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1、基于虛擬測試技術的風機狀態(tài)測試系統的設計開題報告一、綜述1.課題研究的目的和意義風機使用面廣，種類繁多，遍及國民經濟的各部門，利用風機產生的氣流做介質進行工作，可實現清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風換氣、除塵降溫等多種工作。所以，在我國的冶金、有色金屬、化工、建材和煤炭等部門，風機得到了廣泛地應用。風機的工作是以輸送流量、產生全壓、所需功率及效率來體現的，這些工作參數之間存在著相應的關系，當流量與轉速變化時，會引起其他參數相應的變化。為了正確選擇、使用風機川，必須了解這些參數間的相互關系。由于風機理論至今仍欠完善，所以風機性能參數的獲取主要依賴于性能試驗。風機性能試驗是在風機轉速不變的情況
2、卜，改變風機的流量，檢測風機各性能參數，并繪制性能曲線的過程。目前，風機用戶為了提高經濟效益，在選擇風機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，轉速，功率，噪聲，可靠性等。同時，風機生產廠家為了提高產品的競爭能力，在努力改進氣動設計，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。由此可見，風機性能試驗對于成品的檢驗和新產品的設計開發(fā)都至關重要，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。長期以來，我國的風機測試手段比較落后，主要以手動操作試驗過程、手工測量試驗數據、手工繪制曲線為主，存在測量手段落后，測量精度不高和
3、勞動強度大等缺點。1隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，我國工業(yè)自動化程度越來越高，使得風機參數的自動采集成為可能。近年來，我國少數單位在通風機測試技術方面有了新的研究或使用了微型計算機團，但他們有的測試參數不完全，只能完成某一部分的測試任務；有的測試系統龐大而復雜，不能作為通用系統得以推廣。所以，目前在國家標準的基礎上，如何利用高新科技手段實現風機性能的自動檢測與分析已成為國內多數風機生產廠家及風機研究單位的迫切需要?，F代科學技術的進步以計算機技術的進步為代表，不斷更新的計算機技術從各個層面上影響、引導各行各業(yè)的技術更新。基于計算機技術的虛擬儀器以不可逆轉的力量推動著測控技術的革命。虛擬儀器系統
4、的概念不僅推進了以儀器為基礎的測控系統的改造，同時也影響了以數據采集為主的測試系統構造方法的進化，過去獨立分散、互不相干的許多領域，在虛擬儀器系統的概念下，正在逐漸靠攏、相互影響，并形成新的技術方法和技術規(guī)范。虛擬儀器技術能充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機融為一體，構成一臺從外觀到功能都完全與傳統硬件儀器相同，同時又充分享用計算機智能資源的全新儀器系統。應用虛擬儀器技術，可以用較少的資金、較少的系統開發(fā)和維護費用，用比過去更少的時間開發(fā)出功能更強、質量更可靠的產品和系統。所以，為提高風機性能試驗測試
5、系統的性能，并考慮到風機生產廠家及科研院所的實際需求，本課題采用在現有風機性能試驗臺的基礎上利用計算機技術、電子技術、儀器技術的結合(即虛擬儀器)，設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。2(1)自動采集風機性能試驗數據，且各項參數指標達到國家規(guī)定標準。(2)自動調整風機運行。(3)自動控制風機轉速。(4)自動進行數據處理，且實現數據的存儲、打印、查詢等功能。(5)自動繪制風機性能曲線。(6)系統界面友好，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計，實現試驗數據自動采集與數據處理并最終生成風機性
