泉州空压机 大功率螺杆式空压机的故障原因排查与诊断实例及系统设计
 一、故障诊断与监测维修的软件实现

　　随着计算机技术的飞速发展，DCS系统已广泛使用到各类企业的自动化领域中。针对空压机组，采用DCS系统与故障分析软件相结合，以支持远程诊断为基本特征，由数据采集、在线监测预报、信号分析、故障诊断等子系统组成，具有管理功能强、扩展方便和数据传输速率高等特点。

　　二、信号分析处理系统中相关理论

　　影响空压机稳定运行的主要安全参数为轴瓦温度、轴位移、轴振动、相位和转速等，故有下面几种知识曲线用于该系统。

　　（一）轨迹

　　轴心轨迹图是通过轴的水平、垂直信号的振动信号的频率合成而来的。轴心轨迹随负荷不同而变化的情况，首先是很“胖”的椭圆，它说明情况正常。随着负荷的增大，椭圆变扁，负荷再大会出现二倍频成份。这种予载，如果足够大，就可能使机械产生轴承过大的磨损、轴疲劳、轴裂等故障。

　　（二）极坐标图和波德图

　　在极坐标图中，向量的幅值和相位这两个成份，以极坐标形式标示在一个图中。而在波德图中，幅值和相位分别标示在两个XY图的Y轴上，X轴都用转速表示。以上任意一种图形格式，都可以用来很容易地识别某种特性，利用极坐标图和波德图可以判别共振转速、由于摩擦和轴裂纹等故障。

　　 二、系统的功能和要求

　　（1）要求系统实现空气压缩机以及与冷却和气路系统阀门有关的的自动联动控制，以便安装程序执行启动或者停止控制空气压缩机的操作动作，终目的是提高系统在操作方面的准确度和安全性。

　　（2）使控制系统具备手动和远程两种控制方式。而空气压缩机的地面控制系统，可以对空气压缩机系统所有的运转或者故障进行相应的显示和记录，并终生成运转报表，并且可以被随时地打印。

　　（3）在线测量与处理的空气压缩机运行参数历史曲线图形显示和任意时刻数据查询。并对数据以报表形式查询显示和打印。

　　（4）当电机过载时能够及时停车报警；当空气过滤器阻塞时报警；实现电源逆相缺相保护。

一、大功率空压机控制系统特点

　　控制系统的要求是系统变压后直接输送给各个单元电路的整流、滤波、稳压。目的是为了减少或消除各个单元之间的电源线与地线之间的耦合干扰。另外，系统可以利用一些手段实现电源电压监控功能。

　　因为空气压缩机现场大功率感性负载较多，对单片机系统易造成影响。因此应用在压缩机控制过程中需要选用一些抗干扰的措施，防止出现电源污染问题，例如噪音干扰、电磁干扰等。分析之后，本文建议可以从硬件和软件两个方面采取一些特殊措施。

　　实现空气压缩机网络监控功能，能将所有运转状态及故障信号传至上位机，从而达到空气压缩机房无人值守工作以及控制风包压力罐的定期排污工作。

　　在线测量和处理的空气压缩机的运行参数与历史曲线图形显示，以及任何一个时刻的数据查询，并对数据以报表形式查询显示和打印。

　　当电机过载时能够及时停车报警；当空气过滤器阻塞时报警；实现电源逆相缺相保护。

　　故障诊断与分析功能：控制系统具有故障显示功能，排气压力、转台卸载、负载待命等。对故障能实现自我诊断停机维护，控制面板能实时显示系统排气温度，并显示故障原因。出现不安全动作时，报警灯闪烁显示，蜂鸣器鸣叫，并切换到报警窗口。故障排除后，可实现安全复位功能。同时系统还要具有一定的抗干扰能力。

　　三、空压机系统的状态检测硬件配置

　　状态监测及故障诊断的硬件配置，主要由现场监测元件、通讯处理器、光纤集线器、控制网络、工厂信息网等构成。

　　硬件配置整体结构上分为3层。第一层，状态监测层，各机组监测信号通过各自的通讯处理器与光纤集线器相连，再与控制网络的MODBUS接口通讯。第二层，控制网络层，DCS系统通过集线器采集各机组状态监测数据并控制现场设备，工程师站或操作员站集成故障诊断与预测维修软件，可实现实时分析或定时分析。第三层，工厂信息网，通过工程师站与工厂主干信息网连网，主干网上授权的计算机可显示状态监测，安装相应的软件，可供管理人员分析使用。

　　四、系统硬件设计

　　系统由压力及温度检测传感器、PLC控制柜、模拟量输入模块、数字量输出模块、以太网模块等部件组成。整个系统分为三层，分别为现场测量控制层，中央管理层和远程监控层。其中央管理层和远程监控层系统的控制在同一台计算机中，这样可以有效地减少硬件需求。

　   1）检测传感器：现场测量控制层由各类测量模块以及传感器，变送器及执行机构组成，是控制系统前段的测量元件及执行器部分，主要完成现场数据的采集、处理及控制；中央管理层和远程监控层由监控主机组成，它与现场控制层通过现场控制总线，动态监控现场设备运行状况和检测数据的采集，并向现场设备发控制指令，控制系统运行，并通过以太网利用TCP/IP协议与其它系统通讯，并传送现场设备的检测信息。

　　（2）可编程只读存储器（EEPROM）：外存采用Atmel公司的25D03型EEPROM作为数据存储器的扩展。

　　至于远程监控层设备，可跟据公司情况自行选取。　

（1）排气压力传感器：排气压力传感器安装于制压阀与排气管的接连管路上，通过连接管路加上三通实现。该传感器用于实现对排气压力的监测，并将监测数据送至PLC控制柜。后再由PLC分析数据，实现压力的加载和卸载。

