压缩空气使用补偿装置、烟草生产系统及其控制方法

技术领域

本公开涉及工业生产领域，尤其涉及一种压缩空气使用补偿装置、烟草生产系统及其控制方法。

背景技术

在烟草生产系统中，生产的不同工序需要使用压缩空气。相应地，在动力车间的空压站内有多台空压机，空压机产生压缩空气并供应到多个生产车间，例如卷包区、制丝区、制丝区、制丝线、物流区等。不同的生产车间所需的用气压力有所不同。为了满足全部生产要求，相关技术通常只匹配要求最高的用气压力，这导致空压站的用电能耗偏高，并导致其他车间的大量用气浪费。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种压缩空气使用补偿装置、烟草生产系统及其控制方法，能够满足用气区域的用气压力要求，提高用气利用率。

在本公开的一个方面，提供一种压缩空气使用补偿装置，包括：

电动调节阀，用于布置在用气区域的进气管路上，且阀门开度可调；

流量计，布置在所述进气管路上，并沿所述进气管路的输气方向位于所述电动调节阀的上游，被配置为检测所述电动调节阀的阀前流量；

压力传感器，布置在所述进气管路上，并沿所述进气管路的输气方向位于所述电动调节阀的下游，被配置为检测所述电动调节阀的阀后压力；

智能压力控制器，与所述电动调节阀和所述压力传感器分别信号连接，被配置为接收所述压力传感器传输的压力数据和所述电动调节阀的阀门开度数据，并向所述电动调节阀发送控制指令；和

边缘数据采集器，与所述流量计和所述智能压力控制器分别信号连接，并用于与网络侧服务平台通讯连接，被配置为接收所述流量计传输的流量数据、所述智能压力控制器中转传输的压力数据和所述电动调节阀的阀门开度数据，并将接收的数据向所述网络侧服务平台传输，以及将所述网络侧服务平台下发的控制指令传输给所述智能压力控制器。

在一些实施例中，所述电动调节阀具有定位器。

在一些实施例中，所述流量计包括流量变送器，所述压力传感器包括二线值压力变送器，所述智能压力控制器包括PID控制器。

在本公开的一个方面，提供一种烟草生产系统，包括：

多个进气管路，分别接入到多个用气区域；

多个前述的压缩空气使用补偿装置，分别设置在所述多个进气管路上；和

网络侧服务平台，与多个所述压缩空气使用补偿装置通讯连接，被配置为根据从多个所述压缩空气使用补偿装置接收的压力数据、流量数据和阀门开度数据，计算出所述电动调节阀的阀门开度值，并经由所述边缘数据采集器下发给所述智能压力控制器。

在一些实施例中，所述烟草生产系统还包括：

储气罐，与所述多个进气管路连通，被配置为向所述多个进气管路提供压缩空气；和

空压机组，与所述储气罐连通，被配置为向所述储气罐提供压缩空气，并控制压缩空气的压力和流量。

在一些实施例中，所述烟草生产系统还包括：

多个分气缸，所述多个分气缸相互串联，且各自连接所述多个进气管路的一部分。

在一些实施例中，所述空压机组包括：

多个空气压缩机，所述多个空气压缩机的出口分别通过多个充气管路连接到所述储气罐，每个充气管路均设有流量检测元件和压力检测元件。

在本公开的一个方面，提供一种前述烟草生产系统的控制方法，包括：

接收多个所述压缩空气使用补偿装置上传的压力数据、流量数据和阀门开度数据；

根据所述压力数据确定当前的压力变化趋势；

根据所述当前的压力变化趋势确定对应的目标流量调整值；

根据所述流量数据、所述阀门开度数据和所述目标流量调整值确定阀门开度调整量；

将所述阀门开度调整量经由边缘数据采集器下发给对应的智能压力控制器。

在一些实施例中，确定目标流量调整值的步骤包括：

判断预设的用气习惯数据中是否包括所述当前的压力变化趋势，是则从所述用气习惯数据查询获得所述当前的压力变化趋势对应的目标流量调整值，否则根据所述当前的压力变化趋势计算对应的目标流量调整值。

