изменения давления. Определение давления подключения или давления отключения системой управления компрессорной установкой может осуществляться на основе времени вместо давления, при этом определение давления подключения или давления отключения заменяется на подходящий момент времени подключения или момент времени отключения.
Следовательно, управление на основе времени равнозначно данному управлению на основе давления. Определение момента времени подключения, как и определение давления подключения (аналогично для момента времени отключения или давления отключения), в каждом случае выполняется для будущих действий по подключению.
Далее следует указать на то, что предусмотренные для выработки предварительно определенного избыточного давления в системе сжатой текучей среды способы аналогично могут быть использованы в вакуумной системе, в случае которой должен поддерживаться не превышающий определенных значений предоставляемый в распоряжение пользователя вакуум. Подключение находящегося в соответствующей установке насоса имело бы следствием снижение давления сжатой текучей среды в установке, а отключение насоса или группы насосов имело бы, соответственно, следствием повышение давления в системе сжатой текучей среды, в случае если происходит отбор вакуума или вакуум ухудшается, например, из-за течей. Перенос данного способа управления установкой для поддержания предварительно определенного избыточного давления на способ управления компрессорной или насосной установкой для поддержания предварительно определенного вакуума, в которой не должен превышаться предварительно определенный вакуум, с профессиональной точки зрения может реализоваться аналогично.
В одном предпочтительном варианте осуществления способа управления компрессорной установкой предусмотрено, что система управления установкой при достижении, при необходимости, переменного давления подключения принимает меры к повышению выработки сжатой текучей среды, а при достижении, при необходимости, переменного давления отключения принимает меры снижению выработки сжатой текучей среды.
В другом предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению управления компрессорной установкой предусмотрено, что давление отключения определяется от случая к случаю в рамках оптимизации энергии, то есть вычисляется особым способом. Согласно ему компрессорные установки управляются, главным образом, с целью оптимизации, то есть минимизации, потребления энергии, при этом в компрессорной установке поддерживается предварительно определенное избыточное давление (давление адаптации), то есть давление предпочтительно не становится ниже этой величины и/или становится лишь незначительно или кратковременно. Оптимизацию или минимизацию следует в дальнейшем понимать лишь как оптимизацию или минимизацию в рамках возможных альтернатив переключений. По причине этой минимизации потребления энергии данный способ заметно отличается от обычных способов управления по диапазону давления, которые управляют, как важнейшей регулируемой величиной, давлением в системе сжатой текучей среды, а не потреблением энергии компрессорной установкой. По причине использования технической степени свободы, которая предоставляется посредством выбора подходящей альтернативы переключений из большого числа различных альтернатив переключений, может произойти целенаправленная экономия энергии. При этом, прежде всего, переменное давление подключения может быть определено так, чтобы в случае, если давление в результате реального хода изменения станет ниже давления подключения, виртуальное давление адаптации в точке возврата реального хода изменения давления максимально точно совпадало с минимальным значением реального давления. Благодаря подобной оптимизации, с одной стороны, разрешается поддерживать желаемый уровень давления, а с другой стороны, число необходимых действий по переключению может поддерживаться небольшим числом необходимых действий по переключениям, следствием чего является очень экономичная работа.
В еще одном варианте осуществления способа согласно изобретению оптимальное давление отключения определяется путем математической минимизации частного от деления работы общих потерь за определенный периодический интервал времени, относящийся к альтернативе переключений, на сам интервал времени. При этом работа общих потерь включает в себя сумму работы потерь всех работающих под нагрузкой компрессоров в интервале времени, работу потерь холостого хода всех подключенных компрессоров в интервале времени и работу потерь на переключение всех подключаемых и отключаемых компрессоров в интервале времени. Периодический интервал времени при этом базируется на рассмотрении так называемых циклов переключения. Подобные (виртуальные) циклы переключения получаются из однотипно (периодически) повторяющихся в течение интервала времени (продолжительности цикла переключения) изменений во времени давления, повышающегося от минимального до максимального и снова понижающегося до минимального значения давления, которые периодически, то есть по меньшей мере в течение длительности цикла переключения, будут обеспечивать в основном постоянный отбор сжатой текучей среды. Для упрощенного вычисления можно принять, что отбор сжатой текучей среды из системы сжатой текучей среды происходит так, что реальный ход изменения давления между минимальным и максимальным значением давления может быть принят линейным или приближенно отображаться прямыми линиями. Предполагается, что компрессор, или компрессоры, которые при достижении давления подключения должны включаться в работу под нагрузкой или при достижении давления отключения отключаться, известны и могут быть выбраны предварительно на основании подходящих эвристических правил. Далее, обычно предполагается, что на рабочее состояние остальных компрессоров оказывает влияние только ход изменения реального давления, а в остальном оно остается неизменным.
v
Цикл переключения относится лишь к длительности периода реального, также периодического хода изменения давления. С допущением упрощенного предположения в закрытом математическом выражении может быть минимизирована средняя требуемая мощность всех входящих в состав компрессорной установки компрессоров во время цикла переключения, то есть во время описанного ранее периодического интервала времени. При этом, однако, требуется не рассмотрение общей средней требуемой мощности всех компрессоров, а может быть для упрощения принята подходящим образом определенная суммарная мощность потерь P, которая и будет обрабатываться. Эта мощность потерь в простейшем случае может быть вычислена как частное от деления описанной выше работы общих потерь на длину периодического интервала времени цикла переключения. Определенная таким образом мощность суммарных потерь - это усредненная по времени мощность потерь. Как будет подробнее описано ниже, путем простой математической манипуляции вычисляется разность давлений цикла переключений, которая может быть выведена из просто определяемых величин. Разность давлений цикла переключения определяется из разности давления отключения и давления адаптации.
