【正文】 地 圖 51 電路并聯(lián)一點接地 圖 52 各類地線分開設置 軟件抗干擾 在測控電路上采取抗干擾措施后，干擾問題基本上可以得到解決。電源線和接地線采用較粗的導線，并盡可能使之縮短： (3)各種信號正確接地 地可以看成等電 位體，但由于各種原因，地各點的電位是不等的。對各傳感器電源和步進電機驅動線路板電源，設計了各穩(wěn)壓電路。 干擾信號能對電測裝置發(fā)生影響，必須具備三個因素 :有干擾源產(chǎn)生干擾信號 。 使用注意事項 : (l)打開電源之前，檢查各接線端子是否可靠、正確連接，避免短路、斷路現(xiàn)象。 (2)在“基本參數(shù)”模塊，首先要輸入環(huán)境參數(shù)，風機兒何參數(shù)和試驗臺參數(shù)，以供狀態(tài)參數(shù)計算與查詢使用，如果用戶忽略此項輸入，系統(tǒng)采用默認值進行試驗。 (4)自動生成試驗報告 :在信號采集與處理之后，用戶可在試驗報告 模塊，得到風機狀態(tài)試驗的全部結果，包括試驗原始數(shù)據(jù)的顯示，風機有因次及無因次曲線的顯示。 對于一種特定的物理量，采樣頻率到底應選擇多少，必須按香儂 (Shannon)采樣定理來確定，即要求 : Fs≥ 2fmax 其中 fmax是原物理信號的最高頻率。針對這些問題，在采集控制模塊中，一次性輸入對通道 的初始化參數(shù)，且作為默認值保存下來，系統(tǒng)每次運行都按照此設置進行信號檢測，避免了每次測試時必須重復輸入的麻煩。 檢測信號的計算機處理 硬件系統(tǒng)的設計只是完成了檢測系統(tǒng)的第一步，即被測數(shù)據(jù)的物理信號到電信號的轉變，要將各電壓信號轉變?yōu)橛脩艨梢宰R別的數(shù)字信號以及由檢測信號計算出相應的物理信號，還要經(jīng)過軟件編程。他有 8個模擬量輸入通道 (對差分輸入，有 4對模擬輸入通道 )、 2個模擬量輸出通道， 16個數(shù)字量 1/0接口、 2個 16位的計數(shù)器 (用于記數(shù) /定時 )。常用D/A轉換器的轉換位數(shù) b表示。位數(shù) b:指 A/D轉換器輸出二進制數(shù)的位數(shù)。 信號的輸入方式。 (3)采樣 /保持器 :取出待測信號在某一瞬時的值 (即實現(xiàn)信號的時間離散化 )，并在 A/D轉換過程中保持信號不變，如果被測信號變化很緩慢，也可以不用采樣 /保持器。 數(shù)據(jù)采集板 LabVIEw 獲取數(shù)據(jù)的方法是通過對工 /O 接口設備的驅動完成的。所謂應變效應是指金屬導體 (電阻絲 )的電阻值隨應變 (伸長或縮短 )而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。電容式傳感器一般可分為三種形式 :變截面型、變介質(zhì)介電常數(shù)型、變極板間距型。金屬應變絲的極限一般為 l%，而半導體應變片可達 20%，電容傳感器相對變化量大于 100%。壓差式流量傳感器是目前工業(yè)上技術最成熟、使用最多的一種，其使用量約占全部流量測量儀表的 （ 70一 80%） [56]。而在我國國家標準中，規(guī)定可以采用角接取壓和法蘭取壓兩種方式。 ? P=p1一 P2::節(jié)流裝置前后的壓力差。由于流體是不可壓縮的，從截面 F1流入的流體體積一定等于 F2流出的流體體積，即 F1V1=F2V2 (32) 式 (3一 2)即為不可壓縮流體的質(zhì)量守恒方程。 對于各種形式的節(jié)流裝置，流量測量依據(jù)的基本理論和方程式都是一樣的，僅僅是其中有些系數(shù)不同。如果把計算機比做人的“大腦”，那么電子傳感器則酷似人的“五官”，不過對傳感器的要求要比人的五官高得多，他還要把人無法或難于感知的量測量出來，象電磁場、紅外光、紫外光、高溫、高壓、無嗅無味氣體、巨毒物等，并能放大、處理、傳輸、存儲、顯示、或作必要的控制輸出。其控制過程可描述為 :數(shù)據(jù)采集卡的模擬電壓輸出通道輸出 O 一 5V 電壓信號，用于控制變頻調(diào)速器輸出的電壓頻率 (O 一5OHz)，即控 制交流電動機電源頻率，實現(xiàn)電機轉速的控制。近年來，隨著變頻技術和控制技術的發(fā)展，變須器在風機上的應用也從單純的以節(jié)能為目的，發(fā)展到以提高產(chǎn)品產(chǎn)量、基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 8 質(zhì)量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化及環(huán)境保護等為目的，其應用領域 不斷擴大 [41 42]。在微機與數(shù)字電路之間為防止兩個系統(tǒng)之間的互相干擾，需加上光耦隔離電路，計算機及步進電機之間的光耦隔離電路如圖 3一 4所示。功率放大器直接與步進電機各相繞組連接，它接受來自推動級的信號，控制著步進電機各相繞組的導通或截止，同時也控制著繞組的最 高電壓和最大電流。 (l)電源 步進電機的驅動需用 35V及 12V直流電源，故將交流電經(jīng)轉換得到穩(wěn)定的直流電源 [37 38]。對于三相反應式步進電機，工作方式有三拍和六拍之分。