應(yīng)用微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的自動(dòng)群控

　　電力學(xué)報(bào)？計(jì)算機(jī)應(yīng)用？
　　應(yīng)用微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的自動(dòng)群控楊濤（太原電力高等專科學(xué)校）李雪梅（山西省電力局供應(yīng)處）的自動(dòng)控制（control)、自動(dòng)保護(hù)及自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄。本裝置在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況、設(shè)計(jì)思想及使用效果(xiàoguǒ)等。
　　引言空氣壓縮機(jī)（以下簡稱空壓機(jī)）是電力、礦山、冶金、化工、機(jī)械制造、紡織、食品等行業(yè)不可缺少的風(fēng)動(dòng)力設(shè)備，我國有幾十家生產(chǎn)(Produce)空壓機(jī)的大中型企業(yè)，年產(chǎn)量在幾千臺(tái)。由于空壓機(jī)屬于強(qiáng)噪聲大型機(jī)械設(shè)備，不但操作使用復(fù)雜，而且噪聲高達(dá)90分貝左右。特別是在夏季廠房內(nèi)溫度高達(dá)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(xiàn)象。再加上一些經(jīng)驗(yàn)不足的操作工人，在機(jī)器出現(xiàn)異常(abnormal)現(xiàn)象時(shí)，不能及時(shí)正確處理，時(shí)常發(fā)生不同程度的機(jī)器損壞現(xiàn)象，直接影響生產(chǎn)，同時(shí)噪聲對長期操作空壓機(jī)工人的聽覺神經(jīng)的健康(Soil health)有較大的損害。為此我們采用了微機(jī)技術(shù)，研制出了YW 302型單機(jī)微電腦控制裝置和YW 302/ 4型、YW 302/8型機(jī)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(tái)空壓機(jī)， YW　302/8型可同時(shí)控制8臺(tái)空壓機(jī)）。該系列產(chǎn)品適的二級氣體壓縮機(jī)，軟硬件稍加改動(dòng)即可適用于60 m機(jī)。下面以YW 302/4型微電腦群控裝置為例，加以介紹1系統(tǒng)的主要性能(property)指標(biāo)本裝置設(shè)計(jì)為64路模擬量輸入， 17路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出，能對1臺(tái)～4臺(tái)二級氣體壓縮機(jī)的空壓站及空壓站所配備的供水設(shè)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（油溫限值為開關(guān)量）i）潤滑油、油滴。
　　對前6項(xiàng)各參數(shù)，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(tái)機(jī)的參數(shù)隨機(jī)手動(dòng)打印記錄。
　　1.2控制功能a）控制臺(tái)數(shù)，可由用戶按生產(chǎn)需要任意設(shè)置(Settings)b）控制參數(shù)的限值可由用戶提出，在程序中隨時(shí)滿足c）可對各臺(tái)壓縮機(jī)(compressor)所配用的水泵和水閥根據(jù)工況需要自動(dòng)啟停d）對各臺(tái)壓縮機(jī)可進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)和停止（開關(guān)機(jī)過程符合操作控制要求）e）可根據(jù)用戶生產(chǎn)用風(fēng)的要求，適時(shí)的自動(dòng)增開備用機(jī)或停止工作機(jī)。當(dāng)運(yùn)行機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)啟動(dòng)備用機(jī)，實(shí)現(xiàn)替補(bǔ)（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(shù)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(hù)功能當(dāng)任一臺(tái)機(jī)出現(xiàn)異常或超限時(shí)，可及時(shí)按故障提示處理，進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)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(tǒng)硬件(hardware)組成如圖1所示。
　　為了適應(yīng)不同用戶采用了積木式組裝結(jié)構(gòu)，在基本系統(tǒng)保證的情況下，用戶可根據(jù)空壓機(jī)現(xiàn)有臺(tái)數(shù)購置控制（control)板。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備。空氣壓縮機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。當(dāng)生產(chǎn)(Produce)發(fā)展而增加了空壓機(jī)時(shí)，只要配上相應(yīng)模板插入系統(tǒng)即可，硬件系統(tǒng)不變，軟件通用。
　　機(jī)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)電路和總線驅(qū)動(dòng)電路等組成（見圖2）。主要用于系統(tǒng)各臺(tái)機(jī)開、關(guān)機(jī)過程時(shí)控和系統(tǒng)計(jì)時(shí)。PIO的A口工作于位控或中斷方式，每一位或聯(lián)每臺(tái)壓縮機(jī)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(shù)來判別機(jī)號，輸出用于某臺(tái)機(jī)故障時(shí)的聲光報(bào)警。總線驅(qū)動(dòng)電路主要用于給單機(jī)控制板提供總線負(fù)載能力。
