基于“云数据”的智慧空压机平台功能应用分析

梁国耀

（广东环球净化科技有限公司，广东 珠海 519000）

1 智慧化系统平台整体方案设计

1.1 空压机智慧系统市场前景分析

传统空压机作为各行业生产中的核心能源动力，其市场供应前景、适用性极为广泛。然而，近年来由于互联网核心技术的快速发展，从根本上将传统空压机设备的管理模式和系统功能运行模式逐步转变为智能化管理，使智慧空压机质量安全、管理安全市场得以提升，由空压机年市场应用量可知，2015年，空压机市场占有量为3.25 亿万台，而在2021年，占有量为4.65 亿万台，其增长率为143%，结果表明，互联网“云数据”智慧技术的高速发展和智慧化空压机设备管理模式的多功能化、高效率化提高了空压机的市场竞争力，强化了智慧化平台管理模式下的节能减排性能、安全性能，助推了空压机市场经济效益增值。

1.2 平台系统主体功能模式设计分析

在空压机智慧化管理平台市场应用下，合理地分析解译空压机平台主体功能对掌握空压机智慧模式操作、管理和应用极为关键。为此，该文具体分析智慧空压机站系统主体功能模式，如图1所示。由图1可知，以“云数据”为基础的智慧空压机站主体功能分为系统管理功能、设置功能、系统监控功能和数据分析功能。首先，系统管理功能以数据库信息存储、传输和查询等为主体，同时具备空气滤清器和润滑剂管理使用，而在数据存储传输中，形成了统一调配模式，即每台空压机联动控制柜采集各类传感器信息，通过网络传输模块实现空压机动态信息传输，进而在智慧空压机管理平台中便捷询问或管控相关空压机信息。其次，在互联网“云数据”智慧技术下，空压机设备远端监测平台在功能上实现了资源信息的高度集成、共建共享以及传输分析等，达到了智慧空压机平台系统功能的自动化、可视化和智能化管理目的，提高了空压机在日常工作中的状态安全水平和效率水平。

图1 智慧空压机系统主体功能示意结果图

2 智慧空压机平台功能运行管理原理分析

2.1 联动控制运行管理分析

在“云数据”智慧化背景下，空压机联动控制是空压机运行控制管理平台中极为重要的一项功能。与传统空压机功能管理模式相比，智慧空压机联动控制具备以下特征。1） 局域网络中允许存在1台主机，多台从机（约15 台左右），空压机主机控制从机的加载压力、功能等，当主机启动时，从机自动进入联动模式，从而对设备进行统一管理，并合理资源合理。2） 主机选取网络空压机控制命令，进而通过从机联动装置管理空压机供气压力，均衡各从机的运行时间，不仅有效降低了因单一空压机频繁启动对设备和产业能耗的冲击，而且实现了空压机节能减排和高效工作的目标。

智慧空压机联动控制运行类型主要分为手动控制和自动控制。其中，手动控制根据联控压力上/下限对设备运行进行宏观调控，形成主机优先启动、从机根据压力阈值选择启动或停止功能的模式。与手动控制相比，空压机自动联动控制将空压机组联系为统一整体，经过主机和从机的协调配合共同完成压缩空气量的工作，在两机协同配合下，联控装置在保证智慧空压机组（主机和从机）供气压力稳定的同时，优化调整运行时间参数，实现机组低功率运行的目标，最终使智慧空压机设备在工作中保持稳定状态，实现既节能又高效的控制效果。

2.2 微机控制运行管理分析

智慧空压机站在联动控制运行管理基础上，为了实现各行业控制领域内空压机系统功能的精准控制、高效率响应运转等目标，对空压机下机位PLC运行控制中心管理进行分析可知，微机控制系统在运行工作中以初始化模块、温度采集模块、A/D转化模块、D/A输出模块、辅助模块和编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）组成空压机微机智能控制和实时多参数采集系统，并针对空压机微机运行管理系统，以PLC进行编程解译，读取多设备硬件系统参数、传感器控制参数，同时经过PLC循环操作实现对空压机设备输入/输出数据采集、设备安全性预警运行管理服务等功能，进而通过微机控制运行管理操作保障设备、数据参数安全运行。

2.3 变频控制运行管理分析

该文通过研究基于“云数据”智慧技术所构建的智慧空压机智能化平台变频控制系统的控制原理和功能特征，以提升空压机系统功能运行效率，如图2所示。根据图2可知，变频控制系统具有多路传输、PLC变频调节、工控机、D/A转化和控制对象的主体功能，经重复循环后形成统一整体，即通过变频控制智慧空压机设备出口压力多路传输装置，通过PLC变频调节（A/D转化）将空压机压力信号转为电信号，并与经过工控机进行转化后的电信号进行对比分析，随后通过设备变频调节，分析设备最优控制参数并进行D/A转化输出，对空压机电机、进/出压力气量进行变频调节，以实现空压机系统的稳定、安全和高效运行和启动，同时保证空压机变频运行控制管理系统效率、能耗效率和经济效率的综合提升。

