阅读说明：本技术 一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法 (Control method of novel diesel-driven screw type air compressor controller ) 是由 吴海波 骆敏舟 康淼淼 王永 张华东 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法,属于空压机术领域,包括建立控制器,控制器包括主控单元、模拟量采集单元、开关量单元、485通信单元、人机交互界面和CAN通信单元,解决了空压机的快速响应和稳定运行的技术问题,可以通过控制器的主逻辑运算,实现空压机的上电、运行、启动、加载、卸载5种运行状态模式；该控制器使用PID控制,可以实现设备在运行过程中具有调节速度快、控制精度高的优点,同时针对连续用气和间断用气两种不同的使用模式,及时的调节柴油机转速以稳定气体压力；同时压缩机进气阀控制、涡轮增压和高压共轨油喷技术使得系统更加节能环保。(The invention discloses a control method of a novel diesel-driven screw type air compressor controller, which belongs to the technical field of air compressors and comprises the steps of establishing a controller, wherein the controller comprises a main control unit, an analog quantity acquisition unit, a switching value unit, a 485 communication unit, a man-machine interaction interface and a CAN communication unit, the technical problems of quick response and stable operation of the air compressor are solved, and 5 operation state modes of electrifying, operation, starting, loading and unloading of the air compressor CAN be realized through main logic operation of the controller; the controller uses PID control, can realize that the equipment has the advantages of high regulation speed and high control precision in the operation process, and can timely regulate the rotating speed of the diesel engine to stabilize the gas pressure aiming at two different use modes of continuous gas use and intermittent gas use; meanwhile, the system is more energy-saving and environment-friendly due to the compressor air inlet valve control, turbocharging and high-pressure common rail oil injection technologies.)

一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法

技术领域

本发明属于空压机技术领域，尤其涉及一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法。

背景技术

根据空气压缩机内部设计结构的不同,目前市场上的空气压缩机主要分为螺杆式空气压缩机、活塞式空气压缩机和离心式空气压缩机等。离心式空气压缩机主要应用于用气量非常大的场合，一般企业应用很少。活塞式空气压缩机设备投资低,以往很多企业都采用,但是产气效率较差,正逐步被螺杆式空气压缩机所取代。

移动式空气压缩机主要应用在野外等没有市电供电的地方；在施工负荷比较大的诸如凿岩、开矿、开路等场合,通常需要使用大功率的柴油驱动的移动式空气压缩机。

对于使用国标第二阶段非道路柴油机的移动式螺杆式空气压缩机，当空气压缩机启动时，气动控制系统使进气阀处于打开的状态，这就使得压缩机在启动时有比较大的负载,而这就给提出了比较大的柴油发动机的动力输出要求。

处于启动状态的柴油发动机拖动比较大的负载运行，这种运行模式很容易使得发动机发生故障导致熄火。在设备选配的柴油发动机启动性能不高、或者在低温启动的工况下，这一系统设计缺陷会突出体现,从而影响设备的正常运转。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法，解决了空压机的快速响应和稳定运行的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立控制器，控制器包括主控单元、模拟量采集单元、开关量单元、485通信单元、人机交互界面和CAN通信单元，模拟量采集单元、开关量单元、485通信单元、人机交互界面和CAN通信单元均与主控单元电连接；

主控单元通过CAN通信单元与柴油发动机的电子控制单元ECU实现实时通信；

模拟量采集单元包括运算放大器和模拟量接口，模拟量接口连接外部传感器；运算放大器对模拟量接口的信号放大后输入到模拟量采集单元的AD接口中；

开关量单元包括继电器单元和光电耦合器单元，继电器单元用于输出开出信号，光电耦合器单元用于输入开入信号；

步骤2：上电后，控制器进入初始化，包括如下步骤：

步骤S1：主控单元读取人机交互界面输入的参数设置，保存用户通过人机交互界面输入的预制参数；

步骤S2：主控单元读取模拟量采集单元读取的外部传感器信息，外部传感器信息包括供气压力值、排气温度值和燃油油量值；

步骤S3：主控单元通过流燃油油量值判断油位是否正常：是，则执行步骤S4；否，则执行步骤S2；

步骤S4：主控单元通过CAN总线与柴油发动机的电子控制单元ECU发送通信握手信号，并等待柴油发动机的电子控制单元ECU的反馈信号：如果有反馈信号，则初始化完成，执行步骤3；如果没有反馈信号，则继续等待；

