應用微機技術(shù)實(shí)現空壓機的自動(dòng)群控

　　電力學(xué)報？計算機應用？
　　應用微機技術(shù)實(shí)現空壓機的自動(dòng)群控楊濤（太原電力高等專(zhuān)科學(xué)校）李雪梅（山西省電力局供應處）的自動(dòng)控制（control)、自動(dòng)保護及自動(dòng)數據記錄。本裝置在工業(yè)生產(chǎn)中的應用情況、設計思想及使用效果(xiàoguǒ)等。
　　引言空氣壓縮機（以下簡(jiǎn)稱(chēng)空壓機）是電力、礦山、冶金、化工、機械制造、紡織、食品等行業(yè)不可缺少的風(fēng)動(dòng)力設備，我國有幾十家生產(chǎn)(Produce)空壓機的大中型企業(yè)，年產(chǎn)量在幾千臺。由于空壓機屬于強噪聲大型機械設備，不但操作使用復雜，而且噪聲高達90分貝左右。特別是在夏季廠(chǎng)房?jì)葴囟雀哌_40℃以上，在這種惡劣（liè）的環(huán)境下，操作工作(gōng zuò)極易疲勞，常有操作失誤現象。再加上一些經(jīng)驗不足的操作工人，在機器出現異常(abnormal)現象時(shí)，不能及時(shí)正確處理，時(shí)常發(fā)生不同程度的機器損壞現象，直接影響生產(chǎn)，同時(shí)噪聲對長(cháng)期操作空壓機工人的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的健康(Soil health)有較大的損害。為此我們采用了微機技術(shù)，研制出了YW 302型單機微電腦控制裝置和YW 302/ 4型、YW 302/8型機組電腦群控制裝置系列產(chǎn)品（YW 302/4型可同時(shí)控制4臺空壓機， YW　302/8型可同時(shí)控制8臺空壓機）。該系列產(chǎn)品適的二級氣體壓縮機，軟硬件稍加改動(dòng)即可適用于60 m機。下面以YW 302/4型微電腦群控裝置為例，加以介紹1系統的主要性能(property)指標本裝置設計為64路模擬量輸入， 17路開(kāi)關(guān)量輸入，16路開(kāi)關(guān)量輸出，能對1臺～4臺二級氣體壓縮機的空壓站及空壓站所配備的供水設備進(jìn)行第一作者：女， 1963年8月出生，大學(xué)本科，講師， 030013集中檢測控制。
　　1.1自動(dòng)檢測功能a）一級缸壓力、溫度b）二級缸壓力、溫度c）缸體滑道溫度2個(gè)d）潤滑油壓力e）總貯氣罐壓力f）交流電壓、電流g）水量h）油溫（油溫限值為開(kāi)關(guān)量）i）潤滑油、油滴。
　　對前6項各參數，可在綠色顯示器上進(jìn)行定時(shí)換面表格化同步顯示，并可每小時(shí)用漢字表格自動(dòng)打印記錄一次，也可對某臺機的參數隨機手動(dòng)打印記錄。
　　1.2控制功能a）控制臺數，可由用戶(hù)按生產(chǎn)需要任意設置(Settings)b）控制參數的限值可由用戶(hù)提出，在程序中隨時(shí)滿(mǎn)足c）可對各臺壓縮機(compressor)所配用的水泵和水閥根據工況需要自動(dòng)啟停d）對各臺壓縮機可進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)和停止（開(kāi)關(guān)機過(guò)程符合操作控制要求）e）可根據用戶(hù)生產(chǎn)用風(fēng)的要求，適時(shí)的自動(dòng)增開(kāi)備用機或停止工作機。當運行機出現故障時(shí)，能自動(dòng)啟動(dòng)備用機，實(shí)現替補（指可以替代的人)f）定時(shí)排放廢油廢水功能g）自動(dòng)卸荷和自動(dòng)加載功能h）各工況參數定時(shí)記錄功能i）時(shí)鐘顯示(display)和自動(dòng)記時(shí)功能j）故障處理功能。
