顧麗敏，吳文俊

[摘 要] 以綜合數(shù)據(jù)采集處理測試平臺為研發(fā)對象，研制了一套容積式空氣壓縮機能效測試系統(tǒng)，對原有的老系統(tǒng)進行改造，根據(jù)前端傳感器數(shù)據(jù)采集的結(jié)果進行處理分析，剔除粗大誤差，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的自動化。該系統(tǒng)具有采集數(shù)據(jù)多（包含大氣溫度、大氣濕度、大氣壓力、進氣口溫度、出氣口溫度、排氣口溫度、內(nèi)腔壓力、出氣口壓力、轉(zhuǎn)速、輸入功率等）、運算數(shù)據(jù)準確可靠等特點，對企業(yè)來說具有經(jīng)濟實惠、便捷高效、數(shù)據(jù)準確的特點，因而具有廣闊的應用前景和市場前景。

[關(guān) 鍵 詞] 容積式空壓機；數(shù)據(jù)采集；自動測試

[中圖分類號] U464.141 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）12-0164-02

一、引言

近些年，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國空氣壓縮機行業(yè)保持了多年持續(xù)穩(wěn)定的快速發(fā)展?？諝鈮嚎s機是氣源裝置中的主體，通過原動機將機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的流體機械，已在各行各業(yè)中得到了越來越廣泛的應用。

在國內(nèi)，已經(jīng)有很多的空壓機性能檢測裝置投入使用，但是關(guān)于檢測系統(tǒng)的研究現(xiàn)在還不是很深入，很多的空氣壓縮機性能檢測裝置仍然采用的是傳統(tǒng)的手動或者半自動的檢測方式，依然有一些不完善之處，如工作效率低，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)，不過并沒有很好地應用，或者測點少，功能不強。因而本系統(tǒng)研制的目的是解決長期以來空壓機測試過程中以手工為主，既費時又費力的問題，通過溫度傳感器、壓力傳感器對數(shù)據(jù)采集分析，實現(xiàn)對空壓機性能的自動采集分析，提高工作效率。本系統(tǒng)不僅可以對空氣壓縮機系統(tǒng)的能效進行測試，也可以對容積流量、安全閥靈敏性、振動等進行測試，有很好的實用價值。

二、容積式空壓機能效自動測試系統(tǒng)設(shè)計

（一）容積式空氣壓縮機測試系統(tǒng)的總體設(shè)計

本系統(tǒng)主要通過對大氣壓力、吸氣壓力、排氣壓力、吸氣溫度、排氣溫度、潤滑油溫度、轉(zhuǎn)速、輸入功率等一系列數(shù)據(jù)的采集然后進行數(shù)據(jù)處理分析及運算，由穩(wěn)壓電源、儲氣罐、穩(wěn)流罐、流量測試、功率測試、傳感器、數(shù)據(jù)采集與處理軟件、顯示界面等組成。測試系統(tǒng)示意圖如圖1、圖2所示：

試驗開始前應檢查空氣壓縮機以確定其是否處于適宜進行試驗的狀態(tài)，應盡可能地消除泄漏，特別應注意檢查管路系統(tǒng)的泄漏，所有可能積垢的部件均應清理干凈，并檢查測試儀器和設(shè)備是否正常。讀數(shù)前，空氣壓縮機應運行足夠長的時間以保證工況的穩(wěn)定，同時使測試期間在讀數(shù)時，不至于發(fā)生系統(tǒng)的變化。每一工況試驗期間至少測定五次，其總時間不少于30分鐘，測定的時間間隔應大致相等，每次測定時各參數(shù)值應同時讀取。

（二）測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本系統(tǒng)中，溫度測量選用YOKOGAWA的GP10型號溫度記錄儀；環(huán)境溫濕度選用杭州微松環(huán)境科技有限公司的WS TH20C2型號溫濕度記錄儀；功率測量選用YOKOGAWA的WT333型號三相功率計；轉(zhuǎn)速測量選用臺灣斯特儀器設(shè)備有限公司DT-209X。

