容積式空氣壓縮機能效自動測試系統的研制①

顧麗敏，吳文俊

[摘 要] 以綜合數據采集處理測試平臺為研發對象，研制了一套容積式空氣壓縮機能效測試系統，對原有的老系統進行改造，根據前端傳感器數據采集的結果進行處理分析，剔除粗大誤差，實現系統數據采集的自動化。該系統具有采集數據多（包含大氣溫度、大氣濕度、大氣壓力、進氣口溫度、出氣口溫度、排氣口溫度、內腔壓力、出氣口壓力、轉速、輸入功率等）、運算數據準確可靠等特點，對企業來說具有經濟實惠、便捷高效、數據準確的特點，因而具有廣闊的應用前景和市場前景。

[關 鍵 詞] 容積式空壓機；數據采集；自動測試

[中圖分類號] U464.141 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）12-0164-02

一、引言

近些年，隨著我國經濟的高速發展，我國空氣壓縮機行業保持了多年持續穩定的快速發展。空氣壓縮機是氣源裝置中的主體，通過原動機將機械能轉換成氣體壓力能的流體機械，已在各行各業中得到了越來越廣泛的應用。

在國內，已經有很多的空壓機性能檢測裝置投入使用，但是關于檢測系統的研究現在還不是很深入，很多的空氣壓縮機性能檢測裝置仍然采用的是傳統的手動或者半自動的檢測方式，依然有一些不完善之處，如工作效率低，勞動條件差，測試結果的可靠性、準確性也不高。少數單位開發了自動測試系統，不過并沒有很好地應用，或者測點少，功能不強。因而本系統研制的目的是解決長期以來空壓機測試過程中以手工為主，既費時又費力的問題，通過溫度傳感器、壓力傳感器對數據采集分析，實現對空壓機性能的自動采集分析，提高工作效率。本系統不僅可以對空氣壓縮機系統的能效進行測試，也可以對容積流量、安全閥靈敏性、振動等進行測試，有很好的實用價值。

二、容積式空壓機能效自動測試系統設計

（一）容積式空氣壓縮機測試系統的總體設計

本系統主要通過對大氣壓力、吸氣壓力、排氣壓力、吸氣溫度、排氣溫度、潤滑油溫度、轉速、輸入功率等一系列數據的采集然后進行數據處理分析及運算，由穩壓電源、儲氣罐、穩流罐、流量測試、功率測試、傳感器、數據采集與處理軟件、顯示界面等組成。測試系統示意圖如圖1、圖2所示：

試驗開始前應檢查空氣壓縮機以確定其是否處于適宜進行試驗的狀態，應盡可能地消除泄漏，特別應注意檢查管路系統的泄漏，所有可能積垢的部件均應清理干凈，并檢查測試儀器和設備是否正常。讀數前，空氣壓縮機應運行足夠長的時間以保證工況的穩定，同時使測試期間在讀數時，不至于發生系統的變化。每一工況試驗期間至少測定五次，其總時間不少于30分鐘，測定的時間間隔應大致相等，每次測定時各參數值應同時讀取。

（二）測試系統的硬件設計

本系統中，溫度測量選用YOKOGAWA的GP10型號溫度記錄儀；環境溫濕度選用杭州微松環境科技有限公司的WS TH20C2型號溫濕度記錄儀；功率測量選用YOKOGAWA的WT333型號三相功率計；轉速測量選用臺灣斯特儀器設備有限公司DT-209X。

（三）測試系統的軟件設計

本文設計的下位機控制系統，上位機為普通PC機，下位機為西門子S7-200系列的PLC。采用自由口通信模式，自定義PC與 PLC的通信協議，用Step7編寫PLC端的通信程序，而在PC端用Visual Basic實現串行通信的控制和監控界面的顯示。

本系統采用了第三種通信方式，在開發通信軟件時考慮了S7-200 PLC所特有的一種通信方式——點對點（PPI）方式。PPI通信協議是西門子公司專門為S7-200系列PLC開發的，內置于S7-200CPU中，物理上基于RS-485口，通過屏蔽雙絞線實現PPI通訊。PPI協議是一種主—從協議，主站設備發送要求給從站設備，從站設備進行響應但不能主動發出信息。主站靠PPI協議管理的共享連接跟從站進行通訊。主站可以跟任意一個從站進行通訊，PPI協議并不限制主站的數量，但在一個網絡中，主站最多只能有32個。PPI協議最基本的用途是讓西門子STEP7-Micro/WIN編程軟件上傳和下載程序以及讓西門子人機界面與PLC通信。

上位機軟件開發的主要目的為讀取下位機采集的被測空氣壓縮機精確的參數信號，包括壓力、溫度、轉速等參數信號，自動計算出反映壓縮機性能的宏觀性能參數，進而推導出規定工況下的宏觀性能參數，并能打印輸出試驗報告。同時要求開發的軟件系統界面美觀，操作簡單，反映結果比較直觀。具體應完成以下這些工作：（1）下位機的各種測試參數信號讀取；（2）宏觀性能參數的計算；（3）指示參數的計算；（4）試驗報告的生成。

檢測界面，首先需要將被測空壓機的信息輸入，同時需要指定機器的種類，這樣軟件就可以根據不同的機器類型，匹配不同的數據算法。然后根據下位機的采集信息，輸入到指定條目中，方便在電腦上顯示，可以實時看到采集的信息，確定測試情況是否正常。具體如圖3和4所示。

三、系統計量校準效果

通過對空氣壓縮機能效檢測方法的研究，進而設計了符合容積式空氣壓縮機能效測試裝置的設計方案，并成功研制了符合標準要求的能效測試平臺。為了保證測試的準確性，已經委托浙江省計量科學研究院和上海市質量監督檢驗技術研究院進行了計量校準，并與國家中低壓空壓機及鉆鑿機械質量監督檢驗中心（衢州）進行了設備一致性的比對，對相同的樣機分別進行實驗。（比對數據如下表所示）比對結果表明，兩套系統的測試數據非常接近，相對誤差小于1%，這樣的誤差在允差范圍內，表明該測試裝置測量精度符合標準要求，各項技術指標均已達到了設計要求。

空壓機測試系統比對結果表

四、結論與展望

本系統研制的目的是解決長期以來空壓機測試過程中以手工為主，既費時又費力的問題，通過溫度傳感器、壓力傳感器對數據采集分析，實現對空壓機性能的自動采集分析，提高工作效率。本系統不僅可以對空氣壓縮機系統的能效進行測試，也可以對容積流量、安全閥靈敏性等進行測試，有很好的實用價值。