聶廣鹿，方懂平

(1．北京交通大學電子信息工程學院，北京 100044)

(2．舟山市定海區(qū)巨洋技術開發(fā)有限公司，浙江舟山 316000)

空壓機自動控制節(jié)能裝置主要用在電機驅動的空壓機上，而在柴油或汽油驅動的空壓機上卻很少看到。這是因為相對于用電直接驅動，柴油或汽油驅動會占用大量內部空間，很難再布置自動控制裝置。但柴油和汽油驅動的空壓機應用十分廣泛，因此急需開發(fā)一種實用、高效、節(jié)能的空壓機自動控制系統(tǒng)，以適應全球化低碳節(jié)能的要求。

1 節(jié)能型空壓機的自動控制原理

自動控制系統(tǒng)(如圖1、圖2所示)啟動時檢測壓力控制開關的狀態(tài)，壓力控制開關打開時，表示過壓，系統(tǒng)將關閉油門，關閉電磁閥(電磁閥為斷電狀態(tài));壓力控制開關閉合時，開啟電磁閥，通過舵機將油門調節(jié)到流量最大的位置(如圖3、圖4所示)，隨后再關閉電磁閥。

圖1 接口分布

圖2 舵機連接

圖3 舵機左轉油門關閉

正常工作時，系統(tǒng)根據(jù)壓力控制開關狀態(tài)的變化來判斷下一步的動作。若壓力控制開關由打開變?yōu)殚]合，表示壓力達到下限，此時需要啟動動力系統(tǒng)(具體過程:打開電磁閥，等待轉速達到額定值，達到額定值后緩慢開啟油門(暫定24s)，油門完全開啟后關閉電磁閥，舵機信號線停止向舵機提供執(zhí)行信號(如圖5所示)，結束后等待下一次狀態(tài)改變);壓力控制開關由閉合變?yōu)榇蜷_，表示壓力達到上限值，此時需要關閉動力系統(tǒng)(具體過程:緩慢關閉油門(暫定24s)，結束，等待下一次狀態(tài)改變［1］)。

2 執(zhí)行機構設計

圖4 舵機右轉油門打開

圖5 舵機接口定義

空壓機由動力機構、油門控制裝置、儲氣罐、傳感器、小型發(fā)電機、電磁閥、控制器、調壓開關、氣體壓縮機構、進氣管、飛輪、氣動馬達等構成(如圖6所示)。動力機構、調壓開關和氣體壓縮機構安裝在儲氣罐上構成空壓機的主體構架，動力機構的主體部分為柴油機或汽油機，動力機構的上部安裝有氣動馬達，氣動馬達上的齒輪與飛輪上的齒圈相嚙合，動力機構的下部安裝有功率低于20W的小型發(fā)電機;動力機構上安裝有飛輪;動力機構的中部安裝有傳感器;進氣管上安裝有電磁閥，氣動馬達的進氣管由電磁閥引出，控制器安裝在靠近調壓開關的一側，為了方便與調壓開關進行電氣連接，控制器通過導線與油門控制裝置、傳感器、小型發(fā)電機、電磁閥相連接［2］。

圖6 空壓機構造

氣動馬達只進行單方向動力輸出，因此只接有一根氣管;氣動馬達上的齒輪也進行單方向扭矩輸出，其功能猶如自行車后輪上的飛輪，這樣當氣動馬達帶動動力機構啟動后，就不會跟著同時轉動，延長了氣動馬達的使用壽命;電磁閥為兩位三通氣動電磁閥或兩位四通電磁閥;傳感器為霍爾元件或轉軸電壓式;小型發(fā)電機為轉動式或振動發(fā)電式;油門控制裝置由小型氣缸、電磁閥、限位開關和彈簧構成;電磁閥用來驅動小型氣缸執(zhí)行動作［3］。

3 電路設計

電路主要基于51單片機系統(tǒng)進行開發(fā)設計，以52單片機為智能控制單元進行外圍布局。首先，發(fā)電機提供交流電能，經(jīng)整流橋進行整流穩(wěn)壓后，分成兩路變壓模式，變成5V后輸入到單片機和傳感器;變成12V后輸入到電磁閥。由于野外工作環(huán)境惡劣及供電電源的不穩(wěn)定，因此在外圍電路上設有抗諧波構造，其主要原理是基于傅立葉分解法求出各次諧波含量，然后計算出總諧波含量，將計算數(shù)值運用于外圍電路中，可保護供電系統(tǒng)，如圖7所示。

圖7 供電部分

智能控制部分主要由單片機系統(tǒng)構成(如圖8所示)?？刂菩盘栠M入單片機首先要經(jīng)過光電隔離模塊進行物理隔離后進行閉環(huán)輸入，其作用就是在兩個供電控制之間創(chuàng)建了一個物理隔斷，這意味著信號數(shù)據(jù)包不能從一個信號路徑流向另外一個信號路徑。并且兩者線路上從不會有實際的連接，以防止外來干擾影響單片機工作。執(zhí)行機構采用舵機模塊，由單片機輸入控制信號，配合12V供電進行精確控制，基本實現(xiàn)了電路的整體工作流程［4］。

圖8 控制部分

4 結束語

通過以上幾大模塊的設計、改進與優(yōu)化，并利用其自身壓縮空氣進行啟動，不增加額外的大容量電瓶電機，實現(xiàn)自行啟動，節(jié)能環(huán)保，同時該系統(tǒng)設計簡潔高效，可以節(jié)約大量油料，尤其是在大型戶外工程的使用上，節(jié)能效果更為明顯，具有廣闊的市場空間。

［1］ 張曉光．信號檢測與控制電路［M］．北京:中國計量出版社，2008．

［2］ 劉建民，陳建軍．螺桿式空壓機運行及維護技術問答［M］．北京:中國電力出版社，2011．

［3］ 彼得·斯托伊卡．現(xiàn)代信號譜分析［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2008．

［4］ 李萍．51系列單片機叢書［M］．北京:中國電力出版社，2008．