虚拟仪器技术的无油空气压缩机气路调节控制系统设计与实现
虚拟仪器技术的无油空气压缩机气路调节控制系统设计与实现[20200121194032]
摘要
在社会快速发展的同时，人们的生活水平也在不断的提高，无油空气压缩机日益得到人们的喜爱。无油空气压缩机在食品加工生产线、粉剂类药品的灌装、电子元件的生产等得到了广泛的应用。无油空气压缩机检测时，在气路调节控制的精度方面要求越来越高，气体在测试时的压力和温度参数也作了相应的改变。无油空气压缩机的产品检测，需要使用电机来模拟产品螺杆的高速旋转，在螺杆高速旋转下压缩抽取的大气。本课题基于虚拟仪器技术开发无油空气压缩机气路调节控制系统，用来调节产品测试时气路的温度及压力和控制气路中气阀的开关，采用PID调节以实现气路中气体压力及温度的调节。
本文首先对基于虚拟仪器技术的无油空气压缩机气路调节控制系统的意义、背景、国内外研究近况及研究方法等作了简要的概述，并对基于虚拟仪器技术数据采集的思想进行了介绍。随后介绍了该气路调节系统的总体构成，并详细且明确地分析了其功能。系统硬件部分主要由NI PCI-6514、NI PCI-6513数据采集卡、SDC35PID调节仪、气路气阀和基于虚拟仪器软件开发平台的PC机等构成。软件部分使用LabVIEW完成平台应用程序的开发，并详细介绍了项目程序设计。气路调节控制系统最主要的两部分是调节和控制，控制由数据采集卡PCI-6514，PCI-6513实现，调节由智能定位器实现。温度及压力的测量由温度传感器和压力传感器测量，测得的值给NI PCI-6225，并显示在红狮显示仪表上。最后对整个设计进行总结与展望，并在此基础上对将来的研究提出设想。经过实际调试，实现了系统功能预期的测试要求。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:无油空气压缩机气路调节虚拟仪器技术数据采集卡PID控制
目 录
1. 绪论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3 研究方法和系统描述 2
1.4 本文主要工作 3
2. 虚拟仪器技术介绍 5
2.1虚拟仪器概述 5
2.2 虚拟仪器的发展与现状 5
3. 系统总体方案设计与硬件配置 7
3.1 系统功能分析 7
3.2 系统总体构成 7
3.2.1 系统总体结构 7
3.2.2 系统测试流程 9
3.2.3 系统气路设计 10
3.3系统硬件构成 13
3.3.1 数据采集（DAQ）简介 13
3.3.2 SDC35PID和红狮显示仪表 17
3.3.3 其他主要硬件 20
4.系统软件设计与功能实现 23
4.1系统软件手动模式 23
4.1.1 6513气路阀控制设计 23
4.1.2 6514监测气阀位置信号设计 24
4.1.3 设定电机转速及35PID值设计 26
4.1.4 显示温度及压力传感器示数设计 27
4.1.5 显示所有智能定位器开度设计 28
4.2系统软件自动模式 29
4.2.1 初始化SDC35设计 29
4.2.2 PID控制总计算公式设计 30
4.2.3自动模式设计 31
4.3 调试结果与分析 33
5.总结与展望 35
5.1总结 35
5.2展望 35
参考文献 36
致?谢 37
1. 绪论
1.1课题的背景和意义
在社会进步的同时，人们的生活水平也在不断提高，无油空气压缩机越来越得到人们的青睐，需求量也随之越来越大。无油空气压缩机在满足工业生产需求的同时也具有了许多优越性，因为不具有空气压缩机油的设置，所以可以确保通过无油空气压缩机后排出来气体的无油性。在空气压缩机的运行过程中，无油空气压缩机避免了许多不必要的麻烦，比如，在空气压缩机工作时，再也不会因为润滑油的粘度问题而产生机体温度高或产生的油污损坏机体配件等情况。无油空气压缩机大大降低了机体在运行当中对能源的损耗，大大节约了空气压缩机的工作成本。无油空气压缩机的使用在提高空气质量的同时，大大降低了对能源的损耗，符合人们对所物品高质量的要求，随着无油空气压缩机部件及功能的日益完善，普通的空气压缩机可能会被逐步代替。
1.2国内外研究现状
