應用領域：
產品測試

使用的產品：
LabVIEW、NI 、DAQ、SCXI

挑戰：
用基於計算機的測控係統代替手工操作
，提高自動化水平
，改善工作條件，確保監測數據的精確、可靠。

應用方案：
以 NI 公司的 LabVIEW軟件、DAQ 卡、SCXI 卡和現有的變送器等構成一套基於 PC 的壓縮機性能自動測試係統。

介紹：
    壓(ya)縮(suo)機(ji)是(shi)一(yi)種(zhong)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)中(zhong)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)的(de)機(ji)械(xie)設(she)備(bei)。這(zhe)種(zhong)機(ji)械(xie)依(yi)靠(kao)在(zai)氣(qi)缸(gang)內(nei)作(zuo)往(wang)複(fu)運(yun)動(dong)的(de)活(huo)塞(sai)或(huo)作(zuo)旋(xuan)轉(zhuan)運(yun)轉(zhuan)的(de)轉(zhuan)子(zi)的(de)作(zuo)用(yong)，使(shi)吸(xi)入(ru)氣(qi)體(ti)的(de)體(ti)積(ji)縮(suo)小(xiao)而(er)提(ti)高(gao)壓(ya)力(li)
，以(yi)滿(man)足(zu)生(sheng)產(chan)需(xu)要(yao)。這(zhe)種(zhong)產(chan)品(pin)的(de)結(jie)構(gou)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)
，除(chu)機(ji)械(xie)、電氣部分外
，還有氣、油、水(shui)等(deng)多(duo)種(zhong)回(hui)路(lu)。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)和(he)提(ti)高(gao)壓(ya)縮(suo)機(ji)的(de)質(zhi)量(liang)，對(dui)其(qi)性(xing)能(neng)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)是(shi)一(yi)個(ge)不(bu)可(ke)缺(que)少(shao)的(de)環(huan)節(jie)。但(dan)是(shi)到(dao)目(mu)前(qian)為(wei)止(zhi)，這(zhe)項(xiang)工(gong)作(zuo)基(ji)本(ben)上(shang)是(shi)以(yi)手(shou)工(gong)為(wei)主(zhu)進(jin)行(xing)的(de)。因(yin)此(ci)

，工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)低(di)、勞動條件差，測試結果的可靠性
、準zhun確que性xing也ye不bu高gao。少shao數shu單dan位wei開kai發fa了le自zi動dong測ce試shi係xi統tong，不bu過guo，並bing沒mei有you很hen好hao地di用yong上shang去qu，或huo者zhe，測ce點dian少shao
，功gong能neng不bu強qiang。本ben文wen針zhen對dui國guo內nei現xian狀zhuang提ti出chu一yi種zhong基ji於yu計ji算suan機ji的de自zi動dong測ce試shi係xi統tong方fang案an。

1、總體結構
     本文介紹的測試係統由帶有 PCI 總線的工業控製計算機

、 NI公司的LabVIEW軟件、1 塊DAQ 采集卡、9 塊SCXI 調理卡（1 塊SCXI-1121、7 塊 SCXI-1125、1 塊 SCXI-1162）
、1台12 槽機箱 SCXI-1001 和溫度、壓力、流量變送器等構成（圖1） 。在計算機的控製之下，按照國標《一般用容積式空氣壓縮機性能試驗方法》（GB3853）的規定
，測定單級和兩級壓縮的壓縮機性能
，繪製特性曲線，打印試驗報告。

     測試係統采集的參數有：吸氣溫度、壓力；排氣溫度

、壓力；壓縮機轉速

、軸功率
；強電係統的電壓、電流、功率；冷卻水的溫度
、壓力
、流量；供油係統的壓力、溫度等。與此同時，測試係統還通過輸出控製電路對機組的工作狀態進行控製。

2、信號 I/O 和調理
     按照試驗要求和標準規定，測試係統的測溫範圍為0~200℃， 測量吸入/排出空氣溫度和冷卻水溫的誤差≤±0.2℃， 測量油溫的誤差≤±1℃。為滿足要求，將被測溫度經標準鉑電阻 Pt100 等轉變為 100.00~176.00Ω的電阻或 4~20mA 的電流
，送SCXI-1121 和 SCXI-1125 調節，然後輸入 PCI-MIO-16E-DAQ 卡。

    SCXI-1121 有 4 個隔離的輸入通道
，每個通道都帶有激勵源。測試係統利用它提供的0.15mA精密 （準確度為±0.04%）恒定電流，將電阻信號轉變為精確的電壓信號
，以四線製方式測出此電壓；經隔離、放大、抗噪音濾波後（以適應惡劣的現場環境），送 DAQ。

