陳建林

(上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,上海 200240)

基于LabVIEW平臺(tái)的空壓機(jī)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

陳建林

(上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,上海 200240)

活塞式空壓機(jī)通過壓縮氣體驅(qū)動(dòng)各種風(fēng)動(dòng)機(jī)械,已得到廣泛運(yùn)用?？諌簷C(jī)可靠性主要包含了功耗、排氣量、工作壓力以及零部件的壽命等，是顧客滿意度和忠誠(chéng)度的保證。傳統(tǒng)的空壓機(jī)可靠性測(cè)試以人工測(cè)試為主，受測(cè)試員主觀判斷的影響，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)記錄和保證樣品測(cè)試工況與設(shè)計(jì)工況一致，其測(cè)試結(jié)果越來越缺乏說服力。文中應(yīng)用NI 公司的LabVIEW軟件及其硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)了空壓機(jī)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空壓機(jī)可靠性自動(dòng)化測(cè)控的方案。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)的可靠性、測(cè)試工況的一致性和測(cè)試數(shù)據(jù)的完整性，節(jié)約了測(cè)試的人力并提高了產(chǎn)品的測(cè)試進(jìn)度。

LabVIEW軟件；空壓機(jī)；自動(dòng)化測(cè)試；可靠性

隨著客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，產(chǎn)品可靠性越來越成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)保證。因而，可靠性測(cè)試成為產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量控制的必要流程?？煽啃詼y(cè)試條件的可控性和測(cè)試過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控是實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度的保證。現(xiàn)代儀器結(jié)合計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和顯示能力，提高了數(shù)據(jù)采集、表達(dá)和分析等各種性能[1]，并使實(shí)時(shí)監(jiān)控成為未來儀器的發(fā)展趨勢(shì)。以NI公司開發(fā)的LabVIEW為代表的虛擬儀器利用其可以實(shí)時(shí)監(jiān)控、良好的人機(jī)界面和遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)保存等方面的優(yōu)點(diǎn)解決了傳統(tǒng)測(cè)試方法的諸多問題。同時(shí)，LabVIEW以其圖形化編程方式和模塊化的硬件，大大減少了系統(tǒng)開發(fā)人員的工作量，縮短了測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)周期，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，如西安交通大學(xué)開發(fā)的空壓機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)就是采用虛擬儀器對(duì)空壓機(jī)性能參數(shù)進(jìn)行采集和記錄,實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)性能自動(dòng)化測(cè)試[2]。筆者以前在工作單位也運(yùn)用PLC開發(fā)了一套空壓機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng),主要運(yùn)用于生產(chǎn)線上空壓機(jī)性能的單循環(huán)測(cè)試，但不能運(yùn)用于空壓機(jī)的長(zhǎng)期可靠性測(cè)試。

本文基于LabVIEW軟件平臺(tái)，結(jié)合NI公司的Compact Field Point工業(yè)I/O產(chǎn)品,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信模塊，借助虛擬儀器強(qiáng)大的測(cè)試控制功能，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)樣品性能參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控并控制空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)通過Compact Field Point產(chǎn)品的分布式功能實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)空壓機(jī)可靠性測(cè)試系統(tǒng)，主要運(yùn)用于樣品長(zhǎng)期可靠性的測(cè)試。本系統(tǒng)通過對(duì)樣品工作時(shí)間的閉環(huán)回路控制以及工作壓力控制的研究和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，提高了樣品測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度，并保證了測(cè)試依照設(shè)計(jì)工況進(jìn)行，更能根據(jù)客戶需求設(shè)計(jì)出合格的產(chǎn)品。同時(shí)，降低了測(cè)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量改善的效率。

1 硬件系統(tǒng)框圖

本文所設(shè)計(jì)的空壓機(jī)測(cè)控系統(tǒng)要求在測(cè)試過程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)空壓機(jī)的壓力和電流值，并通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊實(shí)現(xiàn)分布式多站點(diǎn)測(cè)試。計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析，實(shí)時(shí)反饋樣品和排氣閥的通斷電狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)樣品的自動(dòng)化測(cè)控。根據(jù)空壓機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)要求,本文設(shè)計(jì)的空壓機(jī)測(cè)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 空氣壓縮機(jī)測(cè)控系統(tǒng)總體硬件架構(gòu)

信號(hào)通過傳感器(變送器)的采集和調(diào)理，轉(zhuǎn)換為符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的被測(cè)信號(hào)，被信號(hào)模擬量輸入模塊采集處理后[3]，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信模塊和網(wǎng)線傳輸將信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)，由LabVIEW程序進(jìn)行運(yùn)算處理；通過對(duì)運(yùn)行工況的設(shè)定和測(cè)試數(shù)據(jù)的分析處理，LabVIEW程序?qū)⑼ㄟ^數(shù)字輸出模塊控制繼電器和接觸器的通斷情況,從而實(shí)現(xiàn)樣品運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。

本課題由于壓力傳感器距離數(shù)據(jù)采集卡比較遠(yuǎn)，所以選用4～20 mA的電流信號(hào)輸出，減少了信號(hào)傳輸中的損耗。同時(shí)，如果傳感器接線出錯(cuò)或者傳感器斷路，其輸出信號(hào)將為0 mA，從而在軟件中將會(huì)顯示負(fù)值，便于系統(tǒng)故障的排查。電流檢測(cè)使用的是0～5 V的電壓輸出信號(hào)[4]。

