便携式空压机测试装置及其测试方法和应用与流程

本发明涉及空压机及其干燥系统的检测装置和方法，特别是涉及轨道交通行业列车上使用的空压机及其处理系统的检测装置和方法。

背景技术：

目前在轨道交通领域的火车、地铁、高铁以及电动大巴士、卡车均使用压缩空气来实现最终的制动。为了保证行车的安全，用于产生压缩空气的空压机及其干燥系统都必须经常维护，然而，不同于安装在工厂、工地、医院矿山等地方的固定空压机系统，在轨道交通领域，空压机及其干燥系统是安装在列车上，是移动的。特别是当空压机故障时，会使得车辆的制动系统失效，从而造成车辆的不能移动。

从二百年前第一辆火车运行到目前为止，一直没有一种有效的工具来解决这个问题。针对上述情况，有必要开发出针对轨道交通运载工具上使用的空压机及其处理系统的新型检测装置和方法。

技术实现要素：

本发明提供了轨道交通行业列车上使用的空压机及其处理系统的检测装置和方法，从而能够为现有的空压机及其干燥系统的检测人员提供一种方便的工具，能够用来随时随地对空压机进行检测，节省大量的人力物力。

当列车处于运行状态时，如果遇到空压机故障，就会需要就近停车，然而最近的停靠点未必具有空压机的检修能力。为了方便检测，本发明提供的检测装置必须是体积小、重量轻，便于携带，同时考虑到列车的运行环境，还必须防水、防尘和防震。更重要的技术难点是由于列车的空压机及其干燥系统有多种形式和多种品牌，需要大量的前期研究工作才能找出一种适合检测所有空压机及其干燥系统的检测仪。

根据本发明的具体实施方式，提供了一种便携式的、能够让工程技术人员随身携带的空压机检测装置，从而为轨道交通行业带来一种全新的概念：在对列车进行定期维护时，可以避免空压机和其处理系统的拆卸，特别是在机车上，由于空间限制，空压机的拆卸还是一项非常复杂的工序；当车辆的制动系统发生故障时，为了排除或确定是空压机还是其余空气处理系统的问题，只要使用我们的5个温度传感器，一个露点传感器和二个压力传感器，就能检测出大部分的故障，万一对空压机的流量有怀疑，我们也只需要断开空压机和主要管路例如总风管的接口，接上本发明的检测装置中的流量传感器就可以对空压机进行检测了，从而不需要专门将空压机送到专业检修的地方。相当于传统的检测方式，本发明提供的装置和方法能够显著降低列车空压机及其干燥系统的维护成本，并且大大提高检修效率和列车的周转率。

根据空压机及其空气干燥系统的各类参数，将设备分为三个部分，手提式电脑，主机箱和传感器箱。便携式电脑用于界面和人机交互，定制的测试软件存放于手提电脑中，它和可编程逻辑控制器(plc)通过有限或无线进行通信。也将测试的结果通过有线或无线的方式传送到指定服务器上。主机箱主要包括了电源模块，plc模块，输入输出i/o模块，无线模块以及各类指示灯。它的主要作用是执行定制软件，将外界各类传感器所采集到的信息经过转换，计算，结果判定，报告生成并传送到电脑的人机界面。传感器箱是将各类传感器包括压力传感器，流量传感器温度传感器，电流互感器等集中存放，便于携带，保存和管理。

在一方面，本发明提供了一种便携式空压机测试装置，其包括：

测试主机，其包括电源模块、plc模块、进出口端i/o模块和无线通讯模块；

传感器箱，其包括压力传感器、温度传感器、露点传感器、流量传感器、油位传感器、电流互感器、振动传感器；以及

手提式电脑，其带有定制软件，用于界面和人机交互，所述电脑能够和可编程逻辑控制器(plc)通过有线或无线进行通信，也可将测试的结果通过有线或无线的方式传送到指定服务器；

