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基于物联网技术的智慧空压机应用研究

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万红生孟源

摘要：随着物联网通信技术和芯片研发的快速发展，工业物联网愈加得到各行各业的认可。空压机能够提供清洁能源，已经应用到多个领域，在市场中占有很大份额。因此，在政府倡导“智能制造2025”方针下，空压机与物联网、大数据、云计算等新兴技术的融合是必然趋势。文中通过对比研究物联网技术的性能和特点，构思物联网技术对传统空压机行业带来的革新，衍生出更加巧妙的空压机使用与运维方式，从低碳节能、高效产出、放心使用三个维度，对未来智慧空压机应用开展研究。

关键词：物联网技术;工业物联网;智能制造;空压机;应用;节能

：TP391;TN393：A：2095-1302（2020）11-00-03

0引言

随着物联网技术的快速发展，设备连接入网已成为可能。由于无线网络使用便捷，设备可以轻松联网。尤其是5G网络和NB-IoT（窄带物联网）等技术的突破，物联网可以更大程度满足低功耗终端设备的需求[1]。通过物联网，终端设备能够进行遥信、遥测的数据上报。在大多数场景下，设备只是进行数据上行通信，而在个别情况下也存在遥控、遥调等控制需求。

空气压缩机（以下简称空压机）作为压缩气体产出源，已广泛应用到多种行业中[2]。但空压机能效问题以及维护保养是目前社会关注的重点。若空压机结合物联网技术，将赋予空压机崭新的工作模式[3]，使得整个空压机系统更加环保、安全和耐用。

1空压机现状

1.1空压机的定义

空压机是气源装置中的主体。它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空压机已广泛用于制造业、纺织业、五金加工、木材家具、机械加工、医疗、印刷、冶金铸造及仪表等行业。现在常用的空压机有活塞式空压机、螺杆式空压机、离心式空压机以及滑片式空压机。大多数空压机不具备联网能力，主要作为气体压力的产出单元。中国空压机产量统计如图1所示。

1.2空压机能耗现状

在工业生产中，空压机耗电量占据工厂总量的10%～20%，部分纺织行业工厂甚至高达35%，因此空压机系统成为节能工作的重点[4]。空压机至今已形成全球年销售额约110亿美元的市场份额，其中中国销售额达到近

50亿人民币。在能源日益萎缩和愈加注重环保的今天，能源浪费严重引起全社会的关注[5]，空压机能耗和如何节能环保成为我们急须解决的问题。空压机一般在使用中采取间歇式运行或空载运行来调节能量。频繁地间歇式启停运行会大大增加电能损耗，引起电网波动，同时也会影响设备寿命[6]。而空载运行不仅会加剧空压机的损耗，增加零器件的运行成本，也会造成全球能源的浪费。由此可见，空压机惯有使用方式存在的问题，及全球行业对于空压机的市场需求，使得空压机能耗的改进与技术升级成为空压机行业中的重中之重。

1.3空压机现场问题

在使用过程中，空压机的问题主要表现在漏气严重、供给配置不合理、缺乏组合使用、工人用气成本意识[7]淡薄等方面。在泄露问题上，工厂供气量的15%～30%均被泄露浪费[8]，更有管理混乱的企业漏气量占比甚至超过50%。此外，现场管理人员没有意识到漏气造成损失的严重性。比如气管上如果有1mm直径的漏气孔，每年漏气产生的用电量高达3500kw·h，相当于一个家庭两年的用电量[9]。

此外，也存在供给量远大于需求量的情况，绝大部分产气在容器中或者管路中被浪费。在缺乏级联控制条件下，空压机长期单机运行，加快了设备磨损，导致生产效率降低。设备长期投入使用也会使空压机温度过高，降低能效。从空压机使用周期来看，除了能耗成本以外，维护成本也占很大比重。由于空压机保养习惯与汽车相似，设备购买后需要定期保养维护。一般情况下，设备首次购入后，在使用500h时进行“首保”，使用到3000h时进行定时保養。而由于空压机不易统计工作时长，对维保提出了较高要求，否则设备一旦出现故障，将导致设备无法供气，进一步影响工厂或企业的生产，造成巨大经济损失。

2物联网技术的研究

2.1物联网概念

物联网（InternetofThings，IoT）是指将各种信息传感设备及系统，如传感器设备、RFID标签和其他智能终端的联网[10]，通过各种通信技术（如NB-IoT、Sigfox和5G等）与互联网结合起来而形成的一个巨大智能网络。互联网实现了人与人之间的交流，物联网则可以实现人与物的沟通和对话，实现物与物互相间的连接和交互。未来，随着科技发展和社会的不断进步，物联网将更快地融入到社会中，万物互联已成趋势。

2.2物联网与空压机结合的可行性探讨

目前，空压机存在漏气严重、配置不合理、缺乏级联控制和难以准确保养等问题。而通过结合压力传感器获得气压变动的加速度曲线，从而感知整个空压机系统是否存在漏气点;通过气体流量计监测下端用气需