2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)空壓機(jī)可靠性測(cè)試的要求，本文設(shè)計(jì)了如圖2所示的測(cè)試流程。

圖2 程序流程圖

圖2中“最短運(yùn)行時(shí)間要求程序循環(huán)”是指當(dāng)對(duì)樣品每個(gè)工作循環(huán)的最短運(yùn)行時(shí)間和工作壓力范圍有要求時(shí)，測(cè)試所要采用的程序段，其流程如圖3所示。

本文一個(gè)很重要的研究目的就是保證測(cè)試條件的一致性和數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性,并通過LabVIEW軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析并控制樣品測(cè)試的狀態(tài)，圖4是該功能實(shí)現(xiàn)的部分程序段。

圖3 “最短運(yùn)行時(shí)間要求程序循環(huán)”流程

圖4 “最短運(yùn)行時(shí)間要求程序循環(huán)”程序

通過“最短運(yùn)行時(shí)間要求程序循環(huán)”程序的設(shè)定，當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí),軟件通過對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,在程序主界面波形圖上顯示壓力和電流值。通過子程序與設(shè)定值的比較，判斷樣品是否正常運(yùn)行，并在樣品失效時(shí)及時(shí)報(bào)錯(cuò)和停機(jī)，滿足了安全測(cè)試的需求。

3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

程序運(yùn)行后，人機(jī)界面可以直觀地顯示電流、壓力的數(shù)值以及樣品的運(yùn)行狀態(tài)。圖5中的示波器和布爾量顯示了壓力和電流的趨勢(shì)(圖中為工況設(shè)定不同的兩段波形),樣品的運(yùn)行狀態(tài)和排氣閥的工作狀況，右下角是設(shè)定“最短運(yùn)行時(shí)間要求程序循環(huán)”的區(qū)域。

圖5 系統(tǒng)測(cè)試界面

4 系統(tǒng)功能與特點(diǎn)

1)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器代替人工測(cè)試的功能，節(jié)約了人力成本，降低了技術(shù)員的工作強(qiáng)度。

2)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試中電流、壓力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并在人機(jī)界面上直觀展示出來。

3)本系統(tǒng)通過對(duì)采集到的數(shù)據(jù)和人為設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)失效樣品，中斷樣品檢測(cè)并

提示技術(shù)員樣品失效原因，保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和測(cè)試過程的安全性。

4)本系統(tǒng)可以設(shè)定并控制樣品運(yùn)行工況，從而保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可比性。

5)本系統(tǒng)可以滿足不同的測(cè)試條件要求，實(shí)現(xiàn)測(cè)試的多樣化；同時(shí)，采用分布式的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，可以同時(shí)測(cè)試多臺(tái)樣品，縮短產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量改進(jìn)方案驗(yàn)證的周期。

5 結(jié)束語

本文采用NI公司的LabVIEW2009 開發(fā)了空壓機(jī)可靠性自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，采用可靠的硬件系統(tǒng)和滿足多種測(cè)試要求的軟件系統(tǒng)，避免了人為測(cè)量誤差，在實(shí)際運(yùn)用中取得了不錯(cuò)的效果。該系統(tǒng)可應(yīng)用于不同空壓機(jī)產(chǎn)品的可靠性測(cè)試，為產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量保證提供可靠的測(cè)試平臺(tái)。

[1] 王海娥，基于LabVIEW虛擬示波器的設(shè)計(jì)及遠(yuǎn)程控制[D].西寧：青海師范大學(xué)，2010.

[2] 聶政威，潘琦，侯雄坡.虛擬儀器在空壓機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2012(1)：17-19.

[3] 徐宏坤.基于LabVIEW遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的研究[D].成都：成都理工大學(xué)，2008.

[4] 高振天，郭立新.電機(jī)控制系統(tǒng)中的電流檢測(cè)技術(shù)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2012，41(8)：148-150.

[5] 李瑞，周冰，胡仁喜，等.LabVIEW2009 中文版虛擬儀器從入門到精通[M].北京：機(jī)械工程出版社，2010.

An Automatic Measurement and Control System for Compressor Reliability Test Based on LabVIEW System

CHEN Jianlin

(School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

As the power source driving air tools work, reciprocating air compressors are used very popularly in industrial area and human life. As an key parameter for compressor’s quality, including power dissipation, air flow, work pressure and components’ life etc., reliability assures the customers’ satisfactions and loyalty. People manually test the compressors’ reliability before and the test result is not accuracy enough as it would be based on the technicians' judgments, besides it is hard to have real time record and assure the working condition. This paper designs a compressor reliability test system, it can monitor the samples' running status and record the test data, and also can control the compressor to run under a controllable method. It will help to assure the test data integrity and accuracy, and also save the manpower and speed up the test schedule.

LabVIEW software; compressor; automatic test; reliability

2014-02-07；修改日期: 2014-03-17

陳建林(1983-)，男，碩士在讀，專業(yè)方向：機(jī)械工程。

TP29

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.019