《基于虛擬測(cè)試技術(shù)的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《基于虛擬測(cè)試技術(shù)的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc（9頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、基于虛擬測(cè)試技術(shù)的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告一、綜述1.課題研究的目的和意義風(fēng)機(jī)使用面廣，種類(lèi)繁多，遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門(mén)，利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進(jìn)行工作，可實(shí)現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風(fēng)換氣、除塵降溫等多種工作。所以，在我國(guó)的冶金、有色金屬、化工、建材和煤炭等部門(mén)，風(fēng)機(jī)得到了廣泛地應(yīng)用。風(fēng)機(jī)的工作是以輸送流量、產(chǎn)生全壓、所需功率及效率來(lái)體現(xiàn)的，這些工作參數(shù)之間存在著相應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)流量與轉(zhuǎn)速變化時(shí)，會(huì)引起其他參數(shù)相應(yīng)的變化。為了正確選擇、使用風(fēng)機(jī)川，必須了解這些參數(shù)間的相互關(guān)系。由于風(fēng)機(jī)理論至今仍欠完善，所以風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的獲取主要依賴(lài)于性能試驗(yàn)。風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)是在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況
2、卜，改變風(fēng)機(jī)的流量，檢測(cè)風(fēng)機(jī)各性能參數(shù)，并繪制性能曲線(xiàn)的過(guò)程。目前，風(fēng)機(jī)用戶(hù)為了提高經(jīng)濟(jì)效益，在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)對(duì)它的各項(xiàng)性能指標(biāo)提出了更為嚴(yán)格的要求，如壓力，流量，轉(zhuǎn)速，功率，噪聲，可靠性等。同時(shí)，風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，在努力改進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)，提高機(jī)械加工的同時(shí)，也對(duì)風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)的研究和開(kāi)發(fā)給予了高度的重視。由此可見(jiàn)，風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)對(duì)于成品的檢驗(yàn)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)都至關(guān)重要，特別是對(duì)于大型、特型風(fēng)機(jī)以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗(yàn)尤為重要。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的風(fēng)機(jī)測(cè)試手段比較落后，主要以手動(dòng)操作試驗(yàn)過(guò)程、手工測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)、手工繪制曲線(xiàn)為主，存在測(cè)量手段落后，測(cè)量精度不高和
3、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。1隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，使得風(fēng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)采集成為可能。近年來(lái)，我國(guó)少數(shù)單位在通風(fēng)機(jī)測(cè)試技術(shù)方面有了新的研究或使用了微型計(jì)算機(jī)團(tuán)，但他們有的測(cè)試參數(shù)不完全，只能完成某一部分的測(cè)試任務(wù)；有的測(cè)試系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，不能作為通用系統(tǒng)得以推廣。所以，目前在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，如何利用高新科技手段實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)性能的自動(dòng)檢測(cè)與分析已成為國(guó)內(nèi)多數(shù)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家及風(fēng)機(jī)研究單位的迫切需要?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為代表，不斷更新的計(jì)算機(jī)技術(shù)從各個(gè)層面上影響、引導(dǎo)各行各業(yè)的技術(shù)更新。基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的虛擬儀器以不可逆轉(zhuǎn)的力量推動(dòng)著測(cè)控技術(shù)的革命。虛擬儀器系統(tǒng)
