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编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 基于 风机性能 远程测试系统的研究 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923109 学生姓名： 吴文进 指导教师： 陈浩 （职称： 高工 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 基于 本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923109 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 基于 风机性能远程测试系统的研究 2、专题 二、课题来源及选题依据 课题来源：参考一些网络资料，文献资料，与老师商榷，最 终从学校给定的课题中选定这一课题。 选题依据：评判风机的性能主要反应在三方面：产品质量的提高、工作效率的提高和工作质量的保证。出厂的风机性能能否达到样本数据要求，改造后的风机是否能达到性能指标都需要进行性能测试。长期以来，我国的风机测试技术比较落后，主要以手动操作试验过程、手工测量试验数据、手工绘制数据曲线为主，存在劳动力大、测量精度低、手段落后等缺点。然后，现代风机性能测试正从传统人工测试向自动化测试转变。计算机技术与测试仪器技术的结合， 使人类研发出了一种新的测试仪器 虚拟仪器。本文正是利用 司开发的软件 建风机性能远程测试系统的方案。此软件构建的系统实现了“所得及所见” 的可视化人机见面 ，采用的模块化的思想将 统功能分区，使得远程测试技术达到了一个新的高度。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉 虚拟测试仪器和传统测试仪器 的 构成和特点。 熟练 风机性能测试的 原理和方法 、风机性能曲线的绘制原理。 熟悉采集系统的设计和采集原理、熟练步进电机的选择。 掌握 虚拟测试系统的设计流程和总体结构 。 熟练使用 系统的操作界面和操作流程 。 四、接受任务学生： 机械 93 班 姓名 吴文进 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 要 风机技术 生产 和 研究 的 主要 环节 是风机性能检测 的 试验 。随着风机技术的发展， 人们 对风机性能检测试验的要求也 越来越高。 目前， 现代风机性能测试正从人工测试向自动化测试转变。 测试仪器和计算机技术的结合 ， 孕育了 一种新的 检测 仪器 虚拟仪器。虚拟仪器是一种 可以 利用计算机资源， 并 由用户设计 其功能 的具有 一系列 虚拟面板的仪器系统 。虚 拟仪器的网络化是实现 风机性能 远程测试 技术 的关键 。 在此基础上，本文提出了利用 司开发软件 建风机性能远程测试系统的方案。 本文主要分为三部分。第一部分介绍了虚拟仪器的 特点 、 组成 、 概念 以及 相关 的网络技术， 并 介绍了 特点；第二部分分析风机性能 试验基本 原理，然后根据系统设计要求对传感器、 风机工作环境、旋转挡板和 数据采集卡 等 进行了选型，设计了信号调理电路；第三部分，以 为开发平台 具体做出风机系统的设计流程并对 风机性能远程测试系统的软件设计 进行 讨论和研究 。 关键词 ： 虚拟仪器；远程测试；风机性能； an is an in of of At is to of as a of as a of is in on of a by I in is of in on of so on on as of of is a V 目 录 摘 要 . . 绪论 . 1 言 . 1 究的目的和意义 . 1 内外研究状况 . 1 文研究的内容和目标 . 2 2 虚拟仪器技术及相关知识 . 3 拟仪器简述 . 3 拟仪器系统的构成 . 3 拟仪器的硬件 . 3 拟仪器的软件 . 3 拟仪器的特点 . 4 拟仪器的开发平台 . 4 向仪器与测控过程的图形化开发平台 . 4 特点 . 4 章小结 . 5 3 风机性能试验的原理 . 6 机性能试验概述 . 6 机性能试验的原理和方法 . 6 机的性能参数 . 7 机的性能曲线 . 7 机性能试验 . 7 机性能测试的环境参数 . 7 机性能测试中的结构参数 . 7 机性能试验装置的方案及选用 . 