论文部分内容阅读
摘要：本文结合笔者多年的工作经验，研制了一套行之有效的压缩机安全性能测试装置。该装置能对机械压缩主要安全性能指标进行准确检测，已经在国内多家压缩机骨干生产企业和部分压缩机用户企业得到应用，为准确地评价压缩机安全性能提供了有效手段。
关键词：压缩机；安全性能；PLC
压缩机是一种工业生产中广泛使用的机械设备。这种机械依靠在气缸内作往复运动的活塞或作旋转运转的转子的作用，使吸入气体的体积缩小而提高压力，以满足生产需要。这种产品的结构比较复杂，除机械、电气部分外，还有气、油、水等多种回路。为了保证和提高压缩机的质量，对其性能进行测试是一个不可缺少的环节。但是到目前为止，这项工作基本上是以手工为主进行的。因此，工作效率低、劳动条件差，测试结果的可靠性、准确性也不高。少数单位开发了自动测试系统，不过，并没有很好地用上去，或者，测点少，功能不强。
一、总体结构功能分析
本文介绍的测试系统由带有PCI 总线的工业控制计算机、NI公司的LabVIEW软件、1 块DAQ 采集卡、9 块SCXI 调理卡（ 1 块SCXI-1121、7 块SCXI-1125、1 块SCXI-1162）、1 台12 槽机箱SCXI-1001 和温度、压力、流量变送器等构成）。在计算机的控制之下，按照国标《一般用容积式空气压缩机性能试验方法》（GB3853）的规定，测定单级和两级压缩的压缩机性能，绘制特性曲线，打印试验报告。测试系统采集的参数有：吸气温度、压力；排气温度、压力；压缩机转速、轴功率；强电系统的电压、电流、功率；冷却水的温度、压力、流量；供油系统的压力、温度等。与此同时，测试系统还通过输出控制电路对机组的工作状态进行控制。
二、PLC控制系统的设计
（一）硬件选型
该测试系统选用西门子SIMATICS7—300型PLC，采用313C型CPU。该CPU的特点是自带输入输出模块，包括24点数字量输入、16点数字量输出、5点模拟量输入、2点模拟量输出，使用相当方便。CPU工作内存为32KB，扫描速度为0.1ms/1000指令行，速度快，可靠性高。同时体积小，扩展性强，使用灵活。同时选用西门子170B型操作面板。该操作面板包括液晶显示屏和若干功能键，在系统中实现上位机功能。PLC电源选用西门子Ps3075A电源，为24VDC。
（二）输入输出配置
根据控制流程要求，CPU313C自带的输入输出模块已经足够，无须再添加单独的输入输出模块。该测试系统共有3点数字量输入，13点数字量输出，3点模拟量输入，1点模拟量输出。（1）数字量输入：包括2个控制按钮信号（开始、结束）和模式转換开关信号。（2）数字量输出：包括8个气动截止阀、变频电机、真空泵、注油泵和离合器的开关信号，以及声光报警信号。（3）模拟量输入：包括真空度、压力和电机电流3个模拟信号。信号来自相应的变送器，均为4～20mA电流信号。（4）模拟量输出：变频电机转速设定值，为4—20mA电流信号，输出到变频器控制电机转速。
（三）操作面板组态
利用Pro Tool组态软件对操作面板进行组态。组态的主体为画面，画面由动态组件组成，包括图形列表、文本列表、输出域等。画面通过变量与PLC进行通讯。组态中定义的变量均为全局变量，它们带有PLC链接，在PLC上占据一个定义的存储器（数据块）地址，从操作面板与PLC上都可以对其进行读与写访问。由此画面上的各动态组件通过设置相应的变量，就能使PLC数据块中的当前值可视化，从而在画面上实时显示测试进程。同时通过操作面板可以调整PLC数据块中的测试参数。
三、试验流程和程序
