控制系統的要求是系統變壓后直接輸送給各個單元電路的整流、濾波、穩壓。目的是為了減少或消除各個單元之間的電源線與地線之間的耦合干擾。另外，系統可以利用一些手段實現電源電壓監控功能。
因為空氣壓縮機現場大功率感性負載較多，對單片機系統易造成影響。因此應用在壓縮機控制過程中需要選用一些抗干擾的措施，防止出現電源污染問題，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方面采取一些特殊措施。
實現空氣壓縮機網絡監控功能，能將所有運轉狀態及故障信號傳至上位機，從而達到空氣壓縮機房無人值守工作以及控制風包壓力罐的定期排污工作。
在線測量和處理的空氣壓縮機的運行參數與歷史曲線圖形顯示，以及任何一個時刻的數據查詢，并對數據以報表形式查詢顯示和打印。
當電機過載時能夠及時停車報警；當空氣過濾器阻塞時報警；實現電源逆相缺相保護。
故障診斷與分析功能：控制系統具有故障顯示功能，排氣壓力、轉臺卸載、負載待命等。對故障能實現自我診斷停機維護，控制面板能實時顯示系統排氣溫度，并顯示故障原因。出現不安全動作時，報警燈閃爍顯示，蜂鳴器鳴叫，并切換到報警窗口。故障排除后，可實現安全復位功能。同時系統還要具有一定的抗干擾能力。
二、空壓機系統的狀態檢測硬件配置
狀態監測及故障診斷的硬件配置，主要由現場監測元件、通訊處理器、光纖集線器、控制網絡、工廠信息網等構成。
硬件配置整體結構上分為3層。第一層，狀態監測層，各機組監測信號通過各自的通訊處理器與光纖集線器相連，再與控制網絡的MODBUS接口通訊。第二層，控制網絡層，DCS系統通過集線器采集各機組狀態監測數據并控制現場設備，工程師站或操作員站集成故障診斷與預測維修軟件，可實現實時分析或定時分析。第三層，工廠信息網，通過工程師站與工廠主干信息網連網，主干網上授權的計算機可顯示狀態監測，安裝相應的軟件，可供管理人員分析使用。
三、故障診斷與監測維修的軟件實現
隨著計算機技術的飛速發展，DCS系統已廣泛使用到各類企業的自動化領域中。針對空壓機組，采用DCS系統與故障分析軟件相結合，以支持遠程診斷為基本特征，由數據采集、在線監測預報、信號分析、故障診斷等子系統組成，具有管理功能強、擴展方便和數據傳輸速率高等特點。
四、信號分析處理系統中相關理論
影響空壓機穩定運行的主要安全參數為軸瓦溫度、軸位移、軸振動、相位和轉速等，故有下面幾種知識曲線用于該系統。
（一）軌跡
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。軸心軌跡隨負荷不同而變化的情況，s*先是很“胖”的橢圓，它說明情況正常。隨著負荷的增大，橢圓變扁，負荷再大會出現二倍頻成份。這種予載，如果足夠大，就可能使機械產生軸承過大的磨損、軸疲勞、軸裂等故障。
（二）極坐標圖和波德圖
在極坐標圖中，向量的幅值和相位這兩個成份，以極坐標形式標示在一個圖中。而在波德圖中，幅值和相位分別標示在兩個XY圖的Y軸上，X軸都用轉速表示。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，利用極坐標圖和波德圖可以判別共振轉速、由于摩擦和軸裂紋等故障。
五、系統的功能和要求
（1）要求系統實現空氣壓縮機以及與冷卻和氣路系統閥門有關的的自動聯動控制，以便安裝程序執行啟動或者停止控制空氣壓縮機的操作動作，z*終目的是提高系統在操作方面的準確度和安全性。
（2）使控制系統具備手動和遠程兩種控制方式。而空氣壓縮機的地面控制系統，可以對空氣壓縮機系統所有的運轉或者故障進行相應的顯示和記錄，并z*終生成運轉報表，并且可以被隨時地打印。
（3）在線測量與處理的空氣壓縮機運行參數歷史曲線圖形顯示和任意時刻數據查詢。并對數據以報表形式查詢顯示和打印。
（4）當電機過載時能夠及時停車報警；當空氣過濾器阻塞時報警；實現電源逆相缺相保護。
六、系統硬件設計
