梁國耀

（廣東環(huán)球凈化科技有限公司，廣東 珠海 519000）

1 智慧化系統(tǒng)平臺整體方案設(shè)計

1.1 空壓機智慧系統(tǒng)市場前景分析

傳統(tǒng)空壓機作為各行業(yè)生產(chǎn)中的核心能源動力，其市場供應前景、適用性極為廣泛。然而，近年來由于互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的快速發(fā)展，從根本上將傳統(tǒng)空壓機設(shè)備的管理模式和系統(tǒng)功能運行模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑芾?，使智慧空壓機質(zhì)量安全、管理安全市場得以提升，由空壓機年市場應用量可知，2015年，空壓機市場占有量為3.25 億萬臺，而在2021年，占有量為4.65 億萬臺，其增長率為143%，結(jié)果表明，互聯(lián)網(wǎng)“云數(shù)據(jù)”智慧技術(shù)的高速發(fā)展和智慧化空壓機設(shè)備管理模式的多功能化、高效率化提高了空壓機的市場競爭力，強化了智慧化平臺管理模式下的節(jié)能減排性能、安全性能，助推了空壓機市場經(jīng)濟效益增值。

1.2 平臺系統(tǒng)主體功能模式設(shè)計分析

在空壓機智慧化管理平臺市場應用下，合理地分析解譯空壓機平臺主體功能對掌握空壓機智慧模式操作、管理和應用極為關(guān)鍵。為此，該文具體分析智慧空壓機站系統(tǒng)主體功能模式，如圖1所示。由圖1可知，以“云數(shù)據(jù)”為基礎(chǔ)的智慧空壓機站主體功能分為系統(tǒng)管理功能、設(shè)置功能、系統(tǒng)監(jiān)控功能和數(shù)據(jù)分析功能。首先，系統(tǒng)管理功能以數(shù)據(jù)庫信息存儲、傳輸和查詢等為主體，同時具備空氣濾清器和潤滑劑管理使用，而在數(shù)據(jù)存儲傳輸中，形成了統(tǒng)一調(diào)配模式，即每臺空壓機聯(lián)動控制柜采集各類傳感器信息，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實現(xiàn)空壓機動態(tài)信息傳輸，進而在智慧空壓機管理平臺中便捷詢問或管控相關(guān)空壓機信息。其次，在互聯(lián)網(wǎng)“云數(shù)據(jù)”智慧技術(shù)下，空壓機設(shè)備遠端監(jiān)測平臺在功能上實現(xiàn)了資源信息的高度集成、共建共享以及傳輸分析等，達到了智慧空壓機平臺系統(tǒng)功能的自動化、可視化和智能化管理目的，提高了空壓機在日常工作中的狀態(tài)安全水平和效率水平。

圖1 智慧空壓機系統(tǒng)主體功能示意結(jié)果圖

2 智慧空壓機平臺功能運行管理原理分析

2.1 聯(lián)動控制運行管理分析

在“云數(shù)據(jù)”智慧化背景下，空壓機聯(lián)動控制是空壓機運行控制管理平臺中極為重要的一項功能。與傳統(tǒng)空壓機功能管理模式相比，智慧空壓機聯(lián)動控制具備以下特征。1） 局域網(wǎng)絡(luò)中允許存在1臺主機，多臺從機（約15 臺左右），空壓機主機控制從機的加載壓力、功能等，當主機啟動時，從機自動進入聯(lián)動模式，從而對設(shè)備進行統(tǒng)一管理，并合理資源合理。2） 主機選取網(wǎng)絡(luò)空壓機控制命令，進而通過從機聯(lián)動裝置管理空壓機供氣壓力，均衡各從機的運行時間，不僅有效降低了因單一空壓機頻繁啟動對設(shè)備和產(chǎn)業(yè)能耗的沖擊，而且實現(xiàn)了空壓機節(jié)能減排和高效工作的目標。

智慧空壓機聯(lián)動控制運行類型主要分為手動控制和自動控制。其中，手動控制根據(jù)聯(lián)控壓力上/下限對設(shè)備運行進行宏觀調(diào)控，形成主機優(yōu)先啟動、從機根據(jù)壓力閾值選擇啟動或停止功能的模式。與手動控制相比，空壓機自動聯(lián)動控制將空壓機組聯(lián)系為統(tǒng)一整體，經(jīng)過主機和從機的協(xié)調(diào)配合共同完成壓縮空氣量的工作，在兩機協(xié)同配合下，聯(lián)控裝置在保證智慧空壓機組（主機和從機）供氣壓力穩(wěn)定的同時，優(yōu)化調(diào)整運行時間參數(shù)，實現(xiàn)機組低功率運行的目標，最終使智慧空壓機設(shè)備在工作中保持穩(wěn)定狀態(tài)，實現(xiàn)既節(jié)能又高效的控制效果。

