关于某种压缩机监控器的原理

　　11活塞式压缩机的特点

　　（1）监控点多。由于活塞式压缩机的结构复杂，零部件多，与螺杆压缩机等相比其监控器的监控点多，不仅有气路，油路和水路的压力，温度等，还有一般螺杆式没有的许多零部件的监测与控制。

　　（2）重要的，易于引起事故的运动部件多，对这些部件的监测使得监控器的研制成为难点。如不仅有轴承，主轴，还有连杆，十字头，气阀，密封填料及活塞环等，如果对这些部件的监测没有得到解决，对活塞式压缩机来说，减少其故障率是不可能的。

　　（3）由于活塞式压缩机可大范围的变工况运行，使得气路，油路，水路的控制较为复杂。

　　（4）起停程序复杂。

　　对于测点的监测，有直接监测和间接测量两种方法，直接测量一般是直接用传感器对表征运动部件的状态的特征量（压力，温度，振动，位移）进行测量，然而许多状态的特征量不宜于直接测量，如轴承齿轮磨损的初始缺陷等，直接在线是不可能测出的。

　　这就产生了间接测量与故障诊断技术，通过测量与目标有耦合的易于测量的特征量，通过一定的分析手段，即故障诊断得出目标的运行状态正常与否。如上述问题目前的处理手段是通过采样轴承的润滑油，对其进行铁谱分析，再结合轴承的振动情况得出轴承的运行状态。西安交通大学流体机械及压缩机国家工程研究中心研制的智能化压缩机监控器对上述压缩机重要易损件一般采用两者相结合的方法，对监测点进行分析，鉴别得出更为可靠的故障信息。

　　12压缩机工作环境对监控器技术要求

　　（1）我国地域辽阔，南北方的气候差异很大。南方的湿热和北方的干冷，要求监控器有较宽的温度范围和良好的防潮湿性能，如温度范围采用美国的工业级别。

　　（2）压缩机及其附近的电器一般功率很大，起停及调节使电网及空间有很强的电磁干扰，对北方的用户，还有很高的静电干扰，对监控器抗干扰性要求很高。

　　（3）压缩机工作现场一般有粉尘，油污，强噪声和振动的存在，对电子线路的正常工作影响很大，应设法予以防止。

　　13智能化压缩机监控器本身应具备的特点

　　（1）较高的可靠性。活塞式压缩机工作性质是连续运行，这就要求监控器可靠性尽量的高，一般来说，监控器的平均故障间隔时间（MTBF）不应小于10000h. 112000年第3期（总第161期）压缩机技术

　　（2）易于操作，维修方便。压缩机操作人员不一定都要求是仪表专家。因此，监控器应界面友善，参数调整简便，过程I/O简单以及传感器和执行器有一定的可换性等。

　　（3）价格适宜，使压缩机成本增加不多。目前的市场前景，应使监控系统的成本控制在压缩机总成本的5%~20%以内。

　　2智能化压缩机监控器结构与性能

　　21监控器的基本结构

　　单片微控制器（SingleChipMicroControllerUn its，简称MCU）抛开以微处理器为核心构成计算机的模式，充分考虑到监控的需要，将CPU，存贮器，定时器/计数器，并行/串行I/O口，通讯接口，内部控制信息和中断控制器等集成到芯片上，有的MCU甚至集成多路A/D转换器，实时时钟，EPROM/FLASHEEROM，显示驱动，工业现场必须的上电复位，电源监控（单片机本身的），WDT（WatchDogTiming看门狗定时器）等，是实实在在的面向控制的微控制器，可以说一片MCU外加几只电阻电容，晶振，就可以构成一个功能齐全的测控系统，这样的测控系统也叫单板机。

　　由于MCU高度集成化，使得它结构简单，零部件少，体积轻巧，功耗小而且价格非常便宜；有一定的计算能力可完成多种控制算法；工业场合适应性强，具有很高的可靠性和较强的容错能力，硬件系统的Watchdog（看门狗）防止程序运行紊乱，软件可很方便设有多重冗余及陷阱；易于掌握，应用灵活等多种优点。使得其在监测控制领域应用*为广泛。如使用场合条件非常恶劣，干扰严重，则可以采用PLC的构架，输入，输出及电源都隔离，使得监控器如同一个专用的PLC，但比PLC更适用于所监控对象。

　　因此，由MCU所构成的压缩机监控器才是智能化压缩机监控器的**型号，研制的监控器的功能框图。

　　（1）输入模块。即为各种传感器的信号输入。

　　为了降低传感器的价格，在输入板上有信号放大器，如BB公司的XTR103，XTR104等专用传感器放大器，使得OEM式压力，温度（铂电阻）传感器直接接入输入板，当然也可以输入变送器的0~10 MA，4~20MA，0~5V的强信号，信号经过16路模拟开关进入串行隔离A/D转换器ADC806，进入MCU单板机。数字量经过滤波，整形，TTL电平转换，再经过高速低驱动光隔HCPL2731，进入MCU单板机。该放大器有45VDC的高电压和短路保护，加上光隔2000V的隔离，使得来自传感器及其线路的干扰不能进入单板机。

