基于LabVIEW平台的空压机自动化测试系统

陈建林

(上海交通大学 机械与动力工程学院,上海 200240)

基于LabVIEW平台的空压机自动化测试系统

陈建林

(上海交通大学 机械与动力工程学院,上海 200240)

活塞式空压机通过压缩气体驱动各种风动机械,已得到广泛运用。空压机可靠性主要包含了功耗、排气量、工作压力以及零部件的寿命等，是顾客满意度和忠诚度的保证。传统的空压机可靠性测试以人工测试为主，受测试员主观判断的影响，很难实现对样本运行状况的实时记录和保证样品测试工况与设计工况一致，其测试结果越来越缺乏说服力。文中应用NI 公司的LabVIEW软件及其硬件平台设计了空压机自动化测试系统，实现了对空压机可靠性自动化测控的方案。该系统实现了空压机的可靠性、测试工况的一致性和测试数据的完整性，节约了测试的人力并提高了产品的测试进度。

LabVIEW软件；空压机；自动化测试；可靠性

随着客户对产品质量要求的不断提高，产品可靠性越来越成为企业竞争力的一个保证。因而，可靠性测试成为产品研发和质量控制的必要流程。可靠性测试条件的可控性和测试过程的实时监控是实验结果可信度的保证。现代仪器结合计算机强大的运算和显示能力，提高了数据采集、表达和分析等各种性能[1]，并使实时监控成为未来仪器的发展趋势。以NI公司开发的LabVIEW为代表的虚拟仪器利用其可以实时监控、良好的人机界面和远程控制、数据保存等方面的优点解决了传统测试方法的诸多问题。同时，LabVIEW以其图形化编程方式和模块化的硬件，大大减少了系统开发人员的工作量，缩短了测试系统开发周期，在国内外得到了广泛的应用，如西安交通大学开发的空压机性能测试系统就是采用虚拟仪器对空压机性能参数进行采集和记录,实现空压机性能自动化测试[2]。笔者以前在工作单位也运用PLC开发了一套空压机性能测试系统,主要运用于生产线上空压机性能的单循环测试，但不能运用于空压机的长期可靠性测试。

本文基于LabVIEW软件平台，结合NI公司的Compact Field Point工业I/O产品,结合网络通信模块，借助虚拟仪器强大的测试控制功能，实现空压机样品性能参数的实时监控并控制空压机的运行状态。本系统通过Compact Field Point产品的分布式功能实现多站点空压机可靠性测试系统，主要运用于样品长期可靠性的测试。本系统通过对样品工作时间的闭环回路控制以及工作压力控制的研究和系统实现，提高了样品测试数据的准确性和可信度，并保证了测试依照设计工况进行，更能根据客户需求设计出合格的产品。同时，降低了测试人员的劳动强度，提高了产品开发和质量改善的效率。

1 硬件系统框图

本文所设计的空压机测控系统要求在测试过程中，系统实时检测空压机的压力和电流值，并通过网络通信模块实现分布式多站点测试。计算机软件对采集到的数据进行运算分析，实时反馈样品和排气阀的通断电状态，从而实现空压机样品的自动化测控。根据空压机测控系统的现场规划和设计要求,本文设计的空压机测控系统硬件架构如图1所示。

图1 空气压缩机测控系统总体硬件架构

信号通过传感器(变送器)的采集和调理，转换为符合IEC标准的被测信号，被信号模拟量输入模块采集处理后[3]，经过网络通信模块和网线传输将信号传送到计算机，由LabVIEW程序进行运算处理；通过对运行工况的设定和测试数据的分析处理，LabVIEW程序将通过数字输出模块控制继电器和接触器的通断情况,从而实现样品运行状态的实时监控和运行工况的实时控制。

本课题由于压力传感器距离数据采集卡比较远，所以选用4～20 mA的电流信号输出，减少了信号传输中的损耗。同时，如果传感器接线出错或者传感器断路，其输出信号将为0 mA，从而在软件中将会显示负值，便于系统故障的排查。电流检测使用的是0～5 V的电压输出信号[4]。

