空壓機是將原動的機械能轉換成氣體壓力能的裝置，是現代工業化的基礎產品，在各種行業中它擔負著為所有氣動元件、各種氣動閥門提供氣源的職責，空壓站一般由空氣壓縮機、儲氣罐、空氣處理凈化設備、冷干機組成。目前，對空壓站的監控還在采用人工抄表的方式，這樣的監控方式浪費了大量人力，同時導致數據量少不連續、后期處理繁瑣、數據查詢周期不能確保等問題。日常對空壓站的維修和保養也不全面，往往是空壓站出現報警時才對其進行維修和保養?？諌赫具h程在線監控系統實時采集多個空壓站各點運行狀態、功率、壓力等信號；能夠對空壓站運行過程中出現的異常給予及時報警和提示；能夠控制空壓站的啟停；能夠通過制定空壓站維修保養計劃和維修保養記錄來保障對空壓站的定期維修保養，從而延長空壓站各設備使用壽命。本文給出了一種基于多線程的空壓站遠程在線監控系統的軟件設計。

1 系統功能

空壓站監控系統主要包括以下功能部分：數據采集、設備管理、用戶管理、數據管理、電力管理、系統管理。

（1）數據采集，數據采集是空壓站監控系統的核心部分，是設備管理和數據管理部分的依據。

（2）設備管理，設備管理包括空壓站維修保養管理、空壓站管理?？諌赫揪S修保養管理是詳細記錄空壓站設備從安裝到現在的維護、保養、維修等信息，便于后期設備的維護和快速維修，同時適時提醒用戶對易損耗部件的及時更換，保證設備隨時處于良好的運行狀態?？諌赫竟芾硎窃O置空壓站報警設置以及遠程控制空壓站設備的啟停和卸載。

（3）用戶管理，為了系統軟件的操作安全，系統設置了三級的操作員管理模式：系統管理員、普通管理員、操作員。每一級設定不同的密碼進行保護，每一級的用戶都具有不同的操作權限。

（4）數據管理，數據管理包括數據查詢、圖表分析以及報表打印功能。

（5）電力管理，電力管理功能是通過記錄空壓站設備的用電情況，實時監控和保存空壓站內空壓機、冷干機、電機等的運行狀態下的工作電壓、電流及瞬時功率。

（6）系統管理，系統管理包括系統操作日志、系統錯誤日志以及系統數據庫自動備份功能。

2 系統結構設計

2.1 系統框架

整個系統由微控制器模塊、上位機軟件模塊、數據庫模塊三個模塊組成。系統框圖如圖 1 所示。

2.2 工作方式

系統采用集散式監控系統，若干臺微控制器終端分散到不同地點采集空壓站運行數據，通過串口通信將監控數據上傳給微控制器中控，微控制器中控通過 TCP 通訊將數據傳給上位機軟件，上位機軟件具有集中控制管理功能，利用多線程技術對數據進行處理后實時顯示并存儲至數據庫。

2.3 數據格式

由于采集的數據種類繁多，包括空壓站運行狀態、系統管網壓力、環境溫度、空壓機運行狀態、空壓機運行方式、空濾運行狀態、油濾運行狀態、油分運行狀態、風機運行狀態、變頻器電壓、變頻器電流、空壓機排氣壓力、主電機電流、壓縮機頭溫度、冷干機運行狀態、壓縮機電流、輸出空氣露點值、輸入水壓、輸出水壓以及控制指令和上位機與微控制器內部交互指令，故通過自定義數據格式來承載所采集的數據信息和控制命令。數據幀格式如圖 2 所示。

用空壓站地址來表示數據的來源和命令的去向，數據幀中若空壓機的數量大于 9 則用大寫字母A 代表 10,B 代表 11 依次類推；設備運行狀態用“0”代表停止，“1”代表運行，“2”代表故障；空壓機運行方式用“1”代表變頻運行，“2”代表工頻運行；數字量如溫度、壓力、電流等使用 16 進制，其中溫度高位代表其正負。數據幀和命令幀均采用兩位和校驗來驗證數據的正確性。

3 軟件設計

3.1 軟件界面設計

由于使用WindowsAPI 編程非常繁瑣且不易調試，本軟件采用 C#作為編程語言在 Visual Studio2010 下編程。NET 平臺集成了大量的庫類，使得程序員可以快速的編寫各種基于 Windows 的應用程序。由于空壓站總體參數較多，因此軟件主界面由空壓站主要參數監控界面、微控制器的通信狀態、功能菜單欄及狀態欄組成。軟件主界面如圖 4 所示。

3.2 數據庫模塊

SQLServer 數據庫中建立了多張表，包括空壓站信息表、空壓機信息表、空壓機耗能記錄表、空壓站參數記錄表、空壓機參數記錄表、操作記錄表、統計數據表及用戶信息表。其中主要的空壓站信息表包括空壓站地址、名稱、空壓機數量、備注等字段；空壓機信息表包括空壓機名稱、所屬空壓站、備注等字段；空壓機耗能表包括空壓機地址、名稱、保存時間、空壓機運行狀態、空壓機已運行時間、運行方式、該運行方式用電量、總用電量等字段；空壓站參數記錄表包括空壓站名稱、保存時間、運行狀態、管網壓力、溫度等字段；空壓機參數記錄表包括空壓機名稱、保存時間、運行狀態、排氣壓力、輸入水壓、輸出水壓等字段。利用微軟提供的OLEDB 應用程序接口來讀寫、查詢數據庫，實現對原始數據的讀寫、修改、查詢以及輸出功能；利用外鍵來保證數據的一致性和完整性；通過觸發器來計算各類模擬量的統計值，如數據的最大值、最小值、平均值等，并將其存入統計數據表中，實現初略的數據統計功能。

3.3 數據采集模塊

數據處理流程如圖 5 所示。軟件啟動后從數據庫中的空壓站信息表和空壓機信息表中讀取信息，初始化空壓站類的對象實例。接著創建 TCPListener對象，開啟監聽，當接收到微控制器連接請求時接受其請求并創建一個通信線程以接收數據。

本系統利用多線程技術，實例化了多個 Thread類對象，分別為數據接收線程、數據處理線程以及數據保存線程。數據接收線程讀取網絡數據流的數據，并將其添加到數據接收隊列中；數據處理線程將數據接收隊列中的數據提取出來，數據通過完整性校驗以及和校驗后調用空壓站處理函數，實現對數據的顯示；數據保存線程負責將數據存入數據庫。使用多線程技術將數據的接收、處理、保存分開，實現了數據的流水線操作。在有效利用處理器的多線程技術的同時，極大的提高了數據的處理能力和程序運行速度。

4 結語

本文介紹了空壓站遠程在線監控系統的功能，并在此基礎上詳細介紹了系統結構設計及軟件設計。系統投入現場使用以來，運行安全可靠、故障率低，有效提高了空壓站工作效率和自動化程度。（圖略）

參考文獻

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