水泵测试系统研究

西安科技大学硕士学位论文水泵测试系统研究姓名：吕亚栋申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：柴光远@论文题目：水泵测试系统研究工程领域：机械工程硕士生：吕亚栋（签名）指导教师：柴光远（签名）摘要水泵是重要的矿用排水设备，其工作状态直接影响着煤矿安全生产。为了确保水泵正常工作，对其进行性能检测十分重要。目前国内在矿用水泵关键参数的检测方面手段单一，方法陈旧，自动化水平不高，无法满足实际需要。虚拟仪器是基于计算机的仪器。利用虚拟仪器测试可充分发挥计算机的能力，弥补传统测试方法的不足。本文将虚拟仪器技术用于矿用水泵性能检测与分析中。在综合对比了虚拟仪器五种硬件形式后，构建了结构简单、性价比高的PC-DAQ型虚拟仪器硬件平台。本文以面向对象的编程思想，独立的模块化设计方法进行测试软件开发，实现了对水泵流量、扬程、功率、效率、转速等关键参数的监控。该测试系统集信号采集、分析、存储和报表生成等功能于一体，实现了水泵性能测试集成化、自动化。本文所设计的软件具有子程序重用性好、执行效率高、软件维护方便等优点；以菜单和对话框作为交互窗口，使操作友好快捷；以HTML语言设计网页报表，使数据显示更加清晰；通过对虚拟信号的仿真验证，证明本文所开发的测试软件可以用于对矿用水泵性能的测试。关键词：矿用水泵；关键参数；虚拟仪器；检测；LabVIEW研究类型：应用研究Subject：TestingSystermofPumpEngineering：MechanicalEngineeringName：LvYadong(Signature)Instructor：ChaiGuangyuan(Signature)ABSTRACTThePumpisthemostimportantdraininginstallationofcoalmining;itsperformancedirectlyaffectsthesecurityandefficiencyofproductionincoalminingbadly.Toensurethatpumpworksnormally,asitcarriesoutperformancedetection,isveryimportant.Atpresent,inourcountry,thetestingmeansofmineralpumpisunity,andmethodisoutmoded,theautomaticlevelisnothigh,unabletomeettheactualdemands.VirtualInstrumentsisanapparatusthatbasesonthePC.TestingwiththeVirtualInstrumentscanadequatelymakeuseofthecomputer’sadvantagefordataprocessing,whichcouldfetchuptheshortageoftraditionaltesting.Thispaperstudiesthroughtestingthethoroughofrequirementandpresentsituationforthekeyparametersofmineralpump,leadintoadvancedVirtualInstrumentstechnologytheperformancedetectionandanalysisofmineralpumpin.AftersynthesizingcontrastVirtualInstruments5kindsofhardwareform,foundtofinishstructuresimpleandperformancepricehighPC-DAQmodelVirtualInstrumentshardwareplatform.Inthisdesign,thetestsoftwareisdevelopedwithobjectorientedprogrammingthoughtandmodulardesignmethodofstandingindependently.Thissystemcarriesoutthemonitoringofmineralpump’skeyparameter,suchasflow,head,power,efficiencyandrotationrate.Thistestingsystemstockswiththefunctionssuchassignalcollectionandanalysis,saveandreportgenerationinonebody,andhaverealizedtheperformancetestofmineralpumpintegrationandautomation.Thedesignhastheadvantagessuchassubprogramreapplicationgood,softwaremaintenanceconvenience,conductedefficiencyhighetc.;withmenuanddialogueboxasinteractivewindow,makeoperationfriendlyshortcut;withHTMLlanguagedesignwebpagereport,maketestreportbeclearataglance.Withthesimulationverification,itisprovedthattheinstrumenthasreacheddesignpurposetoachievetheperformancetestofmineralpump.Keywords：MineralPumpKeyParametersVirtualinstrumentTestingLabVIEWThesis：ApplicationResearch1绪论11绪论测试技术是研究实现信息采集、转化、处理的一门基础技术，测试仪器行业是一个高新技术产业。在信息化的今天，测试技术不仅是检验和计量的标准，也是系统调试和分析的工具，测试技术及仪器已涉及到国民经济的各个行业。