2 软件设计

根据空压机可靠性测试的要求，本文设计了如图2所示的测试流程。

图2 程序流程图

图2中“最短运行时间要求程序循环”是指当对样品每个工作循环的最短运行时间和工作压力范围有要求时，测试所要采用的程序段，其流程如图3所示。

本文一个很重要的研究目的就是保证测试条件的一致性和数据采集的准确性,并通过LabVIEW软件对采集到的数据进行运算分析并控制样品测试的状态，图4是该功能实现的部分程序段。

图3 “最短运行时间要求程序循环”流程

图4 “最短运行时间要求程序循环”程序

通过“最短运行时间要求程序循环”程序的设定，当空压机运行时,软件通过对采集到的数据进行运算,在程序主界面波形图上显示压力和电流值。通过子程序与设定值的比较，判断样品是否正常运行，并在样品失效时及时报错和停机，满足了安全测试的需求。

3 人机界面设计

程序运行后，人机界面可以直观地显示电流、压力的数值以及样品的运行状态。图5中的示波器和布尔量显示了压力和电流的趋势(图中为工况设定不同的两段波形),样品的运行状态和排气阀的工作状况，右下角是设定“最短运行时间要求程序循环”的区域。

图5 系统测试界面

4 系统功能与特点

1)本系统实现了机器代替人工测试的功能，节约了人力成本，降低了技术员的工作强度。

2)本系统实现了测试中电流、压力数据的实时采集，并在人机界面上直观展示出来。

3)本系统通过对采集到的数据和人为设定参数进行比较，实时发现失效样品，中断样品检测并

提示技术员样品失效原因，保证了测试数据的准确性和测试过程的安全性。

4)本系统可以设定并控制样品运行工况，从而保证了实验结果的可比性。

5)本系统可以满足不同的测试条件要求，实现测试的多样化；同时，采用分布式的网络通信模块，可以同时测试多台样品，缩短产品开发和质量改进方案验证的周期。

5 结束语

本文采用NI公司的LabVIEW2009 开发了空压机可靠性自动化测试系统，采用可靠的硬件系统和满足多种测试要求的软件系统，避免了人为测量误差，在实际运用中取得了不错的效果。该系统可应用于不同空压机产品的可靠性测试，为产品开发和质量保证提供可靠的测试平台。

[1] 王海娥，基于LabVIEW虚拟示波器的设计及远程控制[D].西宁：青海师范大学，2010.

[2] 聂政威，潘琦，侯雄坡.虚拟仪器在空压机性能测试系统中的应用[J].压缩机技术，2012(1)：17-19.

[3] 徐宏坤.基于LabVIEW远程监测平台的研究[D].成都：成都理工大学，2008.

[4] 高振天，郭立新.电机控制系统中的电流检测技术[J].机电工程技术，2012，41(8)：148-150.

[5] 李瑞，周冰，胡仁喜，等.LabVIEW2009 中文版虚拟仪器从入门到精通[M].北京：机械工程出版社，2010.

An Automatic Measurement and Control System for Compressor Reliability Test Based on LabVIEW System

CHEN Jianlin

(School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

As the power source driving air tools work, reciprocating air compressors are used very popularly in industrial area and human life. As an key parameter for compressor’s quality, including power dissipation, air flow, work pressure and components’ life etc., reliability assures the customers’ satisfactions and loyalty. People manually test the compressors’ reliability before and the test result is not accuracy enough as it would be based on the technicians' judgments, besides it is hard to have real time record and assure the working condition. This paper designs a compressor reliability test system, it can monitor the samples' running status and record the test data, and also can control the compressor to run under a controllable method. It will help to assure the test data integrity and accuracy, and also save the manpower and speed up the test schedule.

LabVIEW software; compressor; automatic test; reliability

2014-02-07；修改日期: 2014-03-17

陈建林(1983-)，男，硕士在读，专业方向：机械工程。

TP29

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.019