关键词：在线监测系统；空压机；经济运行分析

1   引言

当前，各能源使用单位的节能意识普遍提高，大量能耗在线监测系统上线运行，针对企业的电力进线、变压器、高压电机、各类重要工艺设备等纳入在线监测系统。在面对经济下行压力和市场竞争日趋激烈的情况下，企业用户有迫切的节能降耗需求，因此在满足能耗数据在线监测的基础上，开展对重要设备的经济运行分析，实现节能降耗十分必要。本文对企业常用的重要能耗设备之一，空压机设备的经济运行提出一种在线的分析方法和实际的应用。

2   在线监测系统硬件架构和软件功能

2.1   硬件架构

在线监测系统硬件上分为三层：设备层、信息层、应用层。系统组网图如图1所示。

图1  系统组网图

设备层是指采集电、水、煤、气等能源数据的采集设备，如智能电表，水、气流量计，或采集称重、产量的采集设备等。

信息层是指以有线或无线的组网方式，使用串口通讯服务器、交换机等设备，连接各区域监测点组成的通讯网络。

应用层是在线监测系统的软件展现，如运行在采集服务器、应用服务器上的各类采集软件、分析软件、数据上传等程序。

2.2   软件功能

实时数据：在线监测各类用能设备的实时数据，如电压、电流、功率、流量、消耗量、产量等数据。一次图实时数据如图2所示。

图2  一次图实时数据

    历史数据：根据数据存储时间间隔，分历史数据和近期历史数据。历史数据一般是15分钟及以上间隔的数据，存储周期永久；近期历史数据一般指时间间隔为秒级的参量数据，存储周期3个月。

能耗数据统计与分析：能耗数据消耗日报、月报、对比分析、定制报表等。

    设备经济运行分析：对于重要设备建立分析模型，从实时数据、历史数据两方面，结合设备运行电参量，以及关联的重要参量，进行经济运行分析。报表详细信息如图3所示。

图3  报表详细信息

报警：对于纳入监测的设备运行参数或其他监测的参量，设置的各类报警，如过压、过流等，使得设备故障可提早发现。报警信息截图如图4所示。

图4  报警信息

    用户管理：权限管理、账号管理等。

3  空压机经济运行分析方法

过去我们进行空压机经济运行分析，需要在生产现场设备附近，根据主控板的参数信息，结合现场设备运行参数，压缩空气流量、压力等参数进行分析和判断，花费时间较长。且当生产工况一旦发生变化，需要重新到现场进行核算，非常不便利，且花费时间较长。

现如今，我们可通过在线监测系统进行在线数据采集，实时监测，历史数据查询等，来进行空压机经济运行分析。

3.1   空压机频繁加卸载原因

一般来说，当压力达到最高压力值时，空压机通过关闭进气阀，使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气放空，来降压卸载。但这样会浪费压缩空气，使得电机空转浪费电能。因此当空压机在加卸载供气控制方式下，存在一定的节能空间。

同时空压机的加卸载过若过于频繁，不仅会使机组各零部件设备的寿命变短，更会严重威胁着整个机组的安全运行。使得空压机频繁加卸载可能的情况有：

        （1）零件故障如进气电磁阀、压力传感器、最小压力阀、球阀、PLC主控器故障；

       （2）生产所需气量不稳定，时大、时小、使用气量不连续；

        （3）压力控制器加卸载之间的压差设定值太小；

        （4）压缩空气管路堵塞或泄露等。

3.2   空压机卸载运行分析方法

对空压机设备设置电力监测点，管道设置压力计；

在系统中录入空压机的额定运行功率参数，压力允许偏差；

进入软件分析模块：程序开始计算分析，或由后台程序定时计算后推送引导用户进入功能模块的信息。

计算方式：根据近期历史数据，查询最近一日空压机设备运行的电流、功率，软件判断在压力允许偏差范围内的设备处于加载或卸载的状态，并计算对应的加卸载时间，计算卸载时间占比；保存压力数据，保存空压机的加卸载状态、加卸载时间、加卸载平均功率等计算数据；

展示数据：数据查询或计算完成后，展示最近一日分析结果。日分析按小时罗列空压机设备的小时卸载次数、卸载时间、卸载时间占比、卸载平均功率、管道压力，最后汇总日分析数据，日累计卸载次数、日累计卸载时间、日卸载时间占比、日累计卸载功率。

用户可在分析模块页面指定查询周期，进行日、月空压机设备经济运行分析。按最小周期日，罗列空压机设备的日卸载次数、卸载时间、卸载时间占比、卸载平均功率，按查询周期汇总数据。

当日卸载时间占比超过30%以上，则判定空压机运行不经济。

4   实际数据分析、节能空间

通过部署能耗在线监测系统，可实时监测设备运行用电数据，下面结合某用户现场设备实际运行数据进行分析。

4.1  空压机运行数据分析

某用户现场1#空压机额定运行功率110kW，额定运行电流201A。下图可看出，空压机设备在10分钟内的数据，实时功率达到109kW，卸载时间基本很少，运行正常。空压机运行曲线如图5所示。

图5  空压机运行曲线

但在另一时刻设备出现了频繁加卸载，空压机频繁加卸载曲线如图6所示，卸载功率58kW，卸载时间占比达到50%以上，见图7，通过前面第2章节描述的分析方式，可实现软件计算并得到空压机运行不经济的结论，由系统给出告警和提示。                
                                                          

 
图6  空压机频繁加卸载曲线

图7  系统判定结论信息
   通常这种情况我们可选用恒转矩变频器来实施改造，具体方案为增加一台带矢量控制功能、恒转矩输出的变频器来控制主机运行，将压缩空气管路上的压力变送器输出的4-20mA信号给变频器，经变频器内置PID运算，输出控制信号给变频器的驱动回路，调节电机转速及空压机的加卸载，保证怛压供气。对于连续用气的工况，随用气量的变化，空压机运行频率在25-50Hz之间动态调节^[1]。结合我们多个项目的实施改造经验，经过实施节能改造后可实现：

       （1）卸载时间降低至15%左右；

       （2）设备运行功率降低20-30%左右；

       （3）有效减小空压机的起动电流、减少机械磨损和设备维护量、降低设备运行噪声等。

5   结语
   通过实施在线监测系统，结合空压机经济运行分析算法，在系统中发现和定位设备的经济运行状态十分方便和快速。其次，在空压机运行工况发生变化时或运行故障时，能够通过系统监测数据及时发现和诊断，使得空压机运行于经济模式下和避免设备故障的扩大化，促进节能降耗。