Эксперименты показали, что способы управления или регулирования, которые используют оптимизацию разности давлений цикла переключений как критерий оптимизации, достигли заметных успехов в уменьшении потребления энергии компрессорной установкой.
В дальнейшем развитии способа согласно изобретению дополнительно может быть предусмотрено, что в расчет давления отключения войдут следующие величины:
потребление энергии работающими под нагрузкой компрессорами, особенно при подаче против постоянно увеличивающегося давления, и/или потери холостого хода подлежащего переключению в режим холостого хода или в состояние покоя компрессора, и/или энергия потерь переключения на каждую альтернативу переключений подлежащих переключению компрессоров. При этом соответствующие величины могут быть получены согласно известным эвристическим правилам или определены в соответствующих экспериментах или с помощью подходящих методов вычислений. Прежде всего, они могут также включать в себя поведение во времени отдельных компрессоров в виде кривых изменения во времени для всех состояний работы под нагрузкой, холостого хода или переключений в цифровой форме, при этом задержка по времени между моментом времени переключения и полным завершением процесса переключения должна учитываться в явном виде. Времена задержки могут, тем самым, также входить как расчетные величины в определение подходящего давления подключения или отключения.
Согласно варианту осуществления также возможно, что давление подключения в способе управления компрессорной установкой будет вычисляться так, чтобы реальный ход изменения давления достигал вычисленного подлежащего достижению давления адаптации, которое находится ниже давления подключения, максимально точно, предпочтительно с отклонением менее 5%, и еще более предпочтительно менее 2%, и в дальнейшем предпочтительно не становился ниже этого значения или становился ниже этого значения лишь незначительно и/или на короткое время. Соответственно этому может быть гарантировано поддержание предварительно определенного избыточного давления в компрессорной установке, при этом происходит одновременно экономное и эффективное управление компрессорной установкой.
В еще одном варианте осуществления способа согласно изобретению предусмотрено, что альтернативы переключений для уменьшения выработки сжатой текучей среды оцениваются по другим критериям оптимизации, чем альтернативы переключений для увеличения выработки сжатой текучей среды. Соответственно этому может происходить дифференцированная адаптация способа согласно изобретению, благодаря чему может быть достигнуто то, что реальный ход изменения давления в точках возврата, то есть при его минимальном и максимальном значениях давления, в течение одного цикла переключения максимально точно достигнет предварительно определенного давления адаптации и вычисленного или определенного преимущественно на основании критериев оптимизации расхода энергии давления отключения.
В ведущем еще дальше варианте осуществления способа согласно изобретению по управлению компрессорной установкой оценка и выбор альтернатив переключений для уменьшения выработки сжатой текучей среды осуществляются на основе критериев оптимизации, которые преимущественно или исключительно учитывают соответствующие затраты энергии в различных рассматриваемых альтернативах переключений.
В ведущем еще далее варианте осуществления при учете общего потребления энергии различных альтернатив переключений принимают во внимание, по крайней мере: потребление энергии работающими под нагрузкой компрессорами, и/или потери холостого хода переключаемых в режим холостого хода или отключаемых компрессоров, и/или потери энергии на переключение переключаемых в каждой альтернативе переключений компрессоров. Поскольку общее потребление энергии от случая к случаю вычисляется оптимально по всем периодам времени использования компрессорной установки и напрямую используется в выборе подходящей альтернативы переключений, то достигается особенно энергетически эффективное управления компрессорной установкой.
Согласно варианту осуществления оценка и выбор альтернативы переключений могут происходить в реальном времени. Под реальным временем здесь и в дальнейшем будет пониматься масштаб времени, который значительно короче, чем длительность двух выполняемых альтернатив переключений. Соответственно, оценка и выбор альтернативы переключений происходят с достаточной скоростью, чтобы иметь возможность учитывать также неожиданно сильные изменения сжатой текучей среды, подаваемой в систему сжатой текучей среды. Другими словами, задержка, обусловленная оценкой и выбором альтернативы переключений в способе управления, не должна учитываться в явном виде.
В еще одном варианте осуществления способа согласно изобретению определение давления отключения и/или давления подключения осуществляется в реальном времени. Соответственно, немедленное приспособление системы управления к изменяющемуся режиму работы системы сжатой текучей среды может происходить с достаточной скоростью для того, чтобы за время, необходимое для определения давления отключения и/или давления подключения, не возникли принципиально новые режимы работы, требующие выбора другой альтернативы переключений.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению управление системой происходит с учетом величин, полученных опытным путем из действий по переключению в прошлом (адаптивное управление). Прежде всего, система управления может определять давление отключения так, чтобы начало подачи от подключаемого к работе под нагрузкой компрессора произошло достаточно рано, чтобы реальный ход изменения давления изменился на противоположное значение как можно ближе к давлению адаптации. При этом способ управления может в режиме адаптивного обучения определить для каждого компрессора время реакции подключения, которое следует понимать как промежуток времени между передачей команды на подключение для выполнения альтернативы переключения и фактическим началом воздействия на реальный ход изменения давления. Давление подключения может быть выбрано так, чтобы время реакции подключения было равно интервалу времени, в течение которого реальный ход изменения давления предположительно снижается с давления отключения до давления адаптации. Этот интервал времени может быть оценен путем прогноза дальнейшего хода изменения давления на основе подходящих допущений, например на основе допущения о линейно падающем ходе изменения давления.
