【正文】 、軟件開發(fā)平臺和實(shí)驗(yàn)管路的比較、選擇，根據(jù)實(shí)際情況及所掌握的知識，確定了以 PLC 可編程控制器為開發(fā)平臺，由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PC 機(jī)構(gòu)成的水泵性能參數(shù)測試系統(tǒng)。 系統(tǒng)的總體方案 流程 如 下 圖所示 ： 圖 23 傳感器信號流程圖 系統(tǒng)的整體運(yùn)行分為實(shí)時(shí)顯示、基本特性測試和調(diào)速性能測試。必要時(shí)應(yīng)當(dāng)用精皮托管排測定進(jìn)入模擬回路的液流速度分布，以證實(shí)液安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 流特性符合要求。 如果泵在模擬現(xiàn)場條件下進(jìn)行試驗(yàn)，則不在緊接泵的前面設(shè)置整流柵。因此，入口等徑直管的長度取 20D=20x50=1000mm。 對于標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)回路，國標(biāo)規(guī)定：若入口節(jié)流閥一直保持全開狀態(tài)，入口等徑直管的長度取用不小于 7D（ D 為直管徑）；若入口節(jié)流閥任意開度狀態(tài)，入口等徑直管的長度應(yīng)不小于 12D（ D為管徑）。 為了保證以上條件，對于型式數(shù)小于或等于 的泵使用在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)。 由于試驗(yàn)場地的限制，以及進(jìn)水口在排水口在同一個(gè)水源，水可以循環(huán)使用且符合實(shí)驗(yàn)室測試要求，故選擇水泵閉式回路試驗(yàn)裝置作為測試試驗(yàn)的管路裝置。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 21 水泵開式池式試驗(yàn)裝置示意圖 （ 2） 閉式回路式試驗(yàn)裝置如圖 22所示，進(jìn)口吸水和出口排水在同一個(gè)水源，水循環(huán)使用，這種裝置由于容器有限， 使得進(jìn)口進(jìn)水受到出口水流的影響，水流不平穩(wěn)，容易產(chǎn)生漩渦，但另一方面，該裝置占地面積小，可以在廠房內(nèi)設(shè)置。這種試驗(yàn)裝置可以保證吸入水流平穩(wěn)，有效的去處漩渦的影響，并且設(shè)備簡單，適合不同型號水泵試驗(yàn)。 水泵性能參數(shù)測試臺管路裝置 試驗(yàn)裝置 按照國家標(biāo)準(zhǔn)，水泵的試驗(yàn)裝置只要分為：開式池式試驗(yàn)裝置和閉式回路試驗(yàn)裝置 。 PLC 具有：（ 1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，（ 2）配套齊全，功能完善，實(shí)用性強(qiáng)，（ 3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎，（ 4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，（ 5）體積小，重量輕，能耗低。 可編程控制器（ PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 PLC 的編程語言與一般計(jì)算機(jī)語言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級語言，也不同于一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。因此我們選定這一方案作為測試系統(tǒng)的構(gòu)架。這樣，便能夠完成對型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)以及為泵的研發(fā)提供參考數(shù)據(jù)的要求。 （ 3）數(shù)據(jù) 采集卡與 PC 機(jī)工控機(jī)構(gòu)成的采集處理系統(tǒng) 這種方案是采樣用傳感器作為測量設(shè)備，數(shù)據(jù)采集卡作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備， PC機(jī)作為數(shù)據(jù)處理和管理的主要設(shè)備來構(gòu)成的測試系統(tǒng)。這樣在水泵進(jìn)行型式試驗(yàn)或者在為水泵性能研究提供參考數(shù)據(jù)的情況下，不能快速，大批量的采集數(shù)據(jù)，來捕捉到可能的性能信息，比如說，汽蝕的臨界點(diǎn)。單片機(jī)可以根據(jù)實(shí)際情況選擇使用一個(gè)或幾個(gè)，負(fù)責(zé)對傳感器測量到得實(shí)驗(yàn) 性能參數(shù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行簡單的處理，然后將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、顯示、數(shù)據(jù)擬合、打印報(bào)表等。 （ 2）單片機(jī)與上位機(jī)構(gòu)成的分布式測試系統(tǒng) 目前有些水泵的檢測系統(tǒng)也采用這種方案。數(shù)據(jù)的測量可以采用相對應(yīng)的傳感器，數(shù) 據(jù)的調(diào)理可以通過各種調(diào)理模塊，數(shù)據(jù)的采集可以使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)分析有頻率分析儀、振動(dòng)測試儀、各種數(shù)字量處理模塊等，打印選用繪圖儀，顯示可以采用使用組態(tài)軟件的專用顯示設(shè)備。