比例调节阀是空气压缩机上一个重要器件。通过比例调节阀的正常工作, 使得空气压缩机可以根据用户现场用气状况, 自动的调节空气压缩机空气入口的开度, 从而一定程度调节气量。

      针对公司某型压缩机新使用的比例调节阀运行过程中, 在高压调节阶段 (25bar以上) 出现不稳定, 极端情况下引起油罐压力串升, 从而造成油罐安全阀起爆的现象出现。为了分析故障原因, 掌握比例阀调节过程, 设计了一个虚拟仪器测试系统采集相关参数。

      仪器是人们用来检出、测量、观察、计算各物理量、物质成分、物性参数等器具或为某一特定用途所准备的装置或设备。从功能上说, 是由信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出三大功能模块组成。

      空气压缩机的性能和工作参数包括温度, 压力, 流量, 转速, 振动等。通过机组的测试和这些参数的采集分析, 可以对空气压缩机组的整体或者部分器件的工作状态进行评估, 以了解和评价它们的工作是否符合设计要求。

     传统的测试方法就是使用各分离的仪器对这些参数进行独立测量, 再由人工从各自独立的仪表上读出被测参数, 然后进行一系列的运算或比较, 得到一个总的性能概况, 支持分析。这种传统方法不但工况调整慢, 稳定性差, 更重要的是不能做到同步的实时性。如果需要测量监视的数据参数稍微多些, 就极大降低效率以及不能及时发现问题所在。

      虚拟仪器就是用户在通用计算机平台上, 充分利用现有计算机硬件提供公有的功能部件与计算机软件技术有效结合起来, 根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能, 实现并扩展传统仪器的功能。而虚拟仪器测试系统就是利用传感器接受被测信号, 经过信号调理和模数转换, 由数据采集器将离散化后的输入计算机, 由计算机对数据进行分析计算并对结果进行显示等一系列过程。利用虚拟仪器测试系统代替并完善传统测试仪器功能, 实际上是除了信号的输入输出外, 传统仪器其它的功能例如操作、测量、控制、计算、分析、显示等均由计算机软件来实现, 从而使得测试系统能够高效运行。其结构框图如图1所示。

      为了实现测试的灵活可操作可扩展性, 针对我们的测试要求, 我们选择德威的DAQ DEWE43进行设计。

      DEWE43是德威公司的一款小巧但功能强大的移动数据采集测试仪。它集成8个动态模拟量输入通道, 8个计数器/数字量输入通道, 2个CAN输入通道。模拟量输入通道AD分辨率为24位, 每个通道均有独立同步AD。其信号的输入可以成为“通用”信号, 直接测量应变和±10V的电压。另外通过转接DSI适配器则可以接入更多不同的输入信号类型, 例如IEPE传感器加速度计输入, 200V电压输入, 电流输入, 热电偶热电阻输入等等。经过扩展, 能满足工业中大部分测量类型的接入。

      系统硬件基本结构由德威DEWE43本体、数据采集接口电路、信号调理电路、通讯接口、传感器等组成, 其数据采集接口电路和信号调理电路集成在输入通道里, 形成标准电压信号。

       我们监测比例调节阀工作时涉及的几个参数, 分别是调节压力, 油罐压力, 发动机转速 (移动式柴油驱动空气压缩机) 。调节压力传感器测量范围0-10bar, 油罐压力传感器测量范围0-40bar, 均为电流型, 提供4-20mA输出。

      为此, 使用了DEWE43本体的两个模拟量输入通道。由于该两通道直接测量的输入信号为±10V、±1V、±0.1V、±0.01V, 需要外接转换接头DSI-20mA, 将压力传感器输出的4-20mA电流信号转换成电压信号, 提供给DEWE43。发动机转速通过CAN接口电缆连接发动机ECU。

      软件系统是虚拟仪器的核心。虚拟仪器通过软件把计算机强大的处理能力和仪器硬件的测量能力接合在一起, 并实现数据存储、显示和分析处理。在硬件平台搭建好后, 根据测量原理、实际的需求, 采用适当的信号分析和处理技术, 编制实现测量功能软件, 就可以构成该功能的测试仪器。

       此系统就是利用与DEWE43配套使用的应用软件DEWESoft进行组态。分别设置三个数字表, 实时显示调节压力, 油罐压力和转速;同时设置一个示波器, 在此示波器中也对应显示此三参数实时数据波形曲线以便监测同一时刻各参数的运行状态。对于发动机速度, 由于使用CAN通讯读取, 在软件中利用CAN模块, 设置相应的报文和地址等通讯参数, 可以读取出速度数据并显示在数字表和示波器中。

      测试开始后, 每关闭比例调节阀旋钮一定圈数 (比如一圈或两圈, 圈数固定) , DEWE43记录测试的调节压力, 油罐压力和发动机转速, 持续时间20至30s;然后再接着关闭比例阀, 提高比例阀动作时设定的压力, 从而使得油罐压力一定程度提高;持续的进行操作和记录。

      就我们的测试发现, 对新比例调节阀, 每调节一次, 油罐压力相应的增加1到1.2bar。详见图3。图3中的监视数据中, 曲线1为油罐压力;曲线3为调节压力, 0.7bar左右;曲线2为发动机转速。曲线1中的油罐压力, 每关闭比例调节阀一次, 持续记录一次, 此时油罐压力提高。所以曲线1呈现台阶形状。

       在测试监视数据区最右侧区域, 最后一组台阶数据最末段显示曲线2油罐压力27.042bar, 曲线3调节为0.274bar, 见图4测试监视区最右侧区域。测试监视系统检测到往后数据, 曲线1油罐压力从27.0bar迅速上升到38.4bar, 见图5。

      在要求比例阀厂家重新设计制造比例调节阀内弹簧后, 我们进行新一轮测试。测试的操作仍然与原先一样。最初阶段仍然呈台阶状, 随着每一次调节, 油罐压力逐步提高, 到监视屏幕最右侧, 此时油罐压力为30bar, 见图6中曲线1。

      德威数据采集器DEWE43在此次故障处理分析中, 能够简易快速构建虚拟仪器测试系统, 对相关参数进行在线监测, 为故障判断提供可靠数据, 有效帮助我们进行故障分析, 高效推进项目的进行。事实上针对设备不同场景的测试要求, 通过快速重构虚拟仪器, 扩展了仪器的应用场合。与传统测试仪器相比, 无论是智能化程度、数据处理能力、性价比还是灵活性、可操作性方面均有大幅提高, 虚拟仪器具有传统仪器无法比拟的优点。随着计算机技术、网络通讯技术的进步以及应用的不断拓展, 虚拟仪器技术也向更智能化、网络化发展, 适应性越来越强, 功能越来越强大。