在一些实施例中，所述控制方法还包括：

如果预设的用气习惯数据未包括所述当前的压力变化趋势，则在确定所述阀门开度调整量时，将所述当前的压力变化趋势和对应的阀门开度调整量添加到所述用气习惯数据中。

在一些实施例中，所述控制方法还包括：

根据多组历史数据的每组历史数据中的用气压力的最大值、最小值和计算出的用气波动幅度，形成所述预设的用气习惯数据。

因此，根据本公开实施例，在用气区域的进气管路上布置电动调节阀、流量计、压力传感器，通过智能压力控制器接收压力传感器传输的压力数据和电动调节阀的阀门开度数据，以及向电动调节阀发送控制指令，并通过边缘数据采集器将接收到的流量数据、压力数据和阀门开度数据传输给网络侧服务平台，以及根据网络侧服务平台下发的控制指令传输给智能压力控制器，这样压缩空气使用补偿装置能够与网络侧服务平台进行交互，将实时的用气数据提供给网络侧服务平台，这样可由网络侧服务平台根据其所服务的更多的用气区域的用气情况和实际需求，向压力空气使用补偿装置发送对应的控制指令，实现各个用气区域对应的电动调节阀的阀门开度的控制，从而实现各个用气区域的稳定的压力控制，避免压力大幅波动，减少压力损失，进而提高压缩空气的利用率。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开压缩空气使用补偿装置一些实施例的安装结构示意图；

图2是根据本公开压缩空气使用补偿装置的一些实施例的结构示意图；

图3是根据本公开烟草生产系统的一些实施例的结构示意图；

图4是根据本公开烟草生产系统的控制方法的一些实施例的流程示意图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

图1是根据本公开压缩空气使用补偿装置一些实施例的安装结构示意图。图2是根据本公开压缩空气使用补偿装置的一些实施例的结构示意图。参考图1和图2，在一些实施例中，压缩空气使用补偿装置10包括：电动调节阀11、流量计12、压力传感器13、智能压力控制器14和边缘数据采集器15。电动调节阀11用于布置在用气区域的进气管路20上，且阀门开度可调。在一些实施例中，电动调节阀11具有定位器。通过定位器可实现电动调节阀11的位置信息上传，以使网络侧服务平台能够获取压力阀门的实际位置，确定对应的用气区域。

流量计12布置在所述进气管路20上，并沿所述进气管路20的输气方向位于所述电动调节阀11的上游，被配置为检测所述电动调节阀11的阀前流量。压力传感器13布置在所述进气管路20上，并沿所述进气管路20的输气方向位于所述电动调节阀11的下游，被配置为检测所述电动调节阀11的阀后压力。通过将压力传感器13设置在电动调节阀11的下游，可采集电动调节阀11的阀后压力，换句话说，将该阀后压力作为被控目标进行控制，从而实现压力的精准控制。

智能压力控制器14与所述电动调节阀11和所述压力传感器13分别信号连接，被配置为接收所述压力传感器13传输的压力数据和所述电动调节阀11的阀门开度数据，并向所述电动调节阀11发送控制指令。

边缘数据采集器15与所述流量计12和所述智能压力控制器14分别信号连接，并用于与网络侧服务平台30通讯连接，被配置为接收所述流量计12传输的流量数据、所述智能压力控制器14中转传输的压力数据和所述电动调节阀11的阀门开度数据，并将接收的数据向所述网络侧服务平台30传输，以及将所述网络侧服务平台30下发的控制指令传输给所述智能压力控制器14。边缘数据采集器可支持主流的接口及通信协议，例如PLC、OPC SERVER、I/O等，支持物联网技术，便于各类设备的互联通讯，配合传感器技术的运用，执行层、设备层，以及云端都可以实现数据链路的贯穿。

