新型空压机智能控制系统设计

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随着工业与科技的持续不断发展,压缩空气源已逐渐成为仅次于电能的第二大动力能源,是空气压缩机(空压机)对吸入的空气进行压缩处理后提供的,在工业生产以及日常生活的各领域中被使用。空压机工作的现场环境通常都十分恶劣,在恶劣的环境中长期工作会很容易出现一系列的问题,如电机过载、温度过高等,如果能提前采取有效措施及时应对这些情况,企业将能避免很大一笔损失,否则可能会严重危害操作人员的健康,因此需要设计一套可靠的空压机控制系统,来控制管理空压机的现场工作情况。综合大量文献,分析空压机的工作原理,在此基础上结合多方对空压机控制系统研究得出的优秀成果,分析总结出会影响空压机系统运行效率的原因,基于对异步电机控制、整流逆变、SVPWM、模糊控制等理论研究,设计了一套新型空压机智能控制系统,设计基于模糊PID控制的电流双闭环控制器,减少空压机的输出气压波动;通过SVPWM驱动交流异步电机来实现空压机恒压输出压缩空气;还设计有良好的人机交互界面,用以完成现场实时操作与管理。通过STM32单片机以及TMS320F28335 DSP双芯片结合的思路设计构成一套完整的智能空压机控制系统,主要包括有现场监测层、中间通讯层、远程监控层。其中,DSP主要负责处理现场检测的数据以及完成驱动电机的任务,通过安装的传感器检测空压机各参数值并反馈给控制器,当储气罐的压力值与设定值产生偏差时,DSP对其进行模糊PID调节,并通过SVPWM调制三相逆变桥驱动交流异步电机,使储气罐内的压力保持在一个恒定值确保输出端能恒压输出;STM32单片机主要用于进行数据的管理与显示,用户即可以通过现场显示屏观察到空压机的各项实时数据并进行操控,也可以选择电脑或手机通过物联网平台实现远程操作。这套系统可以很好地适应现场环境,使空压机更高效地运作,提高系统的控制精度,从而达到节能减排的目的。系统芯片间的数据交流采用CAN总线,达到方便、安全、低成本的目的;设计RS485接口以及以太网接口来实现触摸屏与云平台,在上位机界面可以实时显示系统历史数据并报警等,拥有良好的用户体验。最后对设计完成的控制系统进行一系列地测试,首先通过MATLAB软件对系统设计的算法进行仿真,验证系统的可行性。再使用仪器来模拟系统现场工作环境,对硬件电路、上位机显示界面进行测试。最终结果表明,本次设计的系统达到预期,可以很好地监控空压机工作状态,有效地提高空压机工作效率。最后对本系统提出几点未来可以改进的地方。
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