其中，所述测试主机的主要作用是执行所述定制软件，将由各类传感器所采集到的信息经过转换、计算、结果判定、报告生成并传送到所述电脑的人机界面。

根据一种实施方式，所述测试装置中的所述电源模块可以包括移动电源元件和电源转换元件。

根据一种实施方式，所述测试装置中的所述plc模块能够根据所述定制软件的指令收集所述传感器模块传回的信息并转换成数字量，并且对所述数字量进行处理包括进行记录和标准值的比较，另外还将处理好的结果直接生成报告或者传送到所述电脑以制成报表并存储。

根据一种实施方式，所述测试装置中的所述进出口端i/o模块能够接收外界传感器的信号并将其传送给所述plc模块。

根据一种实施方式，所述测试装置中的所述无线通讯模块能够帮助所述plc模块和所述电脑之间的通信，并且将测试结果及时安全地传送到指定的服务器

根据一种实施方式，所述测试装置中的所述温度传感器包括分别用于检测环境温度、压缩空气出口温度、压缩机机头温度的温度传感器。

根据一种实施方式，所述测试装置中的所述振动传感器包括分别用于检测压缩机的垂直、水平和轴向振动幅度的振动传感器。

根据一种实施方式，所述测试装置中的所述电脑作为人机界面，可以将用户的指令下达给所述plc模块也将所述plc模块的运算结果返回到界面。

根据一种实施方式，所述测试装置中的所述测试主机和传感器箱是分开设置的，从而所述传感器箱中的传感器可选择性地与所述测试主机配合使用。

根据一种实施方式，所述测试装置中的所述定制软件分为两部分，其中：第一部分是用于测试，从而根据用户的要求以及空压机的不同型号编制的相应的测试软件进行检测并显示检测结果并形成检测报告，同时根据不同型号的空压机和干燥系统并将传感器传送过来的信号变成数字量然后与标准值进行比较，再将比较的结果根据客户的要求储存于所述plc模块的储存单元或者通过所述无线通讯模块传送到指定的人员或服务器；第二部分是进行数据库管理，安装于远程服务器上，以数据库的形式对空压机进行管理。

在另一方面，本发明还提供了一种使用所述便携式空压机测试装置的测试方法，其包括：

(a)根据列车以及空压机的型号及其运行状况选择测试项目；

(b)启动所述测试装置并利用所述电脑的检测程序，选择合适的传感器，针对所述测试项目进行检测；

(c)根据检测结果判断是否存在故障，找到故障部件，并且必要时指示需要更新的部件；

(d)针对不同的测试项目，重复上述步骤(b)和(c)，以至对空压机进行完整的检测；

(e)根据对空压机的完整检测结果，确定空压机已经无故障；

(f)生成检测报告，其中所述报告可以根据测试要求存入储存单元，或传送到指定的服务器，并且进一步用于对空压机的数据库管理。

再一方面，本发明还提供了所述便携式空压机测试装置的用途，其中所述测试装置用于火车、地铁、高铁以及电动大巴士、卡车等设备上的空压机的检测。

所述检测仪具有如下功能：

1.温度，本发明人设计了三个温度传感器，同时检测环境温度或进口温度，压缩空气出口温度，压缩机机头的温度。通过对压缩空气输出口温度和常温的温差就可以检测出空压机中的空气冷却系统是否正常。

2.油温(缸体表面测试)：本发明人另外还设计了两个温度传感器用于检测内部油的输入和输出温度。通过检测运转时的油温来判断运转是否正常，过高的温度会使润滑油失效。

3.流量：通过流量计采集到空压机的输出数据从而判断空压机的运作效率和充风能力。空压机的充风能力表现在对制动系统充足风所需要的时间上，目前的试验都使用容积式的计算方式，它需要一个大的容器来试验和十几平方米的空间，还有大量的计算，非常不方便，每次的测量都需要有一个放气，充气，等待稳定，再计算的过程，一般耗时到1-2小时，为了达到快速，准确的检测目的，我们采用了皮托管流量计的原理，不用拆卸空压机，在列车上将空压机和总风管的接口打开，串联接入我们的流量计，