本实施例中的压缩空气使用补偿装置能够与网络侧服务平台进行交互，将实时的用气数据提供给网络侧服务平台，这样可由网络侧服务平台根据其所服务的更多的用气区域的用气情况和实际需求，向压力空气使用补偿装置发送对应的控制指令，实现各个用气区域对应的电动调节阀的阀门开度的控制，从而实现各个用气区域的稳定的压力控制，避免压力大幅波动，减少压力损失，进而提高压缩空气的利用率。

在本实施例中，压力数据在整个控制中非常关键，因此如果使边缘数据采集器直接从压力传感器获取压力数据，则一旦因网线、采集器、交换机、服务器或软件等方面的故障造成压力数据传输失败，则会导致电动调节阀无法正常工作，从而影响正常生产工作，或者导致生产事故。为了消除这种风险，本实施例使压力传感器连接智能压力控制器，由智能压力控制器向边缘数据采集器中转传输压力数据，而不直接与边缘数据采集器连接，这样即便智能压力控制器的上一层(即边缘数据采集器、网络侧服务平台等)发生软件、硬件或通讯上的故障时，智能压力控制器也能够根据预设的控制逻辑保持对电动调节阀的压力调整控制，使生产能够正常运行，避免发生生产事故。

参考图2，在一些实施例中，流量计12包括流量变送器。该流量变送器可通过RS485通信协议与边缘数据采集器的RS485通信口进行通讯。压力传感器13包括二线值压力变送器。流量计和压力传感器均采用变送器来提供标准信号。智能压力控制器14包括PID控制器。该二线值压力变送器与PID控制器通过线路进行连接。PID控制器分别通过线路与边缘数据采集器和电动调节阀进行通讯连接。

上述压缩空气使用补偿装置10可用于各类使用压缩空气的业务场景，对于烟草生产系统来说，其具备多个用气压力存在差异的用气区域，对用气控制要求较高，按照相关技术方式进行供气，存在能耗偏高，用气浪费的问题。因此上述压缩空气使用补偿装置10尤其适用于烟草生产系统中。在烟草生产系统中，各个用气区域可以包括烟草生产的各个车间，例如卷包区、制丝区、制丝线、物流区等，各个区可以不止一个。

图3是根据本公开烟草生产系统的一些实施例的结构示意图。参考图1-图3，在一些实施例中，烟草生产系统包括：多个进气管路20、多个前述压缩空气使用补偿装置10实施例和网络侧服务平台30。多个进气管路20分别接入到多个用气区域。多个压缩空气使用补偿装置10分别设置在所述多个进气管路20上。网络侧服务平台30与多个所述压缩空气使用补偿装置10通讯连接，被配置为根据从多个所述压缩空气使用补偿装置10接收的压力数据、流量数据和阀门开度数据，计算出所述电动调节阀11的阀门开度值，并经由所述边缘数据采集器15下发给所述智能压力控制器14。

在图1中，网络侧服务平台30可包括运行上位机软件的服务器31，在上位机软件中可预设各个电动调节阀的相关参数(例如口径参数等)和目标压力值(例如根据用气区域的压力指标确定的目标值)。网络侧服务平台30还可以包括与服务器31通讯连接的至少一个终端设备32。通过终端设备32可对服务器31中的上位机软件进行设置，以及读取或呈现相关用气状况。

参考图3，在一些实施例中，烟草生产系统还包括：储气罐51和空压机组40。储气罐51与所述多个进气管路20连通，被配置为向所述多个进气管路20提供压缩空气。空压机组40与所述储气罐51连通，被配置为向所述储气罐51提供压缩空气，并控制压缩空气的压力和流量。在一些实施例中，空压机组40包括多个空气压缩机41。多个空气压缩机41的出口分别通过多个充气管路连接到所述储气罐51，每个充气管路均设有流量检测元件42和压力检测元件43。多个空气压缩机41可采用并联方式接入储气罐51，通过各个充气管路的流量检测元件42和压力检测元件43可进一步控制该充气管路对应的空气压缩机41排出压缩空气的流量和压力，使储气罐51的充气和储气过程实现精准控制。

