无油螺杆空气压缩机主机性能测试系统设计
无油螺杆空气压缩机主机性能测试系统设计[20191207124755]
摘 要
无油螺杆空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。无油螺杆空气压缩机主机要求各项性能稳定且在要求的范围内。本课题基于虚拟仪器技术来设计无油螺杆空气压缩机主机的性能测试系统，用来测试无油螺杆空压机主机性能，主要包括压缩比、温度、震动、漏气量、轴功率等。
本文首先对基于虚拟仪器技术的无油螺杆空气压缩机主机性能测试系统设计的背景、意义、国内外研究现状及研究方法等进行了简要的介绍，并对基于虚拟仪器技术数据采集的思想进行了概述。随后介绍了该测试系统的总体构成，并详细分析了系统可实现的功能。系统硬件部分主要包括NI PXI系统、PID模块、NI cDAQ 、NI USB-6009数据采集卡、研华工控机、伺服控制系统等。软件部分采用LabVIEW图形化软件开发平台编程实现系统功能。系统通过上位机发送指令到PXI实时系统，继而通过数据采集卡和PID模块等控制电机、气路和油路等的相应工作，然后通过传感器、数据采集卡等读回测试的数据，并返回给上位机，最后完成无油螺杆空压机的测试并进行报表等操作。
基于虚拟仪器的无油螺杆主机性能的测试系统的设计与实现，能够有效的检测无油主机的各项性能及生产是否符合标准。实际运行表明，所设计的无油螺杆主机性能测试系统能够有效且准确的测试无油螺杆主机的各项性能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:虚拟仪器技术数据采集卡无油空压机主机性能测试LabVIEW
目录
1. 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 系统基本设计 2
1.4 论文章节安排 3
2. 仪器控制和数据采集系统概述 5
2.1虚拟仪器概述 5
2.2 图形化编程语言LabVIEW 5
2.3 LabVIEW开发平台设计系统的优点 5
2.4利用LabVIEW软件实现数据采集与通讯 6
2.4.1 数据采集卡的组成 6
2.4.2 数据采集卡的选择 6
2.4.3 利用LabVIEW DAQ-mx实现数据采集 7
2.4.4配置诊断工具Measurement and Automation Explorer 8
2.4.5 利用LabVIEW中的串口和TCP函数来实现通信与控制 8
3. 系统方案设计与硬件选型 12
3.1 系统功能分析 12
3.2 系统的总体构成 12
3.2.1 系统总体结构 12
3.2.2 压缩比控制电路 13
3.2.3 伺服驱动器控制电路 14
3.2.4 电压转换及气缸控制电路设计 15
3.3 无油压缩机主机测试系统的硬件配置 16
3.3.1 硬件选型 16
3.3.2 NI PXI系统说明 16
3.3.3 PID模块说明 17
3.3.4 NI USB-6009数据采集使用说明 18
3.3.5 NI USB-6009输入输出接线图及通道分配表 20
3.3.6 NI 9234数据采集使用说明 22
3.3.7 温度变送器、PCB板等其它硬件说明 23
4. 系统软件设计 26
4.1软件设计思路 26
4.1.1 软件设计模式 26
4.1.2 LabVIEW通讯介绍 28
4.2 无油主机测试系统的软件前面板设计 29
4.3无油主机测试系统的程序分析 31
4.3.1 初始化程序设计 31
4.3.2 轴功率及PID程序设计 33
4.3.3 PXI数据采集程序 35
4.3.4 TCP通信的读写程序设计 36
4.3.5 PLC命令发送程序设计 38
4.3.6 伺服控制和漏气量及温度读取程序设计 39
4.3.7 振动数据的读取程序设计 42
4.3.8 报表程序设计 43
4.3.9 退出程序设计 44
4.4 调试结果与分析 45
5. 总结与展望 47
5.1 总结 47
5.2 展望 47