系統由壓力及溫度檢測傳感器、PLC控制柜、模擬量輸入模塊、數字量輸出模塊、以太網模塊等部件組成。整個系統分為三層，分別為現場測量控制層，中央管理層和遠程監控層。其中央管理層和遠程監控層系統的控制在同一臺計算機中，這樣可以有效地減少硬件需求。
（1）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現。該傳感器用于實現對排氣壓力的監測，并將監測數據送至PLC控制柜。z*后再由PLC分析數據，實現壓力的加載和卸載。
（2）潤滑壓力傳感器：安裝于機頭回油管的末端，壓力信號與現有模擬壓力表在同一位置，通過加裝三通實現。用于監測壓縮機潤滑狀況，通過PLC控制柜實時控制壓縮機的啟停。
（3）檢測傳感器：現場測量控制層由各類測量模塊以及傳感器，變送器及執行機構組成，是控制系統z*前段的測量元件及執行器部分，主要完成現場數據的采集、處理及控制；中央管理層和遠程監控層由監控主機組成，它與現場控制層通過現場控制總線，動態監控現場設備運行狀況和檢測數據的采集，并向現場設備發控制指令，控制系統運行，并通過以太網利用TCP/IP協議與其它系統通訊，并傳送現場設備的檢測信息。
（4）可編程只讀存儲器（EEPROM）：外存采用Atmel公司的25D03型EEPROM作為數據存儲器的擴展。
至于遠程監控層設備，可跟據公司情況自行選取。
七、故障排查與診斷
（1）檢查空氣壓縮機的濾清器，如果發現濾清器中的空氣濾芯損壞、缺陷或不干凈，應當及時地進行更換；檢查空氣壓縮機進氣管是否有扭結或變形的情況，目的是為了保證進氣管道具有z*低要求的內圈直徑。
（2）檢查回油管是否有過多的彎曲、扭結及障礙的情況。建議z*小回油管內徑為12毫米。另外，回油管道必須一直從空氣壓縮機下降到發動機曲軸箱內。
（3）檢查并測量空氣壓縮機缸套、活塞環磨損及損壞情況及裝配情況，磨損嚴重的應予更換。
八、故障排查與診斷實例
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線，在控制回路導線上接一跳線，使模塊的“控制回路”旁通。（注意：現在空壓機內部電機保護模塊已經旁通了，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，試運行空壓機。如果空壓機在模塊旁通時不運行，則故障不在控制系統和模塊。如果在模塊旁通時空壓機能運行而將模塊重新接上時不運行，那么模塊中的控制回路繼電器是斷開的。現在需要對熱敏電阻鏈進行測試以確定模塊控制回路繼電器的斷開是由于內部溫度過高引起的還是元件的故障引起的。
2、檢查空壓機的熱敏電阻鏈，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z*大電壓9V的電阻表來檢查傳感器鏈。傳感器鏈是敏感的且容易損壞；不應試圖用任何非電阻的工具來檢查傳感器的導通性。對傳感器鏈施加任何外部電壓會引起損壞以致需更換空壓機。
3、按照以下數字來診斷該電阻讀數：225n～正常運行范圍～275n～空壓機過熱，需要時間讓其冷卻；-on傳感器回路短路，更換空壓機。如果電阻讀數不正常，將空壓機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是由于連接器故障還是電機保護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位點。復位值是2250-30000，如果傳感器鏈的電阻小于225n，而當控制回路旁通時空壓機不能運轉，說明固態模塊是壞掉了，應予以更換。在各項試驗之間應將電壓切斷以避免短路和觸點的意外電弧。每當熔斷器斷開或斷路器跳閘時，應對模塊功能進行檢查，以保證模電機保護模塊的觸點沒有粘接現象。
一臺新機使用不久，監視器上不時有不規則滿屏干擾條紋出現，嚴重影響診斷。此現象毫無規律，有時一開機就有，有時隔幾天才出現。