改變輸入脈沖的通電相序，就能控制轉子位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當用戶發(fā)出指令改變風機運轉工況時，計算機通過數(shù)據(jù)采集卡輸出電壓信號，此電壓信號再經(jīng)過電路轉換，驅動步進電機使其轉過設定的角度，控制旋轉擋板在風管出口的位置，實現(xiàn)風機運轉工況的設定。本系統(tǒng)采用變頻調(diào)速基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 5 技術來實現(xiàn)風機轉速的調(diào)節(jié)。在試驗過程中，皮托管每次所測數(shù)值只是皮托管所在位置的壓力值，要想測得管路的平均壓力值，需要根據(jù)等面積環(huán)法在管路的不同位置多次測量后取其平均值，此種方法存在測量過程復雜，測量精度不高等缺點。美國 Goldsmith種子公司于 1997 年利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)了計算機自動化秧苗分析系統(tǒng) (CASA)。它們的不同主要表現(xiàn)在靈活性方面。 虛擬儀器首先由美國國家儀器公司 (National Instruments Corporation 簡稱 NI)于 1986 提出。例如送風機是從大氣吸入空氣，經(jīng)管道送入爐膛，應采用排氣試驗裝置。氣體從集流器 l 進入吸風管道 2，再流入葉輪 3，在管道進口處裝有調(diào)節(jié)風量用的錐形節(jié)流門 4，并在吸風管道中放置測量流量用的畢托管 5和靜壓測管 6。 (4)自動繪制風機狀態(tài)曲線?；谟嬎銠C技術的虛擬儀器以不可逆轉的力量推動著測控技術的革命。同時，風機生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競爭能力，在努力改進氣動設計，提高機械加工的同時，也對風機狀態(tài)試驗的研究和開發(fā)給予了高度的重視?；谔摂M測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 1 第一章 概述 風機使用面廣，種類繁多，遍及國民經(jīng)濟的各部門，利用風機產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進行工作，可實現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風換氣、除塵降溫等多種工作。由此可見，風機狀態(tài)試驗對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設計開發(fā)都至關重要，特別是對于大型、特型風機以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，狀態(tài)試驗尤為重要。虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進了以儀器為基礎的測控系統(tǒng)的改造，同時也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測試系統(tǒng)構造方法的進化，過去獨立分散、互不相干的許多領域，在虛擬儀器系統(tǒng)的概念下，正在逐漸靠攏、相互影響，并形成新的技術方法和技術規(guī)范。 (5)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶使用。 (2) 排氣試驗 :這種布置形式只在風機出口設置管道，如圖 2一 2 所示。引風機是抽出爐膛的煙氣使之排入大氣，則應采用進排氣聯(lián)合試驗裝置。虛擬儀器的 出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式。虛擬儀器由用戶自己定義，這就意味著我們可以自由組合計算機平臺、硬件、軟件以及各種完成應用系統(tǒng)所需的附件，而這種靈活性是由供應商定義的傳統(tǒng)儀器上達不到的。密執(zhí)基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 4 安工業(yè)大學于 1996 年開發(fā)了柴油機實驗室自動化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都具有同類系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點?？装鍓翰罘ㄊ窃陲L管的適當位置安裝節(jié)流孔板，氣流經(jīng)過孔板后，壓力發(fā)生改變，根據(jù)孔板前后的壓力差 即可計算出經(jīng)過風管的體積流量 [29]。在計算機與電機之間安裝變頻調(diào)速器，通過變頻調(diào)速改變電機轉速，即調(diào)節(jié)風機轉速。工況設定以后，重復上述信號采集、處理過程，直至檢測全部工況的試驗數(shù)據(jù)，最后運用最小二乘法擬合試驗數(shù)據(jù)，繪制風機狀態(tài)曲線，生成試驗報告 [33]。當電脈沖按某一相 序連續(xù)加到步進電機時，轉子以正比于電脈沖頻率的轉速沿某一方向旋轉。三拍是在轉動一個齒距角時換相三次，同理六拍在轉動一個齒距角時換相六次，步進電機的各相繞組以 A、 B、 C表示時，各種工作方式的換相情況如下 :單三拍 A一 B一 C— A雙三拍 AB— BC一 CA一 AB。