步骤3：主控单元通过CAN总线读取柴油发动机的实际转速、油压、油耗、水温、电池组电压和故障信息；

步骤4：主控单元向电子控制单元ECU发送预热启动指令，电子控制单元ECU根据预热启动指令控制柴油发动机进入预热启动，至到柴油发动机进入怠速状态，预热启动指令包括启动时，空气压缩机进气阀关闭，柴油发动机低速运转进行预热，预热后，进气阀全开，控制器发送目标转速控制指令给柴油发动机提高转速,同时控制器通过气压传感器所传过来的数据监测气罐内气压，当气压达到气压设定值时，使柴油发动机停止提速；

步骤5：主控单元根据PID控制流程对柴油发动机进行运行控制，针对连续用气和间断用气两种不同的使用模式，及时的调节柴油机转速以稳定气体压力；同时采用压缩机进气阀控制、涡轮增压和高压共轨油喷技术控制柴油发动机的运行；

步骤6：主控单元实时监测是否收到人机交互界面传送的新信息：是，则执行步骤7；否，则执行步骤5；

步骤7：主控单元根据人机交互界面传输的信息来控制柴油发动机的运行模式，人机交互界面传输的信息包括多种工作模式选择，工作模式选择包括间断运行模式和连续运行模式；连续运行模式为正常连续用气时，进气阀全开；控制器可以通过调节柴油发动机转速来调节所述气罐内气压，以使气罐内气压稳定在气压设定值，随着用气量的大小，随时调节目标转速；

间断运行模式为间断用气时，如果气罐内气压超过气压设定值，控制器调节下降柴油发动机转速来降低气罐内气压，柴油发动机转速可以一直下降到怠速；同时通过气路降低所述进气阀的开度，直至气罐内气压达到气压设定值；

步骤8：主控单元实时监测人机交互界面是否传输回关机信号：是，则执行步骤9；否，则执行步骤5；

步骤9：主控单元向电子控制单元ECU发出停机指令。

优选的，所述主控单元为STM32F429控制芯片，485通信单元为RS485通信芯片及其***电路，人机交互界面为触摸屏，CAN通信单元为SAE1939CAN总线通信芯片及其***电路。

优选的，所述继电器单元输出的开出信号包括停机、启动、加载和卸放，与所述光电耦合器单元连接的开入信号元件包括急停按钮、加载信号旋钮、高压信号旋钮、停机信号旋钮、启动信号旋钮和辅助启动按钮。

优选的，所述外部传感器包括气体压力传感器、温度传感器和油箱液位传感器。

本发明所述的一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法，解决了空压机的快速响应和稳定运行的技术问题，可以通过控制器的主逻辑运算，实现空压机的上电、运行、启动、加载、卸载5种运行状态模式；该控制器使用PID控制，可以实现设备在运行过程中具有调节速度快、控制精度高的优点，同时针对连续用气和间断用气两种不同的使用模式，及时的调节柴油机转速以稳定气体压力；同时压缩机进气阀控制、涡轮增压和高压共轨油喷技术使得系统更加节能环保。

附图说明

图1是本发明的系统构架图；

图2是本发明的初始化流程图；

图3是本发明的控制流程图。

具体实施方式

如图1-图3所示的一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立控制器，控制器包括主控单元、模拟量采集单元、开关量单元、485通信单元、人机交互界面和CAN通信单元，模拟量采集单元、开关量单元、485通信单元、人机交互界面和CAN通信单元均与主控单元电连接；