参考文献 49
致 谢 51
1. 绪论
1.1 研究背景与意义
无油螺杆空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。无油空压机在食品行业、制药行业、高压氧仓、仪器仪表、电缆充气和实验室等需要洁净气体以确保其质量的行业有着广泛的应用。在无油压缩机进行整机装配之前，对其主机进行性能测试显得尤为重要。只有保证主机性能符合额设计标准，才能保证无油空压机的整体性能。
随着计算机技术的快速发展，以虚拟仪器技术为基础的测试与控系统得到了迅猛发展，使得测试与控制系统的设计方法和技术产生了深刻的变化，向着通用化、网络化和智能化的方向快速发展[5]。虚拟仪器技术将软件和硬件结合起来使用，从而代替传统仪器的各种功能。传统仪器在数据分析、传送、显示、保存等方面存在着局限性，而虚拟仪器技术突破了传统仪器的局限性，利用虚拟仪器技术，用户可以轻松地实现仪器的维护、扩展和升级等[16]。
本课题基于虚拟仪器技术设计无油空气压缩主机性能的测试系统，用来测试无油压缩机主机的各项性能。该测试系统的任务主要包括①基于虚拟仪器LabVIEW软件设计上位机、实时数据采集与控制系统、编制通信程序，实现基于串口和TCP/IP通信协议等的上位计算机与下位机之间的通讯，继而实现仪器的控制；②利用LabVIEW软件、PXI机箱、数据采集卡、传感器、工控机等实现轴功率、漏气量、压缩比等的测量；③使用NI C-DAQ等实现振动等的测量，使用LabVIEW进行报表等操作。
1.2 国内外研究现状
本课题采用先进的虚拟仪器技术来构建测试系统，在测试测量行业中利用虚拟仪器LabVIEW和数据采集卡实现数据采集，利用LabVIEW、串口和TCP/IP 协议等实现仪器控制已经成为一种通用的方法，国内外相关专家学者已经对此进行了研究，部分研究成果如下：
向科峰在《LabVIEW的数据采集系统设计与实现》一文中，基于LabVIEW虚拟仪器技术开发工具研究并设计了数据采集系统，减小数据采集系统的开发成本，提高开发效率；该系统能够定时采集数据，并对数据进行分析处理和保存等操作；该系统硬件部分使用PCI数据采集卡实现，软件部分采用模块化和层次化的思想，由上至下设计LabVIEW程序；实验仿真结果表明基于虚拟仪器LabVIEW的数据采集系统能够有效地对数据进行采集、分析和处理，验证了数据采集系统的有效性[1]。
陈卓在《振动测量技术的研究进展》一文中，对振动测量技术的发展和接触式测振和非接触式测振技术的原理、成果进行全面介绍与总结，并在光学测振技术部分做了详细的分析；文章中指出接触式测量具有技术成熟，获取信息丰富等优势，但其应用会受到工作环境、安装维护、测量可靠性等方面的制约[2]。
董翰川，郭勇等在《LabVIEW串口通信在数据采集中的应用》一书中详细的介绍了LabVIEW串口通信技术和数据采集的应用；验证了使用LabVIEW串口函数通信，进行仪器控制、数据采集的实用性和可靠性[3]。
马万里在《基于虚拟仪器的振动测试与分析系统的研究》一文中介绍了虚拟仪器的概念及其特点,并对振动测试测试系统的基本原理、组成、数据采集及分析所需的硬件平台及其特点,信号处理方法以及如何利用LabVIEW进行软件的设计等做了详细的说明。利用虚拟仪器技术构建了一套完整的振动测试与分析系统[4]。
陈树学在《LabVIEW宝典》分三个层次的介绍了LabVIEW在工业领域的具体应用以及LabVIEW的实用编程技术。前1~5章节是入门篇，主要介绍了一些LabVIEW的基本概念，以及常用函数的使用和常用的数据结构的特点，详尽分析了LabVIEW的基本数据结构和常用的几种文件操作。第6~11章节是高级篇，主要介绍了VI、应用程序、控件的引用、属性和方法，以及各类高级控件的使用方法。第12~17章节是工程应用篇，具体讲解了实际工程应用中所用到的编程技术和硬件知识。主要讲解了数据通信，仪器控制，数据采集，实时系统，FPGA等的开发案列，利用LabVIEW图形化编程方式，提高开发效率[5]。