(在流量计上我们设计了不同的连接器，以适应不同的管径)，在几分钟内就可以得到可以空压机的流量值，并且可以反复测量。

4.压力值:对于压力传感器，在固定设备上，压力的读数是通过压力传感器接通到表上显示出来的，其很大的缺陷是其校验的不方便性。而为了达到可以经常校验和检测压力的目标，我们就必须对压力传感器进行改装，针对不同的测试口，改装成插拔式的压力传感器。对于测试位置，我们的前提是尽量不动空压机本身，为此本发明人设计选择了2个压力测试点，一个在空压机出口附近另一个在干燥系统的出口附近，空压机出口的测试口，有些空压机自带，而铁路局对那些没有测试口的空压机正在添加，而后面经过干燥系统的测试口都会自带。这两个压力值本身就是空压机的重要参数，而两者之差也是干燥系统的工作反馈。另外压力传感器还能完成密封性测试。目前的密封性测试是通过在各接口处涂上类似肥皂的液体并观察在规定时间内是否产生气泡或者是将空压机去除电机之后完全浸入水中来检测密封性。而本发明人使用压力传感器，通过保压试验，在一段时间内观察压力的变化，电脑就会自动提醒检测者是否有泄露。使用压力传感器也可以对安全阀的压力值进行检测。

5.露点：对空压机而言，特别是轨道交通领域，压缩空气是制动的关键，压缩空气中如果含有过高的水分，会沉积在制动管道中从而造成制动效率的下降，进而危及到安全。对空压机露点的检测能够保证压缩空气中水分的含量不超过正常值。

6.压力开关：压力开关是空压机的一个主要部件它负责空压机的启停。随着时间，压力开关的启停值会有漂移，本测试仪设有对压力开关的测试口，可以随时试验并对其启停值进行矫正。

7.空压机的电流电压，空压机的电压不会有很大的变动，但是电流是根据负载而变化，空压机的转轴的偏移，润滑油的缺少，障碍物的进入等等都会造成空压机的负载变化，通过检测电流，检测者可以知道空压机是否正常运行。为了减少对空压机电源线的接拆过程，我们采用了最新的电流电压互感器技术，只需将互感器的扣子扣在电缆线上；它避免了将测试设备串联或并联于电源，减少了测试风险(空压机的运行电压是380vac)，降低电源接线的故障。

8.振动，本发明人设计了三个振动传感器，这样可以同时检测压缩机或风机的垂直，水平和轴向的振动幅度，同时它也满足针对克诺尔的空压机的测试，因为克诺尔的空压机在设计上已经有了两个测试点。

9.含油量的检测，通过空压机出来的压缩空气会含有润滑油。这些润滑油会影响压缩空气的质量，所以压缩机中装有油气分离过滤器从而保证输出空气的质量。通过对空气中含油量的检测可以倒推出空压机中的油气分离器的好坏。

10.实现了维修记录的无纸化，所有信息包括维修的日期，操作员工，维修过程和结果全部由电脑保存。

11.空压机的大数据管理。

附图说明

图1为描述根据本发明的一种具体实施方式的便携式空压机测试装置的系统框图。

图2为描述根据本发明的一种具体实施方式的便携式空压机测试装置的一种工作方案示意图。

图3为描述根据本发明的一种具体实施方式的便携式空压机测试装置的程序结构图。

图4为描述根据本发明的一种具体实施方式的便携式空压机测试装置的程序结构图中的故障排除模块的结构图。

图5为描述根据本发明的一种具体实施方式的便携式空压机测试装置的程序结构图的第二部分有关数据库管理的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示并通过以下具体实施方式对本发明作进一步的阐述和说明。

根据本发明的一种具体实施方式，如图1所示，本发明的便携式空压机测试装置包括如下模块：

1.电源模块，它包括两部分，一部分是移动电源由电池组成，可根据应用的不同而选择是否配备，另外一部分是电源的转换，将外接的220v交流电转换成plc和其他如无线模块所需要的24v或12v或36v等电源，同时负责对所有外接的传感器供电。

