姜鳳茹

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南鄭州450044）

石油化工壓縮機(jī)是一種壓縮氣體提高氣體壓力或運(yùn)輸氣體的機(jī)器，在石油化工行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。在壓縮機(jī)使用方面，要重視設(shè)備磨損及損壞情況。壓縮空氣作為動力，壓縮氣體用于制冷和氣體分離，方便用于合成及聚合。目前大部分石油化工企業(yè)所用大型化工壓縮機(jī)，主要包括工藝空氣壓縮機(jī)、原料氣壓縮機(jī)、氨冷凍壓縮機(jī)、合成氣壓縮機(jī)等。石油化工壓縮機(jī)是石油化工生產(chǎn)過程中的核心設(shè)備，其作用是讓石油化工生產(chǎn)過程中生產(chǎn)裝置內(nèi)的氣體按照一定的順序進(jìn)行吸入和排出，將石油化工生產(chǎn)裝置中的氣體壓縮成液體狀態(tài)。由于石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行時間較長，且運(yùn)行工作量較大，長時間的超負(fù)荷運(yùn)行會使石油化工壓縮機(jī)發(fā)生故障，當(dāng)石油化工壓縮機(jī)發(fā)生故障時壓縮機(jī)的排氣量會有所減小，并且機(jī)身溫度和體內(nèi)壓力會有所提高，如果情節(jié)比較嚴(yán)重會導(dǎo)致石油化工壓縮機(jī)處于癱瘓狀態(tài)。如果不能及時發(fā)現(xiàn)石油化工壓縮機(jī)的故障，會嚴(yán)重降低石油化工壓縮機(jī)的生產(chǎn)效率和運(yùn)行質(zhì)量。為了解決該問題，相關(guān)學(xué)者在該方面進(jìn)行了研究，并提出利用連鎖報(bào)警系統(tǒng)判斷石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出警報(bào)，提示工作人員對石油化工壓縮機(jī)進(jìn)行及時的維修和處理。但是由于石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的連鎖報(bào)警系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析不夠及時，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)警響應(yīng)延遲，且延遲時間較長，已經(jīng)無法滿足石油化工壓縮機(jī)連鎖報(bào)警需求，為此提出基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的石油化工壓縮機(jī)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的石油化工壓縮機(jī)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

此次在傳統(tǒng)系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)上，額外設(shè)計(jì)了無線傳感裝置，結(jié)合石油化工壓縮機(jī)的實(shí)際需求，為了保證系統(tǒng)對石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的有效采集和傳輸，此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用較為廣泛的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來進(jìn)行壓縮機(jī)探測無線傳感器硬件設(shè)計(jì)[1]。石油化工壓縮機(jī)的運(yùn)行故障表現(xiàn)特征是排氣量減少，機(jī)身溫度和內(nèi)部壓力增大，因此本文分別采用溫度無線傳感器、壓力無線傳感器以及流量無線傳感器三種無線傳感裝置，對石油化工壓縮機(jī)氣體流量、溫度以及壓力等特征參數(shù)進(jìn)行采集和傳輸，其中流量無線傳感器采用的是上海達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的GH262512VO流量傳感器，在實(shí)際工作中流量無線傳感器的安裝位置盡量靠近石油化工壓縮機(jī)排氣口；溫度傳感器采用的是美國OHDO公司生產(chǎn)的VGDSD-2585溫度無線傳感器，將其安裝在石油化工壓縮機(jī)機(jī)身一側(cè)；壓力傳感器采用的是上海GYFF公司生產(chǎn)的FGHD/S55DF4F壓力無線傳感器，其安裝位置布置在石油化工壓縮機(jī)排氣口內(nèi)部。三種無線傳感器體積較小，并且具有較強(qiáng)的抗干擾能力，此外還具有精度高、效率快等優(yōu)點(diǎn)。

將三種無線傳感器與石油化工局域網(wǎng)連接，由此構(gòu)成一個無線傳感網(wǎng)絡(luò)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)對石油化工壓縮機(jī)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的采集和傳輸分別集成在三個無線傳感器芯片上，其主要工作任務(wù)是采集和處理石油化工壓縮機(jī)數(shù)據(jù)，無線傳感器具有PID只讀存儲器和LOH數(shù)據(jù)暫存器兩種形態(tài)的存儲資源，其中PID只讀存儲器用于存放石油化工壓縮機(jī)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)ID編碼，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)ID編碼共50位，LOH數(shù)據(jù)暫存器用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，只是起到一個暫時存儲石油化工壓縮機(jī)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作用。利用以上兩種形式的存儲資源對石油化工壓縮機(jī)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，為系統(tǒng)連鎖報(bào)警提供數(shù)據(jù)支撐。

2 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的石油化工壓縮機(jī)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的石油化工壓縮機(jī)數(shù)據(jù)采集

