單螺桿泵性能測試系統的特征曲線(xiàn)研究
在單螺桿泵性能測試系統中，針對重要測試參數(流量-轉速、功率-轉速)之間的函數關(guān)系，研究了采用線(xiàn)性最小二乘法對采集的數據進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，用VBScript腳本語(yǔ)言編程形成流量-轉速特征曲線(xiàn)和功率-轉速特征曲線(xiàn)的方法;同時(shí)，介紹了在上位組態(tài)軟件WINCC和VB的編程環(huán)境下，使用TeeChart控件繪制特征曲線(xiàn)的方法，并給出了相關(guān)代碼。測試系統的程序開(kāi)發(fā)采用C/S結構和SQL Server數據庫，數據來(lái)源于WINCC系統，數據庫前臺開(kāi)發(fā)工具選用Visual Basic 6.0，數據庫控件選用TeeChart組件。采用該方法可有效剔除干擾數據，減少測試誤差，提高單螺桿泵測試系統數據分析處理的準確性。
為了保證螺桿泵在實(shí)際工作中能夠安全穩定地運行，在出廠(chǎng)前，都要對螺桿泵進(jìn)行嚴格的性能測試。單螺桿泵的性能測試是辨別產(chǎn)品優(yōu)劣、保證單螺桿泵系統(由于實(shí)際工程所要測試的螺桿泵的電動(dòng)機、減速器和奈莫泵體已連為一體，因此，簡(jiǎn)稱(chēng)為單螺桿泵系統)性能穩定和促進(jìn)產(chǎn)品升級的重要手段。在單螺桿泵性能測試中，根據在不同工作參數下采集的測試數據，繪制出單螺桿泵的特征曲線(xiàn)，準確地反映單螺桿泵的工作特性，對判斷產(chǎn)品的質(zhì)量和性能優(yōu)劣具有重要意義;同時(shí)，也可為單螺桿泵的設計、制造與技術(shù)改進(jìn)提供重要依據。
1、測試系統
本測試系統以德國耐馳(蘭州)泵業(yè)有限公司的單螺桿泵性能測試系統為研究對象，試驗裝置分為4套相對獨立的測試管路，且共用1個(gè)循環(huán)水箱，設計容積為12m3。根據國標GB9064—88《螺桿泵試驗方法》的要求，本測試系統對數據實(shí)時(shí)采集與處理進(jìn)行了重新設計，綜合運用了PLC控制、計算機網(wǎng)絡(luò )、通信和數據庫等技術(shù)，實(shí)現了信號采集、傳輸與分析處理的一體化和網(wǎng)絡(luò )化。該測試系統以西門(mén)子S7-300PLC作為下位機，完成單螺桿泵性能測試系統的數據采集及處理，用WINCC組態(tài)軟件和SQL Server數據庫作為上位機，進(jìn)行測試系統的開(kāi)發(fā)及特征曲線(xiàn)的繪制。
1.1、測試系統的硬件結構及通信組成
本測試系統的硬件主要由單螺桿泵系統、電動(dòng)機調速模塊、進(jìn)口壓力檢測控制裝置、出口壓力檢測控制裝置、流量檢測單元及控制單元等組成。單螺桿泵系統是由電動(dòng)機、減速器和奈莫泵體組成。電動(dòng)機調速模塊由變頻器連接電動(dòng)機組成，變頻器采用西門(mén)子MicroMaster440，可通過(guò)其配置的PROFIBUS通信模塊直接接入PROFIBUS-DP總線(xiàn)，與PLC組成網(wǎng)絡(luò )連接，實(shí)現單螺桿泵轉子無(wú)級調速。對于電動(dòng)機的電壓、電流、功率和轉速等參數通過(guò)變頻器和PLC的PROFIBUS通信網(wǎng)絡(luò )采集。進(jìn)口壓力檢測控制裝置由加壓泵和進(jìn)口壓力變送器組成，出口壓力檢測控制裝置由電動(dòng)調節閥和出口壓力變送器組成，流量檢測單元由電磁流量計組成。
利用PLC的D/A 轉換模塊，實(shí)現電動(dòng)調節閥的PID閉環(huán)控制，PLC根據單螺桿泵出口壓力設定值與實(shí)際出口壓力反饋值之間的差值，計算所需的頻率值，并將該值輸出到變頻器的模擬量輸入口。變頻器則相應地改變頻率，調整電動(dòng)機轉速，電動(dòng)調節閥也相應地根據PLC的控制，調節單螺桿泵的出口閥門(mén)開(kāi)度，達到調整單螺桿泵出口壓力的目的，形成閉環(huán)控制。通過(guò)PLC的A/D轉換模塊，采集現場(chǎng)的壓力和流量信號，實(shí)現單螺桿泵的入口壓力和出口壓力的無(wú)級調節，完成單螺桿泵進(jìn)出口壓力和進(jìn)出口流量參數的檢測及數據采集。