2.plc模块：plc模块是定制软件的执行者。根据软件的指令它收集传感器模块所传回的信息并将他们转换成数字量，其次是对这些数字量的处理包括记录和标准值的比较，第三是将处理好的结果直接生成报告或者传送到电脑，由电脑来制成各类报表并存储。它可以自己设计也可以采购市场上现成的成熟产品，只要可以满足自动化控制所需要的产品即可，在本发明的这个项目中，采用了wago的控制器。

3.进出口端i/o模块，这些i/o端口包括数字信号和模拟信号。这部分的功能是接收外界各类传感器的信号并将这些信号传送给plc，所以这些模块的选择在于和plc的匹配。其中关于对电流的测试使用了互感器，首先为了保证安全本发明增加了断路器，其次在空压机上的电流值是安培级的，所以本发明人有增加了转换模块将安培级的电流量转换成毫安级以便i/o端能接受。

4.无线通讯模块：此模块的作用首先是为了帮助plc和电脑之间的通信。其次是为了将测试结果及时安全的传送到指定的服务器。

5.传感器模块：它包括压力传感器，温度传感器，露点传感器，流量传感器，油位传感器，振动传感器等等,它的作用是采集外界的各种信息比如温度，压力等，并将这些信息传送给plc.这些传感器通过快速接口和输入输出模块相接。在设计上，可以将这些模块集中放在另外一个手提箱，在使用时取出相应的传感器接入就行。或者也可以集成在主机箱中。另外本发明人将电流互感器，压力开关的检测接头等其他外接设备也放入这一模块。

6.定制软件是本系统的操作和运算核心。它分为两部分，第一部分用于测试，它根据用户的要求以及空压机的不同型号编制的相应的测试软件，操作员工根据软件提示按步完成检测，最后显示检测结果，检测报告会自动存档。根据不同型号的空压机和干燥系统将他们的标准值作为输入，将传感器传送过来的信号变成数字量并和标准值进行比较。然后将比较的结果根据客户的要求，或储存于plc的储存模块中，或者通过无线模块传送到指定的人员或服务器上。第二部分是数据库管理，安装于远程服务器上，以数据库的形式对空压机进行管理。

7.电脑：电脑的主要作用是人机界面，通过电脑可以将人的指令下达给plc也将plc运算的结果返回到界面，包括最后的测试报告。

根据本发明的一种具体实施方式，本发明便携式空压机测试装置的一种工作方案如图2所示。

在图2所示方案中，本发明人选择使用了codesys作为编程语言。plc本发明人选择了wago的，主机箱外接220v电源，由电源转换成24v直流电给plc供电，传感器全部集中于传感器箱，在使用时取出并通过快速接口连接到主机箱的i/o模块上。plc执行编辑好的软件，或采集传感器信息或运算比较并将结果回送电脑的人机界面模块。电脑和plc的连接可以通过有线连接到主机箱的接口或者通过主机箱内置的无线模块连接。