国内外很多的工程师及相关研究人员在无油空气压缩机的数据采集、使用PID方式调节气路温度及压力等方面进行了大量的研究，其中研究的部分成果如下：
陈树学，刘萱在《LabVIEW宝典》一书中，详细论述了LabVIEW软件基本的编程方法和技巧。概括归纳了LabVIEW编程人员要掌握的基本入门知识，其中包括LabVIEW基本的程序结构、常用函数的概念和用法，掌握LabVIEW的文件存储方式及基本数据结构，详尽介绍了引用、方法、属性以及其他一些高级控件的用法，论述了网络通信、串口和并口通讯的通信方式及方法，数据采集的基本原理及其编程方法，此外还详细介绍了LabVIEW如何构建实时系统，以及各类常用专业工具包的用法，《LabVIEW宝典》对我自身LabVIEW的编程技巧和方法有极大的帮助[1]。
雷振山在《LabVIEW 7 Express实用技术教程》一书中，详细描述了如何通过使用ModBUS RTU 通信协议来实现监控主机与从机之间主从式的串行通信，并把控制电动机的各种参数(如转速等)反映到LabVIEW 软件的前面板上， 使操作者或用户可以简单明了地看到控制电动机的各类参数。设计出友好的人机交互界面， 实现了对电动机转速的远程控制[2]。
赵继文在《传感器与应用电路设计》一文中，对于当前市场上最常使用的各类传感器，结合实例分别介绍了其原理、性能及其特点，概述了各类温度及压力传感器在现代自动化领域中应该注意的问题及其使用方法。总体感觉这是一本极具使用价值的工具书[8]。
武剑等在《基于LabVIEW的普通数据采集卡驱动研究》一文中，结合具体实例介绍在LabVIEW软件平台中如何调用动态链接库来驱动数据采集卡（DAQ）的方法，实现了数据采集卡与LabVIEW的结合。大量实践表明，使用采用数据采集的方法减少了软件开发时间，简化了复杂的编程语言结构，大大节约了系统的开发成本，并且还提高了系统应用的灵活性[18]。
宋长源在《基于LabVIEW 软件的信号采集与分析》一书中，以测试测量技术涉及到的基本模块为主线，对LabVIEW和基于LabVIEW软件的数据处理与采集技术进行了系统的介绍。内容包括数据采集系统设计基础、模拟信号的采集、图形控件、信号调理、数字I/0及信号分析处理。在本设计中使用数据采集卡采集各气阀的位置和控制信号[21]。
汪大任，任恒良，张逸成等在《基于虚拟仪器的多参数自动测试系统设计》一书中，系统地介绍了自动控制的基本理论及应用。着重介绍了经典控制理论及其应用，还介绍现代控制理论中最优控制理论和线性系统理论。书中深入浅出的介绍了PID控制的原理及其应用，在具体实例中，详述了PID控制的优点，对设计气路气体温度及压力的控制提供了极大地帮助[23]。
以上大量的案例表明，使用LabVIEW软件开发应用，具有功能强大、开发迅速、随时可以扩展并且成本低廉等特点，利用他来设计气路调节控制系统，能够在经济上和技术上都可以很好地满足现场测试的实际需求，可以满足无油空气压缩机产品测试时对气路中气体温度及压力的要求。
1.3 研究方法和系统描述
在设计系统研究方法之前，需要对LabVIEW软件开发平台及其编程技术、现代检测技术、PCI机箱和数据采集卡、管道安装及其保温、SDC35PID调节仪和气路气阀的使用和说明有初步的了解，要求具体描述设计基于虚拟仪器技术的无油空气压缩机气路调节控制系统的实际意义。在熟悉LabVIEW虚拟仪器软件开发平台编程技术、现代检测技术、PCI机箱和数据采集卡，并综合运用所学的专业知识，采用先进的虚拟仪器技术来设计开发基于虚拟仪器技术的无油空气压缩机气路调节与控制系统。
系统设计的具体功能要求：
1、无油空气压缩机气路调节系统包括有NI PCI-1042 机箱、NI PCI-6513 、NI PCI-6514 NI PCI-6225数据采集卡和含有虚拟仪器软件开发平台的PC机、切换控制电路、测量气路气压和温度的测量电路等，采用PID方式来调节气路进气的温度及压力，能控制气路气阀的开关。
2、要求设计测量气体压力和温度的测量电路、切换控制电路，通过PCI-6513，PCI-6514，PCI-6225数据采集卡实现对气路气压测量和温度测量电路、切换控制电路、气阀开关的控制。
