裝配圖風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的總體設(shè)計
裝配圖風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的總體設(shè)計,裝配,風機,狀態(tài),狀況,測試,系統(tǒng),總體,整體,設(shè)計
摘要
風機狀態(tài)測控系統(tǒng)是在風機運轉(zhuǎn)的過程中，實現(xiàn)風機性能基本參數(shù)的采集、分析、計算風機性能參數(shù)并繪制性能曲線(流量——全壓曲線、流量——功率曲線、流量——效率曲線)并通過采集與處理的信號信息對風機的轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)速控制的過程。風機性能試驗對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)都至關(guān)重要，特別是對于大型、特型風機以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗尤為重要。目前，我國風機性能檢測大多以手工為主，存在試驗手段落后，勞動量大和測試結(jié)果不準確等缺點。采用先進的虛擬儀器技術(shù)，將傳感技術(shù)、儀器技術(shù)和測試技術(shù)結(jié)合起來，進行風機性能參數(shù)的自動檢測，試驗數(shù)據(jù)的自動處理和性能曲線的自動繪制是本文研究的重點。
本文采用虛擬儀器技術(shù)，進行了風機性能試驗自動測試系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計。硬件上在風機機械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上采用壓差傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器檢測各試驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了試驗數(shù)據(jù)的自動采集;利用變頻調(diào)速技術(shù)控制變頻調(diào)速器輸出信號的頻率，實現(xiàn)了風機轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。軟件上在Labview虛擬儀器開發(fā)平臺上，采用模塊化設(shè)計方法，實現(xiàn)了采集信號的實時顯示、控制信號的準確輸出、試驗數(shù)據(jù)的正確處理及應用最小二乘法對性能參數(shù)進行擬合從而實現(xiàn)了性能曲線的自動繪制。整個系統(tǒng)具有界面友好、操作方便、功能齊全等優(yōu)點，試驗結(jié)果表明研制基于虛擬儀器的風機性能自動測試系統(tǒng)，增加了試驗過程的穩(wěn)定性，避免了人為的讀數(shù)誤差、計算誤差以及相關(guān)數(shù)據(jù)不能同時記錄所引起的試驗結(jié)果的偏差.提高了測試精度和試驗效率?？蓮V泛應用于科研院所和風機生產(chǎn)廠家，具有較高的推廣與應用價值。
關(guān)鍵詞：風機性能；風機測試；風機控制；虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；Labview。
Abstract
Fan Performance measurement and control system is functioning in Blower in the process of achieving fan of the basic parameters of the collection, analysis, calculated performance parameters and the mapping of fan performance curve (flow - all of pressure, flow - power curve, traffic - the efficiency curve) And through acquisition and processing of signals to the speed of the fan VVVF control of the process. Fan performance test for the finished product testing and new product design and development are crucial, especially for large, special-fan and a single, small volume and flow characteristics of the special requirements of the situation, the performance test is particularly important. At present, China's Fan Performance testing mostly manual-based, test means there behind, and the labor of inaccurate test results and other shortcomings. Using advanced virtual instrument technology, sensor technology, instrumentation and test technologies, a fan performance parameters of automatic detection, automatic processing of test data and performance of the automatic drawing is the focus of this paper.
In this paper, virtual instrumentation, a fan of automatic test system tests the hardware and software design. Hardware on the use of pressure sensors, pressure sensors and torque sensors detect the test data, and the test data collected automatically the use of Frequency Control Technology Control VVVF output signals in the frequency, the fan speed to achieve the automatic adjustment. In Labview software development platform virtual instrument, the modular design, and the acquisition of real-time signal that the exact output control signals, the test data processing and application of the correct method of least squares fitting parameters to achieve the performance Curve of automatic drawing. The entire system is user-friendly, easy to operate, fully functional advantages, test results showed that the development of virtual machines based on the fan performance automated test systems, to increase the stability of the trial process, to avoid the artificial reading error, error and related data can not be Records of the test results caused by the deviation. Improve the accuracy of the test and test efficiency. Can be widely used in scientific research institutes, and fan manufacturers, and the promotion of high value.
Key words: Fan performance; Fan testing; fan control; virtual instruments; data collection; Labview.