　　（3）润滑压力传感器：安装于机头回油管的末端，压力信号与现有模拟压力表在同一位置，通过加装三通实现。用于监测压缩机润滑状况，通过PLC控制柜实时控制压缩机的启停。

　  　五由于空气压缩机现场大功率感性负载相对来说会比较多，所以就会导致电源污染（过压、欠压、尖峰电压）、噪音干扰、电磁干扰等一系列问题。尤其对于频繁使用变频器的情况，这种情况会对单片机系统造成一定的影响。因此应用在压缩机控制过程中需要选用一些抗干扰的措施，可以从硬件和软件两个方面采取一定的措施。

　　硬件方面的措施：建议系统可以采用分立式供电。由于整个系统不是统一变压、滤波、稳压后就可以提供给各单元电路使用的，而是变压后直接送给各单元电路的整流、滤波、稳压。这样就可以非常有效地消除各单元间的电源线和地线间的耦合干扰，这样就在提高供电质量的同时又增大了散热面积。同时可应用一电子狗实现电源电压监控功能。IMP850的复位信号为高电平，复位门限电压为4.38V，短暂的幅度为100MV的瞬变以及持续的时间为20ms的瞬变，都不会导致一个错误的复位。

　　软件方面的措施：编写必要的异常情况处理程序以及系统自我诊断程序。比如可以在EEPROM中设定上电标志，目的是用来区分系统是上电复位（冷启动）还是故障复位（热启动）。如果系统是故障复位，那么在生产工艺运行过程应当从故障点重写运行，从而执行异常处理程序，恢复故障前的状态。关于EEPROM中数据冗余保护与纠错，程序采用三重冗余编码纠错方案。工程实践表明，干扰仅使EEPROM中个别数据失，并不会重回整个EEPROM区。通过三份数据的对比校验，至少有两份数据相同才能进行数据内容自救。

　　空压机组运行状态监测，故障诊断系统是如今机械化运行中为典型的机电一体化高科技产品，它的功能不仅仅是对空压机的参数进行显示和使得联锁控制系统稳定可靠，而且更重要的是在于它可以通过故障诊断系统提供的信息进行机电的预测维修工作，这样就大大减少大修工作量，减少人力、物力的消耗，其经济效益十分显著。据相关研究统计，采用此系统后，我国机电行业机械的故障率减少75%，维修费用降低25.50%。由于空压机组的故障发生率比较高，所以采用此系统则显得非常有必要，改变传统的设备维修方法，是大型机组进入以状态监测为基础的预测维修时代。是未来发展的方向。

　　五、故障排查与诊断

　　（1）检查空气压缩机的滤清器，如果发现滤清器中的空气滤芯损坏、缺陷或不干净，应当及时地进行更换；检查空气压缩机进气管是否有扭结或变形的情况，目的是为了保证进气管道具有低要求的内圈直径。

　　（2）检查回油管是否有过多的弯曲、扭结及障碍的情况。建议小回油管内径为12毫米。另外，回油管道必须一直从空气压缩机下降到发动机曲轴箱内。

　　（3）检查并测量空气压缩机缸套、活塞环磨损及损坏情况及装配情况，磨损严重的应予更换。

　　六、故障排查与诊断实例

　　1、切断控制回路和模块的电源，旁通模块，从模块Ml和M2端子上拆除控制回路导线，在控制回路导线上接一跳线，使模块的“控制回路”旁通。（注意：现在空压机内部电机保护模块已经旁通了，该方法只能用于模块的短暂性测试）重新接通控制回路和模块的电源，试运行空压机。如果空压机在模块旁通时不运行，则故障不在控制系统和模块。如果在模块旁通时空压机能运行而将模块重新接上时不运行，那么模块中的控制回路继电器是断开的。现在需要对热敏电阻链进行测试以确定模块控制回路继电器的断开是由于内部温度过高引起的还是元件的故障引起的。

　　2、检查空压机的热敏电阻链，切断控制回路和模块的电源，将传感器引线从模块上S1和S2拆下来，用电阻表通过传感器引线测量热敏电阻链的电阻值。（警告：使用大电压9V的电阻表来检查传感器链。传感器链是敏感的且容易损坏；不应试图用任何非电阻的工具来检查传感器的导通性。对传感器链施加任何外部电压会引起损坏以致需更换空压机。

　　3、按照以下数字来诊断该电阻读数：225n～正常运行范围～275n～空压机过热，需要时间让其冷却；-on传感器回路短路，更换空压机。如果电阻读数不正常，将空压机上的传感器连接插头拔掉，测量传感器接线柱的电阻，可以确定该不正常读数是由于连接器故障还是电机保护模块是热敏电阻的问题。

　　4、在初次启动或任何模块跳闸后，在模块回路闭合前，传感器链的电阻必须低于模块复位点。复位值是2250-30000，如果传感器链的电阻小于225n，而当控制回路旁通时空压机不能运转，说明固态模块是坏掉了，应予以更换。在各项试验之间应将电压切断以避免短路和触点的意外电弧。每当熔断器断开或断路器跳闸时，应对模块功能进行检查，以保证模电机保护模块的触点没有粘接现象。

　　一台新机使用不久，监视器上不时有不规则满屏干扰条纹出现，严重影响诊断。此现象毫无规律，有时一开机就有，有时隔几天才出现。