【文章內容簡介】 ............................................................................................................................... 30 研究展望 .............................................................................................................................. 30 致謝 .................................................................................................................................................... 31 參考文獻 ............................................................................................................................................ 32 全套設計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 1 緒論 引言 風機使用面廣，種類繁多，遍及國民經濟各部門，利用風機產生的氣流為介質進行工作，可實現(xiàn)工業(yè)生產中分離、清選、加熱烘干、除塵降溫、物料輸送、通風換氣等多種工作。所以，在我國的化工、冶金和建材等部門，風機得到了 廣泛的應用。如冶金工業(yè)中的鍋爐鼓風、空氣調節(jié)設備和家用電器設備中的設備通風和冷卻、風洞風源和氣墊船的充氣和推進、化工業(yè)中的氣體排送、采礦業(yè)中的礦井通風、廠房的通風等都離不開風機。在農業(yè)中氣力播種、谷物清選、植物保護、物料干燥、農副產品加工以及物料輸送等方面都要用到風機 [1]。 風機系統(tǒng)中處于核心地位是氣力輸送，它輸送的風量和提供的壓力強有力地保證了系統(tǒng)的可靠性和有效性。風機的安全可靠性在工農業(yè)生產中的地位顯而易見。而風機的安全性及其工作效益與它的性能息息相關，所以風機具備良好的性能可以保障日常生產安全運行。 由于風機內氣體流動的復雜性，目前還很難用單純的理論計算方法準確地獲得風機性能曲線，只能通過試驗方法測定。因此，快速準確地測定風機性能參數并繪制性能曲線對開展風機的研究有重要的意義。 研究的目的和意義 評判 風機的性能 主要反應出三方面： 產品質量 的提高 、工作效率 的提高 和工作質量 保證的關鍵因素。校驗產品 的 氣動性能 能否 達到設計要求 、 出廠 的 風機性能 能否 達到樣本數據 的要求 、 改造后的風機是否能達到性能指標都需要進行性能測試。性能測試也是診斷故障的前提。風機的工作 體現(xiàn)在 輸送流量、產生全壓、所需功率及效率 。 為了 人們能正確使用風機，我們 必須了解這些參數之間的相互關系。但由于風機理論至今尚未完善，所以大部分依賴于狀態(tài)試驗獲取風機狀態(tài)參數。風機狀態(tài)試驗原理是在風機轉速不變的情況下改變，改變風機的流量來檢測風機的 其他各個 參數，并且繪制狀態(tài)曲線。 目前，風機用戶為提高自身的經濟效益，在選擇風機時對風機的各指標提出了更為嚴格的要求，如壓力，轉速，流量，噪聲，功率，可靠性等。與此同時，風機生產廠家為了提高自身的競爭能力，在努力提高機械加工，改進氣動設計的同時，也對風機狀態(tài)試驗的開發(fā)和研究給予了高度的重視。長期以來，我國的風機測 試技術比較落后，主要以手動操作試驗過程、手工測量試驗數據、手工繪制數據曲線為主，存在勞動強度大、測量精度低、測量手段落后等缺點。然 而 ，現(xiàn)代風機性能測試正迅速從傳統(tǒng)人工測試向自動化測試轉變。計算機技術與測試儀器技術的結合，使得人類研發(fā)出了一種新的測試儀器 —虛擬儀器。虛擬 測試 技術和 計算機 通信技術的結合，使 得 虛擬儀器應運而生，信號 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。虛擬儀器的網絡化 是 虛擬儀器目前 發(fā)展 的必然趨勢。由此，本文提出了利用 NI 公司開發(fā)軟件 LabVIEW 構建風機性能遠程測試系統(tǒng)的方案 。 國內外研究狀況 在過去的 70 年 ，風機的應用不斷 拓廣 。 1922 年，羅本遜先生 的 《礦井通風實踐》， 使得風機控制 開始 從自然通風過渡到機械通風 。 