    SCXI-1125 有 8 個隔離的輸入通道。在輸入端子SCXI-1138（含有 249Ω的精密電阻）的配合下
，將變送器輸出的 4~20mA 電流轉變為 1~5V 電壓，以讀數的0.08%精度對其進行測量。按標準規定
，測量吸排壓力的誤差小於±0.4%即可（測量油壓的誤差小於±2%），故SCXI-1125 也用來測量氣壓
、油壓（已由變送器變換為4~20mA 電流）。此外
，SCXI-1125的5V輸入通道還用來測量經互感器和變送器變換的交流電流、交流電壓和功率（精度要求為±0.5%）等強電電量。       

     各塊 SCXI 卡的輸出分別接入具有16個單端模擬輸入通道 的 PCI-MIO-16E-4DAQ 卡的不同通道。DAQ 卡可以高達 250kS/s 的采樣速率采樣
，5V 量程時的測量精度為讀數的 0.07%。在各輸入模塊的配合之下，完全滿足了動態測試、“同時讀取”工況參數和較高的測量精度要求。此外，這種 DAQ 卡還帶有 2 個模擬輸出口，8 個數字I/O 口等。
 
     壓縮機的轉速和輸入扭矩用轉速轉矩傳感器轉變為數字量，冷卻水的流量經流量變送器轉換為數字量
，然後經過具有32個輸入通道且以光耦隔離的 SCXI-1162 卡也送入 DAQ 卡測量。

    DAQ 的數字 I/O 口除用於輸入測量外，還通過輸出控製電路控製配電櫃的繼電器、接觸器的通斷；而它的模擬輸出部分則通過 D/A 轉換及相關電路向閥門定位器輸出 4~20mA 電流，控製閥門開度
，調節流過的水量或氣體壓力。

3

、試驗流程和程序
      測試壓縮機性能的程序用LabVIEW圖形化編程環境編製，利用它的模塊化、層次化結構
，工程技術人員在幾周內即可構成或基本構成要求的測試係統。這種解決方案直觀、簡單易學，使用起來也不複雜。在本係統中，測試程序大致由試驗管理模塊、數據采集模塊
、輸出控製模塊、數據處理模塊
、顯示模塊
、文件管理模塊和報警模塊等構成。軟件程序借助於DAQ卡采集被測量和控製試驗的進行。利用鍵盤、鼠標和顯示器（圖形化軟麵板）等進行人機對話。軟件的主要功能與試驗流程（圖2）相對應： 

    1.運行試驗管理模塊， 按照試驗要求和 GB3853 標準等規定，輸入試驗的類型、試驗的項目、額定參數、規定的工況參數

、試驗條件和硬件配置等。
    2.運行采集和控製等模塊，起動機組預運轉
，掃描軸承、機殼等部位的溫度，考核零部件的配合情況
，判斷機組能否平穩運行。
    3.機組能平穩運行則轉入下一步

，按 GB3853 的要求，將運轉參數，如冷卻水溫
、總壓力比
、主軸轉速等，調整（測量、計算、比較、調整）到允許的波動範圍之內。
    4.在規定的工況下， 測量吸排氣溫度、壓力，冷卻水溫度、壓力，油係統溫度
、壓力、壓縮機轉速與軸扭矩等。進行常規性能測試，處理測得的數據和顯示測試結果。
    5.調節閥門的開度和主軸轉速等，進行超溫、最高許可轉速、最高許可壓力等試驗。考核機組能否可靠運轉。
    6.機組關機。 運行數據處理模塊和文件管理模塊等，詳細分析
、處理測得的數據。如
，以測得的溫度、壓力等計算求得壓縮機的排氣量，以測得的轉速、扭矩求得軸功率，以排氣量和軸功率求得規定工況下的比功率
；繪製示功圖、氣流脈動曲線等；打印試驗報告和將試驗文件存檔。
    7.壓縮機試驗期間， 測試係統不斷對其轉速、壓縮比
、排氣溫度和油溫等進行監控，發現越限則立即調用報警模塊報警和強行停車。

    上述以 LabVIEW 等實現的係統既可用於產品出廠檢驗，又可用於型式試驗

；既可用於測點較少的小型產品測試，又可用於測點較多的機組性能測試。

4


、結束語
    LabVIEW 是一套專為數據采集、數據分析和數據表達而設計的圖形化編程環境，功能強大、靈活直觀，可大幅度減少傳統係統設計所需的開發時間；DAQ 卡、SCXI卡是以模塊為基礎的硬件
，也給係統的組建
、變更和維護帶來很多方便。可以想像
，以 LabVIEW 和 DAQ卡、SCXI 卡等構成的壓縮機性能自動測試係統肯定會給用戶帶來許多好處，在行業中也有較高的推廣價值。若在硬件中增加新的插卡/機箱，在軟件中增加新的功能模塊
，測試係統的功能還可進一步擴展。如

，將測點擴展到幾百點，或同時測試多台機組的性能；擴大係統的輸出控製功能；分析測得的數據
，提出產品改進意見或方案；在企業內部或企業間通信，協同工作，共享有關數據等。