目錄
摘要（中文）-------------------------------------------------------------------------------------Ⅰ
（英文）--------------------------------------------------------------------------------------Ⅱ
第一章 概述------------------------------------------------------------------------------------1
1.1 風機簡述--------------------------------------------------------------------------------1
1.2 風機測試系統(tǒng)的發(fā)展-----------------------------------------------------------------1
1.3 基于虛擬儀器的風機測試系統(tǒng)-----------------------------------------------------1
第二章 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計------------------------------------------------------------3
2.1 風機性能測試方法--------------------------------------------------------------------3
2.2 虛擬儀器技術(shù)及其應用--------------------------------------------------------------5
2.3 風機測試系統(tǒng)的總體方案-----------------------------------------------------------5
第三章 風機硬件系統(tǒng)的設(shè)計------------------------------------------------------------7
3.1 風機機械硬件總體設(shè)計--------------------------------------------------------------7
3.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計計算--------------------------------------------------------------------7
3.3 風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計--------------------------------------18
3.4 風機測試傳感器的設(shè)計選用------------------------------------20
3.5 風機測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡--------------------------------------23
第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計-----------------------------------------------------------------25
4.1 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)---------------------------------------------------------------25
4.2 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)---------------------------------------------------------------26
4.3 Labview簡介-------------------------------------------------------------------------26
4.4 測試系統(tǒng)主界面的設(shè)計------------------------------------------------------------27
第五章 結(jié)束語------------------------------------------------------------------------------29
參考文獻------------------------------------------------------------------------------------------30
第一章 概述
隨著機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的相互滲透也越來越快。要實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品的短、小、輕、薄和智能化，達到節(jié)省能源、節(jié)省材料、實現(xiàn)多功能、高性能和高可靠性的目的，機械與電子結(jié)合就成為了現(xiàn)代科技發(fā)展的趨勢。對于風機的自動測控系統(tǒng)就是一個機械電子結(jié)合的范例。
1.1風機簡述
風機是把原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機械,它是用來提高氣體壓力,并輸送氣體的機械,是透平機械中的一種[1]。
風機按工作壓力提高的程度來分,可以分為四種：
1） 風扇(<100Pa)
2） 通風機(0.1-15kPa)
3） 鼓風機(15-250kPa)
4） 壓縮機(>250kPa或壓比>3.5)
壓縮機的壓比又稱壓縮比，是壓縮機出口與進口處氣體壓力之比。
風機使用面廣，種類繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中利用風機產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進行工作，可實現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風換氣、除塵降溫等多種工作[2]。
1.2風機測試系統(tǒng)的發(fā)展
由于風機理論至今仍欠完善，所以風機性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗。風機性能試驗是在風機轉(zhuǎn)速不變的情況下，改變風機的流量，檢測風機各性能參數(shù)，并繪制性能曲線的過程。目前，風機用戶為了提高經(jīng)濟效益，在選擇風饑時對它的各項性能指標提出了更為嚴格的要求．如壓力，流量，轉(zhuǎn)速，功率．噪聲，可靠性等[3]。同時，風機生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競爭能力，在努力改進氣動設(shè)計，提高機械加工的同時，也對風機性能試驗的研究和開發(fā)給予了高度的重視。并且在電氣拖動設(shè)備的運行過程中, 經(jīng)常遇到這樣的問題, 即拖動設(shè)備的負荷變化較大, 而動力源電機的轉(zhuǎn)速卻不變, 也就是說輸出功率的變化不能隨負荷的變化而變化。在實際中這種“大馬拉小車”的現(xiàn)象較為普遍, 浪費能源。在許多生產(chǎn)過程中采用變頻調(diào)速實現(xiàn)電動機的變速運行, 不僅可以滿足生產(chǎn)的需要, 而且還能降低電能消耗, 延長設(shè)備的使用壽命。鼓風機系統(tǒng)采用變頻調(diào)速, 并應用PLC或者單片機構(gòu)成風壓閉環(huán)自動控系統(tǒng), 實現(xiàn)了電機負荷的變化變速運行自動調(diào)節(jié)風量, 即滿足了生產(chǎn)需要, 又達到了節(jié)能降耗的目的[1]。由此可見，風機性能測控系統(tǒng)對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)都至關(guān)重要，特別是對于大型、特型風機以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗尤為重要。虛擬儀器(VI)技術(shù)是目前測控領(lǐng)域中最為流行的技術(shù)之一，它利用I／O接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)理，利用計算機軟件實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用顯示器豐富的顯示功能來多形式地表達和輸出檢測結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)成一個具有完整測試功能的計算機儀器系統(tǒng)，即虛擬儀器。虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器的基本功能，同時又能根據(jù)用戶的要求隨時進行定義，實現(xiàn)多種多樣的應用需求，具有擴展靈活、界面友好、操作簡便、性價比高等特點，目前，虛擬儀器技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到廣泛應用[4]。
1.3基于虛擬儀器的風機測試系統(tǒng)
現(xiàn)代科學技術(shù)的進步以計算機技術(shù)的進步為代表，不斷更新的計算機技術(shù)從各個層面上影響、引導各行各業(yè)的技術(shù)更新?；谟嬎銠C技術(shù)的虛擬儀器以不可逆轉(zhuǎn)的力量推動著測控技術(shù)的革命。虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進了以儀器為基礎(chǔ)的測控系統(tǒng)的改造，同時也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測試系統(tǒng)構(gòu)造方法的進化，過去獨立分散、互不相干的許多領(lǐng)域，在虛擬儀器系統(tǒng)的概念下，正在逐漸靠攏、相互影響，并形成新的技術(shù)方法和技術(shù)規(guī)范。虛擬儀器技術(shù)能充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機融為一體，構(gòu)成一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分享用計算機智能資源的全新儀器系統(tǒng)。應用虛擬儀器技術(shù)，可以用較少的資金、較少的系統(tǒng)開發(fā)和維護費用，用比過去更少的時間開發(fā)出功能更強、質(zhì)量更可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)[5][6]。所以，為提高風機性能試驗測試系統(tǒng)的性能，并考慮到風機生產(chǎn)廠家及科研院所的實際需求，本課題采用在現(xiàn)有風機性能試驗臺的基礎(chǔ)上利用計算機技術(shù)、電子技術(shù)、儀器技術(shù)的結(jié)合(即虛擬儀器)，設(shè)計一種具有如下特點的計算機輔助風機性能自動測試與分析系統(tǒng)。
(1)自動采集風機性能試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標達到國家規(guī)定標準。
(2)自動控制風機轉(zhuǎn)速。
(3)自動進行數(shù)據(jù)處理，且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、打印、查詢等功能。
(4)自動繪制風機性能曲線。
(5)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶使用。
論文的主要任務是以虛擬儀器為設(shè)計目標，選用適合的測試手段與測試方法，進行風機性能試驗臺的軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)自動采集與數(shù)據(jù)處理并最終生成風機性能曲線。
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