裝配圖風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
裝配圖風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),裝配,風(fēng)機(jī),狀態(tài),狀況,測(cè)試,系統(tǒng),總體,整體,設(shè)計(jì)
摘要
風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)控系統(tǒng)是在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)性能基本參數(shù)的采集、分析、計(jì)算風(fēng)機(jī)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(hào)信息對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)速控制的過程。風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)對(duì)于成品的檢驗(yàn)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)都至關(guān)重要，特別是對(duì)于大型、特型風(fēng)機(jī)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(yàn)尤為重要。目前，我國(guó)風(fēng)機(jī)性能檢測(cè)大多以手工為主，存在試驗(yàn)手段落后，勞動(dòng)量大和測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。采用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，將傳感技術(shù)、儀器技術(shù)和測(cè)試技術(shù)結(jié)合起來，進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理和性能曲線的自動(dòng)繪制是本文研究的重點(diǎn)。
本文采用虛擬儀器技術(shù)，進(jìn)行了風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。硬件上在風(fēng)機(jī)機(jī)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(cè)各試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集;利用變頻調(diào)速技術(shù)控制變頻調(diào)速器輸出信號(hào)的頻率，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。軟件上在Labview虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)上，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了采集信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示、控制信號(hào)的準(zhǔn)確輸出、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確處理及應(yīng)用最小二乘法對(duì)性能參數(shù)進(jìn)行擬合從而實(shí)現(xiàn)了性能曲線的自動(dòng)繪制。整個(gè)系統(tǒng)具有界面友好、操作方便、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)果表明研制基于虛擬儀器的風(fēng)機(jī)性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，增加了試驗(yàn)過程的穩(wěn)定性，避免了人為的讀數(shù)誤差、計(jì)算誤差以及相關(guān)數(shù)據(jù)不能同時(shí)記錄所引起的試驗(yàn)結(jié)果的偏差.提高了測(cè)試精度和試驗(yàn)效率。可廣泛應(yīng)用于科研院所和風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家，具有較高的推廣與應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)性能；風(fēng)機(jī)測(cè)試；風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)簡(jiǎn)述--------------------------------------------------------------------------------1
1.2 風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展-----------------------------------------------------------------1
1.3 基于虛擬儀器的風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)-----------------------------------------------------1
第二章 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------3
2.1 風(fēng)機(jī)性能測(cè)試方法--------------------------------------------------------------------3
2.2 虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用--------------------------------------------------------------5
2.3 風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的總體方案-----------------------------------------------------------5
第三章 風(fēng)機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------7
3.1 風(fēng)機(jī)機(jī)械硬件總體設(shè)計(jì)--------------------------------------------------------------7
3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算--------------------------------------------------------------------7
3.3 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)--------------------------------------18
3.4 風(fēng)機(jī)測(cè)試傳感器的設(shè)計(jì)選用------------------------------------20
3.5 風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡--------------------------------------23
第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)-----------------------------------------------------------------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(jiǎn)介-------------------------------------------------------------------------26
4.4 測(cè)試系統(tǒng)主界面的設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------27
第五章 結(jié)束語------------------------------------------------------------------------------29
參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------------------------------------30
第一章 概述
隨著機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品的短、小、輕、薄和智能化，達(dá)到節(jié)省能源、節(jié)省材料、實(shí)現(xiàn)多功能、高性能和高可靠性的目的，機(jī)械與電子結(jié)合就成為了現(xiàn)代科技發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)于風(fēng)機(jī)的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)就是一個(gè)機(jī)械電子結(jié)合的范例。
1.1風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)述