　　單機(jī)控制板：電路(Circuits)框圖如圖3所示，主要由地址譯碼電路、模擬開關(guān)采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換電路、電力學(xué)報(bào)開關(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(zhuǎn)換每臺(tái)機(jī)工況參數(shù)）和4路開關(guān)量輸入（用于故障診斷），8路開關(guān)量輸出（用于機(jī)、泵、各路排污、供水閥）單機(jī)控制板1可互換通用，只要撥相應(yīng)的地址開關(guān)即可。
　　信號處理(chǔ lǐ)板：系統(tǒng)(system)之所以投資（意義：是未來收益的累積）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。一類是電阻信號傳感器(transducer)，所有的壓力、溫度值另一類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)顯示出非線性，且隨著靈敏度的增加，非線性越來越嚴(yán)重，往往根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行線性化補(bǔ)償，需要較復(fù)雜的補(bǔ)償電路，用軟件補(bǔ)償也比較復(fù)雜本電路設(shè)計(jì)了線性化電橋電路，如圖4（a）所示。
　　設(shè)可變橋臂電阻(resistance)R（1 Δ）本身是線性的，數(shù)學(xué)關(guān)系式為：推導(dǎo)得出：則輸出為：出式（3）中，K為第二級放大器的放大倍數(shù)。
　　從式（2）可以看出，進(jìn)行線性化后，可變橋臂的變化范圍達(dá)200 或者變化到與其基準(zhǔn)電壓(Voltage)值一樣時(shí)，均可達(dá)線性化的目的，在實(shí)際應(yīng)用中得到了滿意結(jié)果。
　　為了把電壓和上百安培的交流電流轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的精確線性模擬(定義:對真實(shí)事物或者過程的虛擬)信號，設(shè)計(jì)(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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為0 V～2 .5V的交流電壓信號，送給精確的交―――直流轉(zhuǎn)換電路。
　　因?yàn)槎O管只有外加電壓(Voltage)大于管壓降時(shí)才會(huì)導(dǎo)通，無源的全波整流是不能勝任的。本電路設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換精度則是根據(jù)正弦信號經(jīng)全波整流后的付里葉展開式前三項(xiàng)，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(shù)量級，轉(zhuǎn)換精度達(dá)到1 ，滿足了工況精度要求，測量中得到了滿意的結(jié)果(result)。
　　3軟件系統(tǒng)為結(jié)構(gòu)清晰，擴(kuò)充方便，應(yīng)用程序分為如下模塊：數(shù)據(jù)采集、故障處理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)位、打印處理、顯示處理、開關(guān)機(jī)中斷處理。系統(tǒng)上電后，進(jìn)行自檢，之后， 8段數(shù)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(yùn)行鍵，系統(tǒng)進(jìn)行初始化和數(shù)據(jù)采集處理，同時(shí)開放中斷。系統(tǒng)初始化包括：累加器清零、標(biāo)志單元清零、顯示器清屏、初始化接口芯片、打印開機(jī)時(shí)間等。
　　3.1數(shù)據(jù)采集處理通過模擬開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)被采集進(jìn)入累加器A ，每個(gè)數(shù)據(jù)多次采樣進(jìn)行濾波處理，標(biāo)度變換，二～十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。十進(jìn)制ASCII碼轉(zhuǎn)換，存入數(shù)據(jù)區(qū)供顯示(display)、打印調(diào)用，若采樣值越限，設(shè)置錯(cuò)誤標(biāo)志，調(diào)用故障（fault）處理程序。無故障時(shí)，采樣程序循環(huán)（continue)進(jìn)行。
　　3.2中斷安排系統(tǒng)多種功能是靠中斷方式實(shí)現(xiàn)的，在程序編寫中，我們對多中斷的嵌套、保護(hù)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(tǒng)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(kuò)充的2片CTC的外觸發(fā)輸入，實(shí)現(xiàn)對4臺(tái)壓縮(compression)機(jī)開機(jī)、關(guān)機(jī)、放空、排污等項(xiàng)過程的定時(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(jī)分為越限調(diào)出錯(cuò)子程序和中斷申請轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序兩種。因中斷源（無水、油溫越限、手動(dòng)開停機(jī)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(zhuǎn)入中斷服務(wù)后，先通過讀指令鎖存的信號(signal)讀回，逐位查詢來確定中斷源。由于采樣周期和響應(yīng)中斷均在幾百毫秒之內(nèi)完成，因而能對任何故障及時(shí)處理。
　　3.4程序框圖數(shù)據(jù)采集(collection)、循環(huán)程序框圖見圖5.