根据本发明的一种具体实施方式，本发明便携式空压机测试装置的一种软件程序结构图如图3和图4所示，其中：

201根据故障信息自动或手动选择测试项目；

202执行排除故障的相关测试项目；

203依据经验数据和测试结果，智能定位故障模块；

204提示更换故障模块的工艺步骤；

205重新执行空压机的完整检测过程；

206自动生成故障排除的检测报告(包含故障的定位、排除方法、最终的完整测试)。

为描述根据本发明的一种具体实施方式的便携式空压机测试装置的程序结构图的第二部分有关数据库管理的结构图如图5所示，其中：

301设备自动保存数据的模块，保存图片的保存，测试结果的保存，趋势图的保存等测试信息；

302附加的需要手动输入的信息，如列车的编号，空压机型号，测试人员编号等；

303本地数据库，临时存储测试数据，包含有掉电自动保存，自动生成报告等功能；

304数据上传模块，将数据通过ssl加密的方式上传到数据库；

305网络模块，包含但不限于通过4g，wifi等网络通讯模块；

306大数据管理模块；

307远程数据库mysql，自动推送自定义报警信息；

308人工智能学习模块；

309空压机维护管理；

310备品备件管理；

311手持设备检索模块，ios或andriod系统手机对检测信息进行检索，与接受推送；

312网页终端检索模块，电脑或笔记本等设备对检测信息进行检索，与接受推送，

313其它的终端模块；

314待推送的数据，加密推送给终端用户；

315推送数据不同类别的数据给管理人员、检修人员、采购管理人员等。

本发明产品的特征包括：

1.本测试仪是便携式的针对空压机的检测设备。它集成了世界最新的传感器技术和plc技术，体积小，重量轻，防水防尘防震满足铁路行业的要求。结合了轨道交通行业的特殊情况，本测试仪在检测过程中，除了特殊情况下需要将流量计串联至空压机和干燥系统之间，不需要对空压机和/或其干燥系统进行任何的拆解，最大限度的保证了空压机和/或干燥系统的完整性和原装性，从而保证了其性能不受检测的影响。这也极大的扩展了本测试仪使用者的范围,降低了入行门槛：在轨道交通领域，非有资格者不能动空压机系统，因为它涉及到了制动和行车安全。

2.本测试仪集成了空压机检测的主要项目所需要的传感器或设备，使得操作人员能够一次性解决所有空压机有关的问题。根据空压机特别是列车上空压机的检修要求，采集所指定的数据，记录数据并且通过和正确数据的比较来判断空压机的好坏，它不仅可以用于空压机的正常检修也可以用于空压机的故障排除上。

3.本检测仪是用于对所有的空压机进行检测，所以传感器种类的选择，传感器数量的选择和检测位置的选择是本产品有别于固定测试设备的一个非常重要的特征。是发明人经过了对各种类空压机及其布局的深度研究以及大量的实验认证，多次优化，达到了可以对所有空压机的方便检测的目标。比如温度传感器有接触式和非接触式，电阻式电偶式等等，理论上接触式温度计最为可靠，对已经被拆卸的空压机可以使用，但也存在检测不方便的现象，需要打开空压机，放入传感器，找到特定的封闭接口等等，而非接触式的温度计由于使用者的不同习惯，测试点的不同，测试距离的不同都会产生偏差。经过对不同空压机的研究，我们将测试点选定在输入输出气管的外径，选用接触式金属传感器绑定在输入输出的气管外径上，再经过实验室的大量数据验证，得到管内气体温度和管径外壁的温差为3度。这样我们的温度传感器既能非常方便的对所有的空压机进行测量，同时又保证了测量数据的准确性。

4.由于本设备附有各种传感器，而传感器所需要的电源有不一致，所以本测试仪的另外一个重要特征是所有传感器的电源都是由主机箱提供，只要将传感器通过标准接口接入到主机箱就能获得有效电源。

5.本设备的传感器的数量选择和顺序也是经过了大量的研究后得出的结论。输入输出气管的温度涉及到了气管冷却系统，油温的输入输出表明了油路冷却系统，机头温度更是间接监控了高压状态的油温，从而监控了机油的质量。压力传感器表明了空压机的输出压力，本身就是空压机的一个重要参数，并且还可以检测密封性，露点传感器更是反应了干燥系统的工作状况。5个温度传感器，两个压力传感器，空压机输出压力传感器和经过干燥系统之后的压力传感器，一个露点传感器再加上流量传感器，已经可以解决空压机系统的大多数故障。进一步的检测可以追加震动传感器，电流电压互感器以及空气中的颗粒传感器，完成对空压机的全面检测。

6.本测试仪对所检测对象的数据采集是线性的而非点性。比如对输出的压力值和温度值，目前的测试方式是手持设备，所以得到的结果是某个时间点的，而本测试仪是检测某个时间段，比如压力值从0kpa到100kpa的所有变化。对工作电流的测试同样记录了某个时间段的所有数据，这样检测者就人员发现那些偶发性故障。

