工業(yè)4.0時(shí)代的空氣壓縮機(jī)

文/ Marcus Jungkunst，Daniela Koehler

工業(yè)4.0時(shí)代的空氣壓縮機(jī)

文/ Marcus Jungkunst，Daniela Koehler

智能化的生產(chǎn)壓縮空氣保證了很高的能源利用率——從不完整的單一設(shè)備發(fā)展到聯(lián)網(wǎng)的整套工作站，隨時(shí)隨地調(diào)用和分析數(shù)據(jù)：工業(yè)4.0正在進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的領(lǐng)域之中，并帶來了更高的能源利用效率，最大程度地節(jié)約了生產(chǎn)成本。

集成在空氣壓縮機(jī)中的控制系統(tǒng)讓您能夠使用到它采集到的數(shù)據(jù)

基于工業(yè)4.0理念，空氣壓縮機(jī)站的所有設(shè)備、部件都要非常協(xié)調(diào)地進(jìn)行連接控制，按照用戶要求進(jìn)行工作，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)將會從流程工藝過程中獲取、傳遞和評判數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析用于前瞻性地發(fā)現(xiàn)潛在故障隱患，并通過實(shí)時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)把這些隱患消滅在萌芽狀態(tài)。另外，利用數(shù)據(jù)還可以進(jìn)一步地改進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，并且在產(chǎn)品種類發(fā)生變化時(shí)，能夠快速地調(diào)整設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最佳使用。

這一切就像一個管弦樂團(tuán)一樣：每一件樂器并不是在獨(dú)奏，而是在樂隊(duì)指揮的統(tǒng)一號令下進(jìn)行和諧的演奏。樂隊(duì)指揮根據(jù)每一個音樂演奏家的演奏情況，利用指揮棒及時(shí)地與演奏家們進(jìn)行交流。溝通是一件重中之重的事，不僅僅是人與人，設(shè)備與設(shè)備、人與設(shè)備之間都需要進(jìn)行有效的溝通，這也是工業(yè)4.0的精髓所在。

在空氣壓縮機(jī)領(lǐng)域中要實(shí)現(xiàn)這些，首先需要對設(shè)備研發(fā)工作進(jìn)行一定程度的改進(jìn)，在傳統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)上集成監(jiān)控系統(tǒng)，例如變頻器、壓縮機(jī)工況和狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集和交互，這些不僅僅適用于創(chuàng)新性的旋轉(zhuǎn)活塞式空氣壓縮機(jī)，而且也適用于螺桿式空氣壓縮機(jī)。

空氣壓縮機(jī)的靈活控制

被稱為第四次工業(yè)革命是在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字化技術(shù)基礎(chǔ)上全面建立設(shè)備之間、設(shè)備與上一級控制系統(tǒng)間的相互通信。目標(biāo)就是建立起設(shè)備的靈活控制及其工作運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，以便實(shí)時(shí)診斷，保證設(shè)備在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，并實(shí)施前瞻性的維護(hù)保養(yǎng)措施。

除了集成有控制系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)，市場上還有一種跨單機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制的空氣壓縮機(jī)組，也顯現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢。

安全、經(jīng)濟(jì)和高效的運(yùn)行

對于流程設(shè)備運(yùn)營商來講，長期保持壓縮空氣的可靠供給和高效運(yùn)行以及降低運(yùn)營成本是他們最感興趣的事情，維護(hù)不當(dāng)造成的機(jī)器故障，往往會給業(yè)主帶來幾千歐元的損失。

在空氣壓縮機(jī)站中，空氣壓縮機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)監(jiān)控比自動化和靈活性更加重要，有許多空氣壓縮機(jī)在沒有狀態(tài)監(jiān)控的情況下持續(xù)為工藝生產(chǎn)過程提供壓縮空氣。而最理想的情況下，空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣過濾器的狀態(tài)、空氣壓縮機(jī)潤滑油的油位、工作壓力等信息都必須經(jīng)過維修人員的循環(huán)檢查。

然而，流程工業(yè)企業(yè)的設(shè)備維修人員數(shù)量總是不足，或者缺乏壓縮空氣技術(shù)的專業(yè)知識?，F(xiàn)在，利用工業(yè)4.0技術(shù)在中央控制臺就可實(shí)現(xiàn)全面的空氣壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，也為已有的和新建的空氣壓縮機(jī)站提供了優(yōu)化能源費(fèi)用和生命周期成本的可能性。

