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  空氣壓縮機是機車制造、維修過程中主要的動力供應源之一，它的運行狀態好壞直接影響到機車車輛的安全。隨著計算機技術、通信技術、控制技術的迅速發展，鐵路交通部門迫切需要結合網絡實現對設備運行情況的集中管理和遠程監控。系統采用IPC工控機對生產過程控制系統進行監控，Client/Server體系結構和TCP/IP的通訊方式，將實時數據和控制信息通過以太網與數據庫服務器進行交互，實現了現場設備運行數據的實時采集和快速集中，為整個系統的調度、協調提供了可靠的保證。

  空氣壓縮機站及工作原理慨述

  空氣壓縮機站組成框圖如圖1所示。

  空氣壓縮機站有四臺空氣壓縮機，它們輸出的壓縮氣體都存儲在一個儲氣罐中，系統根據現場生產用風量多少的實際需要，自動啟動或停止空氣壓縮機運行的臺數，調節風量大小。系統對空氣壓縮機運行參數（溫度、壓力、電流等）進行實時監測，根據運行參數對空氣壓縮機的故障進行分析、診斷。同時，通過以太網絡進行壓縮機的遠程監測和控制。

  系統的組成

  1控制與管理的結構模式

  系統控制與管理的結構模式分為三層。第一層為設備層，其主要任務是空氣壓縮機運行狀態與運行參數的監測。第二層是控制層，控制層的作用是建立設備之間的聯系，控制各設備間的協調工作。第三層是管理控制層，其主要任務是對空氣壓縮機的主要運行參數進行動態監測、故障分析、遠程操作等，它基于企業內部的以太網絡。該層以管理控制為主，它可以通過第二層訪問各空氣壓縮機運行狀態以及運行參數，并有權限的對設備層進行遠程操作。

    2網絡組成結構

    系統網絡結構如圖2所示。系統采用客戶服務器模式，以太網TCP/IP網絡協議作為系統的通信協議，利用現場監控主機作為服務器。該服務器具有I/O服務器、歷史數據服務器、報警服務器、登錄服務器和Web服務器等功能。網絡上一個節點計算機作為服務器端，其它多個節點計算機作為其客戶端。客戶端通過網絡服務程序可以訪問到服務器端的過程數據，客戶端沒有數據庫，過程I/0數據全部集中連接在服務器端。

  系統的設計與實現

  1系統要求

  空氣壓縮機站遠程監控系統應滿足以下要求：(1)信號采集：對四臺空氣壓縮機溫度、壓力和電流等標準信號的采集，以及儲氣罐信號的采集，并對采集的數據進行處理和運算。同時根據建立的專家系統規則及智能控制系統進行自動控制。(2)遠程操作：通過以太網進行有權限的遠程控制、操作控制、參數整定、系統設置、動態監視、查詢、打印、報警等。(3)動態顯示：動態顯示參數棒圖、壓縮機運行狀態圖、故障事件報警、電源開關狀態等。(4)報表操作：查詢實時和歷史報表，打印實時和歷史報表，任意設定打印歷史報表的起始時間。

  2系統的硬件配置

  現場配有一臺監控主機，負責數據的采集、事務的處理和監控服務器的動能。監控主機選用研華PIII850、128MB內存、40GB硬盤的工業計算機。系統的檢測、變進器件和控制驅動器件主要有壓力傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、變進器、A/D采集卡、DI/O卡等。其中，壓力傳感器輸入信號范圍為0～1.6MPa，變送器類型YTT-150JCIII;溫度傳感器Ptl00的輸入信號范圍0～200℃；變送器類型I-2000，變送器輸出信號范圍均為電流4～20mA; A/D板為PC-6319光電隔離模入接口卡，采用光電隔離技術使被測信號與計算機之間的電氣完全隔離，減少現場信號的干擾，適合惡劣環境下現場信號的采集，同時符合PC/ISA總線標準的IBM-PC/AT系列原裝機及兼容機。在生產過程中，還有大量的開關信號需要處理。開關量輸入通道的作用是把生產過程中的各種不同類型的開關信號通過它轉換成計算機可以識別的信息，而開關量輸出通道的作用是把計算機中二進制代碼表示的開關信息，轉換成能驅動現場設備信號的開關信號。這些開關信號可以控制電機的啟動和停止，控制閥門的開啟和關閉，執行機構的動作，指示燈的亮滅。系統選用PC-6403光隔離D/O卡，它具有32路光隔離開關量輸出通道。

  3系統的軟件設計

  ①系統軟件結構

  采用“組態王”軟件作為系統的開發平臺，整個系統以模擬動畫顯示為主。系統由數據采集預處理模塊、可視化監測模塊、監測數據庫模塊、設備運行狀態可視化模塊、故障診斷模塊、網絡通信模塊等六部分組成。