由于空氣壓縮機現場大功率感性負載相對來說會比較多，所以就會導致電源污染（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系統造成一定的影響。因此應用在壓縮機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方面采取一定的措施。
硬件方面的措施：建議系統可以采用分立式供電。由于整個系統不是統一變壓、濾波、穩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量的同時又增大了散熱面積。同時可應用一電子狗實現電源電壓監控功能。IMP850的復位信號為高電平，復位門限電壓為4.38V，短暫的幅度為100MV的瞬變以及持續的時間為20ms的瞬變，都不會導致一個錯誤的復位。
軟件方面的措施：編寫必要的異常情況處理程序以及系統自我診斷程序。比如可以在EEPROM中設定上電標志，目的是用來區分系統是上電復位（冷啟動）還是故障復位（熱啟動）。如果系統是故障復位，那么在生產工藝運行過程應當從故障點重寫運行，從而執行異常處理程序，恢復故障前的狀態。關于EEPROM中數據冗余保護與糾錯，程序采用三重冗余編碼糾錯方案。工程實踐表明，干擾僅使EEPROM中個別數據失，并不會重回整個EEPROM區。通過三份數據的對比校驗，至少有兩份數據相同才能進行數據內容自救。
空壓機組運行狀態監測，故障診斷系統是如今機械化運行中z*為典型的機電一體化高科技產品，它的功能不僅僅是對空壓機的參數進行顯示和使得聯鎖控制系統穩定可靠，而且更重要的是在于它可以通過故障診斷系統提供的信息進行機電的預測維修工作，這樣就大大減少大修工作量，減少人力、物力的消耗，其經濟效益十分顯著。據相關研究統計，采用此系統后，我國機電行業機械的故障率減少75%，維修費用降低25.50%。由于空壓機組的故障發生率比較高，所以采用此系統則顯得非常有必要，改變傳統的設備維修方法，是大型機組進入以狀態監測為基礎的預測維修時代。是未來發展的方向。
來源：■文/邢艷萍
控制系統的要求是系統變壓后直接輸送給各個單元電路的整流、濾波、穩壓。目的是為了減少或消除各個單元之間的電源線與地線之間的耦合干擾。另外，系統可以利用一些手段實現電源電壓監控功能。
因為空氣壓縮機現場大功率感性負載較多，對單片機系統易造成影響。因此應用在壓縮機控制過程中需要選用一些抗干擾的措施，防止出現電源污染問題，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方面采取一些特殊措施。
實現空氣壓縮機網絡監控功能，能將所有運轉狀態及故障信號傳至上位機，從而達到空氣壓縮機房無人值守工作以及控制風包壓力罐的定期排污工作。
在線測量和處理的空氣壓縮機的運行參數與歷史曲線圖形顯示，以及任何一個時刻的數據查詢，并對數據以報表形式查詢顯示和打印。
當電機過載時能夠及時停車報警；當空氣過濾器阻塞時報警；實現電源逆相缺相保護。
故障診斷與分析功能：控制系統具有故障顯示功能，排氣壓力、轉臺卸載、負載待命等。對故障能實現自我診斷停機維護，控制面板能實時顯示系統排氣溫度，并顯示故障原因。出現不安全動作時，報警燈閃爍顯示，蜂鳴器鳴叫，并切換到報警窗口。故障排除后，可實現安全復位功能。同時系統還要具有一定的抗干擾能力。
二、空壓機系統的狀態檢測硬件配置
狀態監測及故障診斷的硬件配置，主要由現場監測元件、通訊處理器、光纖集線器、控制網絡、工廠信息網等構成。
硬件配置整體結構上分為3層。第一層，狀態監測層，各機組監測信號通過各自的通訊處理器與光纖集線器相連，再與控制網絡的MODBUS接口通訊。第二層，控制網絡層，DCS系統通過集線器采集各機組狀態監測數據并控制現場設備，工程師站或操作員站集成故障診斷與預測維修軟件，可實現實時分析或定時分析。第三層，工廠信息網，通過工程師站與工廠主干信息網連網，主干網上授權的計算機可顯示狀態監測，安裝相應的軟件，可供管理人員分析使用。
三、故障診斷與監測維修的軟件實現