本发明的控制器的应用目标为符合国标第三阶段的柴油发动机以及通过传动装置连接的螺杆式空气压缩机；其他功能辅助设备还有进气阀、加载阀、涡轮增压器、冷却器、油气分离器、空气滤清器、燃油滤清器、润滑油滤清器等等。

螺杆式空气压缩机的气路控制为：进气口设计有涡轮增压器和进气阀,通过ECU模块精确控制进气量；同时还控制燃油给定的量，通过高压共轨油喷泵将燃油转化成雾状，喷入腔体；螺杆式空气压缩机的出口连接油气分离器,在此设备中，润滑油和压缩空气进行分离；油气分离器的输出接气罐，输出符合一定压力标准的压缩气体，供客户使用。

主控单元通过CAN通信单元与柴油发动机的电子控制单元ECU实现实时通信；

模拟量采集单元包括运算放大器和模拟量接口，模拟量接口连接外部传感器；运算放大器对模拟量接口的信号放大后输入到模拟量采集单元的AD接口中；

开关量单元包括继电器单元和光电耦合器单元，继电器单元用于输出开出信号，光电耦合器单元用于输入开入信号；

主控制单元的芯片采用ST的STM32F429系列芯片，可以处理复杂的逻辑运算，满足多输出端口的LCD模块要求；同时最小系统还配有DDR内存和Flash存储，可以缓存数据提高处理速度，保存处理数据；使用SWD来调试和下载程序代码。

控制器通过主逻辑运算，实现空压机的上电、运行、启动、加载、卸载5种运行状态模式；

电源模块采用开关电源技术，输出+5V电压为数字信号供电；同时解决了LCD所需要的+9.3V\-9.3V\+10.6V\+16V\+7.5V\-7.5V等多个电源信号要求；同时加入共模保护和压敏保护，消除谐波的同时，保护器件不受高压破坏。

通信模块分为SAE1939CAN总线通信模块和RS485通信模块，可以实现系统的主要信号传输，通过CAN总线技术与柴油机的ECU通信，可以传输转速、油压、油耗、水温、电池组电压以及各种故障信息等等比较重要的信息。通过RS485模块可以实现物联网功能，实现电脑端和手机端实时控制、监测设备运行，提供后续的服务。

传感器模块主要包含气体压力传感器、温度传感器和液位传感器；其中气压传感器通过采集信号转化为4mA-20mA的电流信号，气温传感器和油位传感器通过采集信号转化为不等的电阻信号；通过在控制器中滤波和运算放大处理成合适量程的电压信号，传递给控制芯片，做相应的处理。

人机交互模块包括液晶显示屏处理模块和触摸屏处理模块两部分内容；液晶显示屏显示柴油发动机实时转速信号和油压、油耗、水温、电池组电压以及各种故障信息,显示气压传感器采集的气罐内气压、气温传感器采集的气罐内气体温度、油位传感器采集的柴油发动机内油箱油位；客户可以通过触摸屏或者按键输入气压设定值等运行信息；同时可以输入运行配置信息，以实现个性化运行。

输入输出端口采用隔离保护电路，在实现信号的有效输入输出的同时，保护好电路板的共模和差模电压安全；输入端口采用了光耦隔离器件，可以很好的起到隔离保护的作用；输出端口采用继电器器件，有效保障了输出信号的完整性和理想化。

步骤2：上电后，控制器进入初始化，包括如下步骤：

步骤S1：主控单元读取人机交互界面输入的参数设置，保存用户通过人机交互界面输入的预制参数；

步骤S2：主控单元读取模拟量采集单元读取的外部传感器信息，外部传感器信息包括供气压力值、排气温度值和燃油油量值；

步骤S3：主控单元通过流燃油油量值判断油位是否正常：是，则执行步骤S4；否，则执行步骤S2；

步骤S4：主控单元通过CAN总线与柴油发动机的电子控制单元ECU发送通信握手信号，并等待柴油发动机的电子控制单元ECU的反馈信号：如果有反馈信号，则初始化完成，执行步骤3；如果没有反馈信号，则继续等待；

