CN112665651A - 一种高压空气设备健康管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压空气设备健康管理方法，包括：获取一种或多种工作参数，所述工作参数至少包括压缩空气油含量、油滤压差和气体露点温度；至少根据一种或多种工作参数加权计算零部件健康度；判断零部件健康度是否小于健康阈值；以及响应于零部件健康度小于健康阈值，发出警报。本申请根据设备的工作参数实时监控设备零部件的健康度，在零部件达到使用寿命时，能够及时发出提示或警报，对故障零部件进行及时维修或更换，保证高压空气设备能够产出洁净干燥的高压空气。

Description

一种高压空气设备健康管理方法

技术领域

本发明涉及高压空气设备技术领域，特别地涉及一种高压空气设备健康管理方法。

背景技术

高压空气设备是将自由状态下的空气，达到设定阈值的压力后，进行实际应用或者充罐储存。其广泛应用在食品、农业(比如喷洒杀虫剂和农药)和工业(比如化工厂、造纸厂和文保设备)等领域。

高压空气设备中包括多种易耗件，比如油分器、油滤器、空滤器、泵压机活塞环和密封环等，其具有一定的使用寿命，在工作一段时间后，就需要及时更换，否则影响设备正常工作。因此，亟需一种健康管理方法能够实时监控零部件的健康度，判断是否需要维修或更换。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种高压空气设备健康管理方法，包括：获取一种或多种工作参数，所述工作参数至少包括压缩空气油含量、油滤压差和气体露点温度；至少根据一种或多种工作参数加权计算零部件健康度；判断零部件健康度是否小于健康阈值；以及响应于零部件健康度小于健康阈值，发出警报。

如上所述的方法，其中工作参数还包括：功耗、工作噪声、气体压力、气体温度、气体流量、油温和油耗中的一者或多者。

如上所述的方法，其中零部件包括油分器、油滤器、空滤器、泵压机活塞环和密封环。

如上所述的方法，其中根据工作参数与零部件的相关度确定权重。

如上所述的方法，其中，压缩空气油含量、工作噪声和油耗与油分器的相关度依次递减；油滤压差、油耗和气体露点温度与油滤器的相关度依次递减；气体露点温度、气体流量、气体压力或气体温度与空滤器的相关度依次递减；气体压缩比、气体压力和功耗与泵压机活塞环和密封环相关度依次递减。

如上所述的方法，其中根据零部件工作时长确定零部件健康度，响应于部件工作时长超过设定时间阈值时，发出警报。

如上所述的方法，其中在更换零部件后，零部件的工作时长清零。

如上所述的方法，其中，其中健康阈值包括预警阈值和报警阈值，所述预警阈值为零部件健康度80％；所述报警阈值为零部件健康度70％。

如上所述的方法，其中健康阈值根据零部件健康度的正态分布曲线确定。

如上所述的方法，进一步包括：根据一个或多个零部件健康度计算高压空气设备健康度。

本申请根据设备的工作参数实时监控设备零部件的健康度，在零部件达到使用寿命时，能够及时发出提示或者警报，对故障零部件进行及时维修或更换，保证高压空气设备能够产出洁净干燥的高压空气。同时能够减少浪费，提高零部件的利用率，从而节约用气成本。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例高压空气设备结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例高压空气设备模块示意图；以及

图3是根据本发明的一个实施例高压空气设备健康管理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

图1是根据本发明的一个实施例高压空气设备结构示意图。如图所示，高压空气设备为撬装式装配结构，其中将电控箱110、压缩机120、干燥机130 和驱动机构140安装在底座150上。其中，压缩机120、干燥机130和驱动机构140中的一者或多者的位置可以根据实际需要进行移动。底座150上安装有金属框架160，用于包括框架内的设备不受磕碰损坏。在一些实施例中，框架 160可以安装有可拆卸的防护板、防护门等，且有足够的通风散热空间，确保系统设备正常工作。

电控箱110中包括控制模块、输入模块和电源模块，其中压缩机120、干燥机130和驱动机构140中的一者或多者电连接，用于提供电源，控制设备的启动和停止。在一些实施例中，电控箱110上设置有带锁的设备门，工作人员可以用钥匙打开设备门，方便排查故障和维修。

压缩机120用于将空气进行净化和压缩，提供符合压力要求的洁净空气。在一些实施例中，压缩机120包括多级压缩模块(比如四级压缩模块)。在一些实施例中，在多级压缩模块分别安装有温度传感器和压力传感器；在另一些实施例中，在多级压缩模块上间隔安装温度传感器和压力传感器。以四级压缩机为例，在一级压缩模块上安装第一温度传感器，在二级压缩模块上安装第二压力传感器，以此类推，如此在保证检测设备工作状态的情况下，节省了传感器数量。