　　1.3自動(dòng)保護功能當任一臺機出現異?；虺迺r(shí)，可及時(shí)按故障提示處理，進(jìn)行保護，同時(shí)發(fā)出聲光報警(Call the police)信號(signal)，并自動(dòng)記錄故障原因及故障發(fā)生的時(shí)間。
　　1.4檢測精度壓力：溫度：電流電壓：2系統硬件(hardware)組成如圖1所示。
　　為了適應不同用戶(hù)采用了積木式組裝結構，在基本系統保證的情況下，用戶(hù)可根據空壓機現有臺數購置控制（control)板。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備?？諝鈮嚎s機與水泵構造類(lèi)似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。當生產(chǎn)(Produce)發(fā)展而增加了空壓機時(shí)，只要配上相應模板插入系統即可，硬件系統不變，軟件通用。
　　機組總控制板：主要由3片CT
　　C、1片PI
　　O、地址譯碼電路、多組消抖動(dòng)電路和總線(xiàn)驅動(dòng)電路等組成（見(jiàn)圖2）。主要用于系統各臺機開(kāi)、關(guān)機過(guò)程時(shí)控和系統計時(shí)。PIO的A口工作于位控或中斷方式，每一位或聯(lián)每臺壓縮機的溫油、油滴、水、手動(dòng)信號B口用于位控輸入輸出方式（或中斷），低電平有效，由位數來(lái)判別機號，輸出用于某臺機故障時(shí)的聲光報警?？偩€(xiàn)驅動(dòng)電路主要用于給單機控制板提供總線(xiàn)負載能力。
　　單機控制板：電路(Circuits)框圖如圖3所示，主要由地址譯碼電路、模擬開(kāi)關(guān)采樣保持器A/D轉換電路、電力學(xué)報開(kāi)關(guān)量輸出光電隔離電路及故障診斷電路等組成。
　　每塊板上有16路模擬量輸入（用于轉換每臺機工況參數）和4路開(kāi)關(guān)量輸入（用于故障診斷），8路開(kāi)關(guān)量輸出（用于機、泵、各路排污、供水閥）單機控制板1可互換通用，只要撥相應的地址開(kāi)關(guān)即可。
　　信號處理(chǔ lǐ)板：系統(system)之所以投資（意義：是未來(lái)收益的累積）少，主要是采用了自己研制的模擬信號處理單元。模擬信號分兩大類(lèi)。一類(lèi)是電阻信號傳感器(transducer)，所有的壓力、溫度值另一類(lèi)是所有交流電流電壓信號。
　　傳感信號為電阻信號時(shí)，通常在測量(cè liáng)中均使用(use)惠斯頓電橋測量法，但這種方法一般會(huì )顯示出非線(xiàn)性，且隨著(zhù)靈敏度的增加，非線(xiàn)性越來(lái)越嚴重，往往根據數學(xué)關(guān)系進(jìn)行線(xiàn)性化補償，需要較復雜的補償電路，用軟件補償也比較復雜本電路設計了線(xiàn)性化電橋電路，如圖4（a）所示。
　　設可變橋臂電阻(resistance)R（1 Δ）本身是線(xiàn)性的，數學(xué)關(guān)系式為：推導得出：則輸出為：出式（3）中，K為第二級放大器的放大倍數。
　　從式（2）可以看出，進(jìn)行線(xiàn)性化后，可變橋臂的變化范圍達200 或者變化到與其基準電壓(Voltage)值一樣時(shí)，均可達線(xiàn)性化的目的，在實(shí)際應用中得到了滿(mǎn)意結果。