7.本测试仪的测试程序和测试步骤标准化，方便简单，操作人员只需要按照电脑提示操作即可，首先保证了所采集的数据的准确性，其次降低了维修人员的资质门槛。同时由于安装了无线传输模块，使得维修总部的专业人员能够及时的看到维修的内容和结果，当故障发生时，现场操作人员可以随时和总部更专业的人员交流以判断结果。

8.可扩展和兼容性。本测试仪的设计采用的软件和硬件均考虑到了兼容性，对plc的选择可以有西门子及其step软件，或者festo及codesys软件。这样就保证了产品供应的可靠性。在i/o模块中保留了多余的输入，使得在将来有新的需求时，可以直接接入新的测试设备或新的传感器。比如目前在各类测试中都对噪音没有检测，而在实际工作中，超高的噪音就是空压机运作有问题的一个表现。

9.本测试仪的设计将传感器和测试箱分开，可以让有经验的操作者选择所需要的传感器去现场，从而使设备更轻便。

本发明提产品的优势包括：

1.便携，可以带到任何地方对任何空压机进行检修。在轨道交通领域主要表现为在初中级检修时避免将空压机从列车上拆卸，只要将空压机的出气口接上本发明的传感器，选用不同的传感器，就能对空压机进行完整的检验。在高级修即必须拆卸空压机时，也能在现场对更换好零部件的空压机进行检测从而避免将空压机返回到大修厂，因为目前只有在空压机制造商和大的维修基地才会有固定的空压机的维护设备。当制动系统故障时，为了排除空压机的故障可能性，目前只能依靠有经验的工程师到现场听看来决定。而提供本发明的便携式测试仪，能够在现场对空压机进行完整的按国标或铁路局标准的检验，从而确定空压机的故障或无故障，避免将完好的空压机送到原厂或大修基地。

2.降低维护成本。从列车上将空压机拆卸费时费力，还增加了列车的停车时间，由原厂或大修基地的集中维护首先费用大，其次耗时。要求有更多的空压机来保持周转率。

3.由于能够现场检修，加快了空压机甚至列车的周转率。

4.空压机检修程序的标准化，报告的无纸化，所有数据来源于传感器，直接由电脑记录，提高了数据的准确性也避免了漏检以及人工读数，手工记录的错误率。测试过程中图像和文字的提示使得测试简单化，降低了空压机检修员工的技术门槛。

5.为客户提供了一种便携式的验收工具，理清供应商和客户之间的责任。

6.一机一档，定制软件所产生报表实际上是为空压机及其干燥系统提供了一份随身档案，提高了管理能力。目前在铁路行业，为了提供列车周转率，空压机是总成更换，总成更换是指将列车上的空压机整体拆卸并转交给供应商，供应商提供已经维护好的整体空压机及干燥系统，这些系统可能是旧的无故障或有过故障而后维修好的，也可能是新的，因为是一个总成交换的过程，只有一个拆卸和重新安装的过程，的确提高了列车周转率，但是产生的缺陷是列车永远不知道其空压机的过去历史，是否有过故障，从而对安全造成隐患。

7.定制软件的第二部分是空压机数据库的建立和管理，不同于企业，对空压机的应用是几个或几十个，在轨道交通行业，每辆车上均安装有空压机，仅中国铁路总公司的空压机保有量就超过10万台，而这些空压机的使用寿命达到20年甚至30年，所以对这些空压机的分别建立档案进行管理就显得非常重要了。本发明的定制软件将每个空压机及其运行状态以有线或无线的方式输入到数据库，进一步为它们建立起档案，形成一个轨道交通空压机的数据库，将来就可以使用大数据的概念来管理，比如是否某种型号的空压机更有效，故障率更低，是否某种型号的空压机有瑕疵，可以索赔等等。

以上的具体实施方式是用来对本发明技术方案的进一步描述和说明，并非用来对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员应用本发明的说明书及权利要求所做的等效结构或步骤的变化，均属于本发明的保护范围。