空氣壓縮機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與開發(fā)

李江濤

摘? 要：目前空氣壓縮機(jī)主要應(yīng)用于化工、電力、冶金、機(jī)械等行業(yè)，其是生產(chǎn)過程中比較理想的動力設(shè)備，因此在實(shí)際生產(chǎn)中起著十分重要的作用。在該次研究中，我們針對空壓機(jī)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，在其中引入了傳感器、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對空壓機(jī)組參數(shù)的實(shí)時收集。在了解設(shè)備的運(yùn)行情況后，能夠及時對所存在的故障問題進(jìn)行判斷及維修，對空壓設(shè)備的運(yùn)行狀況以及參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用嵌入式控制器和傳感器收集設(shè)備的實(shí)時數(shù)據(jù)，完成空壓機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，通過系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方案切實(shí)可行。

關(guān)鍵詞：空氣壓縮機(jī);數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);傳感器

中圖分類號：U464? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在企業(yè)生產(chǎn)過程中空氣壓縮機(jī)是關(guān)鍵的生產(chǎn)設(shè)備之一，但由于運(yùn)行操作不當(dāng)以及設(shè)備的一些突發(fā)故障等因素會使其處于故障狀態(tài)，再加上沒有及時維修對設(shè)備造成一定的機(jī)械損失，會給企業(yè)生產(chǎn)帶來一定的負(fù)面影響。此外，目前空氣壓縮機(jī)是生產(chǎn)過程中能量消耗較多的設(shè)備，如何通過提高運(yùn)維服務(wù)質(zhì)量，調(diào)整多臺次設(shè)備運(yùn)行的方式，減少節(jié)能消耗也是當(dāng)前急需解決的問題。傳統(tǒng)方式在檢測過程中雖然能夠?yàn)橛脩籼峁┚S修服務(wù)，但無法滿足當(dāng)前快速發(fā)展的生產(chǎn)需求，在實(shí)際生產(chǎn)中，該設(shè)備已經(jīng)廣泛用于機(jī)械、工業(yè)、礦山等領(lǐng)域，因此對于空氣壓縮機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及運(yùn)行維護(hù)是十分重要的?，F(xiàn)代企業(yè)的空氣壓縮機(jī)設(shè)備面臨提高運(yùn)維服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高效管理的問題。

1 空氣壓縮機(jī)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)

市場上的空壓機(jī)類型較多，按照原理可將其分為動力型、容積型、熱力型，按照形式可將其分為封閉式、移動式、固定式，主要包括活塞式、滑片容器式、螺桿式，其中螺桿式的空氣壓縮機(jī)運(yùn)行效率較高而且能量消耗小，產(chǎn)生噪聲低，具有較高的可靠性、使用壽命較長等特點(diǎn)，因此在該次研究中我們主要分析的是螺桿式空氣壓縮機(jī)。從其構(gòu)成上來看，其包括氣路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、噴油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及后處理系統(tǒng)。主要部件包括電動機(jī)、機(jī)頭、安全閥、油氣分離器、空氣冷卻器、油冷卻器、干燥器、過濾器等。電動機(jī)能夠提供外部動力，油冷卻和空氣冷卻設(shè)備具備冷卻油和空氣的功能，可以分為風(fēng)冷和水冷2種類型。干燥器可實(shí)現(xiàn)空氣冷凝，能夠?qū)峥諝膺M(jìn)行降溫處理，分離去除水蒸氣干燥空氣，而油氣分離器可達(dá)到油氣分離的目的。電磁閥控制空壓機(jī)機(jī)頭在達(dá)到最大壓力時會使之處于失電狀態(tài)，在達(dá)到最小壓力時會使之處于得電狀態(tài)，進(jìn)而可以控制空壓機(jī)的卸載及負(fù)載狀態(tài)。各種過濾器可以有效保證壓縮空氣的氣體品質(zhì)（含油量、含塵量）。從數(shù)據(jù)收集的方法上來看，數(shù)據(jù)收集主要是利用傳感器將獲取的信息轉(zhuǎn)為信號，經(jīng)過信號的采樣、量化、傳輸?shù)榷鄠€步驟，最終傳到系統(tǒng)中進(jìn)行信息分析、儲存。同時能夠運(yùn)用傳感器、信號處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成測試技術(shù)。常用的數(shù)據(jù)采集包括PLC、非智能表嵌入式裝置。數(shù)據(jù)庫是基于Web遠(yuǎn)程信息收集和虛擬儀器數(shù)據(jù)收集的方式。從總體設(shè)計(jì)方案上來看，通過理論、物理以及實(shí)地調(diào)試等多種方法，能夠?qū)諝鈮嚎s機(jī)的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，根據(jù)當(dāng)前設(shè)備的接口設(shè)置方式，通過串行接口的形式，利用多個窗口完成操作，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對下位機(jī)控制狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)采集，并對所收集的信息進(jìn)行分析，將其儲存到指定的數(shù)據(jù)庫中。通過串行接口可使下位機(jī)與空壓機(jī)組進(jìn)行通信，能夠查詢所連空氣壓縮機(jī)的狀態(tài)，獲取實(shí)時運(yùn)行參數(shù)，并發(fā)送指定命令以控制壓縮機(jī)的啟動和停止。

