郭瑞光

摘要：本文結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗，研制了一套行之有效的壓縮機安全性能測試裝置。該裝置能對機械壓縮主要安全性能指標進行準確檢測，已經(jīng)在國內(nèi)多家壓縮機骨干生產(chǎn)企業(yè)和部分壓縮機用戶企業(yè)得到應(yīng)用，為準確地評價壓縮機安全性能提供了有效手段。

關(guān)鍵詞：壓縮機；安全性能；PLC

壓縮機是一種工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的機械設(shè)備。這種機械依靠在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞或作旋轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的作用，使吸入氣體的體積縮小而提高壓力，以滿足生產(chǎn)需要。這種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，除機械、電氣部分外，還有氣、油、水等多種回路。為了保證和提高壓縮機的質(zhì)量，對其性能進行測試是一個不可缺少的環(huán)節(jié)。但是到目前為止，這項工作基本上是以手工為主進行的。因此，工作效率低、勞動條件差，測試結(jié)果的可靠性、準確性也不高。少數(shù)單位開發(fā)了自動測試系統(tǒng)，不過，并沒有很好地用上去，或者，測點少，功能不強。

一、總體結(jié)構(gòu)功能分析

本文介紹的測試系統(tǒng)由帶有PCI 總線的工業(yè)控制計算機、NI公司的LabVIEW軟件、1 塊DAQ 采集卡、9 塊SCXI 調(diào)理卡（ 1 塊SCXI-1121、7 塊SCXI-1125、1 塊SCXI-1162）、1 臺12 槽機箱SCXI-1001 和溫度、壓力、流量變送器等構(gòu)成）。在計算機的控制之下，按照國標《一般用容積式空氣壓縮機性能試驗方法》（GB3853）的規(guī)定，測定單級和兩級壓縮的壓縮機性能，繪制特性曲線，打印試驗報告。測試系統(tǒng)采集的參數(shù)有：吸氣溫度、壓力；排氣溫度、壓力；壓縮機轉(zhuǎn)速、軸功率；強電系統(tǒng)的電壓、電流、功率；冷卻水的溫度、壓力、流量；供油系統(tǒng)的壓力、溫度等。與此同時，測試系統(tǒng)還通過輸出控制電路對機組的工作狀態(tài)進行控制。

二、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

（一）硬件選型

該測試系統(tǒng)選用西門子SIMATICS7—300型PLC，采用313C型CPU。該CPU的特點是自帶輸入輸出模塊，包括24點數(shù)字量輸入、16點數(shù)字量輸出、5點模擬量輸入、2點模擬量輸出，使用相當方便。CPU工作內(nèi)存為32KB，掃描速度為0.1ms/1000指令行，速度快，可靠性高。同時體積小，擴展性強，使用靈活。同時選用西門子170B型操作面板。該操作面板包括液晶顯示屏和若干功能鍵，在系統(tǒng)中實現(xiàn)上位機功能。PLC電源選用西門子Ps3075A電源，為24VDC。

（二）輸入輸出配置

根據(jù)控制流程要求，CPU313C自帶的輸入輸出模塊已經(jīng)足夠，無須再添加單獨的輸入輸出模塊。該測試系統(tǒng)共有3點數(shù)字量輸入，13點數(shù)字量輸出，3點模擬量輸入，1點模擬量輸出。（1）數(shù)字量輸入：包括2個控制按鈕信號（開始、結(jié)束）和模式轉(zhuǎn)換開關(guān)信號。（2）數(shù)字量輸出：包括8個氣動截止閥、變頻電機、真空泵、注油泵和離合器的開關(guān)信號，以及聲光報警信號。（3）模擬量輸入：包括真空度、壓力和電機電流3個模擬信號。信號來自相應(yīng)的變送器，均為4～20mA電流信號。（4）模擬量輸出：變頻電機轉(zhuǎn)速設(shè)定值，為4—20mA電流信號，輸出到變頻器控制電機轉(zhuǎn)速。

