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  空气压缩机是机车制造、维修过程中主要的动力供应源之一，它的运行状态好坏直接影响到机车车辆的安全。随着计算机技术、通信技术、控制技术的迅速发展，铁路交通部门迫切需要结合网络实现对设备运行情况的集中管理和远程监控。系统采用IPC工控机对生产过程控制系统进行监控，Client/Server体系结构和TCP/IP的通讯方式，将实时数据和控制信息通过以太网与数据库服务器进行交互，实现了现场设备运行数据的实时采集和快速集中，为整个系统的调度、协调提供了可靠的保证。

  空气压缩机站及工作原理慨述

  空气压缩机站组成框图如图1所示。

  空气压缩机站有四台空气压缩机，它们输出的压缩气体都存储在一个储气罐中，系统根据现场生产用风量多少的实际需要，自动启动或停止空气压缩机运行的台数，调节风量大小。系统对空气压缩机运行参数（温度、压力、电流等）进行实时监测，根据运行参数对空气压缩机的故障进行分析、诊断。同时，通过以太网络进行压缩机的远程监测和控制。

  系统的组成

  1控制与管理的结构模式

  系统控制与管理的结构模式分为三层。第一层为设备层，其主要任务是空气压缩机运行状态与运行参数的监测。第二层是控制层，控制层的作用是建立设备之间的联系，控制各设备间的协调工作。第三层是管理控制层，其主要任务是对空气压缩机的主要运行参数进行动态监测、故障分析、远程操作等，它基于企业内部的以太网络。该层以管理控制为主，它可以通过第二层访问各空气压缩机运行状态以及运行参数，并有权限的对设备层进行远程操作。

    2网络组成结构

    系统网络结构如图2所示。系统采用客户服务器模式，以太网TCP/IP网络协议作为系统的通信协议，利用现场监控主机作为服务器。该服务器具有I/O服务器、历史数据服务器、报警服务器、登录服务器和Web服务器等功能。网络上一个节点计算机作为服务器端，其它多个节点计算机作为其客户端。客户端通过网络服务程序可以访问到服务器端的过程数据，客户端没有数据库，过程I/0数据全部集中连接在服务器端。

  系统的设计与实现

  1系统要求

  空气压缩机站远程监控系统应满足以下要求：(1)信号采集：对四台空气压缩机温度、压力和电流等标准信号的采集，以及储气罐信号的采集，并对采集的数据进行处理和运算。同时根据建立的专家系统规则及智能控制系统进行自动控制。(2)远程操作：通过以太网进行有权限的远程控制、操作控制、参数整定、系统设置、动态监视、查询、打印、报警等。(3)动态显示：动态显示参数棒图、压缩机运行状态图、故障事件报警、电源开关状态等。(4)报表操作：查询实时和历史报表，打印实时和历史报表，任意设定打印历史报表的起始时间。

  2系统的硬件配置

  现场配有一台监控主机，负责数据的采集、事务的处理和监控服务器的动能。监控主机选用研华PIII850、128MB内存、40GB硬盘的工业计算机。系统的检测、变进器件和控制驱动器件主要有压力传感器、温度传感器、电流传感器、变进器、A/D采集卡、DI/O卡等。其中，压力传感器输入信号范围为0～1.6MPa，变送器类型YTT-150JCIII;温度传感器Ptl00的输入信号范围0～200℃；变送器类型I-2000，变送器输出信号范围均为电流4～20mA; A/D板为PC-6319光电隔离模入接口卡，采用光电隔离技术使被测信号与计算机之间的电气完全隔离，减少现场信号的干扰，适合恶劣环境下现场信号的采集，同时符合PC/ISA总线标准的IBM-PC/AT系列原装机及兼容机。在生产过程中，还有大量的开关信号需要处理。开关量输入通道的作用是把生产过程中的各种不同类型的开关信号通过它转换成计算机可以识别的信息，而开关量输出通道的作用是把计算机中二进制代码表示的开关信息，转换成能驱动现场设备信号的开关信号。这些开关信号可以控制电机的启动和停止，控制阀门的开启和关闭，执行机构的动作，指示灯的亮灭。系统选用PC-6403光隔离D/O卡，它具有32路光隔离开关量输出通道。

  3系统的软件设计

  ①系统软件结构

  采用“组态王”软件作为系统的开发平台，整个系统以模拟动画显示为主。系统由数据采集预处理模块、可视化监测模块、监测数据库模块、设备运行状态可视化模块、故障诊断模块、网络通信模块等六部分组成。