其轉換框圖如圖 3 一 4 所示。步進電機的功率放大器既要向繞組提供足夠的電壓、電流及正確的波形，又要保證電機和功率放大器件的安全運行，還應具有較高的效率、較小的功耗、較低的成本。 圖 34 微機與數(shù)字電路板信號隔離 風機轉速調(diào)節(jié)裝置的設計 風機狀態(tài)試驗是在一定的轉速下進行的，為滿足不同風機狀態(tài)試驗的需要，本系統(tǒng)設有風機轉速調(diào)節(jié)裝置。本系統(tǒng)從自動化控制與節(jié)能出發(fā)，采用變頻調(diào)速裝置實現(xiàn)風機轉速的調(diào)整。另外兩路數(shù)字 I/0口 (17)和 (16)信號用于控制電機的正反轉，當 17口處于高電平時，電動機正轉起動，當 16口處于高電平時，電動機反轉起動。 本系統(tǒng)采用的傳感器包括壓差傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器。為了簡單起見，首先假設流體是不可壓縮的 (密度 P不變化 )、理想的 (流體沒有粘性 )、定常流動 (管道內(nèi)各點的參數(shù)不隨時間變化 )，管道是水平放置的。流束的最小截面 F2由節(jié)流裝置的開 孔面積 F0代替 F2=Uf0 (33) 其中 u為流束的收縮系數(shù)。 σ :流量系數(shù)，它和節(jié)流裝置的面積比 m及流體的粘性，重度，取壓方式等多種因素有關，是一個實驗確定的系數(shù)。對于角接取壓可以采用環(huán)室或加緊環(huán)(單獨鉆孔 )，對于法蘭取壓，則應用取壓法蘭。他不僅可以用來顯示，而且可以經(jīng)壓差變送器轉換成統(tǒng)一的標準信號 420 mA(或 l一 5V)以便送到單元組合儀表及計算機進行上業(yè)過程控制。 (2)靈敏度高。本系統(tǒng)選用變截面烤口靜壓傳感器，其型號為 :Model268，技術指標如下 : 工作溫度 :一 18~十 65℃ 溫度補償范圍 :+5一 +65’ C 溫漂 土 %FSC 基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 12 測量介質(zhì) :空 氣或類似的非導電性氣體 輸入電源 :9一 30VDC 輸出電流 :4一 2OmA 量程 :0一 2OOOPa 接線方式為兩線式，傳感器采用 24V 直流電源供電，數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道采集 25OQ精密電阻兩端的電壓信號，此電壓信號進入到計算機中進行處理。在傳感器的彈性體上粘貼有電阻應變計并組成惠斯通電橋。虛擬儀器系統(tǒng)中， I/0接口設備主要是數(shù)據(jù)采集板。 (4)A/D轉換器 :將輸入的模擬量轉 換為數(shù)字量輸出，并完成信號幅值的量化。一般待采集信號的輸入方式有 : 單端輸入 :即信號的其中一個端子接地。放大器增益 :數(shù)據(jù)采集板對信號的放大倍數(shù)。 其狀態(tài)指標如表 3一 4所示。在本系統(tǒng)中，軟件主要完成了信號檢測與數(shù)據(jù)處理。當然，在系統(tǒng)改變后，可以重新輸入各初始參數(shù)。在實際應用中，常取 Fs=(5 一 10) fmax從信號的復雜性和控制性來考慮，采樣周期越短越好，但 由于計算機速度和容量的限制，采樣周期不能太短，所以單純從理論計算來確定采樣周期不盡合理，實際應用時要結合經(jīng)驗來確定，采樣周期通常與下列因素有關 : 基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 15 采用的控制算式和執(zhí)行機構的類型。 (5)歷史查詢 :在歷史查詢模塊，用戶可對以前保存的數(shù)據(jù)文件及圖形文件進行查詢，也可對試驗結果進行查詢，對于查詢結果可進行打印。 (3)打開“采集與控制設置”模塊，在采集部分輸入各壓差信號、靜壓信號、扭矩信號的輸入通道、輸入電壓范圍和采樣速率，在控制部分輸入 控制變頻調(diào)速器和步進電機輸出信號的輸出通道，輸出信號電壓范圍和輸出信號的幅值。電路板的接線端子皆為弱電端子，切勿接高壓電。對干擾信號敏感的接收電路 。 (2)信號屏蔽 導線間的藕合是通道干擾的主要因素之一，導線間的干擾主要有以下幾種方式 : 電容性禍合 :兩回路的電場相互作用的結果。如果測試系統(tǒng)兩點接地，則由于這兩點的地電位差而引起干擾。但原則上講，任何抗干擾措施都只能削弱干擾源的影響或降低系統(tǒng)對干擾的敏感性，干擾不可能絕對消除。應用算術平均值算法實現(xiàn)了各采集信號的濾波處理，有效地克服了系統(tǒng)的隨機干擾。所以，本著靈活，方便以及實用化的指導思想，并考慮到虛擬儀器在今后所具有的強大的生命力和不可估計的發(fā)展前景，作者在導師的指導下，對虛擬儀器系統(tǒng)設計的理論和實踐做了一些有益的探索和實踐，開發(fā)一套實用且功能齊全的基于虛擬儀器技術的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)。 (8) 系統(tǒng)界面友好，操作 方便。 本系統(tǒng)具有較強的通用性，可以廣泛的應用于科研院所及企業(yè)的科研、生產(chǎn)與教學的試驗研究。 (2) 用傳感器技術檢測風機各狀態(tài)參