【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ............................................................................................................................... 30 研究展望 .............................................................................................................................. 30 致謝 .................................................................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................ 32 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 1 緒論 引言 風(fēng)機(jī)使用面廣，種類繁多，遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流為介質(zhì)進(jìn)行工作，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中分離、清選、加熱烘干、除塵降溫、物料輸送、通風(fēng)換氣等多種工作。所以，在我國(guó)的化工、冶金和建材等部門，風(fēng)機(jī)得到了 廣泛的應(yīng)用。如冶金工業(yè)中的鍋爐鼓風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和家用電器設(shè)備中的設(shè)備通風(fēng)和冷卻、風(fēng)洞風(fēng)源和氣墊船的充氣和推進(jìn)、化工業(yè)中的氣體排送、采礦業(yè)中的礦井通風(fēng)、廠房的通風(fēng)等都離不開風(fēng)機(jī)。在農(nóng)業(yè)中氣力播種、谷物清選、植物保護(hù)、物料干燥、農(nóng)副產(chǎn)品加工以及物料輸送等方面都要用到風(fēng)機(jī) [1]。 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中處于核心地位是氣力輸送，它輸送的風(fēng)量和提供的壓力強(qiáng)有力地保證了系統(tǒng)的可靠性和有效性。風(fēng)機(jī)的安全可靠性在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位顯而易見。而風(fēng)機(jī)的安全性及其工作效益與它的性能息息相關(guān)，所以風(fēng)機(jī)具備良好的性能可以保障日常生產(chǎn)安全運(yùn)行。 由于風(fēng)機(jī)內(nèi)氣體流動(dòng)的復(fù)雜性，目前還很難用單純的理論計(jì)算方法準(zhǔn)確地獲得風(fēng)機(jī)性能曲線，只能通過(guò)試驗(yàn)方法測(cè)定。因此，快速準(zhǔn)確地測(cè)定風(fēng)機(jī)性能參數(shù)并繪制性能曲線對(duì)開展風(fēng)機(jī)的研究有重要的意義。 研究的目的和意義 評(píng)判 風(fēng)機(jī)的性能 主要反應(yīng)出三方面： 產(chǎn)品質(zhì)量 的提高 、工作效率 的提高 和工作質(zhì)量 保證的關(guān)鍵因素。校驗(yàn)產(chǎn)品 的 氣動(dòng)性能 能否 達(dá)到設(shè)計(jì)要求 、 出廠 的 風(fēng)機(jī)性能 能否 達(dá)到樣本數(shù)據(jù) 的要求 、 改造后的風(fēng)機(jī)是否能達(dá)到性能指標(biāo)都需要進(jìn)行性能測(cè)試。性能測(cè)試也是診斷故障的前提。風(fēng)機(jī)的工作 體現(xiàn)在 輸送流量、產(chǎn)生全壓、所需功率及效率 。 為了 人們能正確使用風(fēng)機(jī)，我們 必須了解這些參數(shù)之間的相互關(guān)系。但由于風(fēng)機(jī)理論至今尚未完善，所以大部分依賴于狀態(tài)試驗(yàn)獲取風(fēng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)。風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)原理是在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下改變，改變風(fēng)機(jī)的流量來(lái)檢測(cè)風(fēng)機(jī)的 其他各個(gè) 參數(shù)，并且繪制狀態(tài)曲線。 目前，風(fēng)機(jī)用戶為提高自身的經(jīng)濟(jì)效益，在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)的各指標(biāo)提出了更為嚴(yán)格的要求，如壓力，轉(zhuǎn)速，流量，噪聲，功率，可靠性等。與此同時(shí)，風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家為了提高自身的競(jìng)爭(zhēng)能力，在努力提高機(jī)械加工，改進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，也對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)的開發(fā)和研究給予了高度的重視。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的風(fēng)機(jī)測(cè) 試技術(shù)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)、手工繪制數(shù)據(jù)曲線為主，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、測(cè)量精度低、測(cè)量手段落后等缺點(diǎn)。