此次采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對石油化工壓縮機(jī)數(shù)據(jù)采集，利用局域網(wǎng)將系統(tǒng)與無線傳感裝置進(jìn)行連接，組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，由系統(tǒng)控制單元向無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)出ROM指令，系統(tǒng)在每個工作周期內(nèi)只能發(fā)送三條ROM指令，其中包括ROM數(shù)據(jù)讀取、指定無線傳感匹配芯片、跳過ROM，ROM無線傳感指令長度為16位；無線傳感裝置接收到指令后立即對指令進(jìn)行執(zhí)行，并且向存儲器發(fā)送具體操作指令，其中包括寫ROM數(shù)據(jù)、讀ROM數(shù)據(jù)、復(fù)制ROM數(shù)據(jù)、ROM數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等；存儲器按照無線傳感網(wǎng)絡(luò)讀寫時序來對石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

2.2 石油化工壓縮機(jī)數(shù)據(jù)傳輸

采集完石油化工壓縮機(jī)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)后，采用總單線通信協(xié)議對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸，其總體流程為：首先對石油化工壓縮機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，即將無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)格式、屬性進(jìn)行初始化[2]。然后對無線信道進(jìn)行掃描，掃描的目的是檢測信道是否存在數(shù)據(jù)，如果信道內(nèi)有需要傳輸?shù)臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，則需要申請加入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)[3]。待系統(tǒng)批復(fù)允許進(jìn)入后，系統(tǒng)將啟動定時器，對OSCL目錄進(jìn)行輪詢，在輪詢過程中系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)通過事件觸發(fā)機(jī)制，系統(tǒng)根據(jù)事件機(jī)制對事件進(jìn)行判斷，如果存在事件發(fā)生則將執(zhí)行對數(shù)據(jù)傳輸事件的處理，如果沒有事件發(fā)生，則系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸單元進(jìn)行睡眠模式，直到下一次OSCL目錄輪詢[4]。最后系統(tǒng)通過Zig Bee網(wǎng)絡(luò)將石油化工壓縮機(jī)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)上傳到下一個路由或者網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，如圖1所示。

圖1 石油化工壓縮機(jī)數(shù)據(jù)傳輸圖

2.3 石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行分析及報(bào)警

化工壓縮機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)可以根據(jù)規(guī)定要求控制相關(guān)操作系統(tǒng)。我們將聯(lián)鎖保護(hù)大概分成兩個部分，其中一個部分為因工藝參數(shù)超出最低限制而啟動的聯(lián)鎖保護(hù)，另外一部分為石油化工壓縮機(jī)可進(jìn)行常規(guī)運(yùn)行或與其它設(shè)備相關(guān)聯(lián)所必備的聯(lián)鎖[5]。第一部分可控制壓縮機(jī)組的運(yùn)行或暫停，一些裝置脫離聯(lián)鎖或更改壓縮機(jī)運(yùn)行方式的的聯(lián)鎖保護(hù)；第二部分涵蓋了程序聯(lián)鎖、設(shè)備的開、停運(yùn)聯(lián)鎖及相互聯(lián)鎖等等。

聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的主要功能是可以確?；嚎s機(jī)有效運(yùn)行，當(dāng)壓縮機(jī)處于開啟狀態(tài)時，要求變量數(shù)值符合開啟條件，若存在某一指標(biāo)不合格，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)啟動功能暫停壓縮機(jī)開啟。若壓縮機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)中，當(dāng)某一指標(biāo)超出正常值，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)也會發(fā)揮其作用，強(qiáng)制暫停壓縮機(jī)運(yùn)行[6]。

事故時聯(lián)鎖：石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行過程中存在異常危險(xiǎn)，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)可根據(jù)操作要求緊急啟動操作系統(tǒng)，自動投入備用的機(jī)泵和系統(tǒng)，應(yīng)付出現(xiàn)的異常情況[7]。

系統(tǒng)根據(jù)傳輸?shù)氖突嚎s機(jī)數(shù)據(jù)，由預(yù)警單元對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)[8]。在系統(tǒng)的預(yù)警單元內(nèi)設(shè)定了排氣量、溫度和壓力三個參數(shù)閾值，這三個參數(shù)閾值具體數(shù)值的設(shè)定可以參考石油化工壓縮機(jī)正常運(yùn)行參數(shù)來確定，預(yù)警單元將采集到的數(shù)據(jù)與閾值進(jìn)行比對，如果超出設(shè)定閾值的1%，則說明此時石油化工壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)為非常規(guī)狀態(tài)，由預(yù)警單元向系統(tǒng)發(fā)送信號，系統(tǒng)將接收到的信息顯示在系統(tǒng)主界面上，并控制報(bào)警器發(fā)出警報(bào)[9]。如果沒有超出設(shè)定閾值的1%，則說明此時石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行正常，預(yù)警單元自動執(zhí)行下一個分析程序[10]。圖2為石油化工壓縮機(jī)連鎖報(bào)警流程圖。

