以客戶為上帝的宗旨、專注打造中國(guó)壓縮機(jī)領(lǐng)域中的航空級(jí)企業(yè)。
昆山飛馬特機(jī)電設(shè)備有限公司
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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??茖W(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(jiǎn)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(guó)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?jī)?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(duì)長(zhǎng)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(jí)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(duì)1臺(tái)~4臺(tái)二級(jí)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(cè)控制。
1.1自動(dòng)檢測(cè)功能a)一級(jí)缸壓力、溫度b)二級(jí)缸壓力、溫度c)缸體滑道溫度2個(gè)d)潤(rùn)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(rùn)滑油、油滴。
對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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?;虺迺r(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(hào)(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(cè)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(gòu)置控制(control)板。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備??諝鈮嚎s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(hào)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(hào),輸出用于某臺(tái)機(jī)故障時(shí)的聲光報(bào)警??偩€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(hào)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(hào)處理單元。模擬信號(hào)分兩大類。一類是電阻信號(hào)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(hào)。
傳感信號(hào)為電阻信號(hào)時(shí),通常在測(cè)量(cè liáng)中均使用(use)惠斯頓電橋測(cè)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(jí)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(duì)真實(shí)事物或者過程的虛擬)信號(hào),設(shè)計(jì)(design)了一個(gè)變比壓變?yōu)? V~2 .5
V、50HZ的交流信號(hào),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(hào),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(duì)毫伏級(jí)甚至亞毫伏級(jí)的信號(hào)進(jìn)行精確的轉(zhuǎn)換,其轉(zhuǎn)換精度則是根據(jù)正弦信號(hào)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(hào)頻率ω低一個(gè)數(shù)量級(jí),轉(zhuǎn)換精度達(dá)到1 ,滿足了工況精度要求,測(cè)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(duì)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(qǐng)求信號(hào)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(duì)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(qǐng)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(qǐng)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(hào)(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(duì)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(duì)系統(tǒng)抗干擾采取的措施該裝置是工作在有強(qiáng)電磁場(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng),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(duì)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(duì)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(duì)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(kù)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(jiǎn)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(jí)濾波開關(guān)量信號(hào)采用了光電隔離和斷電器隔離模擬(定義:對(duì)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(hào)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(duì)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(chǎng)運(yùn)行,性能穩(wěn)定可靠,滿足壓縮(compression)機(jī)的各項(xiàng)檢測(cè)、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??諝鈮嚎s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(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫,再進(jìn)入后冷器對(duì)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(duì)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(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫,再進(jìn)入后冷器對(duì)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(duì)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(zhǎng)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.