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北京中科环测通风检测技术有限公司

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通风机空气动力性能检测
工业通风机性能自动测试系统的研制

  1  工业通风机性能自动测试系统的研制  

 一、 前言  

    目前工业通风机性能自动测试系统多是运行于DOS环境下,功能单一使用不便,且遵守的标准是GB1236-85《通风机空气动力性能试验方法》。2000年国家质量技术监督局发布了GB/T 1236-2000《工业通风机——用标准化风道进行性能试验》,同时宣布替代GB1236-85GB1236-2000规定了四种装置类型,每种类型可以有多种形式,加上采用不同的流量测量方法,可以组合出六十余种试验装置,因此迫切需要研制一种支持各种装置和流量测量方法的全功能工业通风机性能自动测试系统。

 二、 系统的功能及特点

1. 系统的功能  

本文研制的工业通风机性能试验自动测试系统的功能有:自动控制被测风机和辅助风机的启动和转速大小,自动控制流量阀门,实现大气条件、压力、转速和功率(或扭矩)的自动采集,计算通风机性能、绘制性能曲线,生成支持Office2000格式的试验报告,并可将测试数据和试验报告存入Access数据库。

2. 系统的特点  

(1) 支持标准规定的四大类试验装置,即A型:自由进口和自由出口;B型:自由进口和 管道出口;C型:管道进口和自由出口;D型:管道进口和管道出口。同时支持标准规定的各种流量测量方法。

(2) 被测风机通过变频器控制启动和调节转速,对需要使用辅助风机的装置也通过变频器 控制其启动和转速。

(3) 使用角行程电动执行器控制流量调节阀门,实现测试过程中阀门的自动控制,同时也 支持手动调节。

(4) 支持测力计、扭矩仪和电测法测量风机的轴功率。

(5) 控制程序中设有测试向导,指导使用者进行各种装置、流量测量方法、换算条件和传 感器的配置等各项选择,使用方便且不易出差错。

(6) 传感器使用数据库管理,可方便地进行设置和更换。

(7) 性能曲线自动绘制,可根据需要生成全压、静压、动压、功率、效率、噪声随流量的 关系曲线。

(8) 可生成Office2000格式的试验报告,并将数据处理结果、试验装置图、测试仪表和传 感器、性能曲线自动插入到试验报告中。

(9) 系统可配置多种报告模板,使用者也可以对现有的模板进行修改,以生成满足自己要 求的个性化试验报告。

(10) 系统支持数据库操作,可将测试数据和试验报告存入数据库中,方便日后查询和分 析。 三、 系统的硬件构成及工作原理

1. 系统的构成  

主要由通风机试验台(包括被测风机和辅助风机,试验装置和流量测量方法可根据实际需要改变)、传感器(或变送器,包括大气压力、温度、湿度、差压、转速、功率、噪声等)、显示仪表、计算机、数据采集卡(A/D卡和D/A)、电动执行器和变频器组成。

温度湿度显示 大气压力显示 差压变送器温湿度变送器 大气压变送器变频器 温度变送器温度显示 功率测试仪功率显示转速显示转速测试仪 压力显示差压变送器转换板转换板流量显示频率显示阀门开度显示 RS485串行接口计算机 打印机 角行程执行器 伺服放大器 RS232串行接口 变频器频率显示噪声显示 声级计 辅助风机 流量测量