Определение в режиме адаптивного обучения времени реакции подключения для каждого компрессора может, в том числе, происходить путем оценки реального хода изменения давления в течение большого числа выбранных периодических интервалов времени реального хода изменения давления компрессора или группы компрессоров. Полученные в режиме адаптивного обучения значения времени реакции отключения могут в дальнейшем также непрерывно корректироваться посредством образования новых значений, например путем плавающего образования средних величин.
Адаптивный характер обучения системы управления поддерживает, тем самым, в решающей степени цель, заключающуюся в оптимизации потребления энергии компрессорной установкой. Адаптивное поведение при этом базируется обычно на лежащих в его основе алгоритмах обучения и адаптивных величинах, которые в ходе управления корректируются и предоставляются системе управления в обновленном виде для каждой последующей оценки и выбора. Следовательно, адаптивный характер обучения позволяет автоматическое приспособление системы управления ко всем свойства и условиям компрессорной установки во время работы, имеющим отношение к технике управления. Поскольку могут быть также получены и оценены величины, важные с точки зрения техники применения (степень потребности в энергии), система управления в смысле энергетической оптимизации гибко приспосабливается к поведению компрессорной установки в рабочем состоянии.
Основополагающие алгоритмы обучения могут определять указанные адаптивные величины или путем оценки наблюдаемых в течение длительного времени величин или путем оценки подходящего числа отдельных событий. Оба образа действий пригодны для того, чтобы обеспечивать адаптивными величинами при текущей работе компрессорной установки и при этом исключать кратковременные или отдельные влияния из расчетов адаптивных величин.
Адаптивное поведение системы управления позволяет обходиться в процессе управления относительно небольшим числом параметров, при этом регулировочные характеристики или управление не должны оптимизироваться вручную или подвергаться дополнительной оптимизации, и даже при расширении или реконструкции компрессорной установки не потребуются никакие дополнительные настройки. Существенным параметром регулирования при этом обычно является давление адаптации, в то время как давление отключения или разность давлений в цикле переключений из давления отключения и давления адаптации получаются из критериев применительно к минимизации потребления энергии. Соответственно, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание для ввода в эксплуатацию и обслуживание системы управления минимальны.
В ведущем еще дальше варианте осуществления способа согласно изобретению в число получаемых опытным путем величин входят степень потребности в энергии (потребность в энергии на единицу текучей среды) отдельных компрессоров или определенных комбинаций компрессоров, и/или время реакции при подключении компрессоров, и/или характер расходования пользователей сжатой текучей среды, и/или размер ресивера, и/или степень компенсации давления компрессоров или определенных комбинаций компрессоров.
Степень потребности в энергии описывает, как адаптивная величина, потребление энергии отдельных компрессоров или комбинация компрессоров при работе и представляет собой соотношение потребности в энергии к поставляемому количеству сжатой текучей среды участвующими в работе компрессорами. При этом потребность в энергии, а также поставляемое количество сжатой текучей среды вычисляются путем цифрового интегрирования ставших доступными расчетным путем или путем измерений потребляемой мощности или поставляемого количества на надлежащим образом выбранном отрезке времени. Поскольку вычисление степени потребности в энергии с достаточной степенью точности описывает всю фактически выполненную работу (работа под нагрузкой, работа холостого хода, работа потерь, работа потерь при переключении), а также фактически поставленное количество сжатой текучей среды, то степень потребности в энергии, в противоположность вычисленным чисто из теоретических характеристик компрессоров величинам, относительно точно воспроизводит фактическое использование энергии в эксплуатации.
При этом в системе управления также можно предусмотреть, чтобы для компрессоров или групп компрессоров, которые по причине энергетически неблагоприятных в прошлом циклов нагрузки показали соответственно низкую степень использования энергии и при выборе переключаемых в работу под нагрузкой агрегатов, возможно, необоснованно поздно были подключены (положительная обратная связь), степень потребности в энергии посредством механизма выравнивания будет последовательно приспосабливаться к текущим энергетическим характеристикам использования компрессорной установки.
При этом следует добавить, что при включении в работу под нагрузкой типично компрессорам, которые работают в режиме холостого хода и обнаруживают сравнительно большую остаточную работу холостого хода, отдается предпочтение перед компрессорами, которые обнаруживают сравнительно малую остаточную работу холостого хода или двигатели которых уже выключены, чтобы сэкономить энергию за счет исключения работы холостого хода и работы запуска. Далее, при выключении из режима работы под нагрузкой типично из одинаковых или близких по размеру компрессоров предпочтение отдается компрессорам с ожидаемо малой работой потерь холостого хода, чтобы, следовательно, сэкономить энергию исключением работы холостого хода.
Компрессорно-техническое воздействие отдельных компрессоров на систему управления описывается в виде степени компенсации давления компрессоров как адаптивной величины и может быть определено посредством компенсационного воздействия процессов переключений на давление за счет получения средних значений в течение приемлемого числа отдельных событий. При этом компенсационное воздействие процессов переключений на давление следует брать из хода изменения давления во времени.
Поскольку при выборе подлежащих включению компрессоров предпочтительно в расчет принимаются лишь компрессоры или группы компрессоров, компенсационное воздействие которых на давление (сумма степеней компенсации давления) согласовано с фактическим рабочим состоянием (фактический ход изменения давления) компрессорной установки, то посредством включения выбранных компрессоров типично своевременно создается желаемое давление, так что практически не требуются дополнительные энергетически невыгодные процессы переключений.
