容积式空气压缩机能效自动测试系统的研制①

顾丽敏，吴文俊

[摘 要] 以综合数据采集处理测试平台为研发对象，研制了一套容积式空气压缩机能效测试系统，对原有的老系统进行改造，根据前端传感器数据采集的结果进行处理分析，剔除粗大误差，实现系统数据采集的自动化。该系统具有采集数据多（包含大气温度、大气湿度、大气压力、进气口温度、出气口温度、排气口温度、内腔压力、出气口压力、转速、输入功率等）、运算数据准确可靠等特点，对企业来说具有经济实惠、便捷高效、数据准确的特点，因而具有广阔的应用前景和市场前景。

[关 键 词] 容积式空压机；数据采集；自动测试

[中图分类号] U464.141 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）12-0164-02

一、引言

近些年，随着我国经济的高速发展，我国空气压缩机行业保持了多年持续稳定的快速发展。空气压缩机是气源装置中的主体，通过原动机将机械能转换成气体压力能的流体机械，已在各行各业中得到了越来越广泛的应用。

在国内，已经有很多的空压机性能检测装置投入使用，但是关于检测系统的研究现在还不是很深入，很多的空气压缩机性能检测装置仍然采用的是传统的手动或者半自动的检测方式，依然有一些不完善之處，如工作效率低，劳动条件差，测试结果的可靠性、准确性也不高。少数单位开发了自动测试系统，不过并没有很好地应用，或者测点少，功能不强。因而本系统研制的目的是解决长期以来空压机测试过程中以手工为主，既费时又费力的问题，通过温度传感器、压力传感器对数据采集分析，实现对空压机性能的自动采集分析，提高工作效率。本系统不仅可以对空气压缩机系统的能效进行测试，也可以对容积流量、安全阀灵敏性、振动等进行测试，有很好的实用价值。

二、容积式空压机能效自动测试系统设计

（一）容积式空气压缩机测试系统的总体设计

本系统主要通过对大气压力、吸气压力、排气压力、吸气温度、排气温度、润滑油温度、转速、输入功率等一系列数据的采集然后进行数据处理分析及运算，由稳压电源、储气罐、稳流罐、流量测试、功率测试、传感器、数据采集与处理软件、显示界面等组成。测试系统示意图如图1、图2所示：

试验开始前应检查空气压缩机以确定其是否处于适宜进行试验的状态，应尽可能地消除泄漏，特别应注意检查管路系统的泄漏，所有可能积垢的部件均应清理干净，并检查测试仪器和设备是否正常。读数前，空气压缩机应运行足够长的时间以保证工况的稳定，同时使测试期间在读数时，不至于发生系统的变化。每一工况试验期间至少测定五次，其总时间不少于30分钟，测定的时间间隔应大致相等，每次测定时各参数值应同时读取。

（二）测试系统的硬件设计

本系统中，温度测量选用YOKOGAWA的GP10型号温度记录仪；环境温湿度选用杭州微松环境科技有限公司的WS TH20C2型号温湿度记录仪；功率测量选用YOKOGAWA的WT333型号三相功率计；转速测量选用台湾斯特仪器设备有限公司DT-209X。

（三）测试系统的软件设计

本文设计的下位机控制系统，上位机为普通PC机，下位机为西门子S7-200系列的PLC。采用自由口通信模式，自定义PC与 PLC的通信协议，用Step7编写PLC端的通信程序，而在PC端用Visual Basic实现串行通信的控制和监控界面的显示。

本系统采用了第三种通信方式，在开发通信软件时考虑了S7-200 PLC所特有的一种通信方式——点对点（PPI）方式。PPI通信协议是西门子公司专门为S7-200系列PLC开发的，内置于S7-200CPU中，物理上基于RS-485口，通过屏蔽双绞线实现PPI通讯。PPI协议是一种主—从协议，主站设备发送要求给从站设备，从站设备进行响应但不能主动发出信息。主站靠PPI协议管理的共享连接跟从站进行通讯。主站可以跟任意一个从站进行通讯，PPI协议并不限制主站的数量，但在一个网络中，主站最多只能有32个。PPI协议最基本的用途是让西门子STEP7-Micro/WIN编程软件上传和下载程序以及让西门子人机界面与PLC通信。

上位机软件开发的主要目的为读取下位机采集的被测空气压缩机精确的参数信号，包括压力、温度、转速等参数信号，自动计算出反映压缩机性能的宏观性能参数，进而推导出规定工况下的宏观性能参数，并能打印输出试验报告。同时要求开发的软件系统界面美观，操作简单，反映结果比较直观。具体应完成以下这些工作：（1）下位机的各种测试参数信号读取；（2）宏观性能参数的计算；（3）指示参数的计算；（4）试验报告的生成。

检测界面，首先需要将被测空压机的信息输入，同时需要指定机器的种类，这样软件就可以根据不同的机器类型，匹配不同的数据算法。然后根据下位机的采集信息，输入到指定条目中，方便在电脑上显示，可以实时看到采集的信息，确定测试情况是否正常。具体如图3和4所示。

三、系统计量校准效果

通过对空气压缩机能效检测方法的研究，进而设计了符合容积式空气压缩机能效测试装置的设计方案，并成功研制了符合标准要求的能效测试平台。为了保证测试的准确性，已经委托浙江省计量科学研究院和上海市质量监督检验技术研究院进行了计量校准，并与国家中低压空压机及钻凿机械质量监督检验中心（衢州）进行了设备一致性的比对，对相同的样机分别进行实验。（比对数据如下表所示）比对结果表明，两套系统的测试数据非常接近，相对误差小于1%，这样的误差在允差范围内，表明该测试装置测量精度符合标准要求，各项技术指标均已达到了设计要求。

空压机测试系统比对结果表

四、结论与展望

本系统研制的目的是解决长期以来空压机测试过程中以手工为主，既费时又费力的问题，通过温度传感器、压力传感器对数据采集分析，实现对空压机性能的自动采集分析，提高工作效率。本系统不仅可以对空气压缩机系统的能效进行测试，也可以对容积流量、安全阀灵敏性等进行测试，有很好的实用价值。