圖2 石油化工壓縮機(jī)連鎖報(bào)警流程圖

按照圖2所述流程對石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和預(yù)警，以此完成了基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的石油化工壓縮機(jī)聯(lián)鎖報(bào)警，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的石油化工壓縮機(jī)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.4 石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行故障報(bào)警死區(qū)

石油化工壓縮機(jī)處于開啟狀態(tài)下，設(shè)備的部分參數(shù)會在預(yù)警線上有一定的波動，致使系統(tǒng)不間斷的報(bào)警，經(jīng)過評估發(fā)現(xiàn)一些報(bào)警屬于誤報(bào)警，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行[11]?；诖吮疚乃龅膲嚎s機(jī)異常預(yù)警系統(tǒng)設(shè)置了一個報(bào)警死區(qū)，該報(bào)警死區(qū)的范圍可以在報(bào)警系統(tǒng)中根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置[12]。圖3所示為壓縮機(jī)運(yùn)行異常報(bào)警死區(qū)基本原理圖?；驹硎窃谠瓐?bào)警線的基礎(chǔ)上設(shè)置一個報(bào)警范圍，該范圍稱為死區(qū)范圍，超過死區(qū)范圍系統(tǒng)才會發(fā)生報(bào)警，當(dāng)機(jī)器運(yùn)行參數(shù)在死區(qū)范圍波動時系統(tǒng)不會發(fā)生報(bào)警動作[13]。通過設(shè)置死區(qū)范圍，可以降低很多不必要的錯誤報(bào)警行為，提升了化工壓縮機(jī)預(yù)警系統(tǒng)的可靠性[14]。

圖3 壓縮機(jī)運(yùn)行異常報(bào)警死區(qū)基本原理圖

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某石油化工壓縮機(jī)為實(shí)驗(yàn)對象，該壓縮機(jī)型號為HUJUD/565DF，用于石油化工生產(chǎn)已經(jīng)有兩年時間，實(shí)驗(yàn)利用此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對該石油化工壓縮機(jī)進(jìn)行連鎖報(bào)警?；嚎s機(jī)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)在上位機(jī)中設(shè)置遠(yuǎn)程集中控制圖像，圖像中可體現(xiàn)出化工壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，另外還可制作成管道流動模擬視頻。播放生動的視頻畫面，工作人員很容易了解石油化工壓縮機(jī)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，可有效避免誤操作。在畫面中設(shè)置所有空氣壓縮機(jī)的啟停按鈕，通過該按鈕可以實(shí)現(xiàn)積極的遠(yuǎn)程啟停。還創(chuàng)建有單控/聯(lián)控切換按鈕，通過該按鈕能夠在單機(jī)控制和聯(lián)動控制之間進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)換，使之更滿足實(shí)際需要。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)：以Windows2010為操作系統(tǒng)，選取16GB硬盤，內(nèi)存為32GB。實(shí)驗(yàn)中將三種無線傳感器數(shù)據(jù)采集頻率參數(shù)設(shè)定為1.65Hz，掃描范圍設(shè)定為0~100mm，數(shù)據(jù)采集周期設(shè)定為10s。系統(tǒng)預(yù)警單元中排氣量閾值設(shè)定為0.25L，溫度閾值設(shè)定為75℃，壓力閾值設(shè)定為4.5pa。實(shí)驗(yàn)時間為6h，在6h內(nèi)由兩個系統(tǒng)對該壓縮機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并利用HUP軟件記錄兩個系統(tǒng)報(bào)警前數(shù)據(jù)讀取時間和發(fā)出報(bào)警時時間，計(jì)算出兩個系統(tǒng)報(bào)警響應(yīng)的延遲時間，對兩種系統(tǒng)響應(yīng)延遲時間進(jìn)行對比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 兩種系統(tǒng)報(bào)警響應(yīng)延遲時間對比/s

從表1中數(shù)據(jù)可以看出：設(shè)計(jì)系統(tǒng)報(bào)警響應(yīng)比較及時，延遲時間遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)系統(tǒng)，因此實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)系統(tǒng)在報(bào)警響應(yīng)方面更優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

石油化工壓縮機(jī)作為石油生產(chǎn)中一個必不可少的機(jī)械設(shè)備，其運(yùn)行的穩(wěn)定性對石油化工生產(chǎn)具有重要作用，此次結(jié)合石油化工壓縮機(jī)運(yùn)行特征以及報(bào)警需求，在傳統(tǒng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)了一套新的報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對石油化工壓縮機(jī)報(bào)警系統(tǒng)的完善與創(chuàng)新，加快了石油化工壓縮機(jī)連鎖報(bào)警系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有效解決了系統(tǒng)延遲問題，在石油化工壓縮機(jī)連鎖報(bào)警方面具有良好的推廣意義。