В рабочих режимах, которые характеризуются быстрым изменением отбора сжатой текучей среды, в определенных условиях могут быть выбраны компрессоры, компенсационное воздействие которых на давление не может выровнять реальный ход изменения давления в смысле изменения хода изменения давления на противоположное, что к моменту переключения представляет собой недокомпенсацию реального хода изменения давления. Поэтому при управлении в подобных случаях момент времени переключения может быть сдвинут на период времени, согласованный со степенью недокомпенсации. Согласно варианту осуществления создается буфер времени, чтобы при необходимости своевременно подключить дополнительные компрессоры, благодаря чему можно добиться, чтобы в лучшем случае не приходилось подключать дополнительные компрессоры или чтобы после процесса подключения по крайней мере можно было стабилизировать давления в течение относительного длительного времени на энергетически благоприятной уровне.
Далее, в очень редких случаях может случиться, что в условиях сильных колебаний в отборе сжатой текучей среды из компрессорной установки давление станет недопустимо ниже давления адаптации. В подобных ситуациях система управления при необходимости может незамедлительно и в соответствии с ситуацией противодействовать отклонению реального давления от давления адаптации, незамедлительно включая под нагрузку дополнительно один или несколько компрессоров. Еще во время процессов подключения, то есть прежде чем проявится компенсирующее действия на давление подключенных компрессоров, можно, исходя из реального хода изменения давления, проверить, будет ли будущее компенсирующее действие на давление достаточным, чтобы установить желаемый реальный ход изменения давления. Если будущее компенсирующее воздействие будет определено как достаточное, то не будет подключен под нагрузку ни один из компрессоров. В обратном случае немедленно будут подключены под нагрузку один или несколько компрессоров.
В альтернативном варианте осуществления способа согласно изобретению величины, полученные опытным путем, могут включать в себя: степень компенсации давления компрессора в зависимости от объема ресивера и схемы обвязки системы сжатой текучей среды и/или степень потребления энергии компрессором в зависимости от его предыдущего режима работы, температуру окружающей его среды, состояние его технического обслуживания, износа и загрязнений и/или время реакции подключения и степень компенсирующего действия на давление компрессора в зависимости от типичного характера изменения отбора сжатой текучей среды. Соответственно, система управления может также адаптивно изучить не только являющиеся чисто специфическими для компрессора свойства, но и частично свойства, которые получаются из совместной работы компрессоров и рабочего состояния или соответствующих условий применения.
Еще один предпочтительный вариант осуществления способа согласно изобретению отличается тем, что подключение компрессора или комбинации компрессоров предпринимается настолько своевременно, что с учетом поведения при начале работы компрессора или комбинации компрессоров, прежде всего с учетом предпочтительно адаптивно определенных времен реакции подключения, реальный ход изменения давления достигает давления адаптации максимально точно, предпочтительно с отклонением менее 5%, еще более предпочтительно с отклонением менее 2% и затем предпочтительно не становится ниже или становится ниже лишь незначительно и/или в течение короткого времени. Соответственно, реальный ход изменения давления при своем минимальном значении давления в относительно узких границах с максимально возможной точностью достигает виртуально определенного давления адаптации.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению может быть предусмотрено, что при определении альтернативы переключений в качестве подключаемых в работу под нагрузкой компрессоров предпочтительно выбираются такие компрессоры или комбинации компрессоров, для которых опытным путем были получены благоприятные величины степени потребности в энергии. Вследствие этого гарантируется энергосберегающая работа компрессорной установки.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления способа управления компрессорной установкой при определении альтернатив переключений в качестве переключаемых в работу под нагрузкой компрессоров предпочтительно выбирают такие компрессоры, которые находятся в режиме холостого хода и имеют большое остаточное время холостого хода или остаточную работу холостого хода, и/или в качестве подлежащих переключению в режим холостого хода предпочтительно выбирают такие компрессоры, которые имеют малые значения времени работы на холостом ходу или работы холостого хода. Соответственно, уменьшается также общая работа потерь как сумма всех работ потерь, поскольку предусматривается уменьшение работы холостого хода при определении подлежащей выбору альтернативы переключений в смысле энергетической оптимизации.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению предусмотрено, что определение альтернатив переключений, и/или определение давления отключения, и/или определение давления подключения происходит исходя из предположения о постоянном отборе сжатой текучей среды. При этом предположение о постоянном отборе сжатой текучей среды делается, естественно, лишь для определения каждый раз следующего давления подключения или давления отключения. Для последующего определения будущего и следующего за ним давления подключения или давления отключения исходят при необходимости из новой, снова постоянной величины отбора сжатой текучей среды. Предположение о постоянном отборе сжатой следы позволяет вычислять реальный ход изменения давления во время цикла переключения, включая следующий процесс подключения, с использованием математически легко обрабатываемых с энергетической точки зрения выражений. Следовательно, может быть вычислен также и энергетический оптимум в отношении работы компрессорной установки или максимальный коэффициент полезного действия для периода времени цикла переключения.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению определение текущих величин отбора сжатой текучей среды осуществляют с помощью измерительного инструмента и/или из реального хода изменения давления в прошлом, рабочего состояния компрессоров и/или адаптивно найденных размеров ресивера компрессорной установки.