全套設計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 丹麥是世界上研究風機最早國家之一，很多風機制造商如 Bonus 公司、 Vestas 和 Wincon風機公司都具有先進的風機性能試驗系統(tǒng)，能夠自動測試風機性能參數，并 且 進行分析，以此指導風機生產，提高風機性能和效率 。 我國風機性能測試大體上經歷三個階段 [2][3]： （ 1） 上世紀五十年代以后，我國許多 學 院和高等院校 以 化工部門頒發(fā)的標準研制了風機測試 試 驗臺，但測試手段落后，主要以手工測量為主。采用畢托管、杠桿測矩等傳統(tǒng)儀器進行數據采集， 人工 計算 、流量 、 壓力 、 效率 和 功率 等參數，手工繪制性能曲線。這樣測測精度不高、勞動強度大、工作效率低。 （ 2） 八十年代中期，可編程計算機 PC1500 的出現(xiàn)使 風機性能測試程序實現(xiàn)了部分儀表測試的自動化；后來出現(xiàn) APPLEⅡ 微型計算機和有關測試儀器，通過 GPIB 總線在計算機上存儲 、 顯示 、處理數據和打印，由自動繪圖儀拷貝試驗結果 大大提高了 工作效率 。 （ 3）以上風機測試系統(tǒng) 大部分 為半自動測試， 其 測量信息不能綜合管理，且界面 不夠友好。隨著計算機 Windows 操作系統(tǒng)的展，華中科技大學動力工程系成功開發(fā)一種基于 Windows環(huán)境，采用 Visual 開發(fā)設計的一套計算機輔助試驗系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)能夠完成試驗數據的計算機自動集、 顯示 、 處理 、存盤、打印及曲線的 實時屏顯 ， 并且 能夠查詢當前和歷史試驗數據， 實現(xiàn)了人機界面的良好。 本文研究的內容和目標 在本文中，我們以 風機性能測試系統(tǒng)的基本結構、特點以及數字化測試技術 為核心 ，以虛擬儀器模塊化的設計思想為依據，利用 LabVIEW 軟件構建 的 一個 C/S 模式的數據采集系統(tǒng) 來對 風機性 能 進行 遠程測試。具體研究內容如下： 對風機性能試驗基礎 的研究。 利用 風機性能試驗 的 原理，確定系統(tǒng)設計 的方案和系統(tǒng) 實現(xiàn)的功能，并確定本系統(tǒng)的結構。 根據對 LabVIEW 構建的 虛擬儀器系統(tǒng)硬件基礎 的分析 ，對系統(tǒng)的 結構和體系 進行深入分析。 以 虛擬儀器模塊化和層次化 為 設計思想，確定系統(tǒng)的功能模塊。 采用 LabVIEW 軟件平臺將功能模塊進行編程， 全面優(yōu)化數據采集和處理、曲線擬合、數據存儲等方面。 在 LabVIEW 平臺上 實現(xiàn) 客戶端與現(xiàn)場儀器系統(tǒng)的數據交換，從而實 現(xiàn)遠程檢測。 全套設計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 2 虛擬儀器技術及相關知識 虛擬技術、計算機通信技術與網絡技術是信息技術的重要組成部分，它們被稱為 21 世紀科學技術中的三大核心技術。虛擬儀器技術的出現(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。 虛擬儀器簡述 1986 年， 美國國家儀器公司 (National Instruments Corporation 簡稱 NI)首先提出來虛擬儀器 。 它 的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的 固有 模式。給用戶一個充分發(fā)揮自己才能和想象力 的空間，用戶 (而不是廠家 )可以根據自己的 需求 ，設計自己的儀器系統(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 實物 相似 的 “ 圖標 ” ，用戶只需選用 和 軟件程序 相似 的圖形 “ 控件 ” ， 然后通過 計算機的鼠標來對其進行操作。（ 2）虛擬儀器測量功能 都是 由軟件編程 來 實現(xiàn) 的 。 虛擬儀器系統(tǒng)的構成 任何測量系統(tǒng)都必須包含數據采集、數據分析和處理和數據顯示和輸出三個模塊，虛擬儀器就是將這些模塊用不同的硬件和軟件來實現(xiàn)。 虛擬儀器的硬件 虛擬儀器測試系統(tǒng)的硬件 通常 包括傳感 器、信號采集 、 信號調理、等 I/O 接口設備和通用計算機。計算機一般是 PC 機或工作站，是 整個 硬件的核心，；傳感器 則 是測試系統(tǒng)獲取 外界 信息的 通道 ； I/O 接口設備 則 采集、放大、 A/D、 D/A 轉換 被測信號 等。 虛擬儀器的軟件 虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結構包含以下三部分： （ 1） I/0 接口軟件：是最接近硬件的軟件層 ， 存在于驅動程序 和硬件 之間，為硬件和驅動程序提供信息 交流。 （ 2） 驅動程序層：一般以動態(tài)鏈接庫或靜態(tài)庫形式供應用程序調用 ，是 實現(xiàn)儀器控制的橋梁。驅動程序的實質是 一個較為抽象的操作函數集， 為用戶提供儀器操作 。 （ 3） 應用程序開發(fā)環(huán)境： 是 虛擬儀器的核心 ，可以 完成測試系統(tǒng)數據的分析、計算、顯示 和 輸出等任務 。 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 硬件是關鍵 軟件是關鍵 儀器功能規(guī)模固定 系統(tǒng)規(guī)模功能可通過軟件增減修改 封閉的系統(tǒng)，與其他設備連接受限 基于計算機的開發(fā)系統(tǒng)，可方便的同外設，網絡及其它應用程序連接 價格昂貴 價格低，可重復利用 技術更新慢（周期 510 年） 技術更新快（周期 12 年） 開發(fā)和維護費用高 軟件結構大大節(jié)省了開發(fā)和維護費用 虛擬儀器的特點 全套設計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 虛擬儀器是基于計算機技術的一種全新的儀器設計概念，它與傳統(tǒng)儀器相比顯示出了眾多的優(yōu)點 [4]。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較見表 21[5] 虛擬儀器測試系統(tǒng)是集控制、測量、計算為一體，各種自動測試工作都是在計算機參與下完成的。因此虛擬儀器的特點 可歸納為 [6]： （ 1） 在通用硬件平臺確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來完成儀器的功能； （ 2） 儀器的功能是用戶根據需要由軟件來定義的，突出 “ 軟件就是儀器 ” 的新概念； （ 3） 儀器性能的改進和功能擴展只需進行軟件的設計更新，不需要 重新 購買新的儀器； （ 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)標準； （ 6）虛擬儀器開放、靈活，可與計算機同步發(fā)展，可與網絡及其它周邊設備互聯(lián)，以便于構成復雜的測試系統(tǒng) ； （ 7） 性價比高。虛擬儀器的信號傳送和數據處理幾乎都是靠數字信號或軟件來實現(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 面向儀器與測控過程的圖形化開發(fā)平臺 — LabVIEW LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench（實驗室虛擬儀器工程平臺）的縮寫，主要用于儀器控制、數據采集、數據分析等領域。它是一種基于圖形編程語言 —G 語言 (Graphical Programming Language)的可視化開發(fā)平臺 [7]。 （ 1） G 語言編程 LabVIEW 與 常規(guī)的 BASIC、 C/C+等語言 相比 ， 它 具有語言的所有特性，如相似的程序調試工具 、 數據類型，以及模塊化的編程特點等 ，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 使用圖形語言（各種圖標、圖形、連線等）以框圖的形式編寫程序。所以 ， LabVIEW 不僅僅是一個功能較完整的軟件開發(fā)環(huán)境，而是一種真正的編程語言，由于其獨特的圖形化編程方式，又被稱為 G 語言 [8]。 （ 2）基于 LabVIEW 的虛擬儀器程序設計結構 LabVIEW 程序稱為虛擬儀器程序（ Virtual Instrument），簡稱為 VI。一個 VI 程序 都由 三個主要部分 組成 ：前面板、框圖程序、圖標 /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， 用于設置用戶輸入和顯示程序輸出。 框圖程序（ Block Diagram）是利用圖形語言對前面板上的 控制量和指示量進行控制，也是 LabVIEW 作為 G 語言的 主要 體現(xiàn)。 圖標 /連接器（ Icon/Connector）用于把 VI 定義成一個子程序（ Sub VI）， 這種子程序可以在 其它程序中加以調用，這使 LabVIEW 得以實現(xiàn)層次化、模塊化編程。 LabVIEW 的特點 LabVIEW 軟件的特點可歸納為以下幾點 [9]： （ 1）圖形化的儀器編程環(huán)境：使用 “ 所見即所得 ” 的可視化技術建立人機界面。 在 測控領域， LabVIEW 提供了大量的儀器面板中的控制對象，用戶還可以通過控制編輯器將控制對象修改成自己 喜歡的 個性特點的控制對象； 全套設計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 （ 2）內置的程序編譯器：它采用編譯方式運行 32 位應用程序，解決了其他按解釋方式