  数据采集预处理模块主要完成对被控设备现场数据的采集和数据预处理，如对温度信号、压力信号等变量的采集，以及变量的转换、标定、报警值的设定等。可视化监测模块以模拟动画的形式显示空气压缩机的各种运行参数和运行状态。显示的主要信息有：空气压缩机的温度、压力、电流信息，空气压缩机的运行状态、开关的状态、运行时间和运行过程中出现的异常报警等。监测数据库模块监测数据库保存的所有监测数据，为事故追忆、优化分析以及报表的处理提供依据。故障诊断模块主要完成对系统运行设备的诊断，保障系统设备的安全使用。

  ②应用程序的设计

  整个系统设计有主操作画面、运行参数柱状图画面、车间动态运行画面、机组运行画面、报警画面、报表及查询画面等，能够动态地实现空气压缩机站的远程监控与故障诊断。空气压缩机站运行动态图如图3所示。

    4专家系统与智能控制在系统中的实现

    空气压缩机故障诊断专家系统是把压缩机行业中丰富的实践经验集中起来，并以某种形式存入计算机，把判断过程编成具有推理能力的程序，使得计算机像人类专家一样能够诊断出故障所在。空气压缩机常见故障可分为两大类。一类是流体性质的，属于机器热力性能故障，主要表征为机器工作时排气量不足，排气压力、温度及级间压力、温度异常等；另一类是机械性质的，属于机械动能故障，主要表征为机械工作时异常的响声、振动和过热等。引起故障的原因不同，所采取的分析、诊断故障的方法也不同。考虑到系统需要监测空气压缩机运行时的压力、温度以及电流等参数值，将这些数据进行处理，然后通过专家系统进行诊断、分析空气压缩机的整体性能方面或部件性能方面存在的故障，预测故障发展的趋势。考虑到系统的实时性，该系统采用产生式知识表达方法和正向推理机制。

  将专家系统引入空气压缩机站的远程监控系统的故障诊断中，配合控制，可使整个系统的安全可靠性得到增强。

  5现场调试

  ①采样时间(Tc)与显示刷新时间(Ts)

  系统的采样时间是指采样信号的时间间隔。理论上，采样时间越小，采样的数据越能反映现场模拟信号的实际值。但是，由于计算机程序在执行过程时需要花费一定的时间，同时计算机对系统的参数完整采集一遍也需要一定的时间。当采样时间选取过小时，可能发生计算机不能完整地采集系统参数，使某些信号永远无法真实地被采集到计算机内，导致计算结呆误差大，不能真实地反映现场信号的实际情况。由于系统信号包含变化速度慢的温度信号和变化速度快的压力信号，因此要求在现场调试系统时，一方面要保证温度信号采样的实时性及不采样的连续性；另-方面还要保证快速变化的压力和电流信号的实时性和快速变化的要求。根据这些特点，结合现场的实际情况，当采样时间取60ms时，完全能够反映现场信号系统参数的变化要求，同时也可保证系统测量误差不超过0.5%。

  显示刷新时间是对采样数据重新显示的时间间隔。显示刷新时间越小，所显示的数据变化越快，越能及时显示采样数据，但会使人眼产生疲劳，甚至无法看清显示数据；显示刷新时间越大，所显示的数据变化越慢，显示采样数据越稳定，但是，会使变化速度快的信号无法得到及时的显示。根据现场信号的性质和实际情况，显示刷新时间取值为5～6ms，完全能满足系统的要求。

  ②信号调理参数的调试

  系统采集的参数有：温度、压力和电流。首先进行相应参数的工程量转换，将检测到的传感器的电流值转换成相应的温度值、压力值和电机的电流值，使计算机显示、记录的数值为实际现场对应的温度、压力和电流值，同时进行信号滤波参数的调试。由于温度变化较慢，而压力和电流信号变化较快，因此，采取不同的计算方式和不同的滤波系数，以使处理后的测量信号既能够滤除干扰，较稳定地反映被测信号的真实值，又不至于产生太大的时间滞后。

  网络的每一台计算机都必须具有唯一的节点名，系统使用TCP/IP协议，同时，对每台联网的机器定义IP地址。用户为了保证数据的正确性，需要每隔一定的时间检测传送链路是否畅通，查询周期设为500ms。

  结束语

  本文提出了基于以太网络的空气压缩机站远程监控系统设计方案，实现了空气压缩机运行过程的远程网络化监测与控制。通过实际运行表明该系统操作方便，安全可靠，减少了设备的维修量，保证了供风质量，达到了设计要求。