2 空氣壓縮機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分

從設(shè)備的設(shè)計(jì)上來看，目前空氣壓縮機(jī)信息收集系統(tǒng)是由多臺空氣壓縮機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的，由于存在較多的運(yùn)行參數(shù)，因此對某設(shè)備來說只借助單一設(shè)備很難獲取完整信息，而根據(jù)不同參數(shù)特點(diǎn)，信息采集設(shè)備需要利用壓縮機(jī)的控制器和總管傳感器、水流流量計(jì)、壓力以及溫度傳感器等。空氣壓縮機(jī)組的數(shù)據(jù)采集部分硬件主要由傳感器、控制器、流量計(jì)、工控機(jī)以及干燥器的在線露點(diǎn)監(jiān)測、罐體溫度、壓力以及濾芯壓差傳感器等共同構(gòu)成，該系統(tǒng)利用控制器和傳感器完成數(shù)據(jù)采集工作，將計(jì)算機(jī)作為主機(jī)系統(tǒng)，控制器是從機(jī)，兩者的通信是主機(jī)輪詢而從機(jī)應(yīng)答模式，硬件設(shè)計(jì)能夠完成對傳感器和控制器的設(shè)計(jì)。首先從空氣壓縮機(jī)的主控制器上來看，其是由面板和主控器構(gòu)成，控制器能夠?qū)﹄姍C(jī)的過載、不平衡、短路等問題起到保護(hù)作用，對電機(jī)進(jìn)行啟停操作控制，對空壓機(jī)組設(shè)備實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)置，能夠?qū)ω?fù)荷率進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備壓力的平衡，具有較高的可靠性，可選擇遠(yuǎn)程操控和機(jī)房操作模式，也可以采取獨(dú)立或聯(lián)動的運(yùn)行方式，具有通信功能。而傳感器是重要的檢測設(shè)備，能夠?qū)@取的信息根據(jù)一定的規(guī)律輸出數(shù)字信號和模擬信號，實(shí)現(xiàn)信息的儲存記錄，這也是信息采集中的重要組成部分，具有良好的性能，包括實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號的線性分布狀態(tài)，具有低噪聲、高靈敏性，除檢測對象外其余參數(shù)幾乎沒有響應(yīng)，能量消耗低，能夠確保被測對象不受影響，具有良好的重現(xiàn)性。

3 空氣壓縮機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件部分

在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，我們借鑒軟件設(shè)計(jì)方法提高模塊化和結(jié)構(gòu)化，使用的是微軟公司的開發(fā)工具包產(chǎn)品VS，其開發(fā)環(huán)境是Windows平臺應(yīng)用程序，VS2008是一種高級軟件開發(fā)工具，可以在平臺上建立應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的調(diào)試，功能豐富。當(dāng)上位機(jī)接收信息后，可將這些信息下達(dá)給數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，服務(wù)器采用計(jì)算機(jī)語言，通過ODBC與軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

4 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在界面設(shè)計(jì)部分采用的開發(fā)平臺是VS2008，是一種新的開發(fā)工具，能夠用于生成ASP應(yīng)用程序、桌面程序以及移動程序。VS2008采用了這種集團(tuán)開發(fā)環(huán)境，VB、VC等具有較多的新功能和特性，能夠在一定程度上提高開發(fā)效率，同時降低程序的復(fù)雜性。首先在界面設(shè)計(jì)上根據(jù)用戶現(xiàn)場的實(shí)際情況，設(shè)置相對應(yīng)的空壓機(jī)組的下位機(jī)，采集每臺機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)。在曲線設(shè)計(jì)部分分別將供氣壓力，排氣溫度用不同顏色的曲線進(jìn)行表示，設(shè)置設(shè)備查詢能夠?qū)嚎s機(jī)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)以報表的形式生成。此外還能用于故障查詢和報警，一旦空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生故障，可以在聯(lián)控界面通過單擊界面，顯示系統(tǒng)信息并進(jìn)行保存，設(shè)置查詢條件后可對故障信息進(jìn)行實(shí)時查詢。根據(jù)儲存器和控制器的運(yùn)行特點(diǎn)，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及故障信息等顯示在界面中，而用戶可通過點(diǎn)擊這些單個的空氣壓縮機(jī)圖標(biāo)，其運(yùn)行狀態(tài)以及故障信息報警界面就能夠顯示出來。其中紅色表示卸載停止，綠色表示正常的運(yùn)行參數(shù)，一旦出現(xiàn)故障時則會用紅色進(jìn)行表示。

5 系統(tǒng)調(diào)試

在對系統(tǒng)進(jìn)行硬件測試時，利用數(shù)據(jù)收集控制器轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行檢查。軟件的測試主要是VS2008的上位機(jī)測試，包括聯(lián)機(jī)測試和軟件測試，在整個測試過程中當(dāng)用戶進(jìn)入測試狀態(tài)后，通過按鈕開關(guān)對實(shí)際輸入信號的各個輸出量通斷情況利用指示燈進(jìn)行反應(yīng)，同時可借助電位器轉(zhuǎn)變壓力值和溫度值，此外在整個系統(tǒng)調(diào)試中還需要做好故障排除工作。

6 結(jié)語

當(dāng)前空間壓縮機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)比較復(fù)雜，其數(shù)據(jù)可以通過溫度傳感器、流量傳感器以及相應(yīng)的控制器進(jìn)行收集，對不同來源的數(shù)據(jù)采取多種方法進(jìn)行分析，在該次研究中，通過借助多種傳感器控制器，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)。

參考文獻(xiàn)

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