然 而 ，現(xiàn)代風(fēng)機(jī)性能測(cè)試正迅速?gòu)膫鹘y(tǒng)人工測(cè)試向自動(dòng)化測(cè)試轉(zhuǎn)變。計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)試儀器技術(shù)的結(jié)合，使得人類研發(fā)出了一種新的測(cè)試儀器 —虛擬儀器。虛擬 測(cè)試 技術(shù)和 計(jì)算機(jī) 通信技術(shù)的結(jié)合，使 得 虛擬儀器應(yīng)運(yùn)而生，信號(hào) 的 采集、 處理 和 傳輸 形成了一體化，不再受 環(huán)境 、 地域 等的限制。虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化 是 虛擬儀器目前 發(fā)展 的必然趨勢(shì)。由此，本文提出了利用 NI 公司開發(fā)軟件 LabVIEW 構(gòu)建風(fēng)機(jī)性能遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)的方案 。 國(guó)內(nèi)外研究狀況 在過(guò)去的 70 年 ，風(fēng)機(jī)的應(yīng)用不斷 拓廣 。 1922 年，羅本遜先生 的 《礦井通風(fēng)實(shí)踐》， 使得風(fēng)機(jī)控制 開始 從自然通風(fēng)過(guò)渡到機(jī)械通風(fēng) 。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 丹麥?zhǔn)鞘澜缟涎芯匡L(fēng)機(jī)最早國(guó)家之一，很多風(fēng)機(jī)制造商如 Bonus 公司、 Vestas 和 Wincon風(fēng)機(jī)公司都具有先進(jìn)的風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)測(cè)試風(fēng)機(jī)性能參數(shù)，并 且 進(jìn)行分析，以此指導(dǎo)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)，提高風(fēng)機(jī)性能和效率 。 我國(guó)風(fēng)機(jī)性能測(cè)試大體上經(jīng)歷三個(gè)階段 [2][3]： （ 1） 上世紀(jì)五十年代以后，我國(guó)許多 學(xué) 院和高等院校 以 化工部門頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)研制了風(fēng)機(jī)測(cè)試 試 驗(yàn)臺(tái)，但測(cè)試手段落后，主要以手工測(cè)量為主。采用畢托管、杠桿測(cè)矩等傳統(tǒng)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集， 人工 計(jì)算 、流量 、 壓力 、 效率 和 功率 等參數(shù)，手工繪制性能曲線。這樣測(cè)測(cè)精度不高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低。 （ 2） 八十年代中期，可編程計(jì)算機(jī) PC1500 的出現(xiàn)使 風(fēng)機(jī)性能測(cè)試程序?qū)崿F(xiàn)了部分儀表測(cè)試的自動(dòng)化；后來(lái)出現(xiàn) APPLEⅡ 微型計(jì)算機(jī)和有關(guān)測(cè)試儀器，通過(guò) GPIB 總線在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ) 、 顯示 、處理數(shù)據(jù)和打印，由自動(dòng)繪圖儀拷貝試驗(yàn)結(jié)果 大大提高了 工作效率 。 （ 3）以上風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng) 大部分 為半自動(dòng)測(cè)試， 其 測(cè)量信息不能綜合管理，且界面 不夠友好。隨著計(jì)算機(jī) Windows 操作系統(tǒng)的展，華中科技大學(xué)動(dòng)力工程系成功開發(fā)一種基于 Windows環(huán)境，采用 Visual 開發(fā)設(shè)計(jì)的一套計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)能夠完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)集、 顯示 、 處理 、存盤、打印及曲線的 實(shí)時(shí)屏顯 ， 并且 能夠查詢當(dāng)前和歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面的良好。 本文研究的內(nèi)容和目標(biāo) 在本文中，我們以 風(fēng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及數(shù)字化測(cè)試技術(shù) 為核心 ，以虛擬儀器模塊化的設(shè)計(jì)思想為依據(jù)，利用 LabVIEW 軟件構(gòu)建 的 一個(gè) C/S 模式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 來(lái)對(duì) 風(fēng)機(jī)性 能 進(jìn)行 遠(yuǎn)程測(cè)試。具體研究?jī)?nèi)容如下： 對(duì)風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)基礎(chǔ) 的研究。 