壓縮機組專家診測分析系統研究

羅 俏

(廣東省自動化研究所 廣東 510070)

據統計，在工業發達國家中，全部自動化流程中約有30%裝有氣動系統，90%的包裝機、70%的鑄造和焊接設備、50%的自動操作機、40%的鍛壓設備、30%的采煤機械、20%的紡織機、制鞋機械、木材加工和食品機械都使用了氣動系統。氣動元件的驅動離不開壓縮空氣，而壓縮空氣的產生和輸送又離不開壓縮空氣系統。

壓縮空氣系統是由空氣壓縮機、后處理設備（儲氣罐、壓縮空氣干燥系統和精密過濾器）以及管路等組成，其中空壓機起著舉足輕重的作用，如果我們沒有詳細了解和記錄空壓機的日常運行狀況，一旦發生故障尤其是壓縮機主機損壞，其直接和間接損失將難以估量。就拿40m3/min噴油壓縮機主機來說，一旦增速齒輪打壞且轉子“咬死”，換一個主機至少要近20萬元人民幣，生產廠商或代理商很難為用戶免費維修（一般情況下免費維修的條件比較苛刻）。對于往復活塞式空壓機或工藝流程用壓縮機來說，同步記錄壓縮機日常運行狀況（如電流、電壓、功耗、排氣壓力、排氣溫度、供油壓力等等），對日后的維護保養和事故分析尤為重要。

我們了解到許多企業都安裝了集散控制系統（DCS系統），在該系統中我們的確可以時時看到壓縮空氣系統的工作情況，但是DCS系統所固有的控制層的封閉性和專用性，以及非徹底地分級控制，網絡不能直接互連，從而導致所采集的數據很難同步進行記錄。

我們知道空壓機的運行電流與電網的電壓和空壓機此時的工作壓力、進氣閥的開度大小（吸氣量）以及運行狀態（即加載運行還是卸載運行）息息相關，還有伴隨著壓縮機主機軸承的磨損軸功率逐步上升，從而運行電流也在悄無聲息的上升，如果僅從單一數據進行分析和判斷是無法得出正確的結論。譬如主電機的熱保護繼電器跳閘，從現象上看是電流過大造成的，那么造成電機電流過大的原因有許多，電壓過低、壓縮機主機過載（可能由于軸承損壞造成或工作壓力超過設計壓力造成等）、電機本身的質量問題都可能影響電流的變化，如果沒有長期同步時間內的綜合記錄數據進行分析是無法判斷這一停機事故背后的原因。

目前我們國家提倡設備節能，就空壓機能耗節省是一個比較棘手的問題，許多空壓站為了挖潛采用增大儲氣罐在電機允許啟動次數的情況下，減少空壓機卸載運行時間使空壓機停機，螺桿空壓機設置了卸載時間超過設定的時間停機的功能，但是對于長期運行的空壓機來說一旦泄放系統（如停機后油氣分離罐內空氣泄放時間過長）和最小壓力閥（如閥體密封不嚴空氣倒流）出問題空壓機無法在停機后自動啟動（無法帶載啟動），而DCS系統又很難記錄到卸載運行的狀況，也無法診測到泄放系統和最小壓力閥所發生的問題，更無法做到有計劃的運行使之節能。這對于空壓站運行人員來說是一個比較難解決的問題。

再譬如螺桿空壓機主機機頭“抱死”的問題，這對于空壓機生產廠商和空壓站運行人員來說也是一個比較難解決的問題，因為我們在空壓機正常工作時很少有人關心空壓機日常的運行功率，眾所周知空壓機功率同電流、電壓、功率因數和工作壓力、吸氣量有關。當用戶按設計要求購買到標定的排氣壓力和排氣量時，一般情況下空壓機在運行時其所需工作壓力和耗氣量往往略小于空壓機標定的參數，換句話說也就是每臺空壓機很少長期運行在滿負荷狀態下，而生產廠商在出廠測試時只測試在標定的排氣壓力下其軸功率和排氣量不超過規定值即可，它無法告訴你每臺空壓機在不同工作壓力下其電流、功率和排氣量的數值（一是國家標準沒有規定，二是不確定因素太多）。上述這些日常運行數據只有靠我們日積月累進行數據間的綜合比較才能做出判斷，冰凍三尺非一日之寒。