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 2 測試系統(tǒng)總體方案的確定 方案比較 目前在對水泵性能參數(shù)自動(dòng)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以有三種方案選擇：組合儀表方案，單片機(jī)與上位機(jī)構(gòu)成的分布式系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集卡與 PC 機(jī)或工控機(jī)構(gòu)成的采集處理系統(tǒng)。本文即在這方面作了深入探討和嘗試。這樣，測試系統(tǒng)一方面減少硬件需求，只是數(shù)據(jù)采集卡，基本管路和傳感器，甚至 PC 機(jī)只是在實(shí)驗(yàn)室使用，平時(shí)還可以用于日常辦公，因此降低了開發(fā)成本；同時(shí)模塊化設(shè)計(jì)使得在對不同類型、不同型式水泵進(jìn)行測量時(shí)，程序調(diào)整或升級變的簡單，并且操作界面好，使用方便；另外使用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)可以完成通用性能曲線的繪制時(shí)對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求，使得測試系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際需要。 因此，本課題的主要任務(wù)是選用合適的測試手段與測試方法，進(jìn)行水泵性能參數(shù)試驗(yàn)臺的管路及軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與數(shù)據(jù)處理，完成水泵性能參數(shù)測試及數(shù)據(jù)處理功能。 本課題研究的內(nèi)容 本課題設(shè)計(jì)了利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)等技術(shù)相結(jié)合的水泵性能測試試驗(yàn)臺。此外，還要求盡量縮短研制周期和降低成本。電子計(jì)算機(jī)在流態(tài)分析中也得到了應(yīng)用。 2．深入進(jìn)行內(nèi)特性方面的測試 深入進(jìn)行水泵流道內(nèi)不同工況下流速分布、壓力分布、壓力脈動(dòng)、汽蝕形態(tài)、汽蝕強(qiáng)度、汽蝕侵蝕部位等內(nèi)特性的研究，對全面測試水泵的性能、發(fā)展水泵理論和提高設(shè)計(jì)水平有重要意義，因此國外一些廠家和有關(guān)高等院校對內(nèi)特性的測試十分重視。 因此水泵測試系統(tǒng)應(yīng)打破傳統(tǒng)的測試方法，綜合采用現(xiàn)代的檢測技術(shù)、智能控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)測試、傳輸和處理。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是自 適應(yīng)控制、魯棒控制、非線性控制、大系統(tǒng)理論和預(yù)測控制等現(xiàn)代控制理淪的出現(xiàn)”，以及儀器儀表的高度自動(dòng)化和信息管理的現(xiàn)代化，使得對流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)成為可能，一些先進(jìn)的控制方法如模糊控制不依賴于被控對象的安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 數(shù)學(xué)模型，對無法建模或很難建模的復(fù)雜對象，也能利用人的經(jīng)驗(yàn)知識來設(shè)計(jì)模糊控制器完成控制任務(wù)。一方面，要求測試系統(tǒng)具有更高的速 度、精度、可靠性和自動(dòng)化水平，以便減少人力和提高工作效率；另一方面，要求測試系統(tǒng)具有更大的靈活性和適應(yīng)性。如何在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用新技術(shù)、新設(shè)備等手段實(shí)現(xiàn)水泵性能的自動(dòng)測試與分析已成為國內(nèi)眾多水泵生產(chǎn)廠家及研究單位的迫切需求。因此，對于這種需求現(xiàn)狀，目前的測試系統(tǒng)中仍然存在一些缺憾；或者參數(shù)測量不完整或者系統(tǒng)過于龐大且復(fù)雜，造價(jià)太高而不能為眾多小型水泵生產(chǎn)廠家所采用，或者功能單一不易推廣。 在我國，許多廠家或者是國有企業(yè)改制后的中、小型企業(yè)，或者是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、民營企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模一般不大、并且產(chǎn)品多樣，許多廠家的水泵甚至按照用戶的需求進(jìn)行生產(chǎn)，很難形成統(tǒng)一的系列。另外江蘇理工大學(xué) TP自動(dòng)化（ TPA） 研發(fā)中心開發(fā)的泵類產(chǎn)品測試（實(shí)驗(yàn)）系統(tǒng)為功能比較完善的測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，且安裝方便。