步骤3：主控单元通过CAN总线读取柴油发动机的实际转速、油压、油耗、水温、电池组电压和故障信息；

步骤4：主控单元向电子控制单元ECU发送预热启动指令，电子控制单元ECU根据预热启动指令控制柴油发动机进入预热启动，至到柴油发动机进入怠速状态，预热启动指令包括启动时，空气压缩机进气阀关闭，柴油发动机低速运转进行预热，预热后，进气阀全开，控制器发送目标转速控制指令给柴油发动机提高转速,同时控制器通过气压传感器所传过来的数据监测气罐内气压，当气压达到气压设定值时，使柴油发动机停止提速；

通过预热启动，在启动时关闭进气阀，减少柴油机启动负载，彻底解决启动熄火的现象；

步骤5：主控单元根据PID控制流程对柴油发动机进行运行控制，针对连续用气和间断用气两种不同的使用模式，及时的调节柴油机转速以稳定气体压力；同时采用压缩机进气阀控制、涡轮增压和高压共轨油喷技术控制柴油发动机的运行；

步骤6：主控单元实时监测是否收到人机交互界面传送的新信息：是，则执行步骤7；否，则执行步骤5；

步骤7：主控单元根据人机交互界面传输的信息来控制柴油发动机的运行模式，人机交互界面传输的信息包括多种工作模式选择，工作模式选择包括间断运行模式和连续运行模式；连续运行模式为正常连续用气时，进气阀全开；控制器可以通过调节柴油发动机转速来调节所述气罐内气压，以使气罐内气压稳定在气压设定值，随着用气量的大小，随时调节目标转速；

间断运行模式为间断用气时，如果气罐内气压超过气压设定值，控制器调节下降柴油发动机转速来降低气罐内气压，柴油发动机转速可以一直下降到怠速；同时通过气路降低所述进气阀的开度，直至气罐内气压达到气压设定值；

在任意一种使用模式下，主控单元都会保证气罐内气压稳定在气压设定值所允许的合理范围之内,此时螺杆式空气压缩机的出气和用气设备的用气达到平衡,供需平衡以达到节能的目的。

大部分运行时段，控制器需要保持螺杆式空气压缩机的出气和用气设备的用气达到平衡；这种供需平衡可以使得设备更加节能,使得气罐内气压稳定，保护与气罐连接的用气设备少受损害

主控单元通过CAN总线与柴油机ECU实时通信；主控单元通过总线读取柴油发动机实时转速信号和油压、油耗、水温、电池组电压以及各种故障信息等,并向柴油发动机发送目标转速控制指令。

主控单元通过物联网设计，使用Modbus通信协议，实现电脑端和手机端对机器的实时控制和监测。

步骤8：主控单元实时监测人机交互界面是否传输回关机信号：是，则执行步骤9；否，则执行步骤5；

步骤9：主控单元向电子控制单元ECU发出停机指令。

优选的，所述主控单元为STM32F429控制芯片，485通信单元为RS485通信芯片及其***电路，人机交互界面为触摸屏，CAN通信单元为SAE1939CAN总线通信芯片及其***电路。

优选的，所述继电器单元输出的开出信号包括停机、启动、加载和卸放，与所述光电耦合器单元连接的开入信号元件包括急停按钮、加载信号旋钮、高压信号旋钮、停机信号旋钮、启动信号旋钮和辅助启动按钮。

优选的，所述外部传感器包括气体压力传感器、温度传感器和油箱液位传感器。

本发明所述的一种新型柴动螺杆式空压机控制器的控制方法，解决了空压机的快速响应和稳定运行的技术问题，可以通过控制器的主逻辑运算，实现空压机的上电、运行、启动、加载、卸载5种运行状态模式；该控制器使用PID控制，可以实现设备在运行过程中具有调节速度快、控制精度高的优点，同时针对连续用气和间断用气两种不同的使用模式，及时的调节柴油机转速以稳定气体压力；同时压缩机进气阀控制、涡轮增压和高压共轨油喷技术使得系统更加节能环保。