测试技术的基础地位正在不断加强，测试技术的水平也反映出一个国家的生产力发展水平和现代化水平。1.1测试仪器发展概述众所周知，测试是人类认识自然、改造自然的一种手段，通过测试人们可以对客观世界取得定量的信息，仪器是测试中必不可少的工具。电子测试仪器发展至今，大体可分为四代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器[1]。如图1.1所示。图1.1测试仪器的发展示意图第一代模拟仪器。这类仪器在某些实验室仍能看到，如指针式万用表、晶体管电压表等。它们的基本结构是电磁机械式的，借助指针来显示昀终结果。第二代数字化仪器。这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出昀终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。第三代智能仪器。这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。其缺点是它的功能块全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，相对虚拟仪器而言，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代虚拟仪器，它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器产业发展的一个重要方向。它的出现使得人类西安科技大学工程硕士学位论文2对测试技术的研究进入了一个新的发展纪元[2]。先进技术的发展日新月异，测试技术也在适应这种发展的同时发生变化。根据先进制造技术发展的要求及测试技术自身的发展规律，不断拓展着新的测量原理和测试方法，以及测试信息处理技术。而这必然也将导致电子测试仪器数字化、智能化、集成化、虚拟化、网络化和系统化的发展新趋势。专家们指出，越来越复杂的测试条件和高度自动化的大生产环境迫切需要仪器制造商开发功能更强大、成本更低廉、系统更灵活的通用测试仪器，从技术角度出发，电子测试仪器从模拟技术向数字技术过渡，从单台仪器向多种功能仪器组合过渡，从完全由硬件实现仪器功能向软硬件结合方向过渡，从简单的功能组合向以个人计算机为核心构成通用测试平台过渡，从硬件模块向软件包形式过渡是今后电子类测试仪器的发展新动向[3]。具体说来，有如下发展动向：（1）测试软件。测试软件不管是对单台仪器还是对测试系统都是十分重要的，而且也是未来发展和竞争的焦点。国外专家预言“在测试平台上，下一次的大变革就是软件”，“测试软件将是未来的战场”，“测试设备的未来属于软件”。由此可见测试软件对未来发展的重要作用。（2）自动测试结构。以GPIB总线为基础的自动测试系统，由于VXI总线及MMS的出现，在系统总体结构上将出现分布式结构和多总线结构，从而构成更为合理的集成测试与开发环境。它能在计算机控制下完成多种参数的自动测试，并能支持高质量产品的开发，共享系统的硬件软件资源，以加快测试和开发速度，降低产品成本。（3）人工智能测试技术。人工智能专家系统用于测试技术中是充分利用了计算机的“智能”，它将昀优秀测试专家的思维过程固化到测试程序的软件中，将某种微妙和复杂的程序与计算机修正程序结合起来，从而大大提高测试系统的能力。人工智能测试技术的应用尚未十分普及，在未来十年，随着人工智能的逐步完善及应用的普及，人工智能测试技术定会大有发展。（4）通信测试。在当今社会中，通信的重要性是人所共知的，通信的发展也是十分迅速的。如数字通信、移动通信、扩频通信、卫星通信和光通信等均要求相应的测试仪器。因此，在未来的十年中通信测试仪器必然会有大的发展。（5）调制域测试。调制域测试是测出信号频率、相位或时间间隔变化与时间的相互关系。在雷达和数字通讯等系统的测试中十分有用，它能测试频率跃变的建立过程和信号的抖动等。调制域分析测试仪器目前在我国有待发展。另外，高速、高分辨率的数据采集和数字信号处理技术(DSP)是未来测试仪器及测试系统平台的关键技术，应予以足够重视；微波毫米波测试仍是今后发展的重点[4]。而就机械工程而言，测试技术在以下几个方面会有发展：1绪论3（1）测试方法的多样化①多传感器融合技术在制造现场中的应用②积木式、组合式测量方法③便携式测量仪器④虚拟仪器。虚拟仪器的应用有两种：一种是将多种数字化的测试仪器虚拟成一台以计算机为硬件支撑的数字式的智能化测试仪器；另一种是研究虚拟制造中的虚拟测量，如虚拟量块、虚拟坐标测量机等。⑤智能结构（2）视觉测试技术视觉测试技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴测试技术。与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同，视觉测试技术重点研究物体的几何尺寸及物体的位置测量，如三维面形的快速测量、大型工件同轴度测量、共面性测量等。它可以广泛应用于在线测量、逆向工程等主动、实时测量过程。（3）尺寸继续向两个极端发展[5]。1.2虚拟仪器发展概况1.2.1虚拟仪器简介（1）虚拟仪器的概念图1.2虚拟仪器的组成虚拟仪器技术、计算机通信技术与网络技术是信息技术昀重要的组成部分，它们被称为21世纪科学技术中的三大核心技术[6]。美国国家仪器公司（NationalInstrumentsCorp.简称NI）于20世纪80年代中期提出虚拟仪器的概念。所谓虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。简而言之虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的。如图1.2所示。西安科技大学工程硕士学位论文4典型的虚拟仪器模式可以理解为，除了信号的输入和输出以外，仪器的其它操作、测量、控制、变换、分析、显示等功能均由软件来实现的一种计算机管理的数字化仪器。其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件，即“软件就是仪器（Thesoftwareistheinstrument）”。其内部功能划分如图1.3所示：图1.3虚拟仪器内部功能框图（2）