2.2 微機控制運行管理分析

智慧空壓機站在聯(lián)動控制運行管理基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)各行業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)空壓機系統(tǒng)功能的精準控制、高效率響應運轉(zhuǎn)等目標，對空壓機下機位PLC運行控制中心管理進行分析可知，微機控制系統(tǒng)在運行工作中以初始化模塊、溫度采集模塊、A/D轉(zhuǎn)化模塊、D/A輸出模塊、輔助模塊和編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）組成空壓機微機智能控制和實時多參數(shù)采集系統(tǒng)，并針對空壓機微機運行管理系統(tǒng)，以PLC進行編程解譯，讀取多設(shè)備硬件系統(tǒng)參數(shù)、傳感器控制參數(shù)，同時經(jīng)過PLC循環(huán)操作實現(xiàn)對空壓機設(shè)備輸入/輸出數(shù)據(jù)采集、設(shè)備安全性預警運行管理服務等功能，進而通過微機控制運行管理操作保障設(shè)備、數(shù)據(jù)參數(shù)安全運行。

2.3 變頻控制運行管理分析

該文通過研究基于“云數(shù)據(jù)”智慧技術(shù)所構(gòu)建的智慧空壓機智能化平臺變頻控制系統(tǒng)的控制原理和功能特征，以提升空壓機系統(tǒng)功能運行效率，如圖2所示。根據(jù)圖2可知，變頻控制系統(tǒng)具有多路傳輸、PLC變頻調(diào)節(jié)、工控機、D/A轉(zhuǎn)化和控制對象的主體功能，經(jīng)重復循環(huán)后形成統(tǒng)一整體，即通過變頻控制智慧空壓機設(shè)備出口壓力多路傳輸裝置，通過PLC變頻調(diào)節(jié)（A/D轉(zhuǎn)化）將空壓機壓力信號轉(zhuǎn)為電信號，并與經(jīng)過工控機進行轉(zhuǎn)化后的電信號進行對比分析，隨后通過設(shè)備變頻調(diào)節(jié)，分析設(shè)備最優(yōu)控制參數(shù)并進行D/A轉(zhuǎn)化輸出，對空壓機電機、進/出壓力氣量進行變頻調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)空壓機系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全和高效運行和啟動，同時保證空壓機變頻運行控制管理系統(tǒng)效率、能耗效率和經(jīng)濟效率的綜合提升。

圖2 變頻采樣控制流程分析結(jié)果

在空壓機平臺智能化建設(shè)過程中，變頻設(shè)備對提升工作效率起至關(guān)重要的作用。為此，該文針對空壓機工頻總系統(tǒng)中變頻調(diào)速功能進行科學分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于空壓機變頻調(diào)速電機機組設(shè)備具備任意改變頻率電流的特性，提升了電機速度的合理控制能力，因而在該特性下進行A/D信號轉(zhuǎn)化可有效提升空壓機氣源系統(tǒng)工作效率。例如當定子磁場轉(zhuǎn)速與電動機轉(zhuǎn)速一致時，通過變頻調(diào)速調(diào)整轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場的效率，實現(xiàn)在繞組過程中電動機產(chǎn)生感應電流，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后，提升空壓機組平臺的管理控制能力。其中，電動機的同步轉(zhuǎn)速由電動機的磁極個數(shù)和電源頻率所決定。

當N表示轉(zhuǎn)速時，其計算如公式（1）所示。

式中：為電動機的磁極個數(shù)（極數(shù)）；為電源頻率，Hz。

如果以同步轉(zhuǎn)速N為基準，就將電動機轉(zhuǎn)差率如公式（2）所示。

式中：N為同步轉(zhuǎn)速，r/min；為電動機轉(zhuǎn)速，r/min；為實際轉(zhuǎn)速；為轉(zhuǎn)差率。

實際轉(zhuǎn)速定義如公式（3）所示。

式中：為電動機磁極個數(shù)；為轉(zhuǎn)差率。

通過公式（1）～公式（3）表明，當改變電動機任意參數(shù)（、以及）時，即能實現(xiàn)電動機變頻調(diào)速，進而通過改變電動機頻率速度實現(xiàn)空壓機變頻調(diào)速轉(zhuǎn)化運行管理控制，提高智慧空壓機站平臺的工作效益。

3 空壓機智能管理平臺的實現(xiàn)與測試

3.1 平臺數(shù)據(jù)監(jiān)測管理模塊實現(xiàn)

圖3為基于“云數(shù)據(jù)”平臺所構(gòu)建的智慧空壓機智能監(jiān)控功能管理模塊，根據(jù)圖3可知，空壓機監(jiān)控功能中PLC中心控制器根據(jù)傳感器類型（氣體壓力傳感器、溫度傳感器等）對不同變頻器下單一空壓機數(shù)據(jù)進行智能化動態(tài)監(jiān)控。例如PLC控制氣源系統(tǒng)壓力指標閾值，當變頻調(diào)節(jié)過程中傳感器感知氣體壓力不足時，及時通過變頻調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)（增加運行頻率或增加繞組速度等）；而當輸至氣體管道的氣體壓力值過高時，傳感器將信號傳至PLC控制中心進行警報預防，并及時通過變頻調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)修正，以降低設(shè)備運行效率。因此，通過PLC控制中心、多類型傳感器、運輸管道和變頻調(diào)節(jié)器實現(xiàn)空壓機智能管理平臺功能的邏輯控制，同時通過大數(shù)據(jù)平臺監(jiān)測主體功能控制空壓機設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)信息、傳感器信息等，以提升空壓機平臺功能智能化管理程度和工作效率。