利用 風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn) 的 原理，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的方案和系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)的功能，并確定本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 根據(jù)對(duì) LabVIEW 構(gòu)建的 虛擬儀器系統(tǒng)硬件基礎(chǔ) 的分析 ，對(duì)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)和體系 進(jìn)行深入分析。 以 虛擬儀器模塊化和層次化 為 設(shè)計(jì)思想，確定系統(tǒng)的功能模塊。 采用 LabVIEW 軟件平臺(tái)將功能模塊進(jìn)行編程， 全面優(yōu)化數(shù)據(jù)采集和處理、曲線擬合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面。 在 LabVIEW 平臺(tái)上 實(shí)現(xiàn) 客戶端與現(xiàn)場(chǎng)儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，從而實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 2 虛擬儀器技術(shù)及相關(guān)知識(shí) 虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)的重要組成部分，它們被稱為 21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)中的三大核心技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)大大的改變了人們現(xiàn)有的工作模式、思維模式和生活模式。 虛擬儀器簡(jiǎn)述 1986 年， 美國(guó)國(guó)家儀器公司 (National Instruments Corporation 簡(jiǎn)稱 NI)首先提出來(lái)虛擬儀器 。 它 的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無(wú)法改變的 固有 模式。給用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己才能和想象力 的空間，用戶 (而不是廠家 )可以根據(jù)自己的 需求 ，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)。虛擬儀器 中 的 “ 虛擬 ” 包括以下兩方面：（ 1）虛擬儀器面板是虛擬的。虛擬儀器面板控件是與 實(shí)物 相似 的 “ 圖標(biāo) ” ，用戶只需選用 和 軟件程序 相似 的圖形 “ 控件 ” ， 然后通過(guò) 計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)來(lái)對(duì)其進(jìn)行操作。（ 2）虛擬儀器測(cè)量功能 都是 由軟件編程 來(lái) 實(shí)現(xiàn) 的 。 虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成 任何測(cè)量系統(tǒng)都必須包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和處理和數(shù)據(jù)顯示和輸出三個(gè)模塊，虛擬儀器就是將這些模塊用不同的硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 虛擬儀器的硬件 虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的硬件 通常 包括傳感 器、信號(hào)采集 、 信號(hào)調(diào)理、等 I/O 接口設(shè)備和通用計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)一般是 PC 機(jī)或工作站，是 整個(gè) 硬件的核心，；傳感器 則 是測(cè)試系統(tǒng)獲取 外界 信息的 通道 ； I/O 接口設(shè)備 則 采集、放大、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換 被測(cè)信號(hào) 等。 虛擬儀器的軟件 虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)包含以下三部分： （ 1） I/0 接口軟件：是最接近硬件的軟件層 ， 存在于驅(qū)動(dòng)程序 和硬件 之間，為硬件和驅(qū)動(dòng)程序提供信息 交流。 （ 2） 驅(qū)動(dòng)程序?qū)樱阂话阋詣?dòng)態(tài)鏈接庫(kù)或靜態(tài)庫(kù)形式供應(yīng)用程序調(diào)用 ，是 實(shí)現(xiàn)儀器控制的橋梁。驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)質(zhì)是 一個(gè)較為抽象的操作函數(shù)集， 為用戶提供儀器操作 。 （ 3） 應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境： 是 虛擬儀器的核心 ，可以 完成測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算、顯示 和 輸出等任務(wù) 。 