摘 要
无油螺杆空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。无油螺杆空气压缩机主机要求各项性能稳定且在要求的范围内。本课题基于虚拟仪器技术来设计无油螺杆空气压缩机主机的性能测试系统，用来测试无油螺杆空压机主机性能，主要包括压缩比、温度、震动、漏气量、轴功率等。
本文首先对基于虚拟仪器技术的无油螺杆空气压缩机主机性能测试系统设计的背景、意义、国内外研究现状及研究方法等进行了简要的介绍，并对基于虚拟仪器技术数据采集的思想进行了概述。随后介绍了该测试系统的总体构成，并详细分析了系统可实现的功能。系统硬件部分主要包括NI PXI系统、PID模块、NI cDAQ 、NI USB-6009数据采集卡、研华工控机、伺服控制系统等。软件部分采用LabVIEW图形化软件开发平台编程实现系统功能。系统通过上位机发送指令到PXI实时系统，继而通过数据采集卡和PID模块等控制电机、气路和油路等的相应工作，然后通过传感器、数据采集卡等读回测试的数据，并返回给上位机，最后完成无油螺杆空压机的测试并进行报表等操作。
基于虚拟仪器的无油螺杆主机性能的测试系统的设计与实现，能够有效的检测无油主机的各项性能及生产是否符合标准。实际运行表明，所设计的无油螺杆主机性能测试系统能够有效且准确的测试无油螺杆主机的各项性能。
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关键字:虚拟仪器技术数据采集卡无油空压机主机性能测试LabVIEW
目录
1. 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 系统基本设计 2
1.4 论文章节安排 3
2. 仪器控制和数据采集系统概述 5
2.1虚拟仪器概述 5
2.2 图形化编程语言LabVIEW 5
2.3 LabVIEW开发平台设计系统的优点 5
2.4利用LabVIEW软件实现数据采集与通讯 6
2.4.1 数据采集卡的组成 6
2.4.2 数据采集卡的选择 6
2.4.3 利用LabVIEW DAQ-mx实现数据采集 7
2.4.4配置诊断工具Measurement and Automation Explorer 8
2.4.5 利用LabVIEW中的串口和TCP函数来实现通信与控制 8
3. 系统方案设计与硬件选型 12
3.1 系统功能分析 12
3.2 系统的总体构成 12
3.2.1 系统总体结构 12
3.2.2 压缩比控制电路 13
3.2.3 伺服驱动器控制电路 14
3.2.4 电压转换及气缸控制电路设计 15
3.3 无油压缩机主机测试系统的硬件配置 16
3.3.1 硬件选型 16
3.3.2 NI PXI系统说明 16
3.3.3 PID模块说明 17
3.3.4 NI USB-6009数据采集使用说明 18
3.3.5 NI USB-6009输入输出接线图及通道分配表 20
3.3.6 NI 9234数据采集使用说明 22
3.3.7 温度变送器、PCB板等其它硬件说明 23
4. 系统软件设计 26
4.1软件设计思路 26
4.1.1 软件设计模式 26
4.1.2 LabVIEW通讯介绍 28
4.2 无油主机测试系统的软件前面板设计 29
4.3无油主机测试系统的程序分析 31
4.3.1 初始化程序设计 31
4.3.2 轴功率及PID程序设计 33
4.3.3 PXI数据采集程序 35
4.3.4 TCP通信的读写程序设计 36
4.3.5 PLC命令发送程序设计 38
4.3.6 伺服控制和漏气量及温度读取程序设计 39
4.3.7 振动数据的读取程序设计 42
4.3.8 报表程序设计 43
4.3.9 退出程序设计 44
4.4 调试结果与分析 45
5. 总结与展望 47
5.1 总结 47
5.2 展望 47
参考文献 49
致 谢 51
1. 绪论
1.1 研究背景与意义
