一、大功率空壓機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)

 

　　控制系統(tǒng)的要求是系統(tǒng)變壓后直接輸送給各個(gè)單元電路的整流、濾波、穩(wěn)壓。目的是為了減少或消除各個(gè)單元之間的電源線與地線之間的耦合干擾。另外，系統(tǒng)可以利用一些手段實(shí)現(xiàn)電源電壓監(jiān)控功能。

 

　　因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)現(xiàn)場大功率感性負(fù)載較多，對單片機(jī)系統(tǒng)易造成影響。因此應(yīng)用在壓縮機(jī)控制過程中需要選用一些抗干擾的措施，防止出現(xiàn)電源污染問題，例如噪音干擾、電磁干擾等。分析之后，本文建議可以從硬件和軟件兩個(gè)方面采取一些特殊措施。

 

　　實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能，能將所有運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及故障信號傳至上位機(jī)，從而達(dá)到空氣壓縮機(jī)房無人值守工作以及控制風(fēng)包壓力罐的定期排污工作。

 

　　在線測量和處理的空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)與歷史曲線圖形顯示，以及任何一個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)查詢，并對數(shù)據(jù)以報(bào)表形式查詢顯示和打印。

 

　　當(dāng)電機(jī)過載時(shí)能夠及時(shí)停車報(bào)警；當(dāng)空氣過濾器阻塞時(shí)報(bào)警；實(shí)現(xiàn)電源逆相缺相保護(hù)。

 

　　故障診斷與分析功能：控制系統(tǒng)具有故障顯示功能，排氣壓力、轉(zhuǎn)臺卸載、負(fù)載待命等。對故障能實(shí)現(xiàn)自我診斷停機(jī)維護(hù)，控制面板能實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)排氣溫度，并顯示故障原因。出現(xiàn)不安全動作時(shí)，報(bào)警燈閃爍顯示，蜂鳴器鳴叫，并切換到報(bào)警窗口。故障排除后，可實(shí)現(xiàn)安全復(fù)位功能。同時(shí)系統(tǒng)還要具有一定的抗干擾能力。

 

 

 

二、空壓機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)檢測硬件配置

 

　　狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的硬件配置，主要由現(xiàn)場監(jiān)測元件、通訊處理器、光纖集線器、控制網(wǎng)絡(luò)、工廠信息網(wǎng)等構(gòu)成。

 

　　硬件配置整體結(jié)構(gòu)上分為3層。第一層，狀態(tài)監(jiān)測層，各機(jī)組監(jiān)測信號通過各自的通訊處理器與光纖集線器相連，再與控制網(wǎng)絡(luò)的MODBUS接口通訊。第二層，控制網(wǎng)絡(luò)層，DCS系統(tǒng)通過集線器采集各機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)并控制現(xiàn)場設(shè)備，工程師站或操作員站集成故障診斷與預(yù)測維修軟件，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析或定時(shí)分析。第三層，工廠信息網(wǎng)，通過工程師站與工廠主干信息網(wǎng)連網(wǎng)，主干網(wǎng)上授權(quán)的計(jì)算機(jī)可顯示狀態(tài)監(jiān)測，安裝相應(yīng)的軟件，可供管理人員分析使用。

 

 

 

三、故障診斷與監(jiān)測維修的軟件實(shí)現(xiàn)

 

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，DCS系統(tǒng)已廣泛使用到各類企業(yè)的自動化領(lǐng)域中。針對空壓機(jī)組，采用DCS系統(tǒng)與故障分析軟件相結(jié)合，以支持遠(yuǎn)程診斷為基本特征，由數(shù)據(jù)采集、在線監(jiān)測預(yù)報(bào)、信號分析、故障診斷等子系統(tǒng)組成，具有管理功能強(qiáng)、擴(kuò)展方便和數(shù)據(jù)傳輸速率高等特點(diǎn)。

 

 

 

四、信號分析處理系統(tǒng)中相關(guān)理論

 

　　影響空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的主要安全參數(shù)為軸瓦溫度、軸位移、軸振動、相位和轉(zhuǎn)速等，故有下面幾種知識曲線用于該系統(tǒng)。

 

　?。ㄒ唬┸壽E

 

　　軸心軌跡圖是通過軸的水平、垂直信號的振動信號的頻率合成而來的。軸心軌跡隨負(fù)荷不同而變化的情況，首先是很“胖”的橢圓，它說明情況正常。隨著負(fù)荷的增大，橢圓變扁，負(fù)荷再大會出現(xiàn)二倍頻成份。這種予載，如果足夠大，就可能使機(jī)械產(chǎn)生軸承過大的磨損、軸疲勞、軸裂等故障。

 

　?。ǘO坐標(biāo)圖和波德圖

 

　　在極坐標(biāo)圖中，向量的幅值和相位這兩個(gè)成份，以極坐標(biāo)形式標(biāo)示在一個(gè)圖中。而在波德圖中，幅值和相位分別標(biāo)示在兩個(gè)XY圖的Y軸上，X軸都用轉(zhuǎn)速表示。以上任意一種圖形格式，都可以用來很容易地識別某種特性，利用極坐標(biāo)圖和波德圖可以判別共振轉(zhuǎn)速、由于摩擦和軸裂紋等故障。

 

 

 

　五、系統(tǒng)的功能和要求

 

　?。?）要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)以及與冷卻和氣路系統(tǒng)閥門有關(guān)的的自動聯(lián)動控制，以便安裝程序執(zhí)行啟動或者停止控制空氣壓縮機(jī)的操作動作，最終目的是提高系統(tǒng)在操作方面的準(zhǔn)確度和安全性。

 

　　（2）使控制系統(tǒng)具備手動和遠(yuǎn)程兩種控制方式。而空氣壓縮機(jī)的地面控制系統(tǒng)，可以對空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)所有的運(yùn)轉(zhuǎn)或者故障進(jìn)行相應(yīng)的顯示和記錄，并最終生成運(yùn)轉(zhuǎn)報(bào)表，并且可以被隨時(shí)地打印。

 

　?。?）在線測量與處理的空氣壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)歷史曲線圖形顯示和任意時(shí)刻數(shù)據(jù)查詢。并對數(shù)據(jù)以報(bào)表形式查詢顯示和打印。

 

　?。?）當(dāng)電機(jī)過載時(shí)能夠及時(shí)停車報(bào)警；當(dāng)空氣過濾器阻塞時(shí)報(bào)警；實(shí)現(xiàn)電源逆相缺相保護(hù)。

 

 

 

　六、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

 

　　系統(tǒng)由壓力及溫度檢測傳感器、PLC控制柜、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、以太網(wǎng)模塊等部件組成。整個(gè)系統(tǒng)分為三層，分別為現(xiàn)場測量控制層，中央管理層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層。其中央管理層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層系統(tǒng)的控制在同一臺計(jì)算機(jī)中，這樣可以有效地減少硬件需求。

 

　?。?）排氣壓力傳感器：排氣壓力傳感器安裝于制壓閥與排氣管的接連管路上，通過連接管路加上三通實(shí)現(xiàn)。該傳感器用于實(shí)現(xiàn)對排氣壓力的監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)送至PLC控制柜。最后再由PLC分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)壓力的加載和卸載。

 

　?。?）潤滑壓力傳感器：安裝于機(jī)頭回油管的末端，壓力信號與現(xiàn)有模擬壓力表在同一位置，通過加裝三通實(shí)現(xiàn)。用于監(jiān)測壓縮機(jī)潤滑狀況，通過PLC控制柜實(shí)時(shí)控制壓縮機(jī)的啟停。

 

　　（3）檢測傳感器：現(xiàn)場測量控制層由各類測量模塊以及傳感器，變送器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，是控制系統(tǒng)最前段的測量元件及執(zhí)行器部分，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理及控制；中央管理層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層由監(jiān)控主機(jī)組成，它與現(xiàn)場控制層通過現(xiàn)場控制總線，動態(tài)監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況和檢測數(shù)據(jù)的采集，并向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)控制指令，控制系統(tǒng)運(yùn)行，并通過以太網(wǎng)利用TCP/IP協(xié)議與其它系統(tǒng)通訊，并傳送現(xiàn)場設(shè)備的檢測信息。

 

　?。?）可編程只讀存儲器（EEPROM）：外存采用Atmel公司的25D03型EEPROM作為數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展。

 

　　至于遠(yuǎn)程監(jiān)控層設(shè)備，可跟據(jù)公司情況自行選取。

 

 

 

　七、故障排查與診斷

 

　?。?）檢查空氣壓縮機(jī)的濾清器，如果發(fā)現(xiàn)濾清器中的空氣濾芯損壞、缺陷或不干凈，應(yīng)當(dāng)及時(shí)地進(jìn)行更換；檢查空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣管是否有扭結(jié)或變形的情況，目的是為了保證進(jìn)氣管道具有最低要求的內(nèi)圈直徑。

 

　?。?）檢查回油管是否有過多的彎曲、扭結(jié)及障礙的情況。建議最小回油管內(nèi)徑為12毫米。另外，回油管道必須一直從空氣壓縮機(jī)下降到發(fā)動機(jī)曲軸箱內(nèi)。

 

　?。?）檢查并測量空氣壓縮機(jī)缸套、活塞環(huán)磨損及損壞情況及裝配情況，磨損嚴(yán)重的應(yīng)予更換。

 

 

 

　八、故障排查與診斷實(shí)例

 

　　1、切斷控制回路和模塊的電源，旁通模塊，從模塊Ml和M2端子上拆除控制回路導(dǎo)線，在控制回路導(dǎo)線上接一跳線，使模塊的“控制回路”旁通。（注意：現(xiàn)在空壓機(jī)內(nèi)部電機(jī)保護(hù)模塊已經(jīng)旁通了，該方法只能用于模塊的短暫性測試）重新接通控制回路和模塊的電源，試運(yùn)行空壓機(jī)。如果空壓機(jī)在模塊旁通時(shí)不運(yùn)行，則故障不在控制系統(tǒng)和模塊。如果在模塊旁通時(shí)空壓機(jī)能運(yùn)行而將模塊重新接上時(shí)不運(yùn)行，那么模塊中的控制回路繼電器是斷開的?，F(xiàn)在需要對熱敏電阻鏈進(jìn)行測試以確定模塊控制回路繼電器的斷開是由于內(nèi)部溫度過高引起的還是元件的故障引起的。

 

　　2、檢查空壓機(jī)的熱敏電阻鏈，切斷控制回路和模塊的電源，將傳感器引線從模塊上S1和S2拆下來，用電阻表通過傳感器引線測量熱敏電阻鏈的電阻值。（警告：使用最大電壓9V的電阻表來檢查傳感器鏈。傳感器鏈?zhǔn)敲舾械那胰菀讚p壞；不應(yīng)試圖用任何非電阻的工具來檢查傳感器的導(dǎo)通性。對傳感器鏈?zhǔn)┘尤魏瓮獠侩妷簳饟p壞以致需更換空壓機(jī)。

 

　　3、按照以下數(shù)字來診斷該電阻讀數(shù)：225n～正常運(yùn)行范圍～275n～空壓機(jī)過熱，需要時(shí)間讓其冷卻；-on傳感器回路短路，更換空壓機(jī)。如果電阻讀數(shù)不正常，將空壓機(jī)上的傳感器連接插頭拔掉，測量傳感器接線柱的電阻，可以確定該不正常讀數(shù)是由于連接器故障還是電機(jī)保護(hù)模塊是熱敏電阻的問題。

 

　　4、在初次啟動或任何模塊跳閘后，在模塊回路閉合前，傳感器鏈的電阻必須低于模塊復(fù)位點(diǎn)。復(fù)位值是2250-30000，如果傳感器鏈的電阻小于225n，而當(dāng)控制回路旁通時(shí)空壓機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，說明固態(tài)模塊是壞掉了，應(yīng)予以更換。在各項(xiàng)試驗(yàn)之間應(yīng)將電壓切斷以避免短路和觸點(diǎn)的意外電弧。每當(dāng)熔斷器斷開或斷路器跳閘時(shí)，應(yīng)對模塊功能進(jìn)行檢查，以保證模電機(jī)保護(hù)模塊的觸點(diǎn)沒有粘接現(xiàn)象。

 

　　一臺新機(jī)使用不久，監(jiān)視器上不時(shí)有不規(guī)則滿屏干擾條紋出現(xiàn)，嚴(yán)重影響診斷。此現(xiàn)象毫無規(guī)律，有時(shí)一開機(jī)就有，有時(shí)隔幾天才出現(xiàn)。

 

　　由于空氣壓縮機(jī)現(xiàn)場大功率感性負(fù)載相對來說會比較多，所以就會導(dǎo)致電源污染（過壓、欠壓、尖峰電壓）、噪音干擾、電磁干擾等一系列問題。尤其對于頻繁使用變頻器的情況，這種情況會對單片機(jī)系統(tǒng)造成一定的影響。因此應(yīng)用在壓縮機(jī)控制過程中需要選用一些抗干擾的措施，可以從硬件和軟件兩個(gè)方面采取一定的措施。

 

　　硬件方面的措施：建議系統(tǒng)可以采用分立式供電。由于整個(gè)系統(tǒng)不是統(tǒng)一變壓、濾波、穩(wěn)壓后就可以提供給各單元電路使用的，而是變壓后直接送給各單元電路的整流、濾波、穩(wěn)壓。這樣就可以非常有效地消除各單元間的電源線和地線間的耦合干擾，這樣就在提高供電質(zhì)量的同時(shí)又增大了散熱面積。同時(shí)可應(yīng)用一電子狗實(shí)現(xiàn)電源電壓監(jiān)控功能。IMP850的復(fù)位信號為高電平，復(fù)位門限電壓為4.38V，短暫的幅度為100MV的瞬變以及持續(xù)的時(shí)間為20ms的瞬變，都不會導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤的復(fù)位。

 

　　軟件方面的措施：編寫必要的異常情況處理程序以及系統(tǒng)自我診斷程序。比如可以在EEPROM中設(shè)定上電標(biāo)志，目的是用來區(qū)分系統(tǒng)是上電復(fù)位（冷啟動）還是故障復(fù)位（熱啟動）。如果系統(tǒng)是故障復(fù)位，那么在生產(chǎn)工藝運(yùn)行過程應(yīng)當(dāng)從故障點(diǎn)重寫運(yùn)行，從而執(zhí)行異常處理程序，恢復(fù)故障前的狀態(tài)。關(guān)于EEPROM中數(shù)據(jù)冗余保護(hù)與糾錯(cuò)，程序采用三重冗余編碼糾錯(cuò)方案。工程實(shí)踐表明，干擾僅使EEPROM中個(gè)別數(shù)據(jù)失，并不會重回整個(gè)EEPROM區(qū)。通過三份數(shù)據(jù)的對比校驗(yàn)，至少有兩份數(shù)據(jù)相同才能進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)容自救。

 

　　空壓機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，故障診斷系統(tǒng)是如今機(jī)械化運(yùn)行中最為典型的機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，它的功能不僅僅是對空壓機(jī)的參數(shù)進(jìn)行顯示和使得聯(lián)鎖控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，而且更重要的是在于它可以通過故障診斷系統(tǒng)提供的信息進(jìn)行機(jī)電的預(yù)測維修工作，這樣就大大減少大修工作量，減少人力、物力的消耗，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，采用此系統(tǒng)后，我國機(jī)電行業(yè)機(jī)械的故障率減少75%，維修費(fèi)用降低25.50%。由于空壓機(jī)組的故障發(fā)生率比較高，所以采用此系統(tǒng)則顯得非常有必要，改變傳統(tǒng)的設(shè)備維修方法，是大型機(jī)組進(jìn)入以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的預(yù)測維修時(shí)代。是未來發(fā)展的方向。