工业4.0时代的空气压缩机

文/ Marcus Jungkunst，Daniela Koehler

工业4.0时代的空气压缩机

文/ Marcus Jungkunst，Daniela Koehler

智能化的生产压缩空气保证了很高的能源利用率——从不完整的单一设备发展到联网的整套工作站，随时随地调用和分析数据：工业4.0正在进入空气压缩机的领域之中，并带来了更高的能源利用效率，最大程度地节约了生产成本。

集成在空气压缩机中的控制系统让您能够使用到它采集到的数据

基于工业4.0理念，空气压缩机站的所有设备、部件都要非常协调地进行连接控制，按照用户要求进行工作，实时监控系统将会从流程工艺过程中获取、传递和评判数据。数据分析用于前瞻性地发现潜在故障隐患，并通过实时的维护保养把这些隐患消灭在萌芽状态。另外，利用数据还可以进一步地改进产品生产工艺，并且在产品种类发生变化时，能够快速地调整设备，实现设备的最佳使用。

这一切就像一个管弦乐团一样：每一件乐器并不是在独奏，而是在乐队指挥的统一号令下进行和谐的演奏。乐队指挥根据每一个音乐演奏家的演奏情况，利用指挥棒及时地与演奏家们进行交流。沟通是一件重中之重的事，不仅仅是人与人，设备与设备、人与设备之间都需要进行有效的沟通，这也是工业4.0的精髓所在。

在空气压缩机领域中要实现这些，首先需要对设备研发工作进行一定程度的改进，在传统的空气压缩机上集成监控系统，例如变频器、压缩机工况和状态的数据采集和交互，这些不仅仅适用于创新性的旋转活塞式空气压缩机，而且也适用于螺杆式空气压缩机。

空气压缩机的灵活控制

被称为第四次工业革命是在网络和数字化技术基础上全面建立设备之间、设备与上一级控制系统间的相互通信。目标就是建立起设备的灵活控制及其工作运行数据监控，以便实时诊断，保证设备在最佳状态下运行，并实施前瞻性的维护保养措施。

除了集成有控制系统的空气压缩机，市场上还有一种跨单机联网控制的空气压缩机组，也显现出其独特的优势。

安全、经济和高效的运行

对于流程设备运营商来讲，长期保持压缩空气的可靠供给和高效运行以及降低运营成本是他们最感兴趣的事情，维护不当造成的机器故障，往往会给业主带来几千欧元的损失。

在空气压缩机站中，空气压缩机的当前工作状态监控比自动化和灵活性更加重要，有许多空气压缩机在没有状态监控的情况下持续为工艺生产过程提供压缩空气。而最理想的情况下，空气压缩机进气过滤器的状态、空气压缩机润滑油的油位、工作压力等信息都必须经过维修人员的循环检查。

然而，流程工业企业的设备维修人员数量总是不足，或者缺乏压缩空气技术的专业知识。现在，利用工业4.0技术在中央控制台就可实现全面的空气压缩机运行状态监控，也为已有的和新建的空气压缩机站提供了优化能源费用和生命周期成本的可能性。

控制技术是关键

大多数情况下，创新性的旋转活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机都要由具有资质的技术服务商安装调试。完整的空气压缩机系统集成了控制系统，能够对外输出大量的空气压缩机维护保养状态信息和工作运行状态信息，也允许从外部对空气压缩机实施远程遥控（启动、停止、转速及压力等），理想情况下只需一根数据线。

例如，可以实时读取的模拟值有进气压力、压缩终止压力、压力差、进气温度、压缩终止温度、油温、消音罩内温度和进气过滤器处的压力差等，在有变频器时，还可以读取空气压缩机的转速、变频器电流和中间电路的电压等。可以监控的空气压缩机工作参数为温度、电机电流、油位、控制电路板的温度等。对每一个被监控的参数都设定了一个故障报警的临界值，为过程控制系统提供了更加简便的监控。

另外，空气压缩机配用的计时器也可以对空气压缩机及其部件（如空气压缩机机体、电动机、控制系统、电路板和易损件等）的工作时间计时，对易损件（如进气过滤器、机油、皮带等）也都设置了一个工作时限，当它们到达了限定的工作时限时即发出报警提示，状态参数等同样也将显示在监视屏幕上。

保障的不仅仅是信息

松散物料输送过程中，常常会出现空气压缩机压力突然升高的情况，有可能引起输送管道的堵塞。因此输送系统需要及时采取措施，以便在极短时间内减少松散物料的吸送量，从而避免堵塞。同时，控制系统也可以根据收到的信息调整空气压缩机的工作点，调整工作状态。

在远程遥控状态下，空气压缩机可准确地按照理论转速工作运行。集成了PI比例积分调节器的空气压缩机控制系统，可以准确控制压力、液体中的含氧量或者空气燃烧实际值。

跨单机联网控制一方面保证了各个空气压缩机都能够在最佳状态下工作运行，另一方面也保证了数据传输，供控制系统分析压缩机组工况使用。一旦出现故障，可根据采集到的历史数据对故障原因进行分析，避免将来再次发生。

智能化Sigma Air Manager 4.0（SAM 4.0）跨单机联网控制器能够将各台空气压缩机控制在最佳状态下运行，采集的数据可用来实现前瞻性维护保养工作

成熟的联网 完备的系统

智能化和具有通信能力是空气压缩机设备优化的发展趋势。过去，在生产使用现场将一台不完整的设备配套成为一套完整的设备并投入生产使用时，欧盟第2006/42/EG号机械指令要求符合CE认证基础上的合规性评审。而最终将这一不完整设备部件配套成为一台完整机床设备的人，必须在工业安全条例的有关规定下，承担相应的责任和义务，如风险分析，电气保护措施的文字记录，低压电气技术规范和电磁兼容性技术规范的要求等。

基于工业4.0上的智能化改进能把规划设计、文件记录、检测和子系统认证等工作成本都降至最低，从而让生产厂家集中精力完成联网、设备数据传输和逻辑分析方面的任务。这样，流程设备运营商们就可以对整个压缩空气生产过程有总体了解，保证工艺流程的安全可靠和经济运行。

本文作者供职于Kaerer空气压缩机公司。