测试压缩机性能的程序用LabVIEW图形化编程环境编制，利用它的模块化、层次化结构，工程技术人员在几周内即可构成或基本构成要求的测试系统。这种解决方案直观、简单易学，使用起来也不复杂。在本系统中，测试程序大致由试验管理模块、数据采集模块、输出控制模块、数据处理模块、显示模块、文件管理模块和报警模块等构成。软件程序借助于DAQ卡采集被测量和控制试验的进行。利用键盘、鼠标和显示器（图形化软面板）等进行人机对话。软件的主要功能与试验流程相对应：运行试验管理模块，按照试验要求和GB3853 标准等规定，输入试验的类型、试验的项目、额定参数、规定的工况参数、试验条件和硬件配置等。运行采集和控制等模块，起动机组预运转，扫描轴承、机壳等部位的温度，考核零部件的配合情况，判断机组能否平稳运行。机组能平稳运行则转入下一步，按GB3853 的要求，将运转参数，如冷却水温、总压力比、主轴转速等，调整（测量、计算、比较、调整）到允许的波动范围之内。在规定的工况下，测量吸排气温度、压力，冷却水温度、压力，油系统温度、压力、压缩机转速与轴扭矩等。进行常规性能测试，处理测得的数据和显示测试结果。调节阀门的开度和主轴转速等，进行超温、最高许可转速、最高许可压力等试验。考核机组能否可靠运转。压缩机试验期间，测试系统不断对其转速、压缩比、排气温度和油温等进行监控，发现越限则立即调用报警模块报警和强行停车。上述以LabVIEW 等实现的系统既可用于产品出厂检验，又可用于型式试验；既可用于测点较少的小型产品测试，又可用于测点较多的机组性能测试。
四、结束语
综上所述，本检测装置在行业中有较高的推广价值。若在硬件中增加新的插卡/机箱，在软件中增加新的功能模块，测试系统的功能还可进一步扩展。如，将测点扩展到几百点，或同时测试多台机组的性能；扩大系统的输出控制功能；分析测得的数据，提出产品改进意见或方案；在企业内部或企业间通信，协同工作，共享有关数据等。
参考文献：
[1]王劲柏.变工况条件下热力膨胀阀节流特性分析[J].制冷与空调，2015.
[2]张扬.JB3350-83机械压缩机安全技术条件[J].企业文化，2016.
关键词：压缩机；安全性能；PLC
压缩机是一种工业生产中广泛使用的机械设备。这种机械依靠在气缸内作往复运动的活塞或作旋转运转的转子的作用，使吸入气体的体积缩小而提高压力，以满足生产需要。这种产品的结构比较复杂，除机械、电气部分外，还有气、油、水等多种回路。为了保证和提高压缩机的质量，对其性能进行测试是一个不可缺少的环节。但是到目前为止，这项工作基本上是以手工为主进行的。因此，工作效率低、劳动条件差，测试结果的可靠性、准确性也不高。少数单位开发了自动测试系统，不过，并没有很好地用上去，或者，测点少，功能不强。
一、总体结构功能分析
本文介绍的测试系统由带有PCI 总线的工业控制计算机、NI公司的LabVIEW软件、1 块DAQ 采集卡、9 块SCXI 调理卡（ 1 块SCXI-1121、7 块SCXI-1125、1 块SCXI-1162）、1 台12 槽机箱SCXI-1001 和温度、压力、流量变送器等构成）。在计算机的控制之下，按照国标《一般用容积式空气压缩机性能试验方法》（GB3853）的规定，测定单级和两级压缩的压缩机性能，绘制特性曲线，打印试验报告。测试系统采集的参数有：吸气温度、压力；排气温度、压力；压缩机转速、轴功率；强电系统的电压、电流、功率；冷却水的温度、压力、流量；供油系统的压力、温度等。与此同时，测试系统还通过输出控制电路对机组的工作状态进行控制。
二、PLC控制系统的设计
（一）硬件选型