Еще один предпочтительный вариант осуществления способа согласно изобретению отличается тем, что при определенных условиях подаваемые при достижении давления подключения или давления отключения команды на подключение или отключение могут подавляться и/или независимо от достижения давления подключения или давления отключения могут подаваться дополнительные команды на подключение или отключение. Так, например, дополнительные команды на отключение могут подаваться при приближении к верхней границе давления, чтобы предотвратить превышение верхней границы давления при реальном ходе изменения давления. Далее, при заметном или длительном положительном изгибе снижающейся кривой хода изменения давления по причине уменьшившегося отбора сжатой текучей среды из системы сжатой текучей среды может быть аннулирована непосредственно в данный момент подаваемая команда на подключение, чтобы иметь возможность лучше оценить дальнейший реальный ход изменения давления. Следовательно, могут также аннулироваться команды на отключение при заметном или длительном отрицательном изгибе возрастающей кривой хода изменения давления, причиной которого является возрастающий отбор сжатой текучей среды. И здесь для проведения улучшенных энергетических расчетов выбранная системой управления альтернатива переключения сначала аннулируется для того, чтобы иметь возможность лучше оценить дальнейший ход изменения давления и, следовательно, чтобы в будущем иметь возможность выполнить лучшие с точки зрения потребления энергии действия по переключению.
В еще одном также предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению в случае определения нескольких альтернатив переключения как энергетически равнозначных при выборе учитываются дополнительные критерии, такие как количество часов работы рассматриваемого компрессора. Вследствие этого может быть гарантировано, что число часов работы разных входящих в состав компрессорной установки компрессоров будет в значительной степени одинаково, благодаря чему простои в работе отдельных компрессоров по причине технического обслуживания или использования могут быть снижены в предварительно заданной степени.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления способа согласно изобретению определенная необходимость отключения будет выдана системой управления, когда будет гарантировано, что соответствующий необходимый процесс подключения может быть предпринят своевременно с учетом характера запуска возможной комбинации переключений. За счет такого учета характера запуска компрессора или комбинации компрессоров компрессорной установки может постоянно поддерживаться в состоянии готовности предварительно определенное избыточное давление в системе сжатой текучей среды. Тем самым, можно избежать непредусмотренного и в нормальном случае энергетически невыгодного подключения дополнительных компрессоров или групп компрессоров в результате подачи установленного действия на переключение, которое не может быть выполнено своевременно.
Другие варианты осуществления изобретения определяются посредством признаков в зависимых пунктах формулы изобретения.
Далее изобретение будет более подробно описано на примерах осуществления с использованием рисунков.
При этом показано на:
Фиг.1 схематическое изображение компрессорной установки, включающей в себя несколько компрессоров;
Фиг.2 схематическое изображение варианта осуществления устройства управления согласно изобретению для управления показанной на фиг.1 компрессорной установкой;
Фиг.3 схематическое изображение варианта осуществления устройства управления в виде структурной схемы.
Фиг.4 изображение реального хода изменения давления в компрессорной установке при задании особых управляющих величин в соответствии со способом управления согласно изобретению.
На фиг.1 схематически показана компрессорная установка 1, в которой имеются в совокупности шесть компрессоров 2, соединенных с шиной 5 связи. Каждый из компрессоров 2 через подходящие трубопроводы высокого давления связан с узлом 21 подготовки, который может быть, например, выполнен в виде осушителя или фильтра. Шесть компрессоров 2 обеспечивают сжатой текучей средой центральный ресивер сжатой текучей среды 3, имеющий измерительное устройство 20, которое также соединено с шиной 5 связи. Измерительное устройство 20 при этом делает возможным непрерывное измерение состояния давления в ресивере 3 сжатой текучей среды и может через шину 5 связи направлять измеренные параметры системе управления компрессорной установкой 1, которая имеется в распоряжении с точки зрения техники регулирования в составе способа управления 41 (в данном случае не показан).
Поступающая в ресивер 3 сжатой текучей среды от компрессоров 2 сжатая текучая среда через подходящий трубопровод высокого давления, который может быть оснащен дополнительными функциональными элементами 22 (в данном случае, например, регулирующий вентиль), поступает к пользователю для отбора сжатой текучей среды. Управление или регулирование поддерживаемого в ресивере 3 сжатой текучей среды избыточного давления происходит с помощью центрального устройства 4 управления, которое в данном случае не показано, однако коммуникационно соединено с шиной 5 связи. При этом связь между компрессором 2 и шиной 5 связи может осуществляться через обычные проводные линии связи или беспроводные средства связи.
Согласно варианту осуществления изобретения выбранный протокол передачи данных может гарантировать описанный ниже подробнее способ управления в реальном времени. Преобладающее в ресивере 3 сжатой текучей среды давление также регистрируется, предпочтительно, в реальном времени. В практическом смысле для этого пригодна выборка данных в интервале времени менее одной секунды, предпочтительно менее одной десятой секунды. При типичных применениях сжатой текучей среды измерительное устройство 20 измеряет избыточное давление в ресивере 3. В случае возможных вакуумных применений, как описано выше, измерительное устройство 20 измеряет соответствующий вакуум, который также может создаваться в ресивере 3. Как понятно специалисту, в этом случае компрессоры 2 заменяют на вакуумные насосы. Измеренное измерительным устройством 20 значение давления в зависимости от цели применения может оцениваться в более или менее сильно сглаженном виде, в абсолютной или дифференцированной по времени форме или в их сочетании, чтобы в таком виде быть введенными в способ управления или способ регулирования. Доведенное таким образом до нужного состояния значение давления может, среди прочего, быть использовано для вычисления энергетически оптимального давления отключения 103 (в данном случае не показано), для вычисления степени компенсации давления компрессоров и для вычисления времени реакции подключения компрессоров в состоянии простоя или в состоянии холостого хода.
