工業4.0時代的空氣壓縮機

文/ Marcus Jungkunst，Daniela Koehler

工業4.0時代的空氣壓縮機

文/ Marcus Jungkunst，Daniela Koehler

智能化的生產壓縮空氣保證了很高的能源利用率——從不完整的單一設備發展到聯網的整套工作站，隨時隨地調用和分析數據：工業4.0正在進入空氣壓縮機的領域之中，并帶來了更高的能源利用效率，最大程度地節約了生產成本。

集成在空氣壓縮機中的控制系統讓您能夠使用到它采集到的數據

基于工業4.0理念，空氣壓縮機站的所有設備、部件都要非常協調地進行連接控制，按照用戶要求進行工作，實時監控系統將會從流程工藝過程中獲取、傳遞和評判數據。數據分析用于前瞻性地發現潛在故障隱患，并通過實時的維護保養把這些隱患消滅在萌芽狀態。另外，利用數據還可以進一步地改進產品生產工藝，并且在產品種類發生變化時，能夠快速地調整設備，實現設備的最佳使用。

這一切就像一個管弦樂團一樣：每一件樂器并不是在獨奏，而是在樂隊指揮的統一號令下進行和諧的演奏。樂隊指揮根據每一個音樂演奏家的演奏情況，利用指揮棒及時地與演奏家們進行交流。溝通是一件重中之重的事，不僅僅是人與人，設備與設備、人與設備之間都需要進行有效的溝通，這也是工業4.0的精髓所在。

在空氣壓縮機領域中要實現這些，首先需要對設備研發工作進行一定程度的改進，在傳統的空氣壓縮機上集成監控系統，例如變頻器、壓縮機工況和狀態的數據采集和交互，這些不僅僅適用于創新性的旋轉活塞式空氣壓縮機，而且也適用于螺桿式空氣壓縮機。

空氣壓縮機的靈活控制

被稱為第四次工業革命是在網絡和數字化技術基礎上全面建立設備之間、設備與上一級控制系統間的相互通信。目標就是建立起設備的靈活控制及其工作運行數據監控，以便實時診斷，保證設備在最佳狀態下運行，并實施前瞻性的維護保養措施。

除了集成有控制系統的空氣壓縮機，市場上還有一種跨單機聯網控制的空氣壓縮機組，也顯現出其獨特的優勢。

安全、經濟和高效的運行

對于流程設備運營商來講，長期保持壓縮空氣的可靠供給和高效運行以及降低運營成本是他們最感興趣的事情，維護不當造成的機器故障，往往會給業主帶來幾千歐元的損失。

在空氣壓縮機站中，空氣壓縮機的當前工作狀態監控比自動化和靈活性更加重要，有許多空氣壓縮機在沒有狀態監控的情況下持續為工藝生產過程提供壓縮空氣。而最理想的情況下，空氣壓縮機進氣過濾器的狀態、空氣壓縮機潤滑油的油位、工作壓力等信息都必須經過維修人員的循環檢查。

然而，流程工業企業的設備維修人員數量總是不足，或者缺乏壓縮空氣技術的專業知識。現在，利用工業4.0技術在中央控制臺就可實現全面的空氣壓縮機運行狀態監控，也為已有的和新建的空氣壓縮機站提供了優化能源費用和生命周期成本的可能性。

控制技術是關鍵

大多數情況下，創新性的旋轉活塞式空氣壓縮機和螺桿式空氣壓縮機都要由具有資質的技術服務商安裝調試。完整的空氣壓縮機系統集成了控制系統，能夠對外輸出大量的空氣壓縮機維護保養狀態信息和工作運行狀態信息，也允許從外部對空氣壓縮機實施遠程遙控（啟動、停止、轉速及壓力等），理想情況下只需一根數據線。

例如，可以實時讀取的模擬值有進氣壓力、壓縮終止壓力、壓力差、進氣溫度、壓縮終止溫度、油溫、消音罩內溫度和進氣過濾器處的壓力差等，在有變頻器時，還可以讀取空氣壓縮機的轉速、變頻器電流和中間電路的電壓等。可以監控的空氣壓縮機工作參數為溫度、電機電流、油位、控制電路板的溫度等。對每一個被監控的參數都設定了一個故障報警的臨界值，為過程控制系統提供了更加簡便的監控。

另外，空氣壓縮機配用的計時器也可以對空氣壓縮機及其部件（如空氣壓縮機機體、電動機、控制系統、電路板和易損件等）的工作時間計時，對易損件（如進氣過濾器、機油、皮帶等）也都設置了一個工作時限，當它們到達了限定的工作時限時即發出報警提示，狀態參數等同樣也將顯示在監視屏幕上。

保障的不僅僅是信息

松散物料輸送過程中，常常會出現空氣壓縮機壓力突然升高的情況，有可能引起輸送管道的堵塞。因此輸送系統需要及時采取措施，以便在極短時間內減少松散物料的吸送量，從而避免堵塞。同時，控制系統也可以根據收到的信息調整空氣壓縮機的工作點，調整工作狀態。

在遠程遙控狀態下，空氣壓縮機可準確地按照理論轉速工作運行。集成了PI比例積分調節器的空氣壓縮機控制系統，可以準確控制壓力、液體中的含氧量或者空氣燃燒實際值。

跨單機聯網控制一方面保證了各個空氣壓縮機都能夠在最佳狀態下工作運行，另一方面也保證了數據傳輸，供控制系統分析壓縮機組工況使用。一旦出現故障，可根據采集到的歷史數據對故障原因進行分析，避免將來再次發生。

智能化Sigma Air Manager 4.0（SAM 4.0）跨單機聯網控制器能夠將各臺空氣壓縮機控制在最佳狀態下運行，采集的數據可用來實現前瞻性維護保養工作

成熟的聯網 完備的系統

智能化和具有通信能力是空氣壓縮機設備優化的發展趨勢。過去，在生產使用現場將一臺不完整的設備配套成為一套完整的設備并投入生產使用時，歐盟第2006/42/EG號機械指令要求符合CE認證基礎上的合規性評審。而最終將這一不完整設備部件配套成為一臺完整機床設備的人，必須在工業安全條例的有關規定下，承擔相應的責任和義務，如風險分析，電氣保護措施的文字記錄，低壓電氣技術規范和電磁兼容性技術規范的要求等。

基于工業4.0上的智能化改進能把規劃設計、文件記錄、檢測和子系統認證等工作成本都降至最低，從而讓生產廠家集中精力完成聯網、設備數據傳輸和邏輯分析方面的任務。這樣，流程設備運營商們就可以對整個壓縮空氣生產過程有總體了解，保證工藝流程的安全可靠和經濟運行。

本文作者供職于Kaerer空氣壓縮機公司。