8 机性能参数的相关计算、处理 . 9 机性能曲线绘制 . 10 章小结 . 11 4 采集 系统的设计 . 11 机性能测试系统的组成 . 11 机工况调节装置的设计 . 11 构设计 . 12 进电机的控 制 . 13 步进电机的选择 . 13 统测试的内容与方法 . 13 压的测量 . 13 量的测量 . 13 矩的测量 . 16 感器的选用 . 16 力传感器 . 16 压传感器 . 17 度传感器 . 17 速传感器 . 17 号调理电路 . 18 据采集卡 . 18 5 虚拟测试系统 的结构 . 20 统设计流程 . 20 于虚拟仪器的风机性能远程测试系统的总体结构 . 21 统的总 体结构 . 21 统主界面 . 22 统操作流程 . 23 据采集 . 25 据处理 . 27 据计算 . 27 线拟合 . 27 验数据 . 28 章小结 . 29 6 总结与展望 . 30 结 . 30 究展望 . 31 致谢 . 32 参考文献 . 33 基于 风机性能远程测试系统的研究 1 1 绪论 言 风机使用面广，种类繁多，遍及国民经济各部门，利用风机产生的气流 为 介质进行工作，可实现 工业生产中分离 、 清选 、 加热 烘干、除尘降温 、 物料输送、通风换气等多种工作。所以，在我国的 化工 、 冶金 和 建材 等部门，风机得到了广泛 的 应用。如冶金工业中的锅炉鼓风、空气调节设备和家用电器设备中的 设备通风 和 冷却 、风洞风源和气垫船的充气和推进、化工业中的气体排送、采矿 业 中的矿井通风、 厂房的通风 等都离不开风 机。在农业中气力播种、谷物清选、植物保护、物料干燥、农副产品加工 以及 物料输送等方面都要用到风机 1。 风机系统中处于核心地位 是 气力输送，它输送的风量和提供的压力 强 有力地保证了系统的可靠性 和 有效性。风机的安全可靠性在工农业生产中的地位显而易见。而风机的安全性及其工作效益与它的性能息息相关，所以风机 具备 良好的性能 可以 保障 日常 生产安全运行。由于风机内气体流动的复杂性，目前还很难用单纯的理论计算方法准确地获得风机性能曲线，只能通过试验方法测定。因此，快速准确地测定风机性能参数并绘制性能曲线对开展风机的研究有重要的 意义。 究的目的和意义 评判 风机的性能 主要反应出三方面： 产品质量 的提高 、工作效率 的提高 和工作质量 保证的关键因素。校验产品 的 气动性能 能否 达到设计要求 、 出厂 的 风机性能 能否 达到样本数据 的要求 、 改造后的风机是否能达到性能指标都需要进行性能测试。性能测试也是诊断故障的前提。 风机的工作 体现在 输送流量、产生全压、所需功率及效率 。 为了 人们能 正确使用风机，我们 必须了解这些参数 之 间的相互关系。 但 由于风机理论至今 尚未 完善，所以 大部分 依赖于状态试验获取 风机状态参数 。风机状态试验原理是在风机转速不变的情况下改变，改 变风机的流量来检测风机的 其他各个 参数，并且绘制状态曲线。 目前，风机用户为提高 自身的 经济效益，在选择风机时对 风机的 各指标提出了更为严格的要求，如压力， 转速 ， 流量 ， 噪声 ， 功率 ，可靠性等。 与此 同时，风机生产厂家为了提高自身 的竞争能力，在努力 提高机械加工 ，改进气动设计的同时，也对风机状态试验的 开发 和研究 给予了高度的重视。长期以来，我国的风机测试 技术 比较落后，主要以手动操作试验过程、手工 测量 试验数据、手工绘制 数据 曲线为主，存在 劳动强度大、测量精度低、 测量手段落后等缺点 。然 而 ， 现代风机性能测试正 迅速 从传统人工测试向自 动化测试转变。计算机技术与测试仪器技术 的 结合， 使得人类研发 出了一种新的测试仪器 虚拟仪器 。虚拟 测试 技术和 计算机 通信技术的结合，使 得 虚拟仪器应运而生，信号 的 采集、 处理 和 传输 形成了一体化，不再受 环境 、 地域 等的限制。虚拟仪器的网络化 是 虚拟仪器目前 发展 的必然趋势。由此，本文提出了利用 司开发软件 建风机性能远程测试系统的方案。 内外研究状况 在过去的 70 年 ，风机的应用不断 拓广 。 1922 年，罗本逊先生 的 矿井通风实践， 使得风机控制 开始 从自然通风过渡到机械通风 。 无锡太湖学院学士学位论文 2 丹麦是世界上研 究风机最早国家之一，很多风机制造商如 司、 够自动测试风机性能参数，并 且 进行分析，以此指导风机生产，提高风机性能和效率 。 