　　為了把電壓和上百安培的交流電流轉換成計算機能接受的精確線(xiàn)性模擬(定義:對真實(shí)事物或者過(guò)程的虛擬)信號，設計(design)了一個(gè)變比壓變?yōu)? V～2 .5
　　V、50HZ的交流信號，送給精確的交―――直流轉換電路電流是把0 A～300 A的交流電流，經(jīng)電流互感器和電流電壓轉換器，轉換為0 V～2 .5V的交流電壓信號，送給精確的交―――直流轉換電路。
　　因為二極管只有外加電壓(Voltage)大于管壓降時(shí)才會(huì )導通，無(wú)源的全波整流是不能勝任的。本電路設計了有源的全波整流和平滑電路，如圖4（b）所示，它能對毫伏級甚至亞毫伏級的信號進(jìn)行精確的轉換，其轉換精度則是根據正弦信號經(jīng)全波整流后的付里葉展開(kāi)式前三項，用方程：決定平滑濾波器（filter）截止頻率(frequency)。本電路截止頻率I/RC弧度，較信號頻率ω低一個(gè)數量級，轉換精度達到1 ，滿(mǎn)足了工況精度要求，測量中得到了滿(mǎn)意的結果(result)。
　　3軟件系統為結構清晰，擴充方便，應用程序分為如下模塊：數據采集、故障處理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)位、打印處理、顯示處理、開(kāi)關(guān)機中斷處理。系統上電后，進(jìn)行自檢，之后， 8段數顯上顯示，提示進(jìn)入控制狀態(tài)，鍵入年、月、日、時(shí)、分、秒。然后按運行鍵，系統進(jìn)行初始化和數據采集處理，同時(shí)開(kāi)放中斷。系統初始化包括：累加器清零、標志單元清零、顯示器清屏、初始化接口芯片、打印開(kāi)機時(shí)間等。
　　3.1數據采集處理通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)和A/D轉換器數據被采集進(jìn)入累加器A ，每個(gè)數據多次采樣進(jìn)行濾波處理，標度變換，二～十進(jìn)制轉換。十進(jìn)制ASCII碼轉換，存入數據區供顯示(display)、打印調用，若采樣值越限，設置錯誤標志，調用故障（fault）處理程序。無(wú)故障時(shí)，采樣程序循環(huán)（continue)進(jìn)行。
　　3.2中斷安排系統多種功能是靠中斷方式實(shí)現的，在程序編寫(xiě)中，我們對多中斷的嵌套、保護和可重入性中斷進(jìn)行了考慮。用CTC的兩個(gè)通道串接提供2秒鐘周期的脈沖。一方面作為系統實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)位和更新屏幕的中斷請求信號另一方面作為擴充的2片CTC的外觸發(fā)輸入，實(shí)現對4臺壓縮(compression)機開(kāi)機、關(guān)機、放空、排污等項過(guò)程的定時(shí)。另外CTC提供8分鐘和1小時(shí)的定時(shí)中斷。
　　3.3故障處理故障停機分為越限調出錯子程序和中斷申請轉中斷服務(wù)程序兩種。因中斷源（無(wú)水、油溫越限、手動(dòng)開(kāi)停機等）是經(jīng)消抖動(dòng)處理相或邏輯后向PIO申請中斷，所以，在轉入中斷服務(wù)后，先通過(guò)讀指令鎖存的信號(signal)讀回，逐位查詢(xún)來(lái)確定中斷源。由于采樣周期和響應中斷均在幾百毫秒之內完成，因而能對任何故障及時(shí)處理。
　　3.4程序框圖數據采集(collection)、循環(huán)程序框圖見(jiàn)圖5.