風(fēng)機(jī)是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機(jī)械,它是用來提高氣體壓力,并輸送氣體的機(jī)械,是透平機(jī)械中的一種[1]。
風(fēng)機(jī)按工作壓力提高的程度來分,可以分為四種：
1） 風(fēng)扇(<100Pa)
2） 通風(fēng)機(jī)(0.1-15kPa)
3） 鼓風(fēng)機(jī)(15-250kPa)
4） 壓縮機(jī)(>250kPa或壓比>3.5)
壓縮機(jī)的壓比又稱壓縮比，是壓縮機(jī)出口與進(jìn)口處氣體壓力之比。
風(fēng)機(jī)使用面廣，種類繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進(jìn)行工作，可實(shí)現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風(fēng)換氣、除塵降溫等多種工作[2]。
1.2風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展
由于風(fēng)機(jī)理論至今仍欠完善，所以風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗(yàn)。風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)是在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，改變風(fēng)機(jī)的流量，檢測(cè)風(fēng)機(jī)各性能參數(shù)，并繪制性能曲線的過程。目前，風(fēng)機(jī)用戶為了提高經(jīng)濟(jì)效益，在選擇風(fēng)饑時(shí)對(duì)它的各項(xiàng)性能指標(biāo)提出了更為嚴(yán)格的要求．如壓力，流量，轉(zhuǎn)速，功率．噪聲，可靠性等[3]。同時(shí)，風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，在努力改進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)，提高機(jī)械加工的同時(shí)，也對(duì)風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)的研究和開發(fā)給予了高度的重視。并且在電氣拖動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行過程中, 經(jīng)常遇到這樣的問題, 即拖動(dòng)設(shè)備的負(fù)荷變化較大, 而動(dòng)力源電機(jī)的轉(zhuǎn)速卻不變, 也就是說輸出功率的變化不能隨負(fù)荷的變化而變化。在實(shí)際中這種“大馬拉小車”的現(xiàn)象較為普遍, 浪費(fèi)能源。在許多生產(chǎn)過程中采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)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(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速, 并應(yīng)用PLC或者單片機(jī)構(gòu)成風(fēng)壓閉環(huán)自動(dòng)控系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了電機(jī)負(fù)荷的變化變速運(yùn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量, 即滿足了生產(chǎn)需要, 又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的[1]。由此可見，風(fēng)機(jī)性能測(cè)控系統(tǒng)對(duì)于成品的檢驗(yàn)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)都至關(guān)重要，特別是對(duì)于大型、特型風(fēng)機(jī)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(yàn)尤為重要。虛擬儀器(VI)技術(shù)是目前測(cè)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(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)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(dá)和輸出檢測(cè)結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)成一個(gè)具有完整測(cè)試功能的計(jì)算機(jī)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(shí)又能根據(jù)用戶的要求隨時(shí)進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)多種多樣的應(yīng)用需求，具有擴(kuò)展靈活、界面友好、操作簡(jiǎn)便、性價(jià)比高等特點(diǎn)，目前，虛擬儀器技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用[4]。
1.3基于虛擬儀器的風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為代表，不斷更新的計(jì)算機(jī)技術(shù)從各個(gè)層面上影響、引導(dǎo)各行各業(yè)的技術(shù)更新。基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的虛擬儀器以不可逆轉(zhuǎn)的力量推動(dòng)著測(cè)控技術(shù)的革命。虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進(jìn)了以儀器為基礎(chǔ)的測(cè)控系統(tǒng)的改造，同時(shí)也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)造方法的進(jìn)化，過去獨(dú)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(jì)算機(jī)獨(dú)具的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時(shí)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(jì)算機(jī)融為一體，構(gòu)成一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用計(jì)算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)。應(yīng)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(hù)費(fèi)用，用比過去更少的時(shí)間開發(fā)出功能更強(qiáng)、質(zhì)量更可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)[5][6]。所以，為提高風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的性能，并考慮到風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家及科研院所的實(shí)際需求，本課題采用在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)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(jì)一種具有如下特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)輔助風(fēng)機(jī)性能自動(dòng)測(cè)試與分析系統(tǒng)。
(1)自動(dòng)采集風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，且各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
(2)自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
(3)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、打印、查詢等功能。
(4)自動(dòng)繪制風(fēng)機(jī)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(wù)是以虛擬儀器為設(shè)計(jì)目標(biāo)，選用適合的測(cè)試手段與測(cè)試方法，進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與數(shù)據(jù)處理并最終生成風(fēng)機(jī)性能曲線。
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