礦用空氣壓縮機(jī)性能測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘 要】該設(shè)計(jì)是為實(shí)現(xiàn)對空壓機(jī)性能的在線測試。設(shè)計(jì)主要包括傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和調(diào)理電路，并對所采集數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)理后傳輸?shù)焦た貦C(jī)進(jìn)行處理。該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的快速準(zhǔn)確測試，并能實(shí)現(xiàn)被測參數(shù)在人機(jī)對話界面中的實(shí)時(shí)數(shù)字顯示、性能曲線顯示及生成數(shù)字報(bào)表等功能，便于工程技術(shù)人員使用。

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī)；虛擬儀器；性能檢測

0 引言

煤礦中廣泛使用著各種風(fēng)動機(jī)械及風(fēng)動工具，如采掘工作面的風(fēng)鎬、鑿巖機(jī)、鑿巖臺車、風(fēng)動裝巖機(jī)、混凝土噴射機(jī)；鑿井使用的氣動抓巖機(jī)、環(huán)行及傘形吊架；地面使用的鍛纖機(jī)、空氣錘等，這些生產(chǎn)工具的動力主要由空壓機(jī)提供。因此，空壓機(jī)的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到礦山安全和作業(yè)的能力、效率。由于空氣壓縮機(jī)工作過程復(fù)雜，工作環(huán)境差，因而常頻發(fā)故障，為有效克服空氣壓縮機(jī)頻發(fā)故障對生產(chǎn)過程的影響，建立空氣壓縮機(jī)的檢測與控制系統(tǒng)顯得尤為重要。

空壓機(jī)性能和工作狀態(tài)包括壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速及設(shè)備的振動等。其中最重要的是壓力參數(shù)，包括壓縮機(jī)的各級進(jìn)排氣壓力及潤滑油的壓力等；溫度也是一個(gè)重要的參數(shù)，有冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排氣溫度、潤滑油溫度等。

傳統(tǒng)的測試方法是使用各個(gè)分離儀器對空壓機(jī)的參數(shù)進(jìn)行測量，再由人工從各自獨(dú)立的儀表上讀出被測參數(shù)，然后再進(jìn)行一系列的運(yùn)算，得出空壓機(jī)的性能參數(shù)，這樣不但工況調(diào)整慢，而且穩(wěn)定性差，并且采用的設(shè)備數(shù)量多，體積龐大復(fù)雜，這給經(jīng)常性定期地進(jìn)行空壓機(jī)效率測量并且及時(shí)發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)功能存在的問題帶來了不便。

采用虛擬儀器監(jiān)測系統(tǒng)，對壓縮機(jī)參數(shù)實(shí)施在線監(jiān)測，為設(shè)備故障判斷提供可靠依據(jù)，與傳統(tǒng)測試儀器相比，無論是智能化程度、數(shù)據(jù)處理能力、性價(jià)比還是靈活性、可操作性方面均有較大的提高，是空壓機(jī)的科學(xué)管理和節(jié)能的必備環(huán)節(jié)。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)由傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集、接口電路、計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。該系統(tǒng)硬件構(gòu)成方式，如圖1所示：

開發(fā)測試分析軟件。應(yīng)用軟件是建立在儀器驅(qū)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(shù)據(jù)分析與處理功能，來完成自動測試任務(wù)。以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)，研究確定了基于軟件算法的排氣壓力、排氣溫度、流量、轉(zhuǎn)速、功率等主要參數(shù)的測試方法。軟件設(shè)計(jì)流程，如圖2所示（以排氣壓力為例）：

該測試系統(tǒng)較大限度地降低了設(shè)計(jì)成本，增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能與靈活性。系統(tǒng)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(tài)，檢測數(shù)據(jù)以及檢測的波形

（3）可實(shí)現(xiàn)索引存儲

（4）數(shù)據(jù)報(bào)表顯示

（5）現(xiàn)場提供檢測報(bào)告

2 軟面板設(shè)計(jì)

