基于虛擬設備的空氣壓縮機維護檢測系統設計

高勁松

基于虛擬設備的空氣壓縮機維護檢測系統設計

高勁松

(中糧生化能源公主嶺有限公司，吉林 公主嶺 136100)

空氣壓縮機一般簡稱空壓機，是起源裝置的重要組成部分，它能將原動機產生的機械勢能轉換為氣體勢能，同時也是壓縮空氣的氣壓發生裝置。定期定時開展空壓機維護檢測工作，可為其正常運行提供重要保障。為提高空壓機維護檢測工作的效率，基于虛擬設備設計了一種可動態測試空壓機運行狀態的維護檢測系統，具有結構簡單、開發周期短、維護調試簡便等優點。試驗證明，該系統功能完善，可有效滿足現階段空壓機的維護檢測需求。

空壓機；虛擬設備；日常維護檢測

空氣壓縮機(空壓機)是一種為氣動產品提供動力源的設備，由于能大幅度提高工業生產活動與人們日常生活的效率，在多個領域得到了廣泛應用[1]。由于空壓機的運行環境普遍較差，因此在其運行期間，必須采取有效方式進行定期維護與檢測，以確保其處于良好的運行狀態[2]。傳統空壓機的維護檢測方式通常以人工作業為主，往往存在數據準確性不足、檢測效率低、數據記錄不完整等問題，嚴重影響著后續空壓機維護與維修工作的效率[3]。為提高空壓機日常維護與檢測的效率，確保空壓機長期處于良好的運行狀態，以0～2 MPa為目標測量壓力，± 5%為測量準確度，基于LabVIEW環境設計了一種空壓機維護檢測系統。

1　硬件設計

1.1　傳感器

為滿足目標測量壓力，選用KYB2003-DXQ壓力變送器(深圳萬和)，內含國外引的進陶瓷壓阻式傳感器，具有結構簡單、體積小巧、安裝便捷等特點。該型號壓力變送器中應用了充油隔離封裝技術，裝配有專用信號調理電路，工作溫度范圍較寬，作業精度和性價比較高，具有良好的穩定性與可靠性，符合工業生產企業經濟效益需求。該壓力變送器重要技術指標：①輸出信號為4～20 mA，1～5 V；②精度為± 0.5% FS；③溫度誤差為± 0.3% FS(-10～70 ℃)；④穩定性為± 0.25%FS/年；⑤零點和滿度誤差為± 0.25%FS，負載電阻(4～20 mA)在0.5～4.5 V時≥10 kΩ，在1～5 V時≥11 kΩ；⑥相對濕度為90%～95%；⑦工作溫度為-40～+105℃。該壓力變送器的性能參數：①0.5～4.5 V(三線)，工作電壓直流電5 V±0.5 V；②1～5 V(三線)，工作電壓直流電8～30 V；③4～20 mA(二線)，工作電壓直流電8～30 V。

1.2　氣流溫度測定

目前，測定氣流溫度的常用方法主要有接觸式測溫和非接觸式測溫兩種，前者是將傳感器放置于與受測物質相同的熱平衡狀態中，使傳感器與受測物質保持同一溫度，以獲取受測物質的溫度；而非接觸式測溫是基于熱輻射原理，借助受測物質發出的熱量輻射，使得熱感受器達到平衡溫度，此時熱感受器的溫度即為受測物質的溫度[4]。由于受到技術限制，目前已經研制出的熱感受器僅在其與受測氣流溫度差距極小時，才能將其溫度視為受測氣流的溫度，因此采用非接觸式測溫不僅需要良好的檢測環境支持，而且對受測物質也存在較大局限性[5]。故針對氣流溫度的測定，則選用WRP-100簡易式溫差熱電偶(上海錫泰)作為溫度傳感器，其測溫范圍為0～1300℃，具有測溫范圍寬，結構簡單，價格低廉，精準度高等特點。此外，該溫度傳感器不僅可用于氣流溫度的檢測，還能精準檢測固體物質的溫度。

1.3　流量測定

空壓機的流量指的是單位時間內機組產生壓縮氣體量的能力，是評價空壓機性能的重要參數之一，在空壓機維護檢測中精準地進行空壓機流量的測量意義重大[6]。現階段，直接測量和間接測量均可用于空壓機流量的檢測，但在實際的維護檢測過程中，直接測量法通常用于小流量的測量，而對于大流量的測量則更多選用間接測量法[7]。本文設計的空壓機維護檢測裝置選用LK-015-150熱式氣體質量流量計(淮安三暢)，進行流量測定的工作原理為：當氣體通過熱物質表面時會帶走一部分熱量，該部分熱量值與氣體質量流量和其熱吸收特性成正比，流量計中的溫度傳感器會對測量介質的溫度進行不間斷測量，且加熱傳感器與溫度傳感器會保持固定溫差，當氣體帶走熱量時，兩者間的溫差便會隨之減小，此時流量計會自動提高加熱功率，對被氣體帶走的熱量進行補償，以維持兩個傳感器之間的溫差，基于熱量補償，經信號傳輸和公式計算，最終即可獲得通過的氣體質量流量。該流量計的技術指標：①溫度測量誤差為±1 ℃；②密度測量誤差為±0.002 g/cm3；③介質溫度為-50～+350 ℃；④輸出信號為4～20 mA，0～10 kHz；⑤通訊接口為RS 485；⑥測量范圍為0～600 t/h；⑦公稱壓力為4.0 MPa。流量計外部連線如圖1所示。