在图3中，烟草生产系统还包括多个分气缸52。所述多个分气缸52相互串联，且各自连接所述多个进气管路20的一部分。多个分气缸分别对几个用气区域进行供气，可消除单用储气罐进行连接可能引起的供气不稳定和供气波动较大的问题，而且可与储气罐共同提高储气量，以满足用气需求。多个分气缸进行串联可以有效地平衡各个分气缸的气压，确保多个分气缸气压的一致性。

基于前述的烟草生产系统，本公开还提供了对应的控制方法。如图4所示，为根据本公开烟草生产系统的控制方法的一些实施例的流程示意图。参考图4，在一些实施例中，前述烟草生产系统的控制方法包括步骤100到步骤500。

在步骤100中，接收多个所述压缩空气使用补偿装置10上传的压力数据、流量数据和阀门开度数据。步骤100中的上传过程可以是周期进行，也可以是实时进行的。上传的压力数据、流量数据和阀门开度数据可以是同时上传，也可以是分时上传的。

在步骤200中，根据所述压力数据确定当前的压力变化趋势。例如根据多个时刻的压力数据来确定压力变化的方向(例如压力上升或下降)和变化的速度，从而确定当前的压力变化趋势。

在步骤300中，根据所述当前的压力变化趋势确定对应的目标流量调整值。对于目标流量调整值，可以根据预设的用气习惯数据进行确定，也可按照预设规则进行计算确定。在一些实施例中，确定目标流量调整值的步骤包括：判断预设的用气习惯数据中是否包括所述当前的压力变化趋势，是则从所述用气习惯数据查询获得所述当前的压力变化趋势对应的目标流量调整值，否则根据所述当前的压力变化趋势计算对应的目标流量调整值。这里预设的用气习惯数据可存储在网络侧服务平台的数据库中，根据需要也可部分地设置在智能压力控制器中。一旦智能压力控制器无法正常连接网络侧服务平台，则可根据本地的逻辑和数据执行控制操作。

如果预设的用气习惯数据未包括所述当前的压力变化趋势，则在确定所述阀门开度调整量时，将所述当前的压力变化趋势和对应的阀门开度调整量添加到所述用气习惯数据中。这样可以在实际控制过程中不断地将以前未出现过的压力变化趋势定义成新的用气习惯数据，从而提高控制效率，提高控制效果。

在步骤400中，根据所述流量数据、所述阀门开度数据和所述目标流量调整值确定阀门开度调整量。由于之前已通过历史数据确定了阀门开度的调整所对应的流量值的增加或减少，例如每增加(或减少)1％的开度对应压缩气体立方数的增加(或减少)，根据当前的流量数据、阀门开度数据和前面确定的目标流量调整值可具体地确定出阀门实际上需要改变的开度。这里既可以直接使用开度变化值(例如所需增加开度5％，也可以使用开度变化值与当前开度相加后的实际开度值(例如当前阀门开度为36％，所需增加开度5％，则阀门实际开度值为41％)。

在步骤500中，将所述阀门开度调整量经由边缘数据采集器15下发给对应的智能压力控制器14。这样智能压力控制器14根据指令对电动调节阀11的阀门开度进行精确的调整，以使供应到用气区域的压缩空气在增流或截流后保持在恒定的目标压力。

在上述控制方法实施例中，控制方法还可以包括：根据多组历史数据的每组历史数据中的用气压力的最大值、最小值和计算出的用气波动幅度，形成所述预设的用气习惯数据。

通过上述压缩空气使用补偿装置、烟草生产系统及其控制方法的各个实施例，利用特定的压缩空气使用补偿装置进行可靠的数据上传以及根据控制指令的精准控制，再配合网络侧软硬件对汇集的数据的精准、快速计算，相比于传统通过PID控制器的本地控制方式，能够实时且精准地对控制器的控制进行校正，在使用同一空压站、产生同一输气压力的情况下，对不同距离、不同用气压力的各个用气区域进行终端恒压控制，避免压力大幅波动，减少压力损失，提高压缩空气利用率。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。