Для поддержки может быть предусмотрено еще одно измерительное устройство, которое также связано с центральным устройством управления и определяет измеренный расход сжатой текучей среды или отбор сжатой текучей среды для того, чтобы с более высокой точностью определять время реакции подключения.
Рабочие параметры компрессоров, обмен которыми с центральным управляющим устройством осуществляется через шину 5 связи, относятся, в частности, к фактическому рабочему состоянию каждого компрессора. Эта информация необходима способу управления или способу регулирования, в частности, для выбора подлежащих включению в работу под нагрузкой компрессоров. Далее, эта информация включает в себя скорость вращения двигателей, на основании которой способ управления может определить потребление энергии компрессором или группой компрессоров. Далее эта информация могут содержать данные от датчиков давления в компрессорах для определения времени, когда компрессор работает в режиме холостого хода, или предполагаемого времени работы, когда компрессор работает под нагрузкой, а также информацию о том, находится ли вообще компрессор в режиме работы под нагрузкой или нет. Как альтернатива, некоторые или все названные рабочие параметры компрессоров могут быть смоделированы или аппроксимированы средствами вычислительной техники, так что ими не обязательно нужно будет обмениваться по шине 5 связи и, тем не менее, центральное устройство управления будет иметь их с достаточной степенью приближения.
Кроме того, с учетом технических условий применения компрессорная установка 1 может включать в себя узлы 21 подготовки, которые могут стать причиной характерных изменений давления текучей среды в установке. Однако влияние узлов 21 подготовки в компрессорной установке 1 может быть компенсировано подходящим поведением систем управления или регулирования при адаптивном обучении. Например, увеличивающееся время задержки в транспортировке сжатой текучей среды между компрессором и центральным ресивером сжатой текучей среды по причине все более сильно загрязняющегося фильтра в форме более длительного времени реакции подключения компрессора из режима остановки, а также из режима холостого хода, может быть адаптивно компенсировано. Подобное увеличенное время реакции подключения может быть легко компенсировано системой управления, так что увеличивающееся загрязнение фильтра не окажет отрицательного влияния на поддержание предварительно определенного избыточного давления в ресивере 3 сжатой текучей среды.
Далее, данная компрессорная установка 1 с учетом технических условий применения может иметь один или несколько регулирующих вентилей для стабилизации давления.
На фиг.2 схематически показан способ управления управляющего устройства 4. Управляющее устройство 4 при этом находится в коммуникационном контакте с шиной 5 связи и может загружать и считывать информацию. Прежде всего, управляющее устройство 4 может передавать команды на переключение через шину 5 связи отдельным компрессорам 2. Для подвода параметров регулирования или же для ввода данных для описания компрессоров 2 в состав управляющего устройства 4 входит загрузочный интерфейс 40. Эти данные передаются способу 41 управления, который, например, может быть реализован в виде компьютерной программы как адаптивного способа регулирования. Способ 41 управления вырабатывает подходящие для управления компрессорами 2 управляющие команды или команды на переключение, которые передаются компрессорам через шину 5 связи. Кроме того, в состав способа 41 управления входит алгоритм 42 управления, который оптимизирует потребление энергии компрессорной установкой в пределах диапазона давления между давлением 101 адаптации и верхней границей 104 давления. При этом следует указать на то, что алгоритм 42 управления можно понимать как алгоритм регулирования. Далее, в состав управляющего устройства 4 входят не показанные системные часы с соответствующим тактовым генератором, которые предоставляют способу 41 управления возможность задания по времени выполняемых действий.
Согласно варианту осуществления изобретения алгоритм 42 управления делает возможным адаптивное регулирования по энергии и энергетически целенаправленно определяет давления 103 отключения подлежащих отключению компрессоров в пределах имеющегося диапазона давления. Для этого алгоритм 42 управления вычисляет в математически аналитической форме энергетически оптимальное давление 103 отключения. Это оптимальное давление 103 отключения согласно варианту осуществления изобретения определяется минимальной величиной функции, которая описывает общие потери энергии всех компрессоров 2 компрессорной установки 1, обусловленные циклом переключений, в зависимости от давления 103 отключения. При этом согласно варианту осуществления изобретения в расчет принимается предположение, что отбор сжатой текучей среды в среднем остается постоянным, и что поэтому цикл переключений в отношении средних изменений давления между двумя следующими друг за другом минимальными или максимальными значениями давления повторяется аналогично. Благодаря принятию в среднем постоянного отбора сжатой текучей среды в реальном ходе изменения давления могут также быть учтены колебания хода изменения давления.
Направленный на экономию энергии алгоритм 42 управления использует при этом имеющиеся в наличии относящиеся к технике регулирования степени свободы, при этом эти степени свободы не ограничены твердо заданными параметрами регулирования или слишком узким или установленным диапазоном регулирования давления, а оптимизируют их в энергетическом отношении. Как выбор переключаемых компрессоров 2, так и момент времени или давление для подлежащих выполнению действий по переключению не заданы в виде параметров, а вычисляются от случая к случаю энергетически оптимизировано способом 41 управления.