浙江機(jī)械研究所、江蘇理工大學(xué)、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、華北水利電力學(xué)院等單位相繼對水泵實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行 了研究與開發(fā)，建立了各具特色的實(shí)驗(yàn)裝置，他們?yōu)樗米詣?dòng)測試系統(tǒng)的不斷完善發(fā)揮了先導(dǎo)作用。此外還有美國Scientific Software 集團(tuán)開發(fā)的 Infinite Extent 等水泵測試系統(tǒng)。針對以上的不足，另外一種基于計(jì)算機(jī)的測試系統(tǒng)孕育而生。同類產(chǎn)品的還有英國 Cussons Technology 公司生產(chǎn)的 P6250 齒輪泵、軸流泵、離心泵和活塞泵測試平臺等。又例如美國TecQuipment Inc 生產(chǎn)的 Centrifugal Pump Test Sst（ GI15） ，是一臺用于離心泵測試的裝置。目前，國外測試系統(tǒng)呈現(xiàn)出高集成、小體積、可移動(dòng)、多功能、設(shè)備全、易操作等特點(diǎn)。 例如，英國國立工程實(shí)驗(yàn)室（ NEL） 的水力試驗(yàn)臺，自 1961 年 1 月運(yùn)行至今，該試驗(yàn)臺適用于水泵和模型水輪機(jī)（最大直徑 ）的性能試驗(yàn)，可以以開式和閉式兩種循環(huán)方式進(jìn)行效率和汽蝕試驗(yàn)，部分參數(shù)可自動(dòng)控制，試驗(yàn)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)采集、處理，并自動(dòng)繪制和打印試驗(yàn)結(jié)果。 國內(nèi)外泵測試技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國外泵測技術(shù)現(xiàn)狀 國外在水泵測試領(lǐng)域研究起步較早，測試系統(tǒng)的產(chǎn)品已經(jīng)比較成熟。因此，現(xiàn)階段我們開展水泵綜合參數(shù)自動(dòng)測試系統(tǒng)的研究，能夠促進(jìn)水泵測試系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，有助于提高泵產(chǎn)品的研發(fā)效率、改善產(chǎn)品的性能水平，具有較高的實(shí)用價(jià)值，對于提高國內(nèi)泵企的國際競爭力也具有現(xiàn)實(shí)意義。究其原因，主要是國內(nèi)泵業(yè)缺乏具有新的思路、現(xiàn)代的試驗(yàn)手段、先進(jìn)控制的水泵測試系統(tǒng)，難以總結(jié)出新的理淪來指導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)，改良生產(chǎn)質(zhì)量，提高產(chǎn)品性能，以至于市場急需的產(chǎn)品試制太慢或短缺，多數(shù)泵類產(chǎn)品的性能水平與用戶 的要求差距較大，很難沖出傳統(tǒng)產(chǎn)品的格局。但據(jù)近期市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)雖然泵業(yè)生產(chǎn)企業(yè)眾多，原材料和勞動(dòng)力廉價(jià)，但高水平、高質(zhì)量的泵產(chǎn)品卻供不應(yīng)求，仍需從國外大量進(jìn)口。根據(jù)近期市場預(yù)測，到2020 年，工業(yè)泵總產(chǎn)值將達(dá)到 180億元，可實(shí)現(xiàn)銷售收入 190億元； 當(dāng)前還是泵行業(yè)出口創(chuàng)匯增加幅度最大的時(shí)期，預(yù)測 2020 年、 2020 年的出口創(chuàng)匯額可分別達(dá)到 4． 5億美元和 7 億美元左右，比 1998 年增加 2． 5倍和 4． 4倍，比 2020 年的預(yù)測值也將增加 1． 2倍和 2． 9倍，將占到工業(yè)總產(chǎn)值的 25％和 32％左右 。 由于水泵理論至今仍不十分完善，流體在水泵中的運(yùn)動(dòng)過程中十分復(fù)雜，無法用完整的數(shù)學(xué)解析式來描述水泵在不同工作狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)特征，所以水泵的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)仍然必須用水泵實(shí)驗(yàn)的方法來測量，即水泵性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗(yàn)， 并以測量的結(jié)果來評判泵的性能是否達(dá)到規(guī)定的要求。因?yàn)楸脧难芯俊㈤_發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用，必須經(jīng)過一系列試驗(yàn)。如何在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用新技術(shù)、新設(shè)備等手段實(shí)現(xiàn)水泵性能的自動(dòng) 測試與分析已成為國內(nèi)眾多水泵生產(chǎn)廠家及研究單位的迫切需求。