4、的概念不僅推進(jìn)了以?xún)x器為基礎(chǔ)的測(cè)控系統(tǒng)的改造，同時(shí)也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)造方法的進(jìn)化，過(guò)去獨(dú)立分散、互不相干的許多領(lǐng)域，在虛擬儀器系統(tǒng)的概念下，正在逐漸靠攏、相互影響，并形成新的技術(shù)方法和技術(shù)規(guī)范。虛擬儀器技術(shù)能充分利用計(jì)算機(jī)獨(dú)具的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時(shí)把傳統(tǒng)儀器的專(zhuān)業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計(jì)算機(jī)融為一體，構(gòu)成一臺(tái)從外觀(guān)到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用計(jì)算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)。應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，可以用較少的資金、較少的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，用比過(guò)去更少的時(shí)間開(kāi)發(fā)出功能更強(qiáng)、質(zhì)量更可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)。所以，為提高風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)測(cè)試
5、系統(tǒng)的性能，并考慮到風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家及科研院所的實(shí)際需求，本課題采用在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、儀器技術(shù)的結(jié)合(即虛擬儀器)，設(shè)計(jì)一種具有如下特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)輔助風(fēng)機(jī)性能自動(dòng)測(cè)試與分析系統(tǒng)。2(1)自動(dòng)采集風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，且各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。(2)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行。(3)自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。(4)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、打印、查詢(xún)等功能。(5)自動(dòng)繪制風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)。(6)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶(hù)使用。論文的主要任務(wù)是以虛擬儀器為設(shè)計(jì)目標(biāo)，選用適合的測(cè)試手段與測(cè)試方法，進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與數(shù)據(jù)處理并最終生成風(fēng)機(jī)性
6、能曲線(xiàn)。2.課題的研究現(xiàn)狀及已有成果由于風(fēng)機(jī)內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，至今還不能用理論的方法精確計(jì)算出它的各種損失，因而不能正確的計(jì)算出各種性能參數(shù)，所以用計(jì)算的方法得到的性能曲線(xiàn)與實(shí)際工作性能曲線(xiàn)之間存在較大差異，特別是對(duì)于非設(shè)計(jì)工況，計(jì)算值與實(shí)際值的誤差更大。因此，風(fēng)機(jī)的工作性能參數(shù)由試驗(yàn)得到，試驗(yàn)的目的在于確定工作性能曲線(xiàn)，從而確定風(fēng)機(jī)的工作范圍，以便向用戶(hù)提供可靠的使用數(shù)據(jù)。32.1.1風(fēng)機(jī)性能參數(shù)!風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)是以測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)為主，所以正確理解風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)和性能曲線(xiàn)尤為重要。風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)有流量、全壓、功率、轉(zhuǎn)速及效率。(l)流量:單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)機(jī)所輸送的流體量稱(chēng)
7、為流量。常用體積流量Q表示，其單位為“耐/s”或“m3/h”。嚴(yán)格地講，風(fēng)機(jī)的流量，特指風(fēng)機(jī)進(jìn)口處容積流量。(2)全壓:單位體積的氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)所獲得的能量稱(chēng)為全壓或風(fēng)壓，以P表示，單位為Pa。(3)軸功率:原動(dòng)機(jī)傳遞給風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的功率，即為輸入功率，又稱(chēng)為軸功率，以p表示，單位為kw。(4)有效功率:單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)風(fēng)機(jī)的氣體所獲得的總能量稱(chēng)為有效功率，以N，表示單位為kw。(5)效率:風(fēng)機(jī)輸入功率不可能全部傳給被輸送氣體，其中必有一部分能量損失，被輸送的氣體實(shí)際所得到的功率比原動(dòng)機(jī)傳遞至風(fēng)機(jī)軸端的功率要小，他們的比值稱(chēng)為風(fēng)機(jī)的效率，以幾表示。風(fēng)機(jī)效率越高，則氣體從風(fēng)機(jī)中得到的能量有效部分就越大