（三）操作面板組態(tài)

利用Pro Tool組態(tài)軟件對操作面板進行組態(tài)。組態(tài)的主體為畫面，畫面由動態(tài)組件組成，包括圖形列表、文本列表、輸出域等。畫面通過變量與PLC進行通訊。組態(tài)中定義的變量均為全局變量，它們帶有PLC鏈接，在PLC上占據(jù)一個定義的存儲器（數(shù)據(jù)塊）地址，從操作面板與PLC上都可以對其進行讀與寫訪問。由此畫面上的各動態(tài)組件通過設(shè)置相應(yīng)的變量，就能使PLC數(shù)據(jù)塊中的當前值可視化，從而在畫面上實時顯示測試進程。同時通過操作面板可以調(diào)整PLC數(shù)據(jù)塊中的測試參數(shù)。

三、試驗流程和程序

測試壓縮機性能的程序用LabVIEW圖形化編程環(huán)境編制，利用它的模塊化、層次化結(jié)構(gòu)，工程技術(shù)人員在幾周內(nèi)即可構(gòu)成或基本構(gòu)成要求的測試系統(tǒng)。這種解決方案直觀、簡單易學(xué)，使用起來也不復(fù)雜。在本系統(tǒng)中，測試程序大致由試驗管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、輸出控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、文件管理模塊和報警模塊等構(gòu)成。軟件程序借助于DAQ卡采集被測量和控制試驗的進行。利用鍵盤、鼠標和顯示器（圖形化軟面板）等進行人機對話。軟件的主要功能與試驗流程相對應(yīng)：運行試驗管理模塊，按照試驗要求和GB3853 標準等規(guī)定，輸入試驗的類型、試驗的項目、額定參數(shù)、規(guī)定的工況參數(shù)、試驗條件和硬件配置等。運行采集和控制等模塊，起動機組預(yù)運轉(zhuǎn)，掃描軸承、機殼等部位的溫度，考核零部件的配合情況，判斷機組能否平穩(wěn)運行。機組能平穩(wěn)運行則轉(zhuǎn)入下一步，按GB3853 的要求，將運轉(zhuǎn)參數(shù)，如冷卻水溫、總壓力比、主軸轉(zhuǎn)速等，調(diào)整（測量、計算、比較、調(diào)整）到允許的波動范圍之內(nèi)。在規(guī)定的工況下，測量吸排氣溫度、壓力，冷卻水溫度、壓力，油系統(tǒng)溫度、壓力、壓縮機轉(zhuǎn)速與軸扭矩等。進行常規(guī)性能測試，處理測得的數(shù)據(jù)和顯示測試結(jié)果。調(diào)節(jié)閥門的開度和主軸轉(zhuǎn)速等，進行超溫、最高許可轉(zhuǎn)速、最高許可壓力等試驗?？己藱C組能否可靠運轉(zhuǎn)。壓縮機試驗期間，測試系統(tǒng)不斷對其轉(zhuǎn)速、壓縮比、排氣溫度和油溫等進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)越限則立即調(diào)用報警模塊報警和強行停車。上述以LabVIEW 等實現(xiàn)的系統(tǒng)既可用于產(chǎn)品出廠檢驗，又可用于型式試驗；既可用于測點較少的小型產(chǎn)品測試，又可用于測點較多的機組性能測試。

四、結(jié)束語

綜上所述，本檢測裝置在行業(yè)中有較高的推廣價值。若在硬件中增加新的插卡/機箱，在軟件中增加新的功能模塊，測試系統(tǒng)的功能還可進一步擴展。如，將測點擴展到幾百點，或同時測試多臺機組的性能；擴大系統(tǒng)的輸出控制功能；分析測得的數(shù)據(jù)，提出產(chǎn)品改進意見或方案；在企業(yè)內(nèi)部或企業(yè)間通信，協(xié)同工作，共享有關(guān)數(shù)據(jù)等。

參考文獻：

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