表 21 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器 儀器由廠商定義 用戶自己定義 硬件是關(guān)鍵 軟件是關(guān)鍵 儀器功能規(guī)模固定 系統(tǒng)規(guī)模功能可通過(guò)軟件增減修改 封閉的系統(tǒng)，與其他設(shè)備連接受限 基于計(jì)算機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)，可方便的同外設(shè)，網(wǎng)絡(luò)及其它應(yīng)用程序連接 價(jià)格昂貴 價(jià)格低，可重復(fù)利用 技術(shù)更新慢（周期 510 年） 技術(shù)更新快（周期 12 年） 開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高 軟件結(jié)構(gòu)大大節(jié)省了開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用 虛擬儀器的特點(diǎn) 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種全新的儀器設(shè)計(jì)概念，它與傳統(tǒng)儀器相比顯示出了眾多的優(yōu)點(diǎn) [4]。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較見表 21[5] 虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)是集控制、測(cè)量、計(jì)算為一體，各種自動(dòng)測(cè)試工作都是在計(jì)算機(jī)參與下完成的。因此虛擬儀器的特點(diǎn) 可歸納為 [6]： （ 1） 在通用硬件平臺(tái)確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來(lái)完成儀器的功能； （ 2） 儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來(lái)定義的，突出 “ 軟件就是儀器 ” 的新概念； （ 3） 儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)更新，不需要 重新 購(gòu)買新的儀器； （ 4）研 發(fā) 周期比傳統(tǒng)儀器 相比 大為縮短； （ 5）虛擬儀器硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)； （ 6）虛擬儀器開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，可與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)，以便于構(gòu)成復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng) ； （ 7） 性價(jià)比高。虛擬儀器的信號(hào)傳送和數(shù)據(jù)處理幾乎都是靠數(shù)字信號(hào)或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，大大降低了系統(tǒng)誤差和環(huán)境干擾和影響； 虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái) 面向儀器與測(cè)控過(guò)程的圖形化開發(fā)平臺(tái) — LabVIEW LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）的縮寫，主要用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。它是一種基于圖形編程語(yǔ)言 —G 語(yǔ)言 (Graphical Programming Language)的可視化開發(fā)平臺(tái) [7]。 （ 1） G 語(yǔ)言編程 LabVIEW 與 常規(guī)的 BASIC、 C/C+等語(yǔ)言 相比 ， 它 具有語(yǔ)言的所有特性，如相似的程序調(diào)試工具 、 數(shù)據(jù)類型，以及模塊化的編程特點(diǎn)等 ，二者的區(qū)別僅僅是編程方式不同 。但二者最大的區(qū)別是 LabVIEW 使用圖形語(yǔ)言（各種圖標(biāo)、圖形、連線等）以框圖的形式編寫程序。所以 ， LabVIEW 不僅僅是一個(gè)功能較完整的軟件開發(fā)環(huán)境，而是一種真正的編程語(yǔ)言，由于其獨(dú)特的圖形化編程方式，又被稱為 G 語(yǔ)言 [8]。 （ 2）基于 LabVIEW 的虛擬儀器程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) LabVIEW 程序稱為虛擬儀器程序（ Virtual Instrument），簡(jiǎn)稱為 VI。一個(gè) VI 程序 都由 三個(gè)主要部分 組成 ：前面板、框圖程序、圖標(biāo) /連接器。 前面板（ Front Panel）是 虛擬程序 的交互式圖形化用戶界面， 目的是仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的前面板， 用于設(shè)置用戶輸入和顯示程序輸出。 框圖程序（ Block Diagram）是利用圖形語(yǔ)言對(duì)前面板上的 控制量和指示量進(jìn)行控制，也是 LabVIEW 作為 G 語(yǔ)言的 主要 體現(xiàn)。 圖標(biāo) /連接器（ Icon/Connector）用于把 VI 定義成一個(gè)子程序（ Sub VI）， 這種子程序可以在 其它程序中加以調(diào)用，這使 LabVIEW 得以實(shí)現(xiàn)層次化、模塊化編程。 LabVIEW 的特點(diǎn) LabVIEW 軟件的特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn) [9]： （ 1）圖形化的儀器編程環(huán)境：使用 “ 所見即所得 ” 的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面。 在 測(cè)控領(lǐng)域， LabVIEW 提供了大量的儀器面板中的控制對(duì)象，用戶還可以通過(guò)控制編輯器將控制對(duì)象修改成自己 喜歡的 個(gè)性特點(diǎn)的控制對(duì)象； 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 （ 2）內(nèi)置的程序編譯器：它采用編譯方式運(yùn)行 32 位應(yīng)用程序，解決了其他按解釋方式