8、，經(jīng)濟(jì)性就越高。(6)轉(zhuǎn)速:風(fēng)機(jī)軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)稱(chēng)為轉(zhuǎn)速，以n表示，單位為r/min。風(fēng)機(jī)的各性能參數(shù)一般都不是在試驗(yàn)臺(tái)上直接測(cè)量的，而是通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算而得到。得到風(fēng)機(jī)性能參數(shù)后，繪制風(fēng)機(jī)的性能曲線(xiàn)為風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)的最終結(jié)果，風(fēng)機(jī)的性能曲線(xiàn)有兩種，包括有因次性能曲線(xiàn)和無(wú)因次性能曲線(xiàn)。(7)有因次性能曲線(xiàn):將風(fēng)機(jī)在各工況下的性能參數(shù)值用曲線(xiàn)連接起來(lái)，繪制在直角坐標(biāo)系中，用以表示風(fēng)機(jī)流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關(guān)系曲線(xiàn)。(8)無(wú)因次性能曲線(xiàn):為了選擇、比較和設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)，經(jīng)常采用一系列無(wú)因次參數(shù)。風(fēng)機(jī)的無(wú)因次性能曲線(xiàn)是去掉各種計(jì)量單位的物理性質(zhì)而表示的風(fēng)機(jī)流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關(guān)
9、系曲線(xiàn)。因?yàn)檫@些性能參數(shù)去除了計(jì)量單位的影響，所以對(duì)每一種型式的風(fēng)機(jī)，僅有一組無(wú)因次性能曲線(xiàn)。無(wú)因次性能曲線(xiàn)與計(jì)量單位、幾何尺寸、轉(zhuǎn)速、氣體密度等因素?zé)o關(guān)，所以使用起來(lái)十分方便。無(wú)因次性能曲線(xiàn)在風(fēng)機(jī)的選型設(shè)計(jì)計(jì)算的應(yīng)用中尤為廣泛。2.1.2風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)裝置風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)裝置分為風(fēng)室式和風(fēng)管式兩類(lèi)。風(fēng)室式試驗(yàn)裝置由流量測(cè)試管路、風(fēng)室、輔助通風(fēng)機(jī)、流量調(diào)節(jié)器和整流器等組成，根據(jù)腔室與通風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口的連接方式不同，分為進(jìn)氣風(fēng)室和出氣風(fēng)室兩種試驗(yàn)裝置；風(fēng)管式試驗(yàn)由測(cè)試管路、流量調(diào)節(jié)裝置、整流裝置及錐形連接管等組成，根據(jù)試驗(yàn)管路與通風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口和出氣口的連接方式不同，分為進(jìn)氣、出氣、進(jìn)出氣三種試驗(yàn)裝置。4
10、(l)進(jìn)氣試驗(yàn):這種布置形式只在風(fēng)機(jī)進(jìn)口裝設(shè)管道，如圖2一1所示。氣體從集流器l進(jìn)入吸風(fēng)管道2，再流入葉輪3，在管道進(jìn)口處裝有調(diào)節(jié)風(fēng)量用的錐形節(jié)流門(mén)4，并在吸風(fēng)管道中放置測(cè)量流量用的畢托管5和靜壓測(cè)管6。5(2)排氣試驗(yàn):這種布置形式只在風(fēng)機(jī)出口設(shè)置管道，如圖2一2所示。氣體從集流器1進(jìn)入葉輪2，由葉輪流出的氣體從排風(fēng)管道3流出，用出口錐形二冷流門(mén)4調(diào)節(jié)流量，并在管道上裝設(shè)靜壓測(cè)管5和畢托管6。6(3)進(jìn)排氣聯(lián)合試驗(yàn):這種布置形式是在風(fēng)機(jī)進(jìn)出口都裝設(shè)管道，如圖2一3所示。氣體由集流器1進(jìn)入吸風(fēng)管2。經(jīng)葉輪3流入排風(fēng)管道4，然后排出，在出口裝一錐形節(jié)流門(mén)5調(diào)節(jié)風(fēng)量。并在進(jìn)出口管道上裝設(shè)靜壓測(cè)管6
11、和畢托管7。7在試驗(yàn)中采用哪一種布置形式，可根據(jù)各自的習(xí)慣及現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)條件來(lái)決定。例如送風(fēng)機(jī)是從大氣吸入空氣，經(jīng)管道送入爐膛，應(yīng)采用排氣試驗(yàn)裝置。引風(fēng)機(jī)是抽出爐膛的煙氣使之排入大氣，則應(yīng)采用進(jìn)排氣聯(lián)合試驗(yàn)裝置。因本系統(tǒng)原有試驗(yàn)臺(tái)為一風(fēng)管式試驗(yàn)臺(tái)，所以，本系統(tǒng)采用風(fēng)管式排氣試驗(yàn)裝置。8圖2一l進(jìn)氣試驗(yàn)裝置1一集流器2一進(jìn)氣風(fēng)管3一葉輪4一錐形節(jié)流門(mén)5一畢托管6一靜壓測(cè)管圖2一2排氣試驗(yàn)裝置1一集流器2一葉輪3一排氣風(fēng)管4一錐形節(jié)流門(mén)5一靜壓測(cè)管6一畢托管圖23進(jìn)排氣試驗(yàn)1一集流器2一吸風(fēng)管3一葉輪4一排風(fēng)管5一錐形節(jié)流閥6一靜壓測(cè)管7一畢托管由風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)方法可以看出，風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)應(yīng)主要完成試驗(yàn)