　　4對系統(tǒng)抗干擾采取的措施該裝置是工作在有強(qiáng)電磁場干擾，大功率繼電器（作用：自動(dòng)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換電路等作用）、接觸器動(dòng)作頻繁，電源(power supply)波動(dòng)和機(jī)械(machinery)振動(dòng)大的場合，而且系統(tǒng)本身又帶有許多交直流電磁閥和幾百千瓦的大型電機(jī)，因此抗干擾問題是一個(gè)很重要的問題。本裝置在考慮（consider)了合理布置的同電力學(xué)報(bào)查詢出哪臺(tái)設(shè)備使用時(shí)間較長，哪臺(tái)設(shè)備使用時(shí)間較短，非常形象。（見圖2）。
　　3.4系統(tǒng)窗口本窗口主要完成修改密碼選項(xiàng)并包括每天對儀器使用情況或?qū)嶒?yàn)室其它情況備注。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)是回轉(zhuǎn)式連續(xù)氣流壓縮機(jī)，在其中高速旋轉(zhuǎn)的葉片使通過它的氣體加速，從而將速度能轉(zhuǎn)化為壓力。這種轉(zhuǎn)化部分發(fā)生在旋轉(zhuǎn)葉片上，部分發(fā)生在固定的擴(kuò)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。用戶可以填寫當(dāng)日所要記錄的內(nèi)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始時(shí)Enabled特性為False，輸入原密碼后按回車鍵確定，若密碼錯(cuò)誤，提示用戶重新輸入密碼正確，Enabled特性變?yōu)門 rue ，分別輸入兩次密碼后，按回車鍵，若兩次輸入不同，系統(tǒng)會(huì)提示重新輸入。
　　基礎(chǔ)窗口和書籍窗口的功能及功能的實(shí)現(xiàn)方法與設(shè)備窗口類似，在此略。
　　4結(jié)束語利用Powerbuilder5 .0來開發(fā)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的過程(guò chéng)，是Windows下的編輯過程，它面向?qū)ο蟮木庉嬁墒归_發(fā)人員僅對某個(gè)控件或某個(gè)事件編寫程序，可以不必為了一點(diǎn)錯(cuò)誤就在滿篇程序中上下查找，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(yīng)的修改，同時(shí)Powerbuilder是具有圖形界面的分布式數(shù)據(jù)庫前端開發(fā)工具，開發(fā)出的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)直觀實(shí)用，明了簡潔且界面美觀(Beautiful)。
　　2羅運(yùn)模主編。北京：北京航空航天大學(xué)出版社。Powerbuilder5.0使用入門， 1998.
　　時(shí)，采取了以下措施：采用了抗干擾交流穩(wěn)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)事物或者過程的虛擬)量采取了濾波網(wǎng)絡(luò)，線路敷設(shè)把信號線與電源線分別走線盡量避免并行走線模擬地與數(shù)字地的合理連接系統(tǒng)的機(jī)殼接地，屏蔽機(jī)殼內(nèi)部電路，微機(jī)用電源的地線懸空對感性負(fù)載兩端加了阻容吸收網(wǎng)絡(luò)或者續(xù)流二極管。
　　5結(jié)束語該系統(tǒng)分別安裝于重慶空壓機(jī)廠及山西常村煤礦，經(jīng)過現(xiàn)場運(yùn)行，性能穩(wěn)定可靠，滿足壓縮(compression)機(jī)的各項(xiàng)檢測、控制、保護(hù)指標(biāo)。并獲得了《山西省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)》、《重慶市計(jì)算機(jī)應(yīng)用成果三等獎(jiǎng)》。
　　1周明德。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備。空氣壓縮機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過管道進(jìn)入空壓機(jī)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)過主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對油冷卻器進(jìn)行冷卻。微機(jī)原理應(yīng)用。北京：高等教育出版社， 1995.
　　2李哲英，肖海橋。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過管道進(jìn)入空壓機(jī)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)過主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對油冷卻器進(jìn)行冷卻。單片機(jī)原理及應(yīng)用。北京：清華大學(xué)出3趙長德，雷田玉。微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)(gōng yè)出版社， 1998.