摘要
在社会快速发展的同时，人们的生活水平也在不断的提高，无油空气压缩机日益得到人们的喜爱。无油空气压缩机在食品加工生产线、粉剂类药品的灌装、电子元件的生产等得到了广泛的应用。无油空气压缩机检测时，在气路调节控制的精度方面要求越来越高，气体在测试时的压力和温度参数也作了相应的改变。无油空气压缩机的产品检测，需要使用电机来模拟产品螺杆的高速旋转，在螺杆高速旋转下压缩抽取的大气。本课题基于虚拟仪器技术开发无油空气压缩机气路调节控制系统，用来调节产品测试时气路的温度及压力和控制气路中气阀的开关，采用PID调节以实现气路中气体压力及温度的调节。
本文首先对基于虚拟仪器技术的无油空气压缩机气路调节控制系统的意义、背景、国内外研究近况及研究方法等作了简要的概述，并对基于虚拟仪器技术数据采集的思想进行了介绍。随后介绍了该气路调节系统的总体构成，并详细且明确地分析了其功能。系统硬件部分主要由NI PCI-6514、NI PCI-6513数据采集卡、SDC35PID调节仪、气路气阀和基于虚拟仪器软件开发平台的PC机等构成。软件部分使用LabVIEW完成平台应用程序的开发，并详细介绍了项目程序设计。气路调节控制系统最主要的两部分是调节和控制，控制由数据采集卡PCI-6514，PCI-6513实现，调节由智能定位器实现。温度及压力的测量由温度传感器和压力传感器测量，测得的值给NI PCI-6225，并显示在红狮显示仪表上。最后对整个设计进行总结与展望，并在此基础上对将来的研究提出设想。经过实际调试，实现了系统功能预期的测试要求。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:无油空气压缩机气路调节虚拟仪器技术数据采集卡PID控制
目 录
1. 绪论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3 研究方法和系统描述 2
1.4 本文主要工作 3
2. 虚拟仪器技术介绍 5
2.1虚拟仪器概述 5
2.2 虚拟仪器的发展与现状 5
3. 系统总体方案设计与硬件配置 7
3.1 系统功能分析 7
3.2 系统总体构成 7
3.2.1 系统总体结构 7
3.2.2 系统测试流程 9
3.2.3 系统气路设计 10
3.3系统硬件构成 13
3.3.1 数据采集（DAQ）简介 13
3.3.2 SDC35PID和红狮显示仪表 17
3.3.3 其他主要硬件 20
4.系统软件设计与功能实现 23
4.1系统软件手动模式 23
4.1.1 6513气路阀控制设计 23
4.1.2 6514监测气阀位置信号设计 24
4.1.3 设定电机转速及35PID值设计 26
4.1.4 显示温度及压力传感器示数设计 27
4.1.5 显示所有智能定位器开度设计 28
4.2系统软件自动模式 29
4.2.1 初始化SDC35设计 29
4.2.2 PID控制总计算公式设计 30
4.2.3自动模式设计 31
4.3 调试结果与分析 33
5.总结与展望 35
5.1总结 35
5.2展望 35
参考文献 36
致?谢 37
1. 绪论
1.1课题的背景和意义
在社会进步的同时，人们的生活水平也在不断提高，无油空气压缩机越来越得到人们的青睐，需求量也随之越来越大。无油空气压缩机在满足工业生产需求的同时也具有了许多优越性，因为不具有空气压缩机油的设置，所以可以确保通过无油空气压缩机后排出来气体的无油性。在空气压缩机的运行过程中，无油空气压缩机避免了许多不必要的麻烦，比如，在空气压缩机工作时，再也不会因为润滑油的粘度问题而产生机体温度高或产生的油污损坏机体配件等情况。无油空气压缩机大大降低了机体在运行当中对能源的损耗，大大节约了空气压缩机的工作成本。无油空气压缩机的使用在提高空气质量的同时，大大降低了对能源的损耗，符合人们对所物品高质量的要求，随着无油空气压缩机部件及功能的日益完善，普通的空气压缩机可能会被逐步代替。
1.2国内外研究现状
国内外很多的工程师及相关研究人员在无油空气压缩机的数据采集、使用PID方式调节气路温度及压力等方面进行了大量的研究，其中研究的部分成果如下：