因此，對于這種需求現(xiàn)狀，目前的測試系統(tǒng)中仍然存在一些缺憾；或者參數(shù)測量不完整或者系統(tǒng)過于龐大且復(fù)雜，造價(jià)太高而不能為眾多小型水泵生產(chǎn)廠家所采用，或者功能單一不易推廣。 在我國，許多廠家或者是國有企業(yè)改制后的中、小型企業(yè)，或者是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、民營企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模一般不大、并且產(chǎn)品多樣，許多廠家的水泵甚至按照用戶的需求進(jìn)行生產(chǎn)，很難形成統(tǒng)一的系列。如中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究等開發(fā)的 PMS水泵綜合測試系統(tǒng)，它是以工控機(jī)為下位機(jī)、 PC機(jī)為上位機(jī)構(gòu)成的分布式大型水泵參數(shù)測試系統(tǒng)，功能完備，但操作也比較復(fù)雜；另外，江蘇理工大學(xué) TP自動(dòng)化研究開發(fā)的泵參數(shù)綜合測量儀則結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。 從 20世紀(jì)八十年代末到九十年代初，在伴隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，在水泵性能參數(shù)的自動(dòng)采集和測試方面，我國取得了一定的進(jìn)步。 長期以來，我國的水泵測試手段比較落后?；拘阅茉囼?yàn)是在水泵轉(zhuǎn)速不變的情況下，改變水泵流量，測試水泵的各個(gè)性能參數(shù)變化，并繪制性能曲線。由于水泵理論至今仍不十分完善，所以水泵性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗(yàn)。水泵的工作是以輸送流量、產(chǎn)出全壓、所需功率及使用效率來體現(xiàn)的，這些工作參數(shù)之間存在著相應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)流量與轉(zhuǎn)速變化時(shí)，會(huì)引起其他參數(shù)的變化。 水泵性能測試系統(tǒng)的現(xiàn)狀概述 水泵使用面廣，種類繁多，屬于通用性的機(jī)械類而廣泛應(yīng)用于過敏經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。水泵綜合參數(shù)自動(dòng)測試系統(tǒng)不僅是提高管理水平的需要，也是微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的必然。 關(guān)鍵詞：水泵性能、傳感器、 plc 技術(shù)、數(shù)據(jù)處理 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) II DESIGN OF IS5032200 PUMP PERFORMANCE AUTOMATION TEST SYSTEM ABSTRACT This article on the pump performance parameters testing method is analyzed and studied, The presented based on PLC technology pump performance parameters testing system solutions. During the study, analyzes and discusses the sensor and PLC software interface methods。目前國內(nèi)在礦用水泵關(guān)鍵參數(shù)的檢測方面手段單一 ,方法陳舊 ,自動(dòng)化水平不高 ,無法滿足實(shí)際需要。提出了在 plc 技術(shù)上對水泵性能的自動(dòng)化測試。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 IS5032200 水泵性能自動(dòng)化測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) DESIGN OF IS5032200 PUMP PERFORMANCE AUTOMATION TEST SYSTEM 學(xué)院（部）： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級： 機(jī) 設(shè) 0712 學(xué)生姓名： 范祥雷 指導(dǎo)教師： 薛祖強(qiáng) 講師 2020 年 6 月 7 日 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) I IS5032200 水泵性能自動(dòng)化測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 本文對水泵性能參數(shù)測試方法進(jìn)行了分析和研究，提出了基于 plc 技術(shù)的水泵性能參數(shù)測試系統(tǒng)的解決方案。在研究過程中，分析討論了傳感器與 plc 軟件的接口方法；分析了流量傳感器、壓力傳感器、霍爾傳感器在測量流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速的應(yīng)用方法。為了確保水泵正常工作 ,對其進(jìn)行性能檢測十分重要。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基