6、能曲線。2.課題的研究現狀及已有成果由于風機內部流體運動的復雜性，至今還不能用理論的方法精確計算出它的各種損失，因而不能正確的計算出各種性能參數，所以用計算的方法得到的性能曲線與實際工作性能曲線之間存在較大差異，特別是對于非設計工況，計算值與實際值的誤差更大。因此，風機的工作性能參數由試驗得到，試驗的目的在于確定工作性能曲線，從而確定風機的工作范圍，以便向用戶提供可靠的使用數據。32.1.1風機性能參數!風機性能試驗是以測試試驗數據，繪制風機性能曲線為主，所以正確理解風機主要性能參數和性能曲線尤為重要。風機的主要性能參數有流量、全壓、功率、轉速及效率。(l)流量:單位時間內風機所輸送的流體量稱
7、為流量。常用體積流量Q表示，其單位為“耐/s”或“m3/h”。嚴格地講，風機的流量，特指風機進口處容積流量。(2)全壓:單位體積的氣體在風機內所獲得的能量稱為全壓或風壓，以P表示，單位為Pa。(3)軸功率:原動機傳遞給風機轉軸上的功率，即為輸入功率，又稱為軸功率，以p表示，單位為kw。(4)有效功率:單位時間內通過風機的氣體所獲得的總能量稱為有效功率，以N，表示單位為kw。(5)效率:風機輸入功率不可能全部傳給被輸送氣體，其中必有一部分能量損失，被輸送的氣體實際所得到的功率比原動機傳遞至風機軸端的功率要小，他們的比值稱為風機的效率，以幾表示。風機效率越高，則氣體從風機中得到的能量有效部分就越大
8、，經濟性就越高。(6)轉速:風機軸每分鐘的轉數稱為轉速，以n表示，單位為r/min。風機的各性能參數一般都不是在試驗臺上直接測量的，而是通過對試驗數據進行計算而得到。得到風機性能參數后，繪制風機的性能曲線為風機性能試驗的最終結果，風機的性能曲線有兩種，包括有因次性能曲線和無因次性能曲線。(7)有因次性能曲線:將風機在各工況下的性能參數值用曲線連接起來，繪制在直角坐標系中，用以表示風機流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關系曲線。(8)無因次性能曲線:為了選擇、比較和設計風機，經常采用一系列無因次參數。風機的無因次性能曲線是去掉各種計量單位的物理性質而表示的風機流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關
9、系曲線。因為這些性能參數去除了計量單位的影響，所以對每一種型式的風機，僅有一組無因次性能曲線。無因次性能曲線與計量單位、幾何尺寸、轉速、氣體密度等因素無關，所以使用起來十分方便。無因次性能曲線在風機的選型設計計算的應用中尤為廣泛。2.1.2風機性能試驗裝置風機性能試驗裝置分為風室式和風管式兩類。風室式試驗裝置由流量測試管路、風室、輔助通風機、流量調節(jié)器和整流器等組成，根據腔室與通風機進口和出口的連接方式不同，分為進氣風室和出氣風室兩種試驗裝置；風管式試驗由測試管路、流量調節(jié)裝置、整流裝置及錐形連接管等組成，根據試驗管路與通風機進氣口和出氣口的連接方式不同，分為進氣、出氣、進出氣三種試驗裝置。4
10、(l)進氣試驗:這種布置形式只在風機進口裝設管道，如圖2一1所示。氣體從集流器l進入吸風管道2，再流入葉輪3，在管道進口處裝有調節(jié)風量用的錐形節(jié)流門4，并在吸風管道中放置測量流量用的畢托管5和靜壓測管6。5(2)排氣試驗:這種布置形式只在風機出口設置管道，如圖2一2所示。氣體從集流器1進入葉輪2，由葉輪流出的氣體從排風管道3流出，用出口錐形二冷流門4調節(jié)流量，并在管道上裝設靜壓測管5和畢托管6。6(3)進排氣聯合試驗:這種布置形式是在風機進出口都裝設管道，如圖2一3所示。氣體由集流器1進入吸風管2。經葉輪3流入排風管道4，然后排出，在出口裝一錐形節(jié)流門5調節(jié)風量。并在進出口管道上裝設靜壓測管6
11、和畢托管7。7在試驗中采用哪一種布置形式，可根據各自的習慣及現場的試驗條件來決定。例如送風機是從大氣吸入空氣，經管道送入爐膛，應采用排氣試驗裝置。引風機是抽出爐膛的煙氣使之排入大氣，則應采用進排氣聯合試驗裝置。因本系統原有試驗臺為一風管式試驗臺，所以，本系統采用風管式排氣試驗裝置。8圖2一l進氣試驗裝置1一集流器2一進氣風管3一葉輪4一錐形節(jié)流門5一畢托管6一靜壓測管圖2一2排氣試驗裝置1一集流器2一葉輪3一排氣風管4一錐形節(jié)流門5一靜壓測管6一畢托管圖23進排氣試驗1一集流器2一吸風管3一葉輪4一排風管5一錐形節(jié)流閥6一靜壓測管7一畢托管由風機性能試驗方法可以看出，風機性能試驗應主要完成試驗