12、數(shù)據(jù)的測(cè)量、風(fēng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的控制、風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的計(jì)算和風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)的繪制四部分內(nèi)容。所以，如何使這四部分功能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。92.1.3虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)是日益發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器技術(shù)密切結(jié)合，共同孕育出的一項(xiàng)新成果，是90年代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)技術(shù)革命的產(chǎn)物。以計(jì)算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，充分利用計(jì)算機(jī)獨(dú)具的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時(shí)把傳統(tǒng)儀器的專(zhuān)業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計(jì)算機(jī)融為一體，構(gòu)成一臺(tái)從外觀(guān)到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用計(jì)算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)。由于儀器的專(zhuān)業(yè)化功能和面板控件都是由軟件形成，因此國(guó)際
13、上把這類(lèi)新型儀器稱(chēng)為“虛擬儀器”。10虛擬儀器首先由美國(guó)國(guó)家儀器公司(NationalInstrumentsCorporation簡(jiǎn)稱(chēng)Nl)于1986提出。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠(chǎng)家定義，用戶(hù)無(wú)法改變的模式。它給用戶(hù)一個(gè)充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間，用戶(hù)(而不是廠(chǎng)家)可以隨心所欲的根據(jù)自己的需要，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿(mǎn)足多種多樣的儀器需求。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件只是為了解決信號(hào)的輸入與輸出，軟件才是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個(gè)使用者都可以通過(guò)修改軟件的方法，很方便的改變、添減儀器系統(tǒng)的功能和規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說(shuō)。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較如表2一l所示。11從這個(gè)比較中不
14、難看出虛擬儀器的巨大優(yōu)越性。虛擬儀器系統(tǒng)的概念是測(cè)控系統(tǒng)的抽象，不管是傳統(tǒng)的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的:采集數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后顯示并處理結(jié)果。它們的不同主要表現(xiàn)在靈活性方面。12虛擬儀器由用戶(hù)自己定義，這就意味著我們可以自由組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件以及各種完成應(yīng)用系統(tǒng)所需的附件，而這種靈活性是由供應(yīng)商定義的傳統(tǒng)儀器上達(dá)不到的。結(jié)合實(shí)際情況，我國(guó)正處于競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)潮流之中，作為科研部門(mén)要多出成果；作為生產(chǎn)、制造部門(mén)，要盡快開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，把新產(chǎn)品推向市場(chǎng)，同時(shí)還要考慮生產(chǎn)率、效率、成本、質(zhì)量等諸多因素。所以應(yīng)用最現(xiàn)代化的手段，最新的技術(shù)，構(gòu)建簡(jiǎn)潔、實(shí)用、可靠、完
15、備和高性能/價(jià)格比的應(yīng)用系統(tǒng)是必不可少的。13從90年代中期以來(lái)，國(guó)內(nèi)的哈爾濱工業(yè)人學(xué)、重慶大學(xué)、西安交通大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、中科泛華電子科技公司等院校和高科技公司，在研究和開(kāi)發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品和虛擬儀器設(shè)計(jì)平臺(tái)以及引進(jìn)消化NI公司、HP公司的產(chǎn)品等方面做了一系列有益工作，并取得了一批矚目的成果。14據(jù)世界儀表與自動(dòng)化雜志報(bào)道，21世紀(jì)初，虛擬儀器的生產(chǎn)廠(chǎng)家將超過(guò)千家，品種將達(dá)到數(shù)千種，市場(chǎng)占有率將達(dá)到電測(cè)與電控儀器的50%。美國(guó)Geomatics公司于19%年采用虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具一LabVIEw軟件開(kāi)發(fā)了自動(dòng)灌溉系統(tǒng)；美國(guó)Goldsmith種子公司于1997年利用虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)化秧苗分析系統(tǒng)(CASA)；密執(zhí)安工業(yè)大學(xué)于1996年開(kāi)發(fā)了柴油機(jī)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都具有同類(lèi)系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。15
基于虛擬測(cè)試技術(shù)的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc
