空气压缩机的数据采集系统的研究与开发

李江涛

摘  要：目前空气压缩机主要应用于化工、电力、冶金、机械等行业，其是生产过程中比较理想的动力设备，因此在实际生产中起着十分重要的作用。在该次研究中，我们针对空压机数据收集系统，在其中引入了传感器、计算机、通信等技术，实现了对空压机组参数的实时收集。在了解设备的运行情况后，能够及时对所存在的故障问题进行判断及维修，对空压设备的运行状况以及参数进行统计，利用嵌入式控制器和传感器收集设备的实时数据，完成空压机数据采集系统设计之后，通过系统运行结果发现该方案切实可行。

关键词：空气压缩机;数据采集系统;传感器

中图分类号：U464      文献标志码：A

在企业生产过程中空气压缩机是关键的生产设备之一，但由于运行操作不当以及设备的一些突发故障等因素会使其处于故障状态，再加上没有及时维修对设备造成一定的机械损失，会给企业生产带来一定的负面影响。此外，目前空气压缩机是生产过程中能量消耗较多的设备，如何通过提高运维服务质量，调整多台次设备运行的方式，减少节能消耗也是当前急需解决的问题。传统方式在检测过程中虽然能够为用户提供维修服务，但无法满足当前快速发展的生产需求，在实际生产中，该设备已经广泛用于机械、工业、矿山等领域，因此对于空气压缩机的数据监控以及运行维护是十分重要的。现代企业的空气压缩机设备面临提高运维服务质量，实现高效管理的问题。

1 空气压缩机数据收集系统

市场上的空压机类型较多，按照原理可将其分为动力型、容积型、热力型，按照形式可将其分为封闭式、移动式、固定式，主要包括活塞式、滑片容器式、螺杆式，其中螺杆式的空气压缩机运行效率较高而且能量消耗小，产生噪声低，具有较高的可靠性、使用寿命较长等特点，因此在该次研究中我们主要分析的是螺杆式空气压缩机。从其构成上来看，其包括气路系统、控制系统、喷油系统、冷却系统及后处理系统。主要部件包括电动机、机头、安全阀、油气分离器、空气冷却器、油冷却器、干燥器、过滤器等。电动机能够提供外部动力，油冷却和空气冷却设备具备冷却油和空气的功能，可以分为风冷和水冷2种类型。干燥器可实现空气冷凝，能够对热空气进行降温处理，分离去除水蒸气干燥空气，而油气分离器可达到油气分离的目的。电磁阀控制空压机机头在达到最大压力时会使之处于失电状态，在达到最小压力时会使之处于得电状态，进而可以控制空压机的卸载及负载状态。各种过滤器可以有效保证压缩空气的气体品质（含油量、含尘量）。从数据收集的方法上来看，数据收集主要是利用传感器将获取的信息转为信号，经过信号的采样、量化、传输等多个步骤，最终传到系统中进行信息分析、储存。同时能够运用传感器、信号处理、计算机技术构成测试技术。常用的数据采集包括PLC、非智能表嵌入式装置。数据库是基于Web远程信息收集和虚拟仪器数据收集的方式。从总体设计方案上来看，通过理论、物理以及实地调试等多种方法，能够对空气压缩机的数据收集系统进行开发，根据当前设备的接口设置方式，通过串行接口的形式，利用多个窗口完成操作，进一步实现系统对下位机控制状态信息的数据采集，并对所收集的信息进行分析，将其储存到指定的数据库中。通过串行接口可使下位机与空压机组进行通信，能够查询所连空气压缩机的状态，获取实时运行参数，并发送指定命令以控制压缩机的启动和停止。