該礦用空壓機(jī)測試系統(tǒng)主要用于煤礦空壓機(jī)，要求對空壓機(jī)各參數(shù)作出較為合理的評價(jià)，并對所采集到的數(shù)據(jù)及波形，進(jìn)行時(shí)實(shí)地分類與保存，還可以根據(jù)需要作出一份較為詳細(xì)的空壓機(jī)檢測報(bào)告。

虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)介入儀器領(lǐng)域所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類。從構(gòu)成和功能上來說，虛擬儀器就是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，配上相應(yīng)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(jià)的新型儀器。從使用上來說，虛擬儀器利用強(qiáng)大的圖形化開發(fā)環(huán)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(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其軟面板設(shè)計(jì)應(yīng)遵循直觀、人機(jī)互動性強(qiáng)、操作簡單、使用方便、繼承傳統(tǒng)儀器面板風(fēng)格的思想，從實(shí)用的角度入手，盡量和空壓機(jī)性能測試工況結(jié)合起來，既能幫助檢測人員快速完成檢測任務(wù)，又不至于在井下惡劣的環(huán)境中出現(xiàn)操作失誤。

在系統(tǒng)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(shù)據(jù)的變化情況。軟面板界面設(shè)計(jì)如圖3所示。

主要包括三個(gè)區(qū)域：（1）參數(shù)設(shè)置；（2）運(yùn)行參數(shù)；（3）排氣效率、排氣量、溫度、壓力等測試曲線顯示。

（1）參數(shù)設(shè)置。各項(xiàng)參數(shù)的具體內(nèi)容由檢測人員輸入，這些參數(shù)設(shè)置將作為測試數(shù)據(jù)是否合格的依據(jù)，并將測試結(jié)果在數(shù)據(jù)庫中存儲或在報(bào)表中顯示。

（2）運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示區(qū)。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(shí)際運(yùn)行程序并進(jìn)行檢測時(shí)，這一區(qū)域的數(shù)據(jù)來源是由置于空壓機(jī)不同部位的傳感器獲取的信號，先后經(jīng)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡，把數(shù)據(jù)輸送到計(jì)算機(jī)的。

下面的“啟動”，“停止”，“回顯”及“清零”按鈕，實(shí)現(xiàn)對測試過程的控制。“啟動”按鈕用于系統(tǒng)初始化后啟動測試程序，“回顯”按鈕用于歷史數(shù)據(jù)的顯示，“清零”按鈕是清除當(dāng)前頁面顯示數(shù)據(jù)，以顯示最新的測試數(shù)據(jù)。按“停止”按鈕，系統(tǒng)就會停止測試，整個(gè)操作過程簡單方便。

（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示器。

將測試得到的數(shù)據(jù)，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(jù)采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理計(jì)算和實(shí)時(shí)顯示，以使工作人員掌握空壓機(jī)工作狀態(tài)的變化。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)用于煤礦空壓機(jī)的檢測，對空壓機(jī)各參數(shù)作出較為合理的評價(jià)，并對所采集到的數(shù)據(jù)及波形，進(jìn)行時(shí)實(shí)地分類與保存，還可以根據(jù)需要作出一份較為詳細(xì)的測試報(bào)告。在系統(tǒng)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(shù)據(jù)的變化情況，實(shí)現(xiàn)了對空氣壓縮機(jī)的工作狀態(tài)和性能的測試，使工作人員能夠準(zhǔn)確掌握空氣壓縮機(jī)實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，提高了空氣壓縮機(jī)工作的可靠性，保證企業(yè)生產(chǎn)安全與穩(wěn)定。

【參考文獻(xiàn)】

[1]于修，等.礦山大型固定設(shè)備技術(shù)測試[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[2]李劍峰.礦山空氣壓縮機(jī)的研究與應(yīng)用實(shí)踐[J].裝備論壇，2012.

[責(zé)任編輯：丁艷]