控制技術(shù)是關(guān)鍵

大多數(shù)情況下，創(chuàng)新性的旋轉(zhuǎn)活塞式空氣壓縮機(jī)和螺桿式空氣壓縮機(jī)都要由具有資質(zhì)的技術(shù)服務(wù)商安裝調(diào)試。完整的空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)集成了控制系統(tǒng)，能夠?qū)ν廨敵龃罅康目諝鈮嚎s機(jī)維護(hù)保養(yǎng)狀態(tài)信息和工作運(yùn)行狀態(tài)信息，也允許從外部對空氣壓縮機(jī)實(shí)施遠(yuǎn)程遙控（啟動、停止、轉(zhuǎn)速及壓力等），理想情況下只需一根數(shù)據(jù)線。

例如，可以實(shí)時(shí)讀取的模擬值有進(jìn)氣壓力、壓縮終止壓力、壓力差、進(jìn)氣溫度、壓縮終止溫度、油溫、消音罩內(nèi)溫度和進(jìn)氣過濾器處的壓力差等，在有變頻器時(shí)，還可以讀取空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速、變頻器電流和中間電路的電壓等?？梢员O(jiān)控的空氣壓縮機(jī)工作參數(shù)為溫度、電機(jī)電流、油位、控制電路板的溫度等。對每一個被監(jiān)控的參數(shù)都設(shè)定了一個故障報(bào)警的臨界值，為過程控制系統(tǒng)提供了更加簡便的監(jiān)控。

另外，空氣壓縮機(jī)配用的計(jì)時(shí)器也可以對空氣壓縮機(jī)及其部件（如空氣壓縮機(jī)機(jī)體、電動機(jī)、控制系統(tǒng)、電路板和易損件等）的工作時(shí)間計(jì)時(shí)，對易損件（如進(jìn)氣過濾器、機(jī)油、皮帶等）也都設(shè)置了一個工作時(shí)限，當(dāng)它們到達(dá)了限定的工作時(shí)限時(shí)即發(fā)出報(bào)警提示，狀態(tài)參數(shù)等同樣也將顯示在監(jiān)視屏幕上。

保障的不僅僅是信息

松散物料輸送過程中，常常會出現(xiàn)空氣壓縮機(jī)壓力突然升高的情況，有可能引起輸送管道的堵塞。因此輸送系統(tǒng)需要及時(shí)采取措施，以便在極短時(shí)間內(nèi)減少松散物料的吸送量，從而避免堵塞。同時(shí)，控制系統(tǒng)也可以根據(jù)收到的信息調(diào)整空氣壓縮機(jī)的工作點(diǎn)，調(diào)整工作狀態(tài)。

在遠(yuǎn)程遙控狀態(tài)下，空氣壓縮機(jī)可準(zhǔn)確地按照理論轉(zhuǎn)速工作運(yùn)行。集成了PI比例積分調(diào)節(jié)器的空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確控制壓力、液體中的含氧量或者空氣燃燒實(shí)際值。

跨單機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制一方面保證了各個空氣壓縮機(jī)都能夠在最佳狀態(tài)下工作運(yùn)行，另一方面也保證了數(shù)據(jù)傳輸，供控制系統(tǒng)分析壓縮機(jī)組工況使用。一旦出現(xiàn)故障，可根據(jù)采集到的歷史數(shù)據(jù)對故障原因進(jìn)行分析，避免將來再次發(fā)生。

智能化Sigma Air Manager 4.0（SAM 4.0）跨單機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制器能夠?qū)⒏髋_空氣壓縮機(jī)控制在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，采集的數(shù)據(jù)可用來實(shí)現(xiàn)前瞻性維護(hù)保養(yǎng)工作

成熟的聯(lián)網(wǎng) 完備的系統(tǒng)

智能化和具有通信能力是空氣壓縮機(jī)設(shè)備優(yōu)化的發(fā)展趨勢。過去，在生產(chǎn)使用現(xiàn)場將一臺不完整的設(shè)備配套成為一套完整的設(shè)備并投入生產(chǎn)使用時(shí)，歐盟第2006/42/EG號機(jī)械指令要求符合CE認(rèn)證基礎(chǔ)上的合規(guī)性評審。而最終將這一不完整設(shè)備部件配套成為一臺完整機(jī)床設(shè)備的人，必須在工業(yè)安全條例的有關(guān)規(guī)定下，承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任和義務(wù)，如風(fēng)險(xiǎn)分析，電氣保護(hù)措施的文字記錄，低壓電氣技術(shù)規(guī)范和電磁兼容性技術(shù)規(guī)范的要求等。

基于工業(yè)4.0上的智能化改進(jìn)能把規(guī)劃設(shè)計(jì)、文件記錄、檢測和子系統(tǒng)認(rèn)證等工作成本都降至最低，從而讓生產(chǎn)廠家集中精力完成聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸和邏輯分析方面的任務(wù)。這樣，流程設(shè)備運(yùn)營商們就可以對整個壓縮空氣生產(chǎn)過程有總體了解，保證工藝流程的安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

本文作者供職于Kaerer空氣壓縮機(jī)公司。