该测试系统选用西门子SIMATICS7—300型PLC，采用313C型CPU。该CPU的特点是自带输入输出模块，包括24点数字量输入、16点数字量输出、5点模拟量输入、2点模拟量输出，使用相当方便。CPU工作内存为32KB，扫描速度为0.1ms/1000指令行，速度快，可靠性高。同时体积小，扩展性强，使用灵活。同时选用西门子170B型操作面板。该操作面板包括液晶显示屏和若干功能键，在系统中实现上位机功能。PLC电源选用西门子Ps3075A电源，为24VDC。
（二）输入输出配置
根据控制流程要求，CPU313C自带的输入输出模块已经足够，无须再添加单独的输入输出模块。该测试系统共有3点数字量输入，13点数字量输出，3点模拟量输入，1点模拟量输出。（1）数字量输入：包括2个控制按钮信号（开始、结束）和模式转換开关信号。（2）数字量输出：包括8个气动截止阀、变频电机、真空泵、注油泵和离合器的开关信号，以及声光报警信号。（3）模拟量输入：包括真空度、压力和电机电流3个模拟信号。信号来自相应的变送器，均为4～20mA电流信号。（4）模拟量输出：变频电机转速设定值，为4—20mA电流信号，输出到变频器控制电机转速。
（三）操作面板组态
利用Pro Tool组态软件对操作面板进行组态。组态的主体为画面，画面由动态组件组成，包括图形列表、文本列表、输出域等。画面通过变量与PLC进行通讯。组态中定义的变量均为全局变量，它们带有PLC链接，在PLC上占据一个定义的存储器（数据块）地址，从操作面板与PLC上都可以对其进行读与写访问。由此画面上的各动态组件通过设置相应的变量，就能使PLC数据块中的当前值可视化，从而在画面上实时显示测试进程。同时通过操作面板可以调整PLC数据块中的测试参数。
三、试验流程和程序
测试压缩机性能的程序用LabVIEW图形化编程环境编制，利用它的模块化、层次化结构，工程技术人员在几周内即可构成或基本构成要求的测试系统。这种解决方案直观、简单易学，使用起来也不复杂。在本系统中，测试程序大致由试验管理模块、数据采集模块、输出控制模块、数据处理模块、显示模块、文件管理模块和报警模块等构成。软件程序借助于DAQ卡采集被测量和控制试验的进行。利用键盘、鼠标和显示器（图形化软面板）等进行人机对话。软件的主要功能与试验流程相对应：运行试验管理模块，按照试验要求和GB3853 标准等规定，输入试验的类型、试验的项目、额定参数、规定的工况参数、试验条件和硬件配置等。运行采集和控制等模块，起动机组预运转，扫描轴承、机壳等部位的温度，考核零部件的配合情况，判断机组能否平稳运行。机组能平稳运行则转入下一步，按GB3853 的要求，将运转参数，如冷却水温、总压力比、主轴转速等，调整（测量、计算、比较、调整）到允许的波动范围之内。在规定的工况下，测量吸排气温度、压力，冷却水温度、压力，油系统温度、压力、压缩机转速与轴扭矩等。进行常规性能测试，处理测得的数据和显示测试结果。调节阀门的开度和主轴转速等，进行超温、最高许可转速、最高许可压力等试验。考核机组能否可靠运转。压缩机试验期间，测试系统不断对其转速、压缩比、排气温度和油温等进行监控，发现越限则立即调用报警模块报警和强行停车。上述以LabVIEW 等实现的系统既可用于产品出厂检验，又可用于型式试验；既可用于测点较少的小型产品测试，又可用于测点较多的机组性能测试。
四、结束语
综上所述，本检测装置在行业中有较高的推广价值。若在硬件中增加新的插卡/机箱，在软件中增加新的功能模块，测试系统的功能还可进一步扩展。如，将测点扩展到几百点，或同时测试多台机组的性能；扩大系统的输出控制功能；分析测得的数据，提出产品改进意见或方案；在企业内部或企业间通信，协同工作，共享有关数据等。
参考文献：
[1]王劲柏.变工况条件下热力膨胀阀节流特性分析[J].制冷与空调，2015.
[2]张扬.JB3350-83机械压缩机安全技术条件[J].企业文化，2016.