干燥机130用于将空气进行干燥处理。空气在加压过程中，会有未饱和水蒸气达到饱和状态，生成冷凝水。高压空气中的冷凝水会对高压空气设备和储藏设备造成生锈等问题。因此，在空气加压过程中，会设置一个或多个露点传感器，响应于空气露点高于设定阈值时，干燥机进行工作，对高压空气进行干燥，吸收多余的冷凝水。

本申请设计一个新型接口板，设置在控制器和高压空气设备之间，高压空气设备将各种布线接口根据信号类型统一与接口板进行电连接，接口板将接收来的信号转发至控制器；同时，控制器也可以将指令通过接口板发送至指定设备上，以实现某些功能。

图2是根据本发明的一个实施例高压空气设备模块示意图。其中，高压空气设备包括控制模块210、输入模块220、接口板230、压缩机120和干燥机130。其中，输入模块220与控制模块210电连接，控制模块210与接口板 230电连接，压缩机120、和干燥机130分别与接口板230电连接。

控制模块210能够包括一个或多个中央处理单元(CPU)、图形处理单元 (GPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或它们的组合。控制模块210能够执行存储在存储器中的软件或计算机可读指令以执行本文描述的方法或操作。控制模块210能够以若干不同的方式来实施。例如，控制模块210能够包括一个或多个嵌入式处理器、处理器核心、微型处理器、逻辑电路、硬件有限状态机(FSM)、数字信号处理器(DSP)或它们的组合。进一步地，控制模块还可以是PLC控制器，用于通过接口板230发送控制指令。

输入模块220可以为触摸屏，其中触摸屏可以是电阻式触摸屏，可以是电容式触摸屏，也可以是表面声波技术触摸屏。本领域的技术人员可以理解，只要可以实现本申请功能的触摸屏，均可以应用在本申请的方案中。在一些实施中，触摸屏可以固定在PLC控制器上形成一体结构，其采用RJ45接口与PLC 控制器连接，用于实时显示所述压缩机120和干燥机130中的一者或多者工作状态，在另一些实施例中，输入模块220还包括操作面板，工作人员可以在操作面板上进行操作，下达指令以实现某种功能。其中操作面板上还可以包括物理按钮，用于实现设备的启动和停止或者其他功能的选择和调节。

接口板230包括数字量输入模块231、数字量输出模块232和模拟量输入模块233。其中，数字量输入模块231、数字量输出模块232和模拟量输入模块233采用总线方式与控制模块电连接；数字量输入模块231、数字量输出模块232和模拟量输入模块233分别与压缩机120和干燥机130电连接。其中，电连接的方式包括但不限于：有源触点连接、无源触点连接和4-20mA信号连接。

数字量输入模块231包括多个数字量信号接口，其包括：设备的开关信号接口、指示灯信号接口和报警信号接口，用于收集压缩机120和干燥机130中一者或多者的数字量信号；数字量输出模块232包括多个数字量信号接口，用于向压缩机120和干燥机130中一者或多者发送控制指令；模拟量输入模块233 包括多个模拟量信号接口，其用于收集压缩机120和干燥机130中一者或多者的模拟量信号。模拟量信号接口包括但不限于：输出压力信号接口、露点温度信号接口、一级温度信号接口、二级压力信号接口、三级温度信号接口、四级压力信号接口、压缩机油压接口、输出压力信号接口和露点温度信号接口等。

在一些实施例中，接口板还包括报警模块，其经配置以在设备发生故障时，指示空压机和干燥机中的一者或多者发出警报。在一些实施例中，报警模块能够在触摸屏上显示提示信息，或者发出警报的声音，或者将警报信息发送至用户的移动终端上等。在接口板中设置警报模块，接口板根据接收来的信号信息实时判断是否出现故障，并及时通报故障，减少控制模块处理负担，提高故障通报效率，减小故障带来的损失。

在一些实施例中，接口板还包括存储模块，其用于储存程序和空压机和干燥机中的一者或多者的工作数据和报警信息。其中，工作数据包括：工作时间、工作状态、工作温度、工作压力、压缩空气露点。存储模块能够存储软件、数据、日志或它们的组合。存储模块能够是内部存储器或者外部存储器。例如，存储器能够是易失性存储器或非易失性存储器,诸如非易失性随机存取存储器 (NVRAM)、闪存、磁盘存储器的非易失性存储器，或者是诸如静态随机存取存储器(SRAM)的易失性存储器。