图2 变频采样控制流程分析结果

在空压机平台智能化建设过程中，变频设备对提升工作效率起至关重要的作用。为此，该文针对空压机工频总系统中变频调速功能进行科学分析，结果发现，由于空压机变频调速电机机组设备具备任意改变频率电流的特性，提升了电机速度的合理控制能力，因而在该特性下进行A/D信号转化可有效提升空压机气源系统工作效率。例如当定子磁场转速与电动机转速一致时，通过变频调速调整转子切割旋转磁场的效率，实现在绕组过程中电动机产生感应电流，经A/D转化后，提升空压机组平台的管理控制能力。其中，电动机的同步转速由电动机的磁极个数和电源频率所决定。

当N表示转速时，其计算如公式（1）所示。

式中：为电动机的磁极个数（极数）；为电源频率，Hz。

如果以同步转速N为基准，就将电动机转差率如公式（2）所示。

式中：N为同步转速，r/min；为电动机转速，r/min；为实际转速；为转差率。

实际转速定义如公式（3）所示。

式中：为电动机磁极个数；为转差率。

通过公式（1）～公式（3）表明，当改变电动机任意参数（、以及）时，即能实现电动机变频调速，进而通过改变电动机频率速度实现空压机变频调速转化运行管理控制，提高智慧空压机站平台的工作效益。

3 空压机智能管理平台的实现与测试

3.1 平台数据监测管理模块实现

图3为基于“云数据”平台所构建的智慧空压机智能监控功能管理模块，根据图3可知，空压机监控功能中PLC中心控制器根据传感器类型（气体压力传感器、温度传感器等）对不同变频器下单一空压机数据进行智能化动态监控。例如PLC控制气源系统压力指标阈值，当变频调节过程中传感器感知气体压力不足时，及时通过变频调节器进行调节（增加运行频率或增加绕组速度等）；而当输至气体管道的气体压力值过高时，传感器将信号传至PLC控制中心进行警报预防，并及时通过变频调节器调节修正，以降低设备运行效率。因此，通过PLC控制中心、多类型传感器、运输管道和变频调节器实现空压机智能管理平台功能的逻辑控制，同时通过大数据平台监测主体功能控制空压机设备状态、参数信息、传感器信息等，以提升空压机平台功能智能化管理程度和工作效率。

图3 监测管理模块运行管理示意图

3.2 系统数据查询分析模块

该文以“云数据”实现空压机平台数据查询功能，对及时掌握设备信息安全和提前预判操作具有重要意义。该文通过分析智慧空压机下机位数据采集、存储管理、查询和可视化分析等功能，及时掌握空压机软/硬件设备信息，结果如图4所示。根据图4可知，首先，空压机下机位功能将数据传至采集处，并对空压机动态数据进行存储。其次，数据控制中心根据数据功能类型划分为CSV.和Excel格式存储。最后，将功能数据分析后通过可视化视图分析进行展示，进而通过“云数据”信息共建共享原则对空压机软件设备和硬件设备运行状态进行合理分析。

图4 空压机数据采集分析运行管理流程示意

3.3 系统功能联动控制模块的实现

由于智慧空压机平台系统功能在实际应用过程中各功能相互协同、调配，因此，在实现集空压机数据存储、分析、传输和动态监测的过程中，空压机主机和从机各功能必须统一联动控制，同时在主机联动调度中，如果允许联动运行，就能实现设备远程控制（例如开/关机、数据查询、参数调配等）；如果不具备联动控制，则仅能实现空压机远程监控，不能进行实际控制。在联动控制过程中，单一的空压机主机或从机平台功能未进行联动控制，控制系统则进行预警处理。综上所述，通过“云数据”智慧技术实现空压机平台功能网络联动控制功能，对设备信息动态、安全和提高工作效益有重要意义。

4 智慧空压机系统功能应用分析

在“云数据”信息智能化背景下，空压机平台具备数据整理、状态远程监测、平台运维健康管理等显著性功能。其中，在状态监测功能应用中，空压机设备通过连接互联网，由监测传感器及时传输设备状态信息，并记录在系统所构建的海量数据库中，在实际应用中，计算机系统通过获取、计算和分析状态离散信息，经统计设备运行时间、维护保养时间等分析过程，为空压机制作行业、运行行业提供质量服务参数和运行规律。

在设备运维健康管理中，经过实时监测统计空压机环境信息、数据状态信息、故障率信息等，并通过监测内容和数据整合分析空压机运行工作中的最优环境质量，在保障安全生产应用的同时，提升空压机智能管理平台功能的工作效率和经济效益。

5 结语

综上所述，该文将所分析的空压机智能管理平台功能应用与“云数据”智慧技术的结合切实可行，以“云数据”智慧技术为依据构建的空压机平台，经互联网共享化协调配比，使空压机平台系统各功能实现了自动化、可视化和智能高效化的管理目标，提升了作业效率，降低了能源、经济损耗；通过“云数据”智慧技术，在平台联动控制、微机控制和调速控制后，使平台功能形成了集系统信息管理、设置、监控和分析于一体的智慧空压机系统。