流量调节 大气参数 被测风机   

2. 系统硬件配置  

(1) 主控计算机系统,测试系统中使用的计算机为PC机,建议使用PIII800、内存256M 以上,操作系统为Windows2000

(2) 数据采集卡,本系统采用PCI接口的数据采集卡,该卡的主要参数为:32PCI总 线,采样频率可达110K Hz16位模拟量输入分辨率,16通道单端模拟量输入,212D/A转换器,紧凑型DB-37连接器,三种触发模式(软件触发、可编程定时器触发与外部触发)(3) 传感器的选择与配置,传感器的量程根据实际需要而定,如表1  1 传感器配置表 传感器类型 量  程 输出信号 精度 大气压力变送器 600~1100hPa 4~20mA 0.1% 温度变送器 -50~1004~20mA ±0.5℃ 大气湿度变送器 0~100%  4~20mA 0.2% 差压变送器 500Pa1kPa2kPa 5kPa10kPa20kPa50kPa  4~20mA 0.25% 0.4% 转速  0~5000 r/min  RS232接口  ±1 r/min 20N50N100N500N 4~20mA 0.2% 扭矩 10 N·m20 N·m50 N·m200 N·m  RS232接口 1.0% 功率 电测仪表 RS232RS485接口 1.0% 噪声  声级计  RS232RS485接口  ±1dB  数据采集部分被安装在一个仪表箱内,包括大气压力变送器、配电系统、显示仪表、差 压变送器等。对于需要现场使用的传感器,在采集器上留有接口,如温度、力变送器等。而功率、噪声、扭矩、转速等则通过RS232RS485直接与计算机相连接。

(4) 变频器,根据辅助风机和被测风机的功率选用合适变频器,使用RS485串口通讯来 控制。

(5) 电动执行器,本系统中使用的为角行程电动执行器,根据被测风机和辅助风机风量和 压力的大小,合理选择电动执行器的大小

3. 测试系统的基本原理  本系统采用各种传感器实现现场物理信号到电信号的转换,通过接口端子送入计算机。压力(含差压)、温度、湿度等参数通过数据采集卡将模拟量信号转换为数字量送入计算机,转速、功率和噪声使用RS232RS485串口通讯直接送入计算机。流量调节阀门的控制是通过数据采集卡的D/A模块将数字量转换为模拟量,通过一定的电路向电动执行器送入标准调节信号来实现。被测风机和辅助风机的转速是通过变频器来实现的,通过在计算机内安装RS485通讯卡控制,可以方便地运转、停车和设置各种转速。  在计算机软件的支持下,实现被测风机和辅助风机的自动开启、转速的自动调节和阀门的自动控制,完成测量参数的自动采集自动处理、自动储存、自动显示、自动绘图等,并自动生成Office格式的试验报告。

四、 系统的测量误差分析  

测试过程中的各种环节不可避免地存在着误差,本系统中所采用的传感器的测量精度见表1,均符合GB/T1236-2000的要求,对测试结果进行误差分析的结果如表2。  表2 数据采集系统误差分析

 参数 相对误差u(%)  说明 单个参数最大误差 大气压力pa ±0.1 传感器的最大误差 环境温度(绝对温度) θ  ±0.2 0.5/(273+ta)  湿度 hu ±0.2  表压(差压) pe ±0.4  流量差压 DP ±0.4  转速 n ±0.4 ³250 r/min  功率 P ±1.0   面积 A ±0.2   结果最大测量误 环境空气密度 ra ±0.4 22 2pauhauuu++q  风机进口密度 r1 ±0.4 同ra  通风机流量 qm,或qv  ±2.0 各种测量方法最大值  通风机压力 p ±0.4 pe  通风机空气功率 Pu  ±2.1  22 pFqmuu+

差 通风机效率 η ±2.4  2 2prpuuu+  

为防止差压变送器的零点漂移,在测试前采用计算机进行零点校正。所有数据采集均应 在工况稳定的情况下进行,采集的数据是某一时间段内的平均值。

五、 控制与处理软件的开发 1. 软件的需求分析  本文研制测试与控制软件需实现从风机开启、数据采集、数据处理、数据管理到生成实验报告等一系列过程的自动化,概括起来软件有以下诸多方面的需求。  (1) 控制功能,需要控制的部分有被测风机启动及转速调节、辅助风机的启动与转速调节 和流量调节阀门的调节。被测风机和辅助风机的启动与转速调节使用RS485串口通讯实现,编程时使用MSComm控件实现。流量调节通过控制角行程电动执行器实现,角行程电动执行器是使用4~20mA标准电流信号控制,这个信号是数据采集卡上的D/A功能来实现的,程序中使用采集卡提供的动态连接库实现; (2) 数据采集功能,需要采集的量有大气参数(压力、温度、湿度)、节流差压、风机进出 口表压、功率、风机转速、噪声等参数。大气参数、差压用采集卡的A/D功能实现,编程使用采集卡提供的动态连接库。功率、转速和噪声通过RS232串口与计算机连接,编程使用MSComm控件; (3) 数据处理功能,GB/T1236-2000规定了四种装置类型,每种类型可以有多种形式,加 上采用不同的流量测量方法,可以组合出六十余种试验装置。对应每一种装置数据处理方法略有不同,程序要根据使用者输入的数据进行自动判断调用不同的计算方法和数据处理模块; (4) 数据管理功能,数据管理要求使用数据库管理,包括实验数据管理、实验报告管理和 传感器数据库管理,要实现历史数据和实验报告的查询、修改和删除。通过编辑传感器数据库实现传感器的参数修改和传感器的更换,而不用修改控制程序; (5) 实验报告生成,生成的实验报告有格式要求,且能被办公软件编辑(Office)。本软 件要求利用COM编程技术生成标准Office文档。此外,要求软件提供修改实验报告模式的途径,本软件采用实验报告模板的方式,通过实验模板的修改可以生成个性化实验报告,不需要修改控制程序。 2. 软件功能的实现  (1) 串口通讯编程 本文有两处使用串口通讯编程,一处为变频器的控制,主要是向变频 器发送数据;另一处为测量风机的功率、转速、噪声等参数,主要是接收仪表发来的数据,并加以转换。变频器的控制 本文使用的变频器为台达VFD-P风机水泵专用型变频器,通信方式为RS485,波特率最高可达到38400bit/s,支持无校验,7个数据位,2个停止位等方式通讯。变频器接收控制的通信协议如下:

STX ADR 1 ADR 0 CMD 1 CMD 0 0  1  … … N-1  N  ETX CHK 1 CHK  0 02H  Address  CMD  Data Characters  03H  Check Sum  STX:起始字符,值为02H;ADR:通讯位址,为2ASCII的组合成一个byte的 位址;CMD:命令指令,为2ASCII的组合成一个byte的命令指令,如CMD030H时为停车、为31H时为启动正转(FWD+RUN)、为32H时为启动反转(REV+RUN)Data Characters:资料内容,2nASCII的组合成nbyte,最多有52ASCIIEXT:结束字元,值为03HCHK:侦误值,是由STXETX加起来的值。功率、

  5  转速等参数的测量 本文使用的测试仪表均为RS232串口通讯方式,波特率最高可达到9600bit/s,支持无校验,7个数据位,2个停止位等方式通讯。 (2) 实验报告生成 利用Word自动化功能,在应用程序中自动调用MS Word2000,并自 动生成实验报告文档、相关的实验数据和数据处理结果。 (3) 性能曲线绘制 在程序中调用Tecplot专用绘图程序来实现,利用Tecplot软件中的二 次开发功能来现,可以自动生成性能曲线。 (4) 数据库管理本文使用的数据库为MS Access2000,程序中通过ADO接口访问数据库, ADOMicrosoft为最新和最强大的数据访问范例 OLE DB 而设计的,是一个便于使用的应用程序层接口。 3. 基础类的设计  面向对象技术正在发展成为软件发展的主流技术,面向对象技术已广泛应用于软件工程界。Visual C++是美国微软公司推出的编程工具,最能体现面向对象的编程思想。本文根据面向对象程序设计思想,设计一些基本类,这些类在程序中反复使用,非常有代表性。  (1) 实验装置和流量测量方法可以组合出六十余种试验装置,测试过程中还需要配制不同 的传感器,因此就需要设计区分这些选择的标志,这个选择过程使用实验向导来实现。 (2) 传感器类主要用于实验中传感器的配置,包含一些属性参数和函数,结构如下: class CSensor   {  protected:   传感器的属性数据,包括名称、型号、类型、量程等;    public:  【构造函数区】  构造和销毁传感器类,包含为传感器类申请空间;  【操作数据函数区】  主要是对传感器进行某种操作的函数;  }; (3) 实验数据类,实验数据类是本文程序的核心类,它包含实验的全部数据、实验处理函 数及实验结果信息,

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