我国风机性能测试大体上经历三个阶段 23： （ 1） 上世纪五十年代以后，我国许多 学 院和高等院校 以 化工部门颁发的标准研制了风机测试 试验台，但测试手段落后，主要以手工测量为主。采用毕托管、杠杆测矩等传统仪器进行数据采集， 人工 计算 、流量 、 压力 、 效率 和 功率 等参数，手工绘制性能曲线。这样测测精度不高、劳动强度大、 工作效率低。 （ 2） 八十年代中期，可编程计算机 出现使 风机性能测试程序实现了部分仪表测试的自动化；后来出现 微型计算机和有关测试仪器，通过 线在计算机上存储 、 显示 、处理数据和打印，由自动绘图仪拷贝试验结果 大大提高了 工作效率 。 （ 3）以上风机测试系统 大部分 为半自动测试， 其 测量信息不能综合管理，且界面不够友好。随着计算机 作系统的展，华中科技大学动力工程系成功开发一种基于 用 发设计的一套计算机辅助试验系统 。 该系统能够完成试验数据的计算机自动集、 显示 、 处理 、存盘、打印及曲线的 实时屏显 ， 并且 能够查询当前和历史试验数据， 实现了人机界面的良好。 文研究的内容和目标 在本文中，我们以 风机性能测试系统的基本结构、特点以及数字化测试技术 为核心 ，以虚拟仪器模块化的设计思想为依据，利用 件构建 的 一个 C/S 模式的数据采集系统 来对 风机性能 进行 远程测试。具体研究内容如下： 1、 对风机性能试验基础 的研究。 2、利用 风机性能试验 的 原理，确定系统设计 的方案和系统 实现的功能，并确定本系统的结构。 3、根据对 建的 虚拟仪器系统硬件基础 的分析 ，对系统的 结构和体系 进行深入分析。 4、以 虚拟仪器模块化和层次化 为 设计思想，确定系统的功能模块。 5、 采用 件平台将功能模块进行编程， 全面优化数据采集和处理、曲线拟合、数据存储等方面。 6、 在 台上 实现 客户端与现场仪器系统的数据交换，从而实现远程检测。 基于 风机性能远程测试系统的研究 3 2 虚拟仪器技术及相关知识 虚拟技术、计算机通信技术与网络技术是信息技术的重要组成部分，它们被称为 21 世纪 科学技术中的三大核心技术 。 虚拟 仪器 技术的出现大大 的 改变了 人们 现有的 工作模式 、思维 模式和生活模式。 拟仪器简述 1986 年， 美国国家仪器公司 (称 先提出来虚拟仪器 。 它 的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的 固有 模式。给用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间，用户 (而不是厂家 )可以根据自己的 需求 ，设计自己的仪器系统。虚拟仪器 中 的 “ 虚拟 ” 包括以下两方面：（ 1）虚拟仪器面板是虚拟的。虚拟仪器面板控件是与 实物 相似 的 “ 图标 ” ，用户 只需选用 和 软件程序 相似 的图形 “ 控件 ” ， 然后通过 计算机的鼠标来对其进行操作。（ 2）虚拟仪器测量功能 都是 由软件编程 来 实现 的 。 拟仪器系统的构成 任何测量系统都必须包含数据采集、数据分析和处理和数据显示和输出三个模块，虚拟仪器就是将这些模块用不同的硬件和软件来实现。 拟仪器的硬件 虚拟仪器测试系统的硬件 通常 包括传感器、信号采集 、 信号调理、等 I/O 接口设备和通用计算机。计算机一般是 或工作站，是 整个 硬件的核心，；传感器 则 是测试系统获取 外界 信息的 通道 ； I/O 接口设备 则 采集、放大、 A/D、 D/A 转换 被测信号 等。 拟仪器的软件 虚拟仪器系统的软件结构包含以下三部分： （ 1） I/0 接口软件：是最接近硬件的软件层 ， 存在于驱动程序 和硬件 之间，为硬件和驱动程序提供信息 交流。 （ 2） 驱动程序层：一般以动态链接库或静态库形式供应用程序调用 ，是 实现仪器控制的桥梁。驱动程序的实质是 一个较为抽象的操作函数集， 为用户提供仪器操作 。 （ 3） 应用程序开发环境： 是 虚拟仪器的核心 ，可以 完成测试系统数据的分析、计算、显示 和 输出等任务 。 表 2拟仪器与传统仪器的比较 传统仪器 虚拟仪器 仪器由厂商定义 用户自 己定义 硬件是关键 软件是关键 仪器功能规模固定 系统规模功能可通过软件增减修改 封闭的系统，与其他设备连接受限 基于计算机的开发系统，可方便的同外设，网络及其它应用程序连接 价格昂贵 价格低，可重复利用 技术更新慢（周期 5） 技术更新快（周期 1） 开发和维护费用高 软件结构大大节省了开发和维护费用 无锡太湖学院学士学位论文 4 拟仪器的特点 虚拟仪器是 基于 计算机技术 的 一种全新的仪器设计概念，它与传统仪器相比显示出了众多的优点 4。虚拟仪器与传统仪器的比较见表 2 虚拟仪器测试系 统 是 集控制、 测量 、 计算 为一体，各种自动测试工作都是在计算机参与下完成的。因此虚拟仪器的特点 可归纳为 6： （ 1） 在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能； （ 2） 仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的，突出 “ 软件就是仪器 ” 的新概念； （ 3） 仪器性能的改进和功能扩展只需进行软件的设计更新，不需要 重新 购买新的仪器； （ 4）研 发 周期比传统仪器 相比 大为缩短； （ 5）虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准； （ 6）虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同步发展，可与网络及其它周边设备互联，以便于构 成复杂的测试系统 ； （ 7） 性价比高。虚拟仪器的信号传送和数据处理几乎都是靠数字信号或软件来实现的，大大降低了系统误差 和 环境干扰和影响 ； 拟仪器的开发平台 向仪器与测控过程的图形化开发平台 验室虚拟仪器工程平台）的缩写，主要用于仪器控制、数据采集、数据分析等领域。它是一种基于图形编程语言 G 语言 (可视化开发平台 7。 （ 1） G 语言编程 常规的 C/C+等语言 相比 ， 它 具有语言的所有特性，如相似的程序调试工具 、 数据类型，以及模块化的编程特点等 ，二者的区别仅仅是编程方式不同 。但二者最大的区别是 用图形语言（各种图标、图形、连线等）以框图的形式编写程序。所以 ， 仅仅是一个功能较完整的软件开发环境，而是一种真正的编程语言，由于其独特的图形化编程方式，又被称为 G 语言 8。 （ 2）基于 虚拟仪器程序设计结构 序称为虚拟仪器程序（ 简称为 个 序 都由 三个主要部分 组成 ：前面板、框图程序、图标 /连接器。 前面板（ 虚拟程序 的交互式图形化用户界面， 目的是仿真传统仪器的前面板， 用于设置用户输入和显示程序输出。 框图程序（ 利用图形语言对前面板上的控制量和指示量进行控制，也是 为 G 语言的 主要 体现。 图标 /连接器（ 于把 义成一个子程序（ I）， 这种 子程序可以在 其它程序中加以调用，这使 以实现层次化、模块化编程。 特点 件的特点可归纳为以下几点 9： （ 1）图形化的仪器编程环境：使用 “ 所见即所得 ” 的可视化技术建立人机界面。 在 测控 基于 风机性能远程测试系统的研究 5 领域， 供了大量的仪器面板中的控制对象，用户还可以通过控制编辑器将控制对象修改成自己 喜欢的 个性特点的控制对象； （ 2）内置的程序编译器：它采用编译方式运行 32 位应用程序，解决了其他按解释方式工作的图形编程平台速度慢的问题； （ 3）并行机制：功能模 块 用图标表示 ，数据传递 用连线表示 ，使用 大多数人 熟悉的数据流程图式的语言编程，这样使得编程过程与思维 模式 非常相似； （ 4）灵活的程序调试手段：用户可以在源代码中设置断点、单步执行源代码、在源代码中的数据流连线上设置探针，观察程序运行过程中数据流的变化等； （ 5）支持多种系统平台：在 T/95， 系统平台上， 提供了相应版本的软件，并且平台之间开发的应用程序可直接进行移值； （ 6）强大的函数库：从基本的数学函数、字符串处理函数、数组运算函数和文件输入输出函数到高级的数字信号处理 函数和数值分析函数，可供用户直接调用； （ 7） 开放式的开发平台：提供 口和 点来使用户有能力在 台上使用其它软件平台编译的模块； （ 8） 网络功能：它支持 P， 功能。 章小结 本章首先介绍了虚拟仪器的概念，进而对虚拟仪器系统的软硬件组成及其虚拟仪器开发平台 行了详细的阐述和讨论，对传统仪器和虚拟仪器的优缺点进行比较，总结出了 虚拟仪器的特点。 无锡太湖学院学士学位论文 6 3 风机性能试验的原理 机性能试 验概述 机性能试验的原理和方法 风机 工作过程 总是 离不开 管网 的 ，气体在风机中获得外功时，其压力与流量之间的关系是 根据与 风机的性能曲线变化的。而当气体通过管网时，其全压 流量（ 系 随 管网的性能曲线 变化而变化。