2 空气压缩机数据采集系统的硬件部分

从设备的设计上来看，目前空气压缩机信息收集系统是由多台空气压缩机进行数据采集的，由于存在较多的运行参数，因此对某设备来说只借助单一设备很难获取完整信息，而根据不同参数特点，信息采集设备需要利用压缩机的控制器和总管传感器、水流流量计、压力以及温度传感器等。空气压缩机组的数据采集部分硬件主要由传感器、控制器、流量计、工控机以及干燥器的在线露点监测、罐体温度、压力以及滤芯压差传感器等共同构成，该系统利用控制器和傳感器完成数据采集工作，将计算机作为主机系统，控制器是从机，两者的通信是主机轮询而从机应答模式，硬件设计能够完成对传感器和控制器的设计。首先从空气压缩机的主控制器上来看，其是由面板和主控器构成，控制器能够对电机的过载、不平衡、短路等问题起到保护作用，对电机进行启停操作控制，对空压机组设备实现保护设置，能够对负荷率进行调节，进一步实现设备压力的平衡，具有较高的可靠性，可选择远程操控和机房操作模式，也可以采取独立或联动的运行方式，具有通信功能。而传感器是重要的检测设备，能够将获取的信息根据一定的规律输出数字信号和模拟信号，实现信息的储存记录，这也是信息采集中的重要组成部分，具有良好的性能，包括实现输入和输出信号的线性分布状态，具有低噪声、高灵敏性，除检测对象外其余参数几乎没有响应，能量消耗低，能够确保被测对象不受影响，具有良好的重现性。

3 空气压缩机数据采集系统的软件部分

在系统软件设计中，我们借鉴软件设计方法提高模块化和结构化，使用的是微软公司的开发工具包产品VS，其开发环境是Windows平台应用程序，VS2008是一种高级软件开发工具，可以在平台上建立应用程序进行数据库的调试，功能丰富。当上位机接收信息后，可将这些信息下达给数据库系统，服务器采用计算机语言，通过ODBC与软件进行数据交互。

4 系统界面设计

该数据采集系统在界面设计部分采用的开发平台是VS2008，是一种新的开发工具，能够用于生成ASP应用程序、桌面程序以及移动程序。VS2008采用了这种集团开发环境，VB、VC等具有较多的新功能和特性，能够在一定程度上提高开发效率，同时降低程序的复杂性。首先在界面设计上根据用户现场的实际情况，设置相对应的空压机组的下位机，采集每台机组的运行参数。在曲线设计部分分别将供气压力，排气温度用不同颜色的曲线进行表示，设置设备查询能够将压缩机设备的运行数据以报表的形式生成。此外还能用于故障查询和报警，一旦空气压缩机在运行中发生故障，可以在联控界面通过单击界面，显示系统信息并进行保存，设置查询条件后可对故障信息进行实时查询。根据储存器和控制器的运行特点，将设备运行状态以及故障信息等显示在界面中，而用户可通过点击这些单个的空气压缩机图标，其运行状态以及故障信息报警界面就能够显示出来。其中红色表示卸载停止，绿色表示正常的运行参数，一旦出现故障时则会用红色进行表示。

5 系统调试

在对系统进行硬件测试时，利用数据收集控制器转换电路进行检查。软件的测试主要是VS2008的上位机测试，包括联机测试和软件测试，在整个测试过程中当用户进入测试状态后，通过按钮开关对实际输入信号的各个输出量通断情况利用指示灯进行反应，同时可借助电位器转变压力值和温度值，此外在整个系统调试中还需要做好故障排除工作。

6 结语

当前空间压缩机的数据采集系统比较复杂，其数据可以通过温度传感器、流量传感器以及相应的控制器进行收集，对不同来源的数据采取多种方法进行分析，在该次研究中，通过借助多种传感器控制器，可进一步实现空气压缩机的数据采集系统开发。

参考文献

[1]郭涛.往复式压缩机示功图数据采集系统研究[J].昆明冶金高等专科学校学报，2018，v.34;No.144（1）：27-31.

[2]朱丙仁，何传玺，徐梦超.空气压缩机压缩空气干燥系统研究[J].设备管理与维修，2017（3）：28-29.