操作站采用工業(yè)控制計算機，通過(guò)西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)卡CP5611與下位機PLC進(jìn)行通信連接，完成數據的實(shí)時(shí)傳輸�？刂茊卧x擇西門(mén)子S7-300系列PLC作為主控制器，選用CPU 315-2DP作為核心控制單元，它集成總線(xiàn)接口PROFIBUS-DP，直接掛接于PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)。單螺桿泵測試系統硬件部分結構如圖1所示。
圖1 單螺桿泵測試系統硬件結構圖
1.2、測試系統的軟件組成
上位機軟件部分的設計主要在WINCC上位組態(tài)軟件和SQL Server數據庫的基礎上完成。數據庫前臺開(kāi)發(fā)工具選用Visual Basic 6.0，數據庫控件選用TeeChart組件。
1.3、特征曲線(xiàn)的實(shí)現方法
在WINCC友好界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數據管理，能夠顯示實(shí)時(shí)數據，生成實(shí)時(shí)數據曲線(xiàn);但是因為系統自動(dòng)生成的曲線(xiàn)達不到要求的精度，本文通過(guò)線(xiàn)性最小二乘法對特征曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，插入TeeChart控件實(shí)現特征曲線(xiàn)的繪制。TeeChart控件組中主要包含Tchart、TDBChart和TQBChart 3個(gè)類(lèi)，TChart類(lèi)是TeeChart類(lèi)庫中最主要的類(lèi)，可以使用它創(chuàng )建給定數據序列的統計圖表。TDBChart和數據庫連接，可實(shí)現趨勢顯示。用VBScript腳本語(yǔ)言實(shí)現WINCC與SQL Server數據庫的數據交換，通過(guò)VBScript訪(fǎng)問(wèn)ActiveX 控件TeeChart。在單螺桿泵性能測試系中，采用TDBChart控件實(shí)現與自定義數據庫SQL Server的連接，對特征曲線(xiàn)進(jìn)行繪制[5-6]。
1.4、測試軟件的程序流程
根據上述單螺桿泵性能測試系統的設計要求，制訂了詳細的程序流程，如圖2所示。
圖2 測試軟件程序流程圖
在WINCC系統中判斷是否進(jìn)行新試驗，如果進(jìn)行新試驗，在輸入產(chǎn)品型號、訂單號等各種參數后，進(jìn)入測試系統主界面。測試系統分3大模塊，即性能試驗、運轉試驗和靜壓試驗。對電動(dòng)機設定運轉頻率，進(jìn)行PID調節后，開(kāi)始定時(shí)采集測試數據，數據被保存到SQL Server數據庫中。從數據庫中調取數據并進(jìn)行數據處理，利用TeeChart控件進(jìn)行曲線(xiàn)擬合并繪制圖線(xiàn);然后查看和打印線(xiàn)，完成測試。如果不進(jìn)行新試驗，選擇歷史查詢(xún)，則根據測試機的機器號進(jìn)行查看和打印曲線(xiàn)。
結語(yǔ)
針對單螺桿泵性能測試系統的特征曲線(xiàn)進(jìn)行了研究。在上位組態(tài)軟件WINCC和VB的編程環(huán)境下，應用最小二乘法擬合特征曲線(xiàn)，用TeeChart控件繪制曲線(xiàn)，有效地剔除了干擾數據，減少由數據造成的測試誤差，提高了數據分析處理的準確性。該特征曲線(xiàn)可以為企業(yè)分析單螺桿泵產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)工藝提供決策依據，有助于提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，使企業(yè)更具競爭力。