因此，总结出 风机的性能与管网的性能之间必须有 以下 关系： （ 1）通过风机 气体流量 与管网的气体流量 肯定 完全相等； （ 2）风机所产生的全压的一部分 压力 用于克服管网中的阻力 H， 我们称之为静压 余部分 则在 气流从管网出口 时消耗，我们称之为 动压 机的全压 P 则 等于管网的总阻力 消耗的加上 管网 出口 时 损失 的 ，即 P=H+ 风机压力与管网阻力之间的关系。要满足上述要求，整个装置 试验条件 只能在风机 线与管网性能曲线的交点 处 A 上运行。在 A 点 处 ，两者的流量 相等 的 ， 阻力 H 与 静压力 也 是 相等 的，我们把 A 点称为工况点。工况点 的位置 是由 管网性能曲线 与风机静压曲线的交点来决定的，当管网性能曲线变为 H、 H时 ， 工况点也 会 随之改变，若风机的压力曲线不变，工况点就 会 沿着压力曲线移动至 A、 A。风机性能测试 就是 基于这一原理， 在 风机的转速 不变时 ，调节排气节流阀的开度，改变管网特性曲线、 改变工况点，从而改变了风机的流量等参数，在各个对应的工况点下测定该风机的 动压 、 静 压、 轴功率 、 电机转速 等参数， 再 通过计算得到各工况点的效率，进而绘制风机的性能曲线，包流量 静压（ 线 、 流量 功率（ 线、流量 效率（ 线、流量 全压曲线（ 等，对 风机在一定转速下的性能标定 进行控制 。 图 机压力和管网阻力的关系 由于风机内部流体运动 规律相当复杂 ，至今 我们 还不能 靠 理论的方法 准确 计算出它的各种损失，因而不能准确的计算出 风机的各 性能参数，所以用计算的方法得到的 风机 性能曲线与 实际 的 性能曲线 有着 较大差异。特别对于非设计工况，计算值与实际值的误差就更大。因此， 我们要通过试验确定风机工作性能参数，从而 确定工作风机的工作性能曲线，从而确定 基于 风机性能远程测试系统的研究 7 风机的工作范围，以便向用户提供高效率的风机。 机的性能参数 风机主要性能参数有流量、全压、功率、转速及效率等。 （ 1）流量：单位时间内风机所输送的流体量称为为流量，也称为风量。常用体积流量 单位为 “ ” 或 “ ” 。 （ 2）全压：单位体积的气体在风机内所获得的能量称为全压，也称为风压。常用 P 表示，单位为 （ 3）轴功率：原动机传递给风机转轴上的功率，即为输入功率，又称为轴功率，常用位为 （ 4）有效功率：单位时间内通过风机的气体所获得的总能量称为有效功率，常用位 （ 5）效率：风机输入功率不可能全部传给被输送气体，其中 肯定 一部分 的 能量损失，被输送的气体实际得到的功率比原动机传递至风机轴端的功率要小，风机有效功率与轴功率之比称为风机效率。常以 表示。风机全压效率可达 90。风机效率越高，则气体从风机中得到的能量有效部分就越大，经济性就越高。 （ 6） 转速：风机轴每分钟的转速称为转速，常以 n 表示，单位为 r/ 机的性能曲线 由于理论计算得不到 准确的风机 特性曲线，因此， 在 实际应用上，都采用试验方法绘制。由 试验得到风机的性能参数绘制风机的性能曲线为风机性能测试的最终结果 。 机性能试验 本文 用风机空气动力特性试验的方法，求得风机 温度 、 压力 、 流量 、 湿度 、 转速 及 功率等参数。 区别于 传统的风机性能参数的 人工 测量，本课题采用以计算机为核心，配以自动化程度较高的测试传感器件组成测试系统。 机性能测试的环境参数 风机性能测试的标准环境参数如下： 空气温度： t =20 绝对压力： P =0350% 气体密度： 3/2.1 气体常数： 本系统采用以上标准环境参数进行设计。 机性能测试中的结构参数 风机出口面积： 22 7 6 8 0 03 2 02 4 0 风管直径： 80 节流装置的开孔直径： 40 风机叶轮外径： 002 无锡太湖学院学士学位论文 8 孔板与风管直径比： 孔板流量系数： 在本测试中，我们设定管道气流的雷诺数65 1010 根据结构参数可知： , 0 0 050 所以选取孔板流量系数 和气体膨胀系数 ，根据本试验的布置，本系统中 ， 。 机性能试验装置的方案及选用 风机的性能试验装置，是由 节流器 、整流器和 风管 等部件组成。这些部件必须 保证 风机在任何工作情况下，气流流动稳定， 不会 出现涡流。 风机性能试验装置分为风室式和风管式两类 10。风室式试验装置由流量风室、测试管路 、辅助通风机、 整流器 和 流量编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相 关 资 料 题目： 基于 风机性能 远程测试系统的研究 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923109 学生姓名： 吴文进 指导教师： 陈浩 （职称 ： 高工 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文）开题报告 二、毕业设计（论文） 外文资料翻译及原文 三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开 题 报 告 题目： 基于 风机性能 远程测试系统的研究 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923109 学生姓名： 吴文进 指导教师： 陈浩 （职称： 高工 ） （ 职称： ） 2012年 11月 20日 课题来源 参考一些网络资料，文献资料，与指导老师商榷，最终从学校给定的课题中选定这一课题。 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） （ 1） 课题科学意义 评判 风机的性能 主要反应出三方面： 产品质量 的提高 、工作效率 的提高 和工作质量 保证 。校验产品 的 气动性能 能否 达到设计要求 、 出厂 的 风机性能 能否 达到样本数据的 要求 、 改造后的风机是否能达到性能指标都需要进行性能测试。性能测试也是诊断故障的前提。 为了 人们能 正确使用风机 ， 我们 必须了解 风机工作时 输送流量、产生全压、所需功率及效率这些参数 之 间的相互关系。 但 由于风机理论至今 尚未 完善，所以大部分 依赖于 状态试验获取 风机状态参数 。 长期以来，我国的风机测试 技术 比较落后，主要以手动操作试验过程、手工 测量 试验数据、手工绘制 数据 曲线为主，存在 劳动强度大、测量精度低、 测量手段落后等缺点 。然 而 ， 现代风机性能测试正 迅速 从传统人工测试向自动化测试转变。计算机技术与测试仪器技术 的 结合， 使得人类研发 出了一种新的测试仪器 虚拟仪器 。 由此， 本文提出了利用 司开发软件 建风机性能远程测试系 统的方案。 （ 2） 风机性能远程测试的 研究状况及其发展前景 风机性能测试是一项指挥协调较困难，技术性强又较繁杂的工作。传统手工测量的方法，其结果的准确性和可靠性难以保证。将虚拟仪器技术和计算机技术相结合，为风机性能测试的研究提供了一种新途径，特别是对一些风机作为生产关键设备的企业有着重要的意义，同时也为高校试验和科研单位提供了研究思路。 虚拟仪器正在继续迅速发展。它可以取代测量技术传统领域的各类仪器。虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性与经济性，因而特别适应于当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化 所提出的更高更新的测量课题和测量需求。 网络化虚拟仪器是 术融入到测控领域的新兴产物，代表了仪器仪表的发展方向，也是虚拟仪器技术在网络化方面的一大发展。它体系结构复杂，涉及的学科多、内容广，还有大量的理论和技术问题需要解决和再研究。 作者认为风机性能远程测试还可以往以下几方面继续研究： （ 1）研究系统的在线实时监控性能，能够检测出系统的硬件故障； （ 2）根据网络化虚拟仪器数据存储需要，开发 据库写入与访问技术； （ 3）研究 B/S 模式的远程测试系统，克服 C/S 的缺点； （ 4）研究网络化虚拟仪器在应用中的网络安全问题，保证在网络上的传输数据不被第三方窜改、截获。 研究内容 整个系统的执行功能上，规划出风机状态测试系统整体设计方案。 机工况调节、系统测试的方法和原理、传感器的选用做出了详细的介绍和选择。 制出 虚拟测试系统的结构，并 对 虚拟仪器测试系统的主要功能及其设计流程做了说明，并对系统的总体框架进行介绍，根据系统架构及其模块化的系统功能，设计了系统的主界面。 拟采取的研究方 法、技术路线、实验方案及可行性分析 （ 1） 实验方案 本文开发的是一套远程虚拟检测系统，主要通过测量风机的各个性能参数，对试验数据分析、处理等，并且 用最小二乘法 拟合出风机的性能曲线。从系统的硬件构成上看，系统主要有风机及配套设备、信号检测设备、数据采集单元和计算机等。从虚拟仪器系统的组成结构上看，本系统是一个典型的虚拟仪器数据采集系统，采用了数据采集卡，根据系统测试要求配合必要的传感器和信号调理电路来实现数据的采集。