陈树学，刘萱在《LabVIEW宝典》一书中，详细论述了LabVIEW软件基本的编程方法和技巧。概括归纳了LabVIEW编程人员要掌握的基本入门知识，其中包括LabVIEW基本的程序结构、常用函数的概念和用法，掌握LabVIEW的文件存储方式及基本数据结构，详尽介绍了引用、方法、属性以及其他一些高级控件的用法，论述了网络通信、串口和并口通讯的通信方式及方法，数据采集的基本原理及其编程方法，此外还详细介绍了LabVIEW如何构建实时系统，以及各类常用专业工具包的用法，《LabVIEW宝典》对我自身LabVIEW的编程技巧和方法有极大的帮助[1]。
雷振山在《LabVIEW 7 Express实用技术教程》一书中，详细描述了如何通过使用ModBUS RTU 通信协议来实现监控主机与从机之间主从式的串行通信，并把控制电动机的各种参数(如转速等)反映到LabVIEW 软件的前面板上， 使操作者或用户可以简单明了地看到控制电动机的各类参数。设计出友好的人机交互界面， 实现了对电动机转速的远程控制[2]。
赵继文在《传感器与应用电路设计》一文中，对于当前市场上最常使用的各类传感器，结合实例分别介绍了其原理、性能及其特点，概述了各类温度及压力传感器在现代自动化领域中应该注意的问题及其使用方法。总体感觉这是一本极具使用价值的工具书[8]。
武剑等在《基于LabVIEW的普通数据采集卡驱动研究》一文中，结合具体实例介绍在LabVIEW软件平台中如何调用动态链接库来驱动数据采集卡（DAQ）的方法，实现了数据采集卡与LabVIEW的结合。大量实践表明，使用采用数据采集的方法减少了软件开发时间，简化了复杂的编程语言结构，大大节约了系统的开发成本，并且还提高了系统应用的灵活性[18]。
宋长源在《基于LabVIEW 软件的信号采集与分析》一书中，以测试测量技术涉及到的基本模块为主线，对LabVIEW和基于LabVIEW软件的数据处理与采集技术进行了系统的介绍。内容包括数据采集系统设计基础、模拟信号的采集、图形控件、信号调理、数字I/0及信号分析处理。在本设计中使用数据采集卡采集各气阀的位置和控制信号[21]。
汪大任，任恒良，张逸成等在《基于虚拟仪器的多参数自动测试系统设计》一书中，系统地介绍了自动控制的基本理论及应用。着重介绍了经典控制理论及其应用，还介绍现代控制理论中最优控制理论和线性系统理论。书中深入浅出的介绍了PID控制的原理及其应用，在具体实例中，详述了PID控制的优点，对设计气路气体温度及压力的控制提供了极大地帮助[23]。
以上大量的案例表明，使用LabVIEW软件开发应用，具有功能强大、开发迅速、随时可以扩展并且成本低廉等特点，利用他来设计气路调节控制系统，能够在经济上和技术上都可以很好地满足现场测试的实际需求，可以满足无油空气压缩机产品测试时对气路中气体温度及压力的要求。
1.3 研究方法和系统描述
在设计系统研究方法之前，需要对LabVIEW软件开发平台及其编程技术、现代检测技术、PCI机箱和数据采集卡、管道安装及其保温、SDC35PID调节仪和气路气阀的使用和说明有初步的了解，要求具体描述设计基于虚拟仪器技术的无油空气压缩机气路调节控制系统的实际意义。在熟悉LabVIEW虚拟仪器软件开发平台编程技术、现代检测技术、PCI机箱和数据采集卡，并综合运用所学的专业知识，采用先进的虚拟仪器技术来设计开发基于虚拟仪器技术的无油空气压缩机气路调节与控制系统。
系统设计的具体功能要求：
1、无油空气压缩机气路调节系统包括有NI PCI-1042 机箱、NI PCI-6513 、NI PCI-6514 NI PCI-6225数据采集卡和含有虚拟仪器软件开发平台的PC机、切换控制电路、测量气路气压和温度的测量电路等，采用PID方式来调节气路进气的温度及压力，能控制气路气阀的开关。
2、要求设计测量气体压力和温度的测量电路、切换控制电路，通过PCI-6513，PCI-6514，PCI-6225数据采集卡实现对气路气压测量和温度测量电路、切换控制电路、气阀开关的控制。
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