Наряду с управлением энергией способом 41 управления, он отличается также адаптивным поведением в отношении приспособления адаптивных величин во время работы. При этом адаптивное поведение поддерживает в решающей степени оптимизацию потребления энергии компрессорной установкой 1. Адаптивное поведение основывается на входящем в состав способа 41 управления алгоритме 43 адаптации, который отслеживает все адаптивные величины во время работы компрессорной установки и предоставляет их в распоряжение алгоритма 42 управления. Адаптивное поведение позволяет также автоматическое приспособление выбора подлежащих подключению компрессоров ко всем имеющим отношение к технике регулирования постоянным и переменным свойствам или условиям компрессорной установки, а также к их применению в работе. Примерами подобных адаптивных величин могут быть потребление энергии на единицу поставляемого количества текучей среды одним компрессором 2 или комбинацией компрессоров 2 при их работе, а также эффективные с точки зрения техники высоких давлений объемы ресиверов системы сжатой текучей среды и поведение во времени компрессоров 2 при переключениях.
На фиг.3 показана схематически последовательность отдельных шагов в соответствии с вариантом осуществления способа согласно изобретению для управления компрессорной установкой 1 в виде блок-схемы. При этом на шаге 10 предварительного отбора в устройстве 6 исключения не показанного устройства 4 управления, предпочтительно с учетом фактических условий, исключаются определенные альтернативы 13 переключений из большого числа имеющихся альтернатив 13 переключений. Предварительный отбор может происходить, например, на основе критериев отбора, которые учитывают техническую реализуемость предварительно определенных альтернатив 13 переключений. В данном случае в распоряжении имеются всего восемь возможных в разных комбинациях альтернатив 13 переключений, из которых четыре альтернативы 13 переключений (исключены из выбора перечеркиванием) оказались непригодными для текущих условий эксплуатации и поэтому были отклонены. Из оставшихся четырех альтернатив 13 переключений на шаге 11 главного отбора в устройстве 7 выбора не показанного управляющего устройства 4 выбирается одна альтернатива 13 переключений с привлечением одного или нескольких критериев оптимизации, при этом между собой сравнивались не отклоненные на шаге 10 предварительного отбора альтернативы 13 переключений. Выбранная на шаге 11 главного отбора альтернатива 13 переключений на шаге управления выдается в устройство 8 вывода не показанного устройства 4 управления для выполнения в компрессорной установке 1. Символически выдача имеющегося представлена как дальнейшая передача информации из устройства 8 вывода в шину 5 связи, что, однако, не следует понимать ограничивающе.
Schalt
Schalt
На фиг.4 показан ход 105 реального изменения давления в системе сжатой текучей среды во время периодического интервала времени T. Длительность периодического интервала времени T относится в данном случае к длительности цикла переключения. В соответствии с вариантом осуществления согласно изобретению способа управления система управления определяет индивидуальное давление 103 отключения для переключаемого из режима работы под нагрузкой компрессора 2 внутри имеющегося диапазона давления по принципу энергетической оптимизации. Диапазоном давления при этом является область давления между давлением 103 адаптации, которое нельзя переходить в нижнем направлении, и верхней границей 104 давления, которую нельзя превышать. Согласно варианту осуществления изобретения энергетически оптимальная разность давлений и энергетически оптимальное давление 103 отключения для переключаемого из режима работы под нагрузкой компрессора 2 вычисляются математико-аналитически как энергетический оптимум. Для этого вычисления полагают, что отбор сжатой текучей среды в среднем является постоянным. Следовательно, снижение давления может отображаться как крутизна линейно снижающейся прямой, которая приблизительно описывает реальный ход изменения давления. Аналогично увеличение количества сжатой текучей среды в системе сжатой текучей среды может описываться посредством аналогичного математического усреднения хода изменения реально возрастающего давления как монотонно возрастающая прямая.
Schalt
При этих условиях в среднем постоянного отбора сжатой текучей среды цикл переключения, включая следующий процесс подключения, может быть энергетически описан с помощью простого математического представления. На основании этого простого математического представления можно вычислить энергетический оптимум или максимальный коэффициент полезного действия компрессорной установки во время такого цикла переключения. С этой целью способ 41 управления регулирует давление 103 отключения подлежащих переключения компрессоров 2 таким образом, что вся зависящая от цикла переключения мощность суммарных потерь (суммарная мощность потерь на периодический интервал времени T) минимизируется.
В эту зависящую от цикла переключений мощность потерь вносят вклад как работающие под нагрузкой, так и переключаемые и работающие вхолостую компрессоры 2. Потребление энергии работающими под нагрузкой компрессорами (работа под нагрузкой) увеличивается с увеличением разности давлений цикла переключений, так как в среднем увеличивается их внутренняя разность рабочих давлений. В противоположность этому, однако, работа потерь переключений, а также работа потерь холостого хода включаемых компрессоров с увеличением разности давлений цикла переключений уменьшается, так как число (частота) циклов переключения уменьшается. При рассчитанной разности давлений цикла переключений сумма компонентов потерь при оптимизации по энергии достигает минимума. Подлежащее минимизации выражение получается согласно следующему уравнению (I):
Last
Leer
Schalt
Schalt
Здесь ΔW - работа потерь работающих под нагрузкой компрессоров на цикл переключения за счет превышения давления над давлением подключения, ΔW - работа потерь холостого хода подлежащих переключению компрессоров на цикл переключения за счет мощности холостого хода и их времени работы, ΔW - работа потерь переключения подлежащих переключению компрессоров за счет медленного разгона двигателя и выравнивания внутреннего давления при включению в работу под нагрузкой, T - продолжительность цикла переключений, распространяющегося на периодическое возрастание давления и последующее снижение давления.