传感器检测风机的各个性能参数，检测信号经信号调理电路放大、滤波、整形等处理，然后通过 的 A/D 转换等处理，送入计算机利用 程来实现系统功能，最后通过网络传输数据，以实现数据共享，达到远程检测的目的。 （ 2）研究方法 与通风机状态表相比，风机状态曲线更能 连续、 全面地反映其状态特性 。 本文是用控制变量法和试验法测得风机流量、全压、功率等参数并用最小二乘法拟合出风机状态曲线。 利用 块化、层次化及图形化的特点，将系统功能划分为选项设置、信号采集与控制、数据处理、试验数据读取和显示等模块，将这几个模块分别编程作为 I，最后将各个功能模块组合起来，在主界面中调用这些 I，从而完成系统的功能要求。 研究计划及预期成果 研究计划： 2012 年 11 月 12 日 12 月 2 日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。 2012 年 12 月 3 日 1 月 20 日：填写毕业实习报告。 2012 年 1 月 21 日 3 月 1 日：按照要求修改毕业设计开题报告。 2013 年 3 月 2 日 3 月 8 日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。 2013 年 3 月 9 日 3 月 30 日： 系统的整体方案的确立 。 2013 年 4 月 1 日 4 月 15 日： 风机性 能试试验的原理和相关计算。 2013 年 4 月 16 日 4 月 30 日 ：采集系统设计以及风机远程测试系统的操作过程的实施。 2013 年 5 月 1 日 5 月 21 日：毕业论文撰写和修改工作。 预期成果： 软件采用 发平台，通过编写程序来实现信号的采集、分析、显示及存储等；系统采用模块化设计思想，针对风机性能测试的特点和系统软件总体设计，分模块设计各个程序作为 I，根据各个程序之间的功能关系进行调用，从而实现了信号采集的实时显示、存储等功能 。利用 网络功能实现了信 号采集的远程显示和结果输出，充分发挥了 拟仪器设计速度快、方便、可扩展性高的优点，增加了测试过程的稳定性，避免人为的读数误差、计算误差以及相关数据不能同时记录所引起的测试结果的偏差，提高了试验精和试验效率 。 特色或创新之处 使用 图形化开发平台“ 行 数据采集和分析 ，效果明显，方便 实验者操作 ，能够直观判断实验结果。 采用固定某些参量、改变某些参量来研究问题的方法，思路清晰，简洁明了，行之有效。 已具备的条件和尚需解决的问题 实验方案思路已经非常明确，已经具备 风 机测试试验的计算和处理能力，深刻理解数据模块化 方面的知识。 在 台上的 编程的能力尚需加强。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 英文原文 on In of of in in I)a in is in in in of to he of an of of is of is is or by so to of an on VI in of of to by I, a to It is at to In a to of is to to or of As a in is in in in of to 2 of of is of of of is AQ an in AQ A/D of as A/D & D/A AQ 00 ks/s, 126 be up is 024E as as 420 , by S ), % . 3% 20 To AQ 0 5 V 20 mA by an is 024E, 05 V is 50 Hz C to of is by is of ( of is , in of of of is of is To as of to of in 3 of in to to of on to of of to of of is as is of is is is of it of is d is is of of is as is to of is is is to of to is in of is as x,y,n,z,of is to of x,y) it of be of he is VI is an , VI on of 8 in (1) in in (2) in 3) is as of in (4) in be in on be (5) or of in (6) to or in a be (7) a is to (8) on