隨著計算機技術的飛速發展，DCS系統已廣泛使用到各類企業的自動化領域中。針對空壓機組，采用DCS系統與故障分析軟件相結合，以支持遠程診斷為基本特征，由數據采集、在線監測預報、信號分析、故障診斷等子系統組成，具有管理功能強、擴展方便和數據傳輸速率高等特點。
四、信號分析處理系統中相關理論
影響空壓機穩定運行的主要安全參數為軸瓦溫度、軸位移、軸振動、相位和轉速等，故有下面幾種知識曲線用于該系統。
（一）軌跡
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。軸心軌跡隨負荷不同而變化的情況，s*先是很“胖”的橢圓，它說明情況正常。隨著負荷的增大，橢圓變扁，負荷再大會出現二倍頻成份。這種予載，如果足夠大，就可能使機械產生軸承過大的磨損、軸疲勞、軸裂等故障。
（二）極坐標圖和波德圖
在極坐標圖中，向量的幅值和相位這兩個成份，以極坐標形式標示在一個圖中。而在波德圖中，幅值和相位分別標示在兩個XY圖的Y軸上，X軸都用轉速表示。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，利用極坐標圖和波德圖可以判別共振轉速、由于摩擦和軸裂紋等故障。
五、系統的功能和要求
（1）要求系統實現空氣壓縮機以及與冷卻和氣路系統閥門有關的的自動聯動控制，以便安裝程序執行啟動或者停止控制空氣壓縮機的操作動作，z*終目的是提高系統在操作方面的準確度和安全性。
（2）使控制系統具備手動和遠程兩種控制方式。而空氣壓縮機的地面控制系統，可以對空氣壓縮機系統所有的運轉或者故障進行相應的顯示和記錄，并z*終生成運轉報表，并且可以被隨時地打印。
（3）在線測量與處理的空氣壓縮機運行參數歷史曲線圖形顯示和任意時刻數據查詢。并對數據以報表形式查詢顯示和打印。
（4）當電機過載時能夠及時停車報警；當空氣過濾器阻塞時報警；實現電源逆相缺相保護。
六、系統硬件設計
系統由壓力及溫度檢測傳感器、PLC控制柜、模擬量輸入模塊、數字量輸出模塊、以太網模塊等部件組成。整個系統分為三層，分別為現場測量控制層，中央管理層和遠程監控層。其中央管理層和遠程監控層系統的控制在同一臺計算機中，這樣可以有效地減少硬件需求。
（1）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現。該傳感器用于實現對排氣壓力的監測，并將監測數據送至PLC控制柜。z*后再由PLC分析數據，實現壓力的加載和卸載。
（2）潤滑壓力傳感器：安裝于機頭回油管的末端，壓力信號與現有模擬壓力表在同一位置，通過加裝三通實現。用于監測壓縮機潤滑狀況，通過PLC控制柜實時控制壓縮機的啟停。
（3）檢測傳感器：現場測量控制層由各類測量模塊以及傳感器，變送器及執行機構組成，是控制系統z*前段的測量元件及執行器部分，主要完成現場數據的采集、處理及控制；中央管理層和遠程監控層由監控主機組成，它與現場控制層通過現場控制總線，動態監控現場設備運行狀況和檢測數據的采集，并向現場設備發控制指令，控制系統運行，并通過以太網利用TCP/IP協議與其它系統通訊，并傳送現場設備的檢測信息。
（4）可編程只讀存儲器（EEPROM）：外存采用Atmel公司的25D03型EEPROM作為數據存儲器的擴展。
至于遠程監控層設備，可跟據公司情況自行選取。
七、故障排查與診斷
（1）檢查空氣壓縮機的濾清器，如果發現濾清器中的空氣濾芯損壞、缺陷或不干凈，應當及時地進行更換；檢查空氣壓縮機進氣管是否有扭結或變形的情況，目的是為了保證進氣管道具有z*低要求的內圈直徑。
（2）檢查回油管是否有過多的彎曲、扭結及障礙的情況。建議z*小回油管內徑為12毫米。另外，回油管道必須一直從空氣壓縮機下降到發動機曲軸箱內。
（3）檢查并測量空氣壓縮機缸套、活塞環磨損及損壞情況及裝配情況，磨損嚴重的應予更換。
八、故障排查與診斷實例