12、數據的測量、風機試驗臺的控制、風機性能參數的計算和風機性能曲線的繪制四部分內容。所以，如何使這四部分功能自動實現是系統設計的關鍵。92.1.3虛擬儀器技術及其應用虛擬儀器技術是日益發(fā)展的計算機技術、儀器技術密切結合，共同孕育出的一項新成果，是90年代計算機系統和儀器系統技術革命的產物。以計算機作為儀器統一的硬件平臺，充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機融為一體，構成一臺從外觀到功能都完全與傳統硬件儀器相同，同時又充分享用計算機智能資源的全新儀器系統。由于儀器的專業(yè)化功能和面板控件都是由軟件形成，因此國際
13、上把這類新型儀器稱為“虛擬儀器”。10虛擬儀器首先由美國國家儀器公司(NationalInstrumentsCorporation簡稱Nl)于1986提出。虛擬儀器的出現，徹底打破了傳統儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式。它給用戶一個充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間，用戶(而不是廠家)可以隨心所欲的根據自己的需要，設計自己的儀器系統，滿足多種多樣的儀器需求。在虛擬儀器系統中，硬件只是為了解決信號的輸入與輸出，軟件才是整個系統的關鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便的改變、添減儀器系統的功能和規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。傳統儀器與虛擬儀器的比較如表2一l所示。11從這個比較中不
14、難看出虛擬儀器的巨大優(yōu)越性。虛擬儀器系統的概念是測控系統的抽象，不管是傳統的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的:采集數據，對采集的數據進行分析處理，然后顯示并處理結果。它們的不同主要表現在靈活性方面。12虛擬儀器由用戶自己定義，這就意味著我們可以自由組合計算機平臺、硬件、軟件以及各種完成應用系統所需的附件，而這種靈活性是由供應商定義的傳統儀器上達不到的。結合實際情況，我國正處于競爭激烈的市場經濟潮流之中，作為科研部門要多出成果；作為生產、制造部門，要盡快開發(fā)出新產品，把新產品推向市場，同時還要考慮生產率、效率、成本、質量等諸多因素。所以應用最現代化的手段，最新的技術，構建簡潔、實用、可靠、完
15、備和高性能/價格比的應用系統是必不可少的。13從90年代中期以來，國內的哈爾濱工業(yè)人學、重慶大學、西安交通大學、西安電子科技大學、中科泛華電子科技公司等院校和高科技公司，在研究和開發(fā)虛擬儀器產品和虛擬儀器設計平臺以及引進消化NI公司、HP公司的產品等方面做了一系列有益工作，并取得了一批矚目的成果。14據世界儀表與自動化雜志報道，21世紀初，虛擬儀器的生產廠家將超過千家，品種將達到數千種，市場占有率將達到電測與電控儀器的50%。美國Geomatics公司于19%年采用虛擬儀器開發(fā)工具一LabVIEw軟件開發(fā)了自動灌溉系統；美國Goldsmith種子公司于1997年利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)了計算機自動化秧苗分析系統(CASA)；密執(zhí)安工業(yè)大學于1996年開發(fā)了柴油機實驗室自動化數據采集與控制系統，這些系統都具有同類系統不可比擬的優(yōu)點。15
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