　　（2）输出模块。光电耦合隔离输出，有固态继电器，继电器，电磁阀和大型LED警灯等。如果需要的话，也可配备微型打印机。

　　（3）控制器板。由MCS系列增强8位机的MCU（主），扩展EPROM程序存贮器，SRAM数据存贮器，实时时钟，RS485接口，微型打印机接口的MCU（从）（这样设计使得当打印机打印时不占用主MCU的时间，提高系统的实时性）和显示驱动等组成。

　　（4）显示模块。有7位大尺寸LED数码管显示监测的参数，LCD显示压缩机和监控器的运行状态，如传感器参数调整，压缩机运行正常等信息。

　　监控器所用芯片都为工业级（-25~85#），使得监控器完全适应压缩机的使用环境。

　　22监控器的基本功能

　　本系统可以提供全自动控制和半自动控制（包括手动调节）2种方式。全自动控制方式可以使操作人员远离压缩机房进行遥控。包括压缩机的自动启动，自动停机；压缩机正常运行中的变负荷调节，主要是改变吸气调节阀的开度或转速达到恒压调节或恒流量调节的目的；特别是压缩机的气阀，活塞环损坏和十字头滑道烧伤监测，能实现保护性自动停机及监测项目的报警指示。

　　具体如下：

　　（1）上下限报警：当监测量超设定（上，下）

　　限，有提示和严重事故警告2级警报信息。

　　（2）事故发生报警：经监测控制器程序计算得到喘振或事故时，有提示警告和严重事故警告2级警报信息。

　　（3）事故记录黑匣子：当监测控制器判断可能发生严重事故而且提示警告得不到操作者及时处理时，也就是严重事故警告发出的同时，监测控制器设有先进先出的存贮器，记录在严重事故可能发生前1min关键参数的详细数据资料（100ms记录一次），以供本仪器，上位机或其它故障诊断仪器对可能的事故调查分析之用。

　　（4）运行参数与压缩机机构监测参数的监测，记录和打印输出：监测频率为10Hz~10kHz，正常情况记录时间间隔为10~120min一次，可存贮数据量达5~30天，打印输出时间间隔为05~2h.

　　（5）运行参数与压缩机机构监测参数显示：可选择循环与固定显示2种方式。

　　（6）通讯能力：通过RS485通讯协议能与监控中心的上位机进行双向通讯，接受上位机的指令，也可以向服务器发出报警信息。既可以独立工作也可以在上位机指令（监测控制器设定优先）下工作。

　　3联网使用实例

　　一般工矿企业都设有动力站（动力分厂），动力站大都有多种多台压缩机在工作，为气体使用部门提供一定压力，一定流量及一定温度的压缩空气。压缩机工况受许多因素影响（有用户需求变化及压缩机使用环境变化，如气温变化，冷却水温的变化等），使压缩机工况在不断变化。对具体某一台压缩机来说，需调节气量或压力来适应不同工况，以达到既满足需求又节约能源的目的；对整个动力站来说，可能在需求变大时多开几台压缩机，反之停开某几台压缩机，同时兼调每一台压缩机，因此，要保证压缩机可靠，正常运行，不但要保证单台压缩机正常运行，而且要协调压缩机组的工作点的正常。对每一台压缩机单独使用一台智能监测控制器，再把站内所有压缩机控制器连网，由一台中心工业控制机（IPC）进行协调控制。当工况变化不大时，由智能监测控制器调节压缩机来适应工况，当在一定时间内达不到要求或工况变化较大时由网络微机发指令开（停）某一（几）台压缩机。

　　如果所监控的是多级多缸大功率压缩机，其输入有上百个测点，且输出也有几十路，则上述单片机微控制器的功能略显得不足，可采用高性能16位单片机，如PHILIPS公司的8xP51XA系列，INTEL公司的MCS8xC251系列和AMD公司的ElanTM SC300芯片就相当于一块完整的386主板（它充分利用单片机的设计思想，把PC的并/串口，ISA/PCI总线插槽，键盘和VGA显示接口与386CPU集成在一块芯片上），也可用嵌入式计算机（SBCSingle BoardComputer）做监控制器。如PC/104，其功能和结构相当于PC，但可靠性，性能价格比远比PC高，功耗，结构尺寸均比PC小。可以满足采集点多，数据量大，响应速度快及控制算法复杂的要求。

　　4结束语

　　机械装置智能化是国际上21世纪前10年的9大产业之一，是机械工业再现青春的一次机遇。

　　MCU作为压缩机单机的控制器是非常合适的，它具有结构简单，体积轻巧，功耗小而且可靠性高，工业场合适应性强等优点，尤其是性能高而价格非常便宜，不致使压缩机的成本增加幅度很大。缺点是对于压缩机生产企业来说，MCU压缩机监控器是专用监控器，需要一定的初始开发研制费用。

　　本监控器不但适用于新机组也适应于已运行的老机组的智能化改造。可单机运行也可以联网作为下位机运行。