is of In as of of of in is 4 of 4in As is of is on at of 5 be in of of be at As a an of is It of 中文译文 基于虚拟仪器技术的风机性能自动测试系统 摘 要 ： 我国风机性能检测多以手工为主 ， 存在试验手段落后 ， 劳动量大和测试结果不准确等缺点 ,采用先进的虚拟仪器技术 ， 将传感器技术、计算机技术和测试技术结合起来 ，建立了基于虚拟仪器技术的风机性能自动测试系统 ， 实现了试验数据的自动采集、风机转速的自动调节、风机运行工况的自动控制、试验数据的正确处理及性能曲线的自动绘制。整个系统具有界面友好、操作方便、功能齐全等优点。试验结果表明本系统增加了试验过程的稳定性 ， 避免了人为的读数误差、计算误差以及相关数据不能同时记录所引起的试验结果偏差 ，提高了测试精度和试验效率。可广泛应用于科研院所和风机生产厂家 ， 具有较高的推广应用价值。 关键词 ： 风机 ； 性能试验 ； 自动测试 ； 虚拟仪器 ； 数据处理 1 介绍 流量，压力，功率和效率 等参数 不仅决定 工作绩效， 也决定了工业生产的正常运作 。由于风机理论不够完善， 大部分依赖于状态试验 获取这些参数。此外，测试最重要的是检验产品和创新设计产品。在中国，传统的风机性能测试是经常 手动操作传统仪器从而获取参数 ，其中有许多不足，包括：精度 不高、 劳动强度 大、 不完善 的用户界面，等等。 因此，根据用户的需求 和 现代时代实验技术 的发展 ，自动测试及分析风机性能 系统应运而生 。组合传感器技术，计算机技术和测试技术，虚拟仪器仪表技术 的结合 使得 人们可以用最普遍的方法使用智能 测试仪器 ，彻底打破传统技术由制造商制定用户不能改变的 的模式 。与此同 时 ， 给 用户提供了一个空间，以发挥他们的能力和想象力不足。它是用户，而不是制造商，他们根据个人需要，他们可以设计自己的仪器系统。在虚拟仪器系统，硬件只是提供了一个解决方案，以输入和输出的信号 为主的 软件是整个系统的关键。任何用户可以根据需要修改软件，增加或减少软件 的 功能和软件的仪器系统。 因此，该系统不仅可以自动 采集、 加工 、 试验数据，并以适当的形式显示最后结果，而且也控制和调整不同的工作负载。整个系统是具有完善的界面，易操作，并很好地完成功能。实验结果表明，稳定性试验过程中增加了，读数误差是可以避免和测量精度和 实验效率得到了改善。该系统已广泛地应用于许多范生产厂家和科研单位。 2 硬件系统的设计 硬件 是 这个系统 的 基础。包括风扇，电机，风管，传感器，计算机，数据采集板，频率转换 器 等。 虚拟仪器测试系统的硬件通常包括传感器、信号采集、信号调理、等 I/O 接口设备和通用计算机。计算机一般是 或工作站，是整个硬件的核心，；传感器则是测试系统获取外界信息的通道； I/O 接口设备则采集、放大、 A/D、 D/A 转换被测信号等。 取数据的方法是通过对 I/O 接口设备的驱动完成的。虚拟仪器系统中， I/集板。通过数据采集板获取数据在虚拟仪器中又称为 据采集 )式仪器。 数据采集板作为仪器系统硬件的主要组成部分，是外界电信号与 之间的桥梁。它不仅具有信号传输的功能，还具有信号转换和译码的功能。 风机工况调节的过程：由 上的脉冲输出口输出脉冲信号加于数字电路板，控制步进电机的步进角度、正反转及步进速度；数字电路板用于脉冲分配和步进电机的驱动；将减速器加于步进电机与旋 转挡板之间，用于防止风机运行过程中由于风力过大使挡板产生转动。通过编程，控制脉冲信号的个数 和正反转信号，当用户发出指令改变风机运转工况时，通过 输出电压信号，此电压信号再经过电路转换，驱动步进电机使其转过设定的角度，控制旋转挡板的转动，这样就实现风机由工况 1 到工况 10 的调节，从而实现了流量的调节 . 该部件的工作状况制定，这是由作者设计制定的，是旋转挡板结构组成的轮挡板 、 联轴器 、 齿轮和步进电机等（参见图 1）， 这种结构不仅可以实现自动控制，而且也有小而灵活的优点。 为实现风管进口气流流量的调节，即风机工况的调节，本系统设计一旋转挡板装置。旋转挡板的结构简图如图 1 所示。在风管进口处安装一圆 形挡板，步进电机通过减速器带动圆形挡板的转动，实现挡板与风管进口处孔隙的变化，即实现流量的变化。风机工况调节的过程：由 上的脉冲输出口输出脉冲信号加于数字电路板，控制步进电机的步进角度、正反转及步进速度；数字电路板用于脉冲分配和步进电机的驱动；将减速