（三）測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本文設(shè)計的下位機控制系統(tǒng)，上位機為普通PC機，下位機為西門子S7-200系列的PLC。采用自由口通信模式，自定義PC與 PLC的通信協(xié)議，用Step7編寫PLC端的通信程序，而在PC端用Visual Basic實現(xiàn)串行通信的控制和監(jiān)控界面的顯示。

本系統(tǒng)采用了第三種通信方式，在開發(fā)通信軟件時考慮了S7-200 PLC所特有的一種通信方式——點對點（PPI）方式。PPI通信協(xié)議是西門子公司專門為S7-200系列PLC開發(fā)的，內(nèi)置于S7-200CPU中，物理上基于RS-485口，通過屏蔽雙絞線實現(xiàn)PPI通訊。PPI協(xié)議是一種主—從協(xié)議，主站設(shè)備發(fā)送要求給從站設(shè)備，從站設(shè)備進行響應但不能主動發(fā)出信息。主站靠PPI協(xié)議管理的共享連接跟從站進行通訊。主站可以跟任意一個從站進行通訊，PPI協(xié)議并不限制主站的數(shù)量，但在一個網(wǎng)絡(luò)中，主站最多只能有32個。PPI協(xié)議最基本的用途是讓西門子STEP7-Micro/WIN編程軟件上傳和下載程序以及讓西門子人機界面與PLC通信。

上位機軟件開發(fā)的主要目的為讀取下位機采集的被測空氣壓縮機精確的參數(shù)信號，包括壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)信號，自動計算出反映壓縮機性能的宏觀性能參數(shù)，進而推導出規(guī)定工況下的宏觀性能參數(shù)，并能打印輸出試驗報告。同時要求開發(fā)的軟件系統(tǒng)界面美觀，操作簡單，反映結(jié)果比較直觀。具體應完成以下這些工作：（1）下位機的各種測試參數(shù)信號讀??；（2）宏觀性能參數(shù)的計算；（3）指示參數(shù)的計算；（4）試驗報告的生成。

檢測界面，首先需要將被測空壓機的信息輸入，同時需要指定機器的種類，這樣軟件就可以根據(jù)不同的機器類型，匹配不同的數(shù)據(jù)算法。然后根據(jù)下位機的采集信息，輸入到指定條目中，方便在電腦上顯示，可以實時看到采集的信息，確定測試情況是否正常。具體如圖3和4所示。

三、系統(tǒng)計量校準效果

通過對空氣壓縮機能效檢測方法的研究，進而設(shè)計了符合容積式空氣壓縮機能效測試裝置的設(shè)計方案，并成功研制了符合標準要求的能效測試平臺。為了保證測試的準確性，已經(jīng)委托浙江省計量科學研究院和上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院進行了計量校準，并與國家中低壓空壓機及鉆鑿機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（衢州）進行了設(shè)備一致性的比對，對相同的樣機分別進行實驗。（比對數(shù)據(jù)如下表所示）比對結(jié)果表明，兩套系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)非常接近，相對誤差小于1%，這樣的誤差在允差范圍內(nèi)，表明該測試裝置測量精度符合標準要求，各項技術(shù)指標均已達到了設(shè)計要求。

空壓機測試系統(tǒng)比對結(jié)果表

四、結(jié)論與展望

本系統(tǒng)研制的目的是解決長期以來空壓機測試過程中以手工為主，既費時又費力的問題，通過溫度傳感器、壓力傳感器對數(shù)據(jù)采集分析，實現(xiàn)對空壓機性能的自動采集分析，提高工作效率。本系統(tǒng)不僅可以對空氣壓縮機系統(tǒng)的能效進行測試，也可以對容積流量、安全閥靈敏性等進行測試，有很好的實用價值。