本申请的高压空气设备的工作流程是：压缩机120和干燥机130依次工作，将空气压缩，达到要求后，进行输灌储藏。具体地，工作人员在输入模块220 上设定压缩机120和干燥机130中一者或多者的压缩压力和制取气体体积等参数。控制模块210根据设定好的程序，按照开机顺序通过电磁阀和继电器分别启动压缩机120和干燥机130等设备。压缩机120和干燥机130将各种工作数据通过接口板发送至控制模块210中。

压缩机120用于将空气压缩至压力阈值，其中压力阈值为10-40MPa。其中，压缩机120上设置一个或多个温度传感器和压力传感器，其通过接口板230 与控制模块210电连接。空气经过压缩机120中的过滤组件，能够除去大部分的油、水和尘等。在一些实施例中，在压缩机120中进一步包括空气储罐，用于降低气流脉动，减小系统压力波动，使得压缩空气平稳通过压缩空气净化组件，以充分除去油水杂质。

干燥机130上安装有一个或多个露点传感器，进一步地，露点传感器安装干燥机130的输出管路上，用于检测输出的高压气体的干燥程度。在一些实施例中，控制模块210根据露点传感器的检测结果控制相应的电磁阀。若露点合格，压缩空气正常输出；若露点不合格，则进行放空。一个或多个露点传感器通过接口板230与控制模块210电连接。

压缩机120和干燥机130上安装有各种传感器和各种电磁阀、继电器，其通过接口板与控制模块210电连接，避免所有的电路分别与控制模块210进行连接，简化了布线方式，提高工作稳定性。

在一些实施例中，在高压气体的输出口前段安装压力传感器和露点传感器，以对输出气体的压力和露点温度进行检测。进一步的，控制器根据压力传感器测得的压力数据，当对外输出气体的压力超过设定阈值时，控制设备停机；另外，经配置响应于输出口的露点温度高于设定值时，控制器控制电磁阀对气体进行放空，避免输出露点不合格气体。

图3是根据本发明的一个实施例高压空气设备健康管理方法流程图。在步骤310，获取一种或多种工作参数，工作参数至少包括压缩空气油含量、油滤压差和气体露点温度。在一些实施例中，工作参数还包括：功耗、工作噪声、气体压力、气体温度、、气体流量、油温和油耗中的一者或多者。其中，功耗为在单位时间内消耗的能源数量，功耗包括油分器、油滤器和空气器以及压缩机、干燥机单独和总和的功耗。油耗为生产单位体积和单位时间内消耗的油量。油温是润滑油的温度。油滤压差为油滤前后两个压力的压力差。压缩空气油含量为单位体积内的空气油的含量，其可以利用色谱分析仪或者PID光离子化传感器进行测量。气体流量是单位时间内制造压缩空气的体积。

在步骤320，至少根据一种或多种工作参数加权计算零部件健康度。在一些实施例中，高压气体设备需要更换的零部件包括但不限于：油分器、油滤器、空滤器、泵压机活塞环和密封环等。其中，压缩空气油含量、工作噪声和油耗与油分器的相关度依次递减；油滤压差、油耗和气体露点温度与油滤器的相关度依次递减；气体露点温度、气体流量、气体压力或气体温度与空滤器的相关度依次递减；气体压缩比、气体压力和功耗与泵压机活塞环和密封环相关度依次递减。举例而言，油分器用于将压缩空气和润滑油分离的机械部件，其工作时间越长，油气分离的质量会逐渐降低。因此，压缩空气油含量会逐渐升高与油分器密切相关，因此，压缩空气油含量与油分器的相关度最高。

在一些实施例中，根据工作参数与部件的相关度确定权重。一般的，权重与部件的规格、质量标准以及配套设施有关。由于设备的性能不同，即使是相同的部件，相应工作参数的权重系数也不同。在一些实施例中，表示工作参数与部件的相关度的权重系数通过可靠性测试或者大数据分析，或者仿真模型计算得到。举例而言，与油分器相关的参数权重为：压缩空气油含量：60％；工作噪声：25％；油耗；15％。