圖1　熱式氣體質量流量計外部連線

1.4　軸功率測定

軸功率測定也是空壓機維護檢測工作中的重要項目之一，目前測定的精準度還需要不斷改進[8]。現階段針對空壓機軸功率的測定方法主要有3種：①借助測定扭矩和轉速的方法對軸功率進行直接測量；②通過對驅動壓縮機電動機的電功率進行測量以獲得空壓機的功耗；③采用熱平衡方法間接獲取空壓機的軸功率。為提高軸功率測定的效率與精準度，在裝置中引入可自行測量軸功率的JD194-BS4P-Y三相四線功率變送器(江蘇斯菲爾)，該功率變送器的技術指標：①工作范圍為交流電80～270 V(50/60Hz)，直流電80～270 V，直流電24 V；②絕緣電阻≥100 MΩ；③工作環境為-10～+55 ℃；④最大輸出為24m A/12V；⑤輸入頻率為45～65 Hz；⑥標稱值4～20 mA，12～20 mA，0～10 V；⑦功耗<0.1 VA；⑧過載輸入持續1.2倍，瞬時電壓2倍/min，瞬時電流10倍/5 s。

1.5　數據采集卡

數據采集卡是實現數據采集功能的計算機擴展卡，具有自動采集并自動上傳受測設備模擬或數字信號的功能，本系統選用USB8586高速數據采集卡(西安阿爾泰)，該數據采集卡主要技術指標：①模擬輸入為16路，16位，250kS/s；②采樣率為100MHz；③采樣方式為同步采樣；④輸入抗阻為1MΩ；⑤帶寬為50MHz。此外，該數據采集卡能完美兼容LabVIEW，從而為該裝置的設計提供了極大的便捷性。

2　軟件設計

利用該裝置對空壓機進行測試，能相對精準地測量出空壓機維護期間需要的各項指標數據，并可在計算機中顯示有關參數，還可進行相關指標的打印，以便于運維人員在最短時間內發現空壓機運行的異常，有利于后續維修和維護工作的開展。空壓機維護檢測裝置具體結構如圖2所示。

圖2　空壓機維護檢測裝置結構

3　結語

基于LabVIEW環境設計了一款帶有檢測系統的空壓機維護裝置，試驗證明，該系統功能完善，可滿足現階段空壓機維護檢測需求，具有檢測穩定性、精準度高，結構簡單、開發周期短、維護調試簡便等特點，能有效提高空壓機維護檢測工作的效率。

[1] 李福送,王文軍,林偉健,等.智能化螺桿空壓機性能檢測系統的總體設計[J].真空,2021,58(1):19-22.

[2] 牛洪濤,李超.基于LabVIEW的渦旋壓縮機曲軸振動測試系統設計[J].現代電子技術,2020,43(18):71-74.

[3] 柴德敏,葛正浩,高羨明,等.往復活塞式單泵頭空壓機噪音檢測及分析[J].中國測試,2019,45(12):43-49.

[4] 陳建超,楊世鳳,呂志成,等.基于虛擬儀器的成型機監測及MES研究[J].機械設計,2019,36(11):20-24.

[5] 張國勇,張良勇,沈印,等.垂直式垃圾壓縮機液壓系統設計與分析[J].機械設計與研究,2019,35(2):200-203.

[6] 張勝飛,高海波,林治國,等.快速排載系統空壓機組節能控制策略仿真[J].船舶工程,2019,41(9):81-86.

[7] 李福送,王文軍,林偉健,等.智能化螺桿空壓機性能檢測系統的總體設計[J].真空,2021,58(1):19-22.

[8] 吳敏,盧慧芬,張兵,等.寬電壓范圍運行壓縮機電機無位置傳感驅動系統設計與實現[J].電氣自動化,2020,42(2): 87-89,93.

Design of air compressor maintenance and detection system based on virtual equipment

GAO Jinsong

(COFCO Bioenergy Gongzhuling Co., Ltd., Gongzhuling, Jilin 136100, China)

The air compressor is the abbreviation of the air compressor. It is an important part of the origin device. It can convert the mechanical potential energy generated by the prime mover into gas potential energy, and is also the air pressure generating device of compressed air. Regular maintenance and testing of air compressors can provide an important guarantee for their normal operation. In order to improve the efficiency of air compressor maintenance and detection, based on virtual equipment design, this paper designs a maintenance and detection system that can dynamically test the operation status of air compressor, and the system has the advantages of simple structure, short development cycle, simple maintenance, and debugging. The test shows that the system has perfect functions and can effectively meet the maintenance and detection requirements of the air compressor at this stage.

air compressor; virtual equipment; routine maintenance inspection

TD443.2

A

2096–8736(2022)06–0024–03

高勁松(1986—)，男，吉林公主嶺人，碩士研究生，中級工程師，主要研究方向為設備維護。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