  數據采集預處理模塊主要完成對被控設備現場數據的采集和數據預處理，如對溫度信號、壓力信號等變量的采集，以及變量的轉換、標定、報警值的設定等。可視化監測模塊以模擬動畫的形式顯示空氣壓縮機的各種運行參數和運行狀態。顯示的主要信息有：空氣壓縮機的溫度、壓力、電流信息，空氣壓縮機的運行狀態、開關的狀態、運行時間和運行過程中出現的異常報警等。監測數據庫模塊監測數據庫保存的所有監測數據，為事故追憶、優化分析以及報表的處理提供依據。故障診斷模塊主要完成對系統運行設備的診斷，保障系統設備的安全使用。

  ②應用程序的設計

  整個系統設計有主操作畫面、運行參數柱狀圖畫面、車間動態運行畫面、機組運行畫面、報警畫面、報表及查詢畫面等，能夠動態地實現空氣壓縮機站的遠程監控與故障診斷。空氣壓縮機站運行動態圖如圖3所示。

    4專家系統與智能控制在系統中的實現

    空氣壓縮機故障診斷專家系統是把壓縮機行業中豐富的實踐經驗集中起來，并以某種形式存入計算機，把判斷過程編成具有推理能力的程序，使得計算機像人類專家一樣能夠診斷出故障所在。空氣壓縮機常見故障可分為兩大類。一類是流體性質的，屬于機器熱力性能故障，主要表征為機器工作時排氣量不足，排氣壓力、溫度及級間壓力、溫度異常等；另一類是機械性質的，屬于機械動能故障，主要表征為機械工作時異常的響聲、振動和過熱等。引起故障的原因不同，所采取的分析、診斷故障的方法也不同。考慮到系統需要監測空氣壓縮機運行時的壓力、溫度以及電流等參數值，將這些數據進行處理，然后通過專家系統進行診斷、分析空氣壓縮機的整體性能方面或部件性能方面存在的故障，預測故障發展的趨勢。考慮到系統的實時性，該系統采用產生式知識表達方法和正向推理機制。

  將專家系統引入空氣壓縮機站的遠程監控系統的故障診斷中，配合控制，可使整個系統的安全可靠性得到增強。

  5現場調試

  ①采樣時間(Tc)與顯示刷新時間(Ts)

  系統的采樣時間是指采樣信號的時間間隔。理論上，采樣時間越小，采樣的數據越能反映現場模擬信號的實際值。但是，由于計算機程序在執行過程時需要花費一定的時間，同時計算機對系統的參數完整采集一遍也需要一定的時間。當采樣時間選取過小時，可能發生計算機不能完整地采集系統參數，使某些信號永遠無法真實地被采集到計算機內，導致計算結呆誤差大，不能真實地反映現場信號的實際情況。由于系統信號包含變化速度慢的溫度信號和變化速度快的壓力信號，因此要求在現場調試系統時，一方面要保證溫度信號采樣的實時性及不采樣的連續性；另-方面還要保證快速變化的壓力和電流信號的實時性和快速變化的要求。根據這些特點，結合現場的實際情況，當采樣時間取60ms時，完全能夠反映現場信號系統參數的變化要求，同時也可保證系統測量誤差不超過0.5%。

  顯示刷新時間是對采樣數據重新顯示的時間間隔。顯示刷新時間越小，所顯示的數據變化越快，越能及時顯示采樣數據，但會使人眼產生疲勞，甚至無法看清顯示數據；顯示刷新時間越大，所顯示的數據變化越慢，顯示采樣數據越穩定，但是，會使變化速度快的信號無法得到及時的顯示。根據現場信號的性質和實際情況，顯示刷新時間取值為5～6ms，完全能滿足系統的要求。

  ②信號調理參數的調試

  系統采集的參數有：溫度、壓力和電流。首先進行相應參數的工程量轉換，將檢測到的傳感器的電流值轉換成相應的溫度值、壓力值和電機的電流值，使計算機顯示、記錄的數值為實際現場對應的溫度、壓力和電流值，同時進行信號濾波參數的調試。由于溫度變化較慢，而壓力和電流信號變化較快，因此，采取不同的計算方式和不同的濾波系數，以使處理后的測量信號既能夠濾除干擾，較穩定地反映被測信號的真實值，又不至于產生太大的時間滯后。

  網絡的每一臺計算機都必須具有唯一的節點名，系統使用TCP/IP協議，同時，對每臺聯網的機器定義IP地址。用戶為了保證數據的正確性，需要每隔一定的時間檢測傳送鏈路是否暢通，查詢周期設為500ms。

  結束語

  本文提出了基于以太網絡的空氣壓縮機站遠程監控系統設計方案，實現了空氣壓縮機運行過程的遠程網絡化監測與控制。通過實際運行表明該系統操作方便，安全可靠，減少了設備的維修量，保證了供風質量，達到了設計要求。