空氣壓縮機的數據采集系統的研究與開發

李江濤

摘? 要：目前空氣壓縮機主要應用于化工、電力、冶金、機械等行業，其是生產過程中比較理想的動力設備，因此在實際生產中起著十分重要的作用。在該次研究中，我們針對空壓機數據收集系統，在其中引入了傳感器、計算機、通信等技術，實現了對空壓機組參數的實時收集。在了解設備的運行情況后，能夠及時對所存在的故障問題進行判斷及維修，對空壓設備的運行狀況以及參數進行統計，利用嵌入式控制器和傳感器收集設備的實時數據，完成空壓機數據采集系統設計之后，通過系統運行結果發現該方案切實可行。

關鍵詞：空氣壓縮機;數據采集系統;傳感器

中圖分類號：U464? ? ? 文獻標志碼：A

在企業生產過程中空氣壓縮機是關鍵的生產設備之一，但由于運行操作不當以及設備的一些突發故障等因素會使其處于故障狀態，再加上沒有及時維修對設備造成一定的機械損失，會給企業生產帶來一定的負面影響。此外，目前空氣壓縮機是生產過程中能量消耗較多的設備，如何通過提高運維服務質量，調整多臺次設備運行的方式，減少節能消耗也是當前急需解決的問題。傳統方式在檢測過程中雖然能夠為用戶提供維修服務，但無法滿足當前快速發展的生產需求，在實際生產中，該設備已經廣泛用于機械、工業、礦山等領域，因此對于空氣壓縮機的數據監控以及運行維護是十分重要的。現代企業的空氣壓縮機設備面臨提高運維服務質量，實現高效管理的問題。

1 空氣壓縮機數據收集系統

市場上的空壓機類型較多，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運行效率較高而且能量消耗小，產生噪聲低，具有較高的可靠性、使用壽命較長等特點，因此在該次研究中我們主要分析的是螺桿式空氣壓縮機。從其構成上來看，其包括氣路系統、控制系統、噴油系統、冷卻系統及后處理系統。主要部件包括電動機、機頭、安全閥、油氣分離器、空氣冷卻器、油冷卻器、干燥器、過濾器等。電動機能夠提供外部動力，油冷卻和空氣冷卻設備具備冷卻油和空氣的功能，可以分為風冷和水冷2種類型。干燥器可實現空氣冷凝，能夠對熱空氣進行降溫處理，分離去除水蒸氣干燥空氣，而油氣分離器可達到油氣分離的目的。電磁閥控制空壓機機頭在達到最大壓力時會使之處于失電狀態，在達到最小壓力時會使之處于得電狀態，進而可以控制空壓機的卸載及負載狀態。各種過濾器可以有效保證壓縮空氣的氣體品質（含油量、含塵量）。從數據收集的方法上來看，數據收集主要是利用傳感器將獲取的信息轉為信號，經過信號的采樣、量化、傳輸等多個步驟，最終傳到系統中進行信息分析、儲存。同時能夠運用傳感器、信號處理、計算機技術構成測試技術。常用的數據采集包括PLC、非智能表嵌入式裝置。數據庫是基于Web遠程信息收集和虛擬儀器數據收集的方式。從總體設計方案上來看，通過理論、物理以及實地調試等多種方法，能夠對空氣壓縮機的數據收集系統進行開發，根據當前設備的接口設置方式，通過串行接口的形式，利用多個窗口完成操作，進一步實現系統對下位機控制狀態信息的數據采集，并對所收集的信息進行分析，將其儲存到指定的數據庫中。通過串行接口可使下位機與空壓機組進行通信，能夠查詢所連空氣壓縮機的狀態，獲取實時運行參數，并發送指定命令以控制壓縮機的啟動和停止。