還有就是用戶為了比較各品牌的優劣或其它原因，而購買了不同品牌的空壓機，由于其控制系統的不統一，導致不同品牌空壓機之間無法聯控、監控和數據記錄。

綜上所述我們需要開發一個系統平臺，不僅可以將不同品牌的空壓機聯系在一起，還可以進行監控、記錄和數據分析，從而使我們的維修保養由過去的“救火式”，變成有計劃有目的進行。

壓縮機組專家診測分析系統就是在這種情況下孕育而生的，它是新一代32位嵌入式智能裝置，可廣泛用于壓縮機站房，實現對整個壓縮空氣系統進行現場監控、信息收集、記錄、專家分析等功能集一身的設備，可獨立使用，也可集中送往當地后臺，同時將DCS/中央監控系統的命令傳遞到各測控裝置，實現現場或遠程控制。

可實時監測空壓機電腦面板的數據，顯示其數據所繪制的曲線，記錄母管工作壓力和空氣流量，空壓機系統內、外壓力和排氣溫度、總運行時間、加載運行時間、加卸載的時刻和每天的次數、電源電壓、運行電流和功率等電力參數。對往復活塞式空壓機或工藝流程用壓縮機，我們可以通過加裝傳感器，顯示其潤滑油供油壓力、級間冷卻溫度、排氣溫度、冷卻水供水情況等等。

壓縮機組專家診測分析系統它是按秒鐘采集數據，按分鐘記錄存儲數據，它不僅可以記錄故障事件，還可以大量存儲壓縮空氣系統的運行數據，如壓縮空氣的露點溫度，空壓機運行的三相電流電壓、功率、能耗（千瓦時）、功率因數等等。

通過壓縮機組專家診測分析系統所記錄的大量同步的綜合數據，可以為判斷壓縮空氣系統故障提供有效的數據依據。如螺桿空壓機的進氣閥、最小壓力閥、放空閥、壓縮機主機故障，空濾器、油濾器和油氣分離器堵塞等等。

利用壓縮機組專家診測分析系統所記錄的大量歷史數據，不僅可以監控空壓機的運轉狀況，提前預防大事故的發生，為壓縮空氣系統的日常維護提供了科學準確的數據支持；同時也可以利用其數據進行統計，為科學的有計劃的節能提供了強有力的數據支持。如某空壓站引進了一臺節能產品，我們單從運行費用上看很難確認其節能效果，因為用氣現場每天的耗氣量是一個變數，也就是說空壓機隨著耗氣量的變化供氣量也在變化，能耗也在變化，如果我們通過壓縮機組專家診測分析系統加裝的流量計所記錄的流量和能耗同步時間情況下進行綜合數據統計，問題不就迎刃而解了嗎。

對于出現故障的空壓機，壓縮機組專家診測分析系統不僅能夠提供歷史數據查詢，還能像放錄像片一樣以24分鐘的時間播放全天24小時的歷史回放，實現事故追憶，供維修人員判斷故障種類提高維修效率。可以這么說我們維修服 務人員坐在辦公室里就可以知道整個壓縮空氣系統的運行情況，預知可能會發生的問題，有計劃有目的實施維護保養，俗話說知己知彼方能百戰百勝。

壓縮機組專家診測分析系統采取了模塊化設計，除了連接記錄螺桿機、離心機數據外，還可以與壓縮空氣系統的其它設備對接，如控制干燥機的啟停、壓力露點儀、冷卻水溫度和壓力等等。

壓縮機組專家診測分析系統也是一個系統平臺，它能平滑連接大多數廠商的螺桿機、離心機和其它形式的壓縮機，也可以根據客戶現場需求進行聯機開發。

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