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線，在控制回路導線上接一跳線，使模塊的“控制回路”旁通。（注意：現在空壓機內部電機保護模塊已經旁通了，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，試運行空壓機。如果空壓機在模塊旁通時不運行，則故障不在控制系統和模塊。如果在模塊旁通時空壓機能運行而將模塊重新接上時不運行，那么模塊中的控制回路繼電器是斷開的。現在需要對熱敏電阻鏈進行測試以確定模塊控制回路繼電器的斷開是由于內部溫度過高引起的還是元件的故障引起的。
2、檢查空壓機的熱敏電阻鏈，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z*大電壓9V的電阻表來檢查傳感器鏈。傳感器鏈是敏感的且容易損壞；不應試圖用任何非電阻的工具來檢查傳感器的導通性。對傳感器鏈施加任何外部電壓會引起損壞以致需更換空壓機。
3、按照以下數字來診斷該電阻讀數：225n～正常運行范圍～275n～空壓機過熱，需要時間讓其冷卻；-on傳感器回路短路，更換空壓機。如果電阻讀數不正常，將空壓機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是由于連接器故障還是電機保護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位點。復位值是2250-30000，如果傳感器鏈的電阻小于225n，而當控制回路旁通時空壓機不能運轉，說明固態模塊是壞掉了，應予以更換。在各項試驗之間應將電壓切斷以避免短路和觸點的意外電弧。每當熔斷器斷開或斷路器跳閘時，應對模塊功能進行檢查，以保證模電機保護模塊的觸點沒有粘接現象。
一臺新機使用不久，監視器上不時有不規則滿屏干擾條紋出現，嚴重影響診斷。此現象毫無規律，有時一開機就有，有時隔幾天才出現。
由于空氣壓縮機現場大功率感性負載相對來說會比較多，所以就會導致電源污染（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系統造成一定的影響。因此應用在壓縮機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方面采取一定的措施。
硬件方面的措施：建議系統可以采用分立式供電。由于整個系統不是統一變壓、濾波、穩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量的同時又增大了散熱面積。同時可應用一電子狗實現電源電壓監控功能。IMP850的復位信號為高電平，復位門限電壓為4.38V，短暫的幅度為100MV的瞬變以及持續的時間為20ms的瞬變，都不會導致一個錯誤的復位。
軟件方面的措施：編寫必要的異常情況處理程序以及系統自我診斷程序。比如可以在EEPROM中設定上電標志，目的是用來區分系統是上電復位（冷啟動）還是故障復位（熱啟動）。如果系統是故障復位，那么在生產工藝運行過程應當從故障點重寫運行，從而執行異常處理程序，恢復故障前的狀態。關于EEPROM中數據冗余保護與糾錯，程序采用三重冗余編碼糾錯方案。工程實踐表明，干擾僅使EEPROM中個別數據失，并不會重回整個EEPROM區。通過三份數據的對比校驗，至少有兩份數據相同才能進行數據內容自救。
空壓機組運行狀態監測，故障診斷系統是如今機械化運行中z*為典型的機電一體化高科技產品，它的功能不僅僅是對空壓機的參數進行顯示和使得聯鎖控制系統穩定可靠，而且更重要的是在于它可以通過故障診斷系統提供的信息進行機電的預測維修工作，這樣就大大減少大修工作量，減少人力、物力的消耗，其經濟效益十分顯著。據相關研究統計，采用此系統后，我國機電行業機械的故障率減少75%，維修費用降低25.50%。由于空壓機組的故障發生率比較高，所以采用此系統則顯得非常有必要，改變傳統的設備維修方法，是大型機組進入以狀態監測為基礎的預測維修時代。是未來發展的方向。
來源：■文/邢艷萍
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