礦用空氣壓縮機性能測試系統設計

【摘 要】該設計是為實現對空壓機性能的在線測試。設計主要包括傳感器、數據采集卡和調理電路，并對所采集數據經過調理后傳輸到工控機進行處理。該設計能實現空壓機的快速準確測試，并能實現被測參數在人機對話界面中的實時數字顯示、性能曲線顯示及生成數字報表等功能，便于工程技術人員使用。

【關鍵詞】空壓機；虛擬儀器；性能檢測

0 引言

煤礦中廣泛使用著各種風動機械及風動工具，如采掘工作面的風鎬、鑿巖機、鑿巖臺車、風動裝巖機、混凝土噴射機；鑿井使用的氣動抓巖機、環行及傘形吊架；地面使用的鍛纖機、空氣錘等，這些生產工具的動力主要由空壓機提供。因此，空壓機的運行狀況直接關系到礦山安全和作業的能力、效率。由于空氣壓縮機工作過程復雜，工作環境差，因而常頻發故障，為有效克服空氣壓縮機頻發故障對生產過程的影響，建立空氣壓縮機的檢測與控制系統顯得尤為重要。

空壓機性能和工作狀態包括壓力、流量、溫度、轉速及設備的振動等。其中最重要的是壓力參數，包括壓縮機的各級進排氣壓力及潤滑油的壓力等；溫度也是一個重要的參數，有冷卻系統、潤滑系統、排氣溫度、潤滑油溫度等。

傳統的測試方法是使用各個分離儀器對空壓機的參數進行測量，再由人工從各自獨立的儀表上讀出被測參數，然后再進行一系列的運算，得出空壓機的性能參數，這樣不但工況調整慢，而且穩定性差，并且采用的設備數量多，體積龐大復雜，這給經常性定期地進行空壓機效率測量并且及時發現空壓機功能存在的問題帶來了不便。

采用虛擬儀器監測系統，對壓縮機參數實施在線監測，為設備故障判斷提供可靠依據，與傳統測試儀器相比，無論是智能化程度、數據處理能力、性價比還是靈活性、可操作性方面均有較大的提高，是空壓機的科學管理和節能的必備環節。

1 系統組成

系統硬件基本結構由傳感器、信號調理電路、數據采集、接口電路、計算機等構成。該系統硬件構成方式，如圖1所示：

開發測試分析軟件。應用軟件是建立在儀器驅動程序之上，直接面對操作用戶，通過提供直觀友好的測控操作界面、豐富的數據分析與處理功能，來完成自動測試任務。以虛擬儀器技術為基礎，研究確定了基于軟件算法的排氣壓力、排氣溫度、流量、轉速、功率等主要參數的測試方法。軟件設計流程，如圖2所示（以排氣壓力為例）：

該測試系統較大限度地降低了設計成本，增強了系統的功能與靈活性。系統的主要功能有：

（1）對溫度、流量、壓力、功率的檢測

（2）顯示檢測狀態，檢測數據以及檢測的波形

（3）可實現索引存儲

（4）數據報表顯示

（5）現場提供檢測報告

2 軟面板設計

該礦用空壓機測試系統主要用于煤礦空壓機，要求對空壓機各參數作出較為合理的評價，并對所采集到的數據及波形，進行時實地分類與保存，還可以根據需要作出一份較為詳細的空壓機檢測報告。

虛擬儀器是計算機技術介入儀器領域所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類。從構成和功能上來說，虛擬儀器就是利用現有的計算機，配上相應的硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的高檔低價的新型儀器。從使用上來說，虛擬儀器利用強大的圖形化開發環境，建立直觀、靈活、快捷的虛擬儀器面板，可以有效地提高儀器的使用效率。虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數據采集系統，其軟面板設計應遵循直觀、人機互動性強、操作簡單、使用方便、繼承傳統儀器面板風格的思想，從實用的角度入手，盡量和空壓機性能測試工況結合起來，既能幫助檢測人員快速完成檢測任務，又不至于在井下惡劣的環境中出現操作失誤。

在系統前面板上不僅可以觀察到各測量信號的波形變化而且還可以更形象的同步觀察到數據的變化情況。軟面板界面設計如圖3所示。

主要包括三個區域：（1）參數設置；（2）運行參數；（3）排氣效率、排氣量、溫度、壓力等測試曲線顯示。

（1）參數設置。各項參數的具體內容由檢測人員輸入，這些參數設置將作為測試數據是否合格的依據，并將測試結果在數據庫中存儲或在報表中顯示。

（2）運行參數的實時顯示區。主要包括潤滑油溫度和壓力，排氣溫度和壓力，冷卻水溫度，排氣量及排氣效率。在實際運行程序并進行檢測時，這一區域的數據來源是由置于空壓機不同部位的傳感器獲取的信號，先后經調理電路、數據采集卡，把數據輸送到計算機的。

下面的“啟動”，“停止”，“回顯”及“清零”按鈕，實現對測試過程的控制。“啟動”按鈕用于系統初始化后啟動測試程序，“回顯”按鈕用于歷史數據的顯示，“清零”按鈕是清除當前頁面顯示數據，以顯示最新的測試數據。按“停止”按鈕，系統就會停止測試，整個操作過程簡單方便。

（3）實時數據顯示器。

將測試得到的數據，以“溫度曲線”、“壓力曲線”、“排氣量曲線”和“排氣效率曲線”的形式顯示。根據采集到的數據，進行處理計算和實時顯示，以使工作人員掌握空壓機工作狀態的變化。

3 結束語

本系統用于煤礦空壓機的檢測，對空壓機各參數作出較為合理的評價，并對所采集到的數據及波形，進行時實地分類與保存，還可以根據需要作出一份較為詳細的測試報告。在系統前面板上不僅可以觀察到各測量信號的波形變化而且還可以更形象的同步觀察到數據的變化情況，實現了對空氣壓縮機的工作狀態和性能的測試，使工作人員能夠準確掌握空氣壓縮機實時工作狀態，提高了空氣壓縮機工作的可靠性，保證企業生產安全與穩定。

【參考文獻】

[1]于修，等.礦山大型固定設備技術測試[M].徐州：中國礦業大學出版社，1995.

[2]李劍峰.礦山空氣壓縮機的研究與應用實踐[J].裝備論壇，2012.

[責任編輯：丁艷]