　　4對系統抗干擾采取的措施該裝置是工作在有強電磁場(chǎng)干擾，大功率繼電器（作用：自動(dòng)調節、轉換電路等作用）、接觸器動(dòng)作頻繁，電源(power supply)波動(dòng)和機械(machinery)振動(dòng)大的場(chǎng)合，而且系統本身又帶有許多交直流電磁閥和幾百千瓦的大型電機，因此抗干擾問(wèn)題是一個(gè)很重要的問(wèn)題。本裝置在考慮（consider)了合理布置的同電力學(xué)報查詢(xún)出哪臺設備使用時(shí)間較長(cháng)，哪臺設備使用時(shí)間較短，非常形象。（見(jiàn)圖2）。
　　3.4系統窗口本窗口主要完成修改密碼選項并包括每天對儀器使用情況或實(shí)驗室其它情況備注。昆山空壓機保養是回轉式連續氣流壓縮機，在其中高速旋轉的葉片使通過(guò)它的氣體加速，從而將速度能轉化為壓力。這種轉化部分發(fā)生在旋轉葉片上，部分發(fā)生在固定的擴壓器或回流器擋板上。
　　上述功能由備注窗口和密碼修改窗口完成。備件。用戶(hù)可以填寫(xiě)當日所要記錄的內容，也可以查看以前的記錄。密碼窗口中，屬于SinglineEdit控件的輸入新密碼和確定新密碼開(kāi)始時(shí)Enabled特性為False，輸入原密碼后按回車(chē)鍵確定，若密碼錯誤，提示用戶(hù)重新輸入密碼正確，Enabled特性變?yōu)門(mén) rue ，分別輸入兩次密碼后，按回車(chē)鍵，若兩次輸入不同，系統會(huì )提示重新輸入。
　　基礎窗口和書(shū)籍窗口的功能及功能的實(shí)現方法與設備窗口類(lèi)似，在此略。
　　4結束語(yǔ)利用Powerbuilder5 .0來(lái)開(kāi)發(fā)實(shí)驗室管理系統的過(guò)程(guò chéng)，是Windows下的編輯過(guò)程，它面向對象的編輯可使開(kāi)發(fā)人員僅對某個(gè)控件或某個(gè)事件編寫(xiě)程序，可以不必為了一點(diǎn)錯誤就在滿(mǎn)篇程序中上下查找，而只是對一個(gè)窗口按鈕(Buttons)或是其它控件的各個(gè)事件的程序做出相應的修改，同時(shí)Powerbuilder是具有圖形界面的分布式數據庫前端開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)出的實(shí)驗室管理系統直觀(guān)實(shí)用，明了簡(jiǎn)潔且界面美觀(guān)(Beautiful)。
　　2羅運模主編。北京：北京航空航天大學(xué)出版社。Powerbuilder5.0使用入門(mén)， 1998.
　　時(shí)，采取了以下措施：采用了抗干擾交流穩壓電源(power supply)，保證了電壓波動(dòng)在 V～230 V之間采用了交直流兩級濾波開(kāi)關(guān)量信號采用了光電隔離和斷電器隔離模擬(定義:對真實(shí)事物或者過(guò)程的虛擬)量采取了濾波網(wǎng)絡(luò )，線(xiàn)路敷設把信號線(xiàn)與電源線(xiàn)分別走線(xiàn)盡量避免并行走線(xiàn)模擬地與數字地的合理連接系統的機殼接地，屏蔽機殼內部電路，微機用電源的地線(xiàn)懸空對感性負載兩端加了阻容吸收網(wǎng)絡(luò )或者續流二極管。
　　5結束語(yǔ)該系統分別安裝于重慶空壓機廠(chǎng)及山西常村煤礦，經(jīng)過(guò)現場(chǎng)運行，性能穩定可靠，滿(mǎn)足壓縮(compression)機的各項檢測、控制、保護指標。并獲得了《山西省科技進(jìn)步三等獎》、《重慶市計算機應用成果三等獎》。
　　1周明德。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備?？諝鈮嚎s機與水泵構造類(lèi)似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。昆山空壓機保養冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進(jìn)行冷卻。微機原理應用。北京：高等教育出版社， 1995.
　　2李哲英，肖海橋。昆山空壓機保養冷卻水通過(guò)管道進(jìn)入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過(guò)主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進(jìn)行冷卻。單片機原理及應用。北京：清華大學(xué)出3趙長(cháng)德，雷田玉。微型計算機原理及接口技術(shù)。北京：機械工業(yè)(gōng yè)出版社， 1998.