Отдельные компоненты общей работы потерь вычисляются при этом согласно уравнению (2):
Last
Schalt
Last1
mittel1
Last2
mittel2
mittel1
Здесь r - относительное повышение рабочей мощности работающих под нагрузкой компрессоров 2 на единицу давления, Δp - разность давлений цикла переключений, P - рабочая мощность работающих под нагрузкой компрессоров во время хода изменения давления в направлении давления 103 отключения, включая подлежащие переключению компрессоры 2, при давлении 102 подключения, ldp/dtI - вклад ожидаемого среднего повышения давления во время реального хода изменения давления в направлении давления 103 отключения, рассчитанный на основе соответствующего интервала времени, P - рабочая мощность работающих под нагрузкой компрессоров во время хода изменения давления в направлении давления 102 подключения, исключая подлежащие переключению компрессоры 2, при давлении 102 подключения, ldp/dtI - вклад ожидаемого среднего повышения давления во время реального хода изменения давления в направлении давления 102 из ldp/dtI и компенсирующего влияния подлежащих переключению компрессоров 2.
Leer
Работа потерь холостого хода ΔWвычисляется согласно следующему уравнению (3):
Leer
Leer
Здесь P - мощность холостого хода отдельных подлежащих переключению компрессоров, a T - время работы в режиме холостого хода отдельных подлежащих переключению компрессоров, ограниченное временем между отключением и подключением.
Schalt
Работа потерь при переключении ΔW вычисляется как сумма работ потерь при переключении подлежащих переключению компрессоров согласно следующему уравнению (4):
Schalt
Далее, периодический интервал времени T цикла переключения может быть легко вычислен на основании взаимозависимостей согласно уравнению (5), которое получается из простого геометрического рассмотрения согласно фигуре 4:
Schalt.opt
Last
Leer
Schalt
Schalt
v
Schalt
Schalt.opt
Вычисление энергетически оптимальной разности давлений при переключении Δp может быть выполнено с помощь уравнения (1) простой подстановкой членов для отдельных работ потерь ΔW, ΔW, ΔW, а также длительности периодического периода времени (длительность цикла переключений) T в формулу согласно уравнению (1) для зависимой от цикла переключений мощности потерь P с последующим дифференцированием по разности давлений цикла переключений Δp и соответствующего приравнивания к нулю производной. Следовательно, энергетически оптимальная разность давлений цикла переключений Δp может быть представлена как математически легко обрабатываемое выражение согласно уравнению (6):
Schalt,opt
Энергетически оптимальное давление отключения получается в случае программного обеспечения для сжатой текучей среды как сумма давления 101 адаптации и вычисленной энергетически оптимальной разности давлений цикла переключений Δp. В случае соответствующего программного обеспечения для вакуума, как понятно специалисту, энергетически оптимальное давление 103 отключения получается как разность двух названных выше значений.
zu
ab
Далее следует указать на то, что способ управления согласно варианту осуществления изобретения учитывает времена задержки отдельных компрессоров 2 или комбинаций компрессоров 2, которые определяются из времени между подключением или отключением компрессора 2 и моментом времени фактического начала изменения состояния. Соответственно, моменты времени подключения T и моменты времени T отключения относительно минимальных значений реального хода 105 давления или относительно максимальных значений давления сдвинуты по времени вперед.
min
max
ab
max
min
Далее, на фиг.4 для наглядности представлен частично идеализированный цикл переключений. Верхняя граница 104 давления установлена с учетом особенностей системы, например пределом прочности деталей. Самая нижняя линия на диаграмме изображает уже много раз обсуждавшееся давление 101 адаптации. Изменение давления в представленном здесь цикле переключений происходит между (локальным) минимальным значением P и (локальным) максимальным значением P. К моменту времени T, а именно при достижении давления 103 отключения при увеличивающемся давлении, принимаются меры к снижению выработки сжатой текучей среды, которые действуют так, что давление кратковременно поднимается выше давления 103 отключения до (локального) максимального значения P, однако затем повышение давления изменяется на снижение давления. Как только при падающем давлении будет достигнуто давление 102 подключения, будут приняты меры к повышению выработки сжатой текучей среды, так что давление хотя и снизится до (локального) минимального значения P, однако затем снижение давления снова изменится на повышение давления.
В этом месте следует указать на то, что все вышеописанные детали по отдельности или в любой комбинации, прежде всего показанные на фигурах детали, заявляются как существенные признаки изобретения. Возможные модификации специалисту являются общеизвестными.
ССЫЛОЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:
1 Компрессорная установка
2 Компрессор
3 Ресивер
4 Управляющее устройство
5 Шина связи
6 Устройство исключения
7 Устройство выбора
8 Устройство вывода
9 Устройство определения давления отключения
10 Шаг предварительного отбора
11 Шаг главного отбора
12 Шаг управления
13 Альтернатива переключений
20 Измерительное устройство
21 Узел подготовки
22 Функциональный элемент
30 Набор данных
40 Загрузочный интерфейс
41 Способ управления
42 Алгоритм управления
43 Алгоритм адаптации
101 Давление адаптации
102 Давление подключения
103 Давление отключения
104 Верхняя граница давления
105 Реальный ход изменения давления
zu
TМомент времени подключения
ab
TМомент времени отключения