2 空氣壓縮機數據采集系統的硬件部分

從設備的設計上來看，目前空氣壓縮機信息收集系統是由多臺空氣壓縮機進行數據采集的，由于存在較多的運行參數，因此對某設備來說只借助單一設備很難獲取完整信息，而根據不同參數特點，信息采集設備需要利用壓縮機的控制器和總管傳感器、水流流量計、壓力以及溫度傳感器等。空氣壓縮機組的數據采集部分硬件主要由傳感器、控制器、流量計、工控機以及干燥器的在線露點監測、罐體溫度、壓力以及濾芯壓差傳感器等共同構成，該系統利用控制器和傳感器完成數據采集工作，將計算機作為主機系統，控制器是從機，兩者的通信是主機輪詢而從機應答模式，硬件設計能夠完成對傳感器和控制器的設計。首先從空氣壓縮機的主控制器上來看，其是由面板和主控器構成，控制器能夠對電機的過載、不平衡、短路等問題起到保護作用，對電機進行啟停操作控制，對空壓機組設備實現保護設置，能夠對負荷率進行調節，進一步實現設備壓力的平衡，具有較高的可靠性，可選擇遠程操控和機房操作模式，也可以采取獨立或聯動的運行方式，具有通信功能。而傳感器是重要的檢測設備，能夠將獲取的信息根據一定的規律輸出數字信號和模擬信號，實現信息的儲存記錄，這也是信息采集中的重要組成部分，具有良好的性能，包括實現輸入和輸出信號的線性分布狀態，具有低噪聲、高靈敏性，除檢測對象外其余參數幾乎沒有響應，能量消耗低，能夠確保被測對象不受影響，具有良好的重現性。

3 空氣壓縮機數據采集系統的軟件部分

在系統軟件設計中，我們借鑒軟件設計方法提高模塊化和結構化，使用的是微軟公司的開發工具包產品VS，其開發環境是Windows平臺應用程序，VS2008是一種高級軟件開發工具，可以在平臺上建立應用程序進行數據庫的調試，功能豐富。當上位機接收信息后，可將這些信息下達給數據庫系統，服務器采用計算機語言，通過ODBC與軟件進行數據交互。

4 系統界面設計

該數據采集系統在界面設計部分采用的開發平臺是VS2008，是一種新的開發工具，能夠用于生成ASP應用程序、桌面程序以及移動程序。VS2008采用了這種集團開發環境，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效率，同時降低程序的復雜性。首先在界面設計上根據用戶現場的實際情況，設置相對應的空壓機組的下位機，采集每臺機組的運行參數。在曲線設計部分分別將供氣壓力，排氣溫度用不同顏色的曲線進行表示，設置設備查詢能夠將壓縮機設備的運行數據以報表的形式生成。此外還能用于故障查詢和報警，一旦空氣壓縮機在運行中發生故障，可以在聯控界面通過單擊界面，顯示系統信息并進行保存，設置查詢條件后可對故障信息進行實時查詢。根據儲存器和控制器的運行特點，將設備運行狀態以及故障信息等顯示在界面中，而用戶可通過點擊這些單個的空氣壓縮機圖標，其運行狀態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，綠色表示正常的運行參數，一旦出現故障時則會用紅色進行表示。

5 系統調試

在對系統進行硬件測試時，利用數據收集控制器轉換電路進行檢查。軟件的測試主要是VS2008的上位機測試，包括聯機測試和軟件測試，在整個測試過程中當用戶進入測試狀態后，通過按鈕開關對實際輸入信號的各個輸出量通斷情況利用指示燈進行反應，同時可借助電位器轉變壓力值和溫度值，此外在整個系統調試中還需要做好故障排除工作。

6 結語

當前空間壓縮機的數據采集系統比較復雜，其數據可以通過溫度傳感器、流量傳感器以及相應的控制器進行收集，對不同來源的數據采取多種方法進行分析，在該次研究中，通過借助多種傳感器控制器，可進一步實現空氣壓縮機的數據采集系統開發。

參考文獻

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