圖3 監(jiān)測管理模塊運行管理示意圖

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢分析模塊

該文以“云數(shù)據(jù)”實現(xiàn)空壓機平臺數(shù)據(jù)查詢功能，對及時掌握設(shè)備信息安全和提前預判操作具有重要意義。該文通過分析智慧空壓機下機位數(shù)據(jù)采集、存儲管理、查詢和可視化分析等功能，及時掌握空壓機軟/硬件設(shè)備信息，結(jié)果如圖4所示。根據(jù)圖4可知，首先，空壓機下機位功能將數(shù)據(jù)傳至采集處，并對空壓機動態(tài)數(shù)據(jù)進行存儲。其次，數(shù)據(jù)控制中心根據(jù)數(shù)據(jù)功能類型劃分為CSV.和Excel格式存儲。最后，將功能數(shù)據(jù)分析后通過可視化視圖分析進行展示，進而通過“云數(shù)據(jù)”信息共建共享原則對空壓機軟件設(shè)備和硬件設(shè)備運行狀態(tài)進行合理分析。

圖4 空壓機數(shù)據(jù)采集分析運行管理流程示意

3.3 系統(tǒng)功能聯(lián)動控制模塊的實現(xiàn)

由于智慧空壓機平臺系統(tǒng)功能在實際應用過程中各功能相互協(xié)同、調(diào)配，因此，在實現(xiàn)集空壓機數(shù)據(jù)存儲、分析、傳輸和動態(tài)監(jiān)測的過程中，空壓機主機和從機各功能必須統(tǒng)一聯(lián)動控制，同時在主機聯(lián)動調(diào)度中，如果允許聯(lián)動運行，就能實現(xiàn)設(shè)備遠程控制（例如開/關(guān)機、數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)調(diào)配等）；如果不具備聯(lián)動控制，則僅能實現(xiàn)空壓機遠程監(jiān)控，不能進行實際控制。在聯(lián)動控制過程中，單一的空壓機主機或從機平臺功能未進行聯(lián)動控制，控制系統(tǒng)則進行預警處理。綜上所述，通過“云數(shù)據(jù)”智慧技術(shù)實現(xiàn)空壓機平臺功能網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動控制功能，對設(shè)備信息動態(tài)、安全和提高工作效益有重要意義。

4 智慧空壓機系統(tǒng)功能應用分析

在“云數(shù)據(jù)”信息智能化背景下，空壓機平臺具備數(shù)據(jù)整理、狀態(tài)遠程監(jiān)測、平臺運維健康管理等顯著性功能。其中，在狀態(tài)監(jiān)測功能應用中，空壓機設(shè)備通過連接互聯(lián)網(wǎng)，由監(jiān)測傳感器及時傳輸設(shè)備狀態(tài)信息，并記錄在系統(tǒng)所構(gòu)建的海量數(shù)據(jù)庫中，在實際應用中，計算機系統(tǒng)通過獲取、計算和分析狀態(tài)離散信息，經(jīng)統(tǒng)計設(shè)備運行時間、維護保養(yǎng)時間等分析過程，為空壓機制作行業(yè)、運行行業(yè)提供質(zhì)量服務參數(shù)和運行規(guī)律。

在設(shè)備運維健康管理中，經(jīng)過實時監(jiān)測統(tǒng)計空壓機環(huán)境信息、數(shù)據(jù)狀態(tài)信息、故障率信息等，并通過監(jiān)測內(nèi)容和數(shù)據(jù)整合分析空壓機運行工作中的最優(yōu)環(huán)境質(zhì)量，在保障安全生產(chǎn)應用的同時，提升空壓機智能管理平臺功能的工作效率和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

綜上所述，該文將所分析的空壓機智能管理平臺功能應用與“云數(shù)據(jù)”智慧技術(shù)的結(jié)合切實可行，以“云數(shù)據(jù)”智慧技術(shù)為依據(jù)構(gòu)建的空壓機平臺，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)共享化協(xié)調(diào)配比，使空壓機平臺系統(tǒng)各功能實現(xiàn)了自動化、可視化和智能高效化的管理目標，提升了作業(yè)效率，降低了能源、經(jīng)濟損耗；通過“云數(shù)據(jù)”智慧技術(shù)，在平臺聯(lián)動控制、微機控制和調(diào)速控制后，使平臺功能形成了集系統(tǒng)信息管理、設(shè)置、監(jiān)控和分析于一體的智慧空壓機系統(tǒng)。