响应于工作参数在设定范围内时，该工作参数才会参与加权计算零部件的健康度。当工作参数不在设定范围内时，将无法参与零部件健康度计算，导致零部件健康度降低。

在一些实施例中，根据零部件的工作时长确定零部件的健康度。零部件的工作时间越长，其健康度越低。其中，可以根据零部件的通电时间确定其工作时长。响应于零部件的工作时长超过时间阈值时，发出警报。在更换新的零部件后，将零部件的工作时长清零。在一些实施例中，空滤器在工作时间3000 小时后发出预警提醒，在工作时间4000小时后发出报警提示；油滤器在工作时间1500小时后发出预警提醒，在工作时间2000小时后发出报警提示；油分器在工作时间7000小时后发出预警提醒，在工作时间8000小时后发出报警提示。

在一些实施例中，健康阈值包括预警阈值和报警阈值。响应于零部件健康度小于预警阈值且大于报警阈值时，发出预警提示，提醒工作人员需要更换损耗零部件；响应于零部件健康度小于报警阈值，设备禁止工作，提示更换零部件信息。具体操作如下：

在步骤330，判断零部件健康度是否小于预警阈值。响应于零部件健康度小于预警阈值，执行步骤340，设备发出预警提示；响应于零部件健康度大于等于健康阈值，执行步骤350，设备继续工作。

在步骤360，判断零部件健康度是否小于报警阈值。响应于零部件健康度小于报警阈值，执行步骤370，设备发出报警提示，设备禁止工作；响应于零部件健康度大于等于报警阈值，执行步骤350，设备继续工作。

在一些实施例中，健康阈值根据零部件健康度的正态分布曲线确定。其中，零部件的健康度的正态分布曲线是基于大量零部件在整个生命周期内的数据统计而来的。通过正态分布曲线置信区间在0.95时，零部件的最低健康度即为健康阈值。不同的零部件，对应的健康阈值可以不同。在一些实施中，预警阈值可以为零部件健康度80％，报警阈值为零部件健康度70％。

在一些实施例中，其中警报可以是报警灯开始闪烁，可以是蜂鸣器发出声音；也可以在触摸屏上显示报警信息，并提示报警原因。在另一些实施例中，用户可以在第三方设备上远程查看设备的健康度以及警报信息等。

在一些实施例中，根据一个或多个零部件健康度计算高压空气设备健康度。其中，高压空气设备健康度可以将多个零部件健康度加权计算得出，其中根据零部件是否是关键件分配权重；高压空气设备健康度可以将零部件健康度平均计算得出。高压空气设备健康度是判断压缩空气质量的重要指标之一，其中，响应于高压空气设备健康度低于85％，视为高压空气设备整体状况欠佳，需要保养检查，否则无法保障压缩空气质量。

本申请根据设备的工作参数实时监控设备零部件和/或设备整体的健康度，能够科学的判断零部件是否到达使用寿命，在零部件发生故障时，能够及时发出警报，对故障零部件进行及时维修或更换，保证高压空气设备能够产出洁净干燥的高压空气。与此同时，还能提高零部件的利用率，节省用气成本。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (10)

1.一种高压空气设备健康管理方法，包括：

获取一种或多种工作参数，所述工作参数至少包括压缩空气油含量、油滤压差和气体露点温度；

至少根据一种或多种工作参数加权计算零部件健康度；

判断零部件健康度是否小于健康阈值；以及

响应于零部件健康度小于健康阈值，发出警报。

2.根据权利要求1所述的方法，其中工作参数还包括：功耗、工作噪声、气体压力、气体温度、气体流量、油温和油耗中的一者或多者。

3.根据权利要求1所述的方法，其中零部件包括油分器、油滤器、空滤器、泵压机活塞环和密封环。

4.根据权利要求1所述的方法，其中根据工作参数与零部件的相关度确定权重。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，压缩空气油含量、工作噪声和油耗与油分器的相关度依次递减；油滤压差、油耗和气体露点温度与油滤器的相关度依次递减；气体露点温度、气体流量、气体压力或气体温度与空滤器的相关度依次递减；气体压缩比、气体压力和功耗与泵压机活塞环和密封环相关度依次递减。

6.根据权利要求1所述的方法，其中根据零部件工作时长确定零部件健康度，响应于部件工作时长超过设定时间阈值时，发出警报。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在更换零部件后，零部件的工作时长清零。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，其中健康阈值包括预警阈值和报警阈值，所述预警阈值为零部件健康度80％；所述报警阈值为零部件健康度70％。

9.根据权利要求1所述的方法，其中健康阈值根据零部件健康度的正态分布曲线确定。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：根据一个或多个零部件健康度计算高压空气设备健康度。

Images