无油螺杆空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。无油空压机在食品行业、制药行业、高压氧仓、仪器仪表、电缆充气和实验室等需要洁净气体以确保其质量的行业有着广泛的应用。在无油压缩机进行整机装配之前，对其主机进行性能测试显得尤为重要。只有保证主机性能符合额设计标准，才能保证无油空压机的整体性能。
随着计算机技术的快速发展，以虚拟仪器技术为基础的测试与控系统得到了迅猛发展，使得测试与控制系统的设计方法和技术产生了深刻的变化，向着通用化、网络化和智能化的方向快速发展[5]。虚拟仪器技术将软件和硬件结合起来使用，从而代替传统仪器的各种功能。传统仪器在数据分析、传送、显示、保存等方面存在着局限性，而虚拟仪器技术突破了传统仪器的局限性，利用虚拟仪器技术，用户可以轻松地实现仪器的维护、扩展和升级等[16]。
本课题基于虚拟仪器技术设计无油空气压缩主机性能的测试系统，用来测试无油压缩机主机的各项性能。该测试系统的任务主要包括①基于虚拟仪器LabVIEW软件设计上位机、实时数据采集与控制系统、编制通信程序，实现基于串口和TCP/IP通信协议等的上位计算机与下位机之间的通讯，继而实现仪器的控制；②利用LabVIEW软件、PXI机箱、数据采集卡、传感器、工控机等实现轴功率、漏气量、压缩比等的测量；③使用NI C-DAQ等实现振动等的测量，使用LabVIEW进行报表等操作。
1.2 国内外研究现状
本课题采用先进的虚拟仪器技术来构建测试系统，在测试测量行业中利用虚拟仪器LabVIEW和数据采集卡实现数据采集，利用LabVIEW、串口和TCP/IP 协议等实现仪器控制已经成为一种通用的方法，国内外相关专家学者已经对此进行了研究，部分研究成果如下：
向科峰在《LabVIEW的数据采集系统设计与实现》一文中，基于LabVIEW虚拟仪器技术开发工具研究并设计了数据采集系统，减小数据采集系统的开发成本，提高开发效率；该系统能够定时采集数据，并对数据进行分析处理和保存等操作；该系统硬件部分使用PCI数据采集卡实现，软件部分采用模块化和层次化的思想，由上至下设计LabVIEW程序；实验仿真结果表明基于虚拟仪器LabVIEW的数据采集系统能够有效地对数据进行采集、分析和处理，验证了数据采集系统的有效性[1]。
陈卓在《振动测量技术的研究进展》一文中，对振动测量技术的发展和接触式测振和非接触式测振技术的原理、成果进行全面介绍与总结，并在光学测振技术部分做了详细的分析；文章中指出接触式测量具有技术成熟，获取信息丰富等优势，但其应用会受到工作环境、安装维护、测量可靠性等方面的制约[2]。
董翰川，郭勇等在《LabVIEW串口通信在数据采集中的应用》一书中详细的介绍了LabVIEW串口通信技术和数据采集的应用；验证了使用LabVIEW串口函数通信，进行仪器控制、数据采集的实用性和可靠性[3]。
马万里在《基于虚拟仪器的振动测试与分析系统的研究》一文中介绍了虚拟仪器的概念及其特点,并对振动测试测试系统的基本原理、组成、数据采集及分析所需的硬件平台及其特点,信号处理方法以及如何利用LabVIEW进行软件的设计等做了详细的说明。利用虚拟仪器技术构建了一套完整的振动测试与分析系统[4]。
陈树学在《LabVIEW宝典》分三个层次的介绍了LabVIEW在工业领域的具体应用以及LabVIEW的实用编程技术。前1~5章节是入门篇，主要介绍了一些LabVIEW的基本概念，以及常用函数的使用和常用的数据结构的特点，详尽分析了LabVIEW的基本数据结构和常用的几种文件操作。第6~11章节是高级篇，主要介绍了VI、应用程序、控件的引用、属性和方法，以及各类高级控件的使用方法。第12~17章节是工程应用篇，具体讲解了实际工程应用中所用到的编程技术和硬件知识。主要讲解了数据通信，仪器控制，数据采集，实时系统，FPGA等的开发案列，利用LabVIEW图形化编程方式，提高开发效率[5]。
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