畢業(yè)設(shè)計（論文）IS5032200水泵性能自動化測試系統(tǒng)設(shè)計（含全套圖紙）

1、本科畢業(yè)設(shè)計說明書is50-32-200水泵性能自動化測試系統(tǒng)設(shè)計design of is50-32-200 pump performance automation test systemcad圖紙，外文翻譯，ppt答辯，聯(lián)系qq153893706學院（部）： 機械工程學院 專業(yè)班級： 機 設(shè) 07-12 學生姓名： 指導教師： 2011年 6月 7日is50-32-200水泵性能自動化測試系統(tǒng)設(shè)計摘要 本文對水泵性能參數(shù)測試方法進行了分析和研究，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

2、在測量流量、揚程、轉(zhuǎn)速的應用方法。提出了在plc技術(shù)上對水泵性能的自動化測試。為了確保水泵正常工作,對其進行性能檢測十分重要。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,自動化水平不高,無法滿足實際需要。實驗結(jié)果表明基于plc技術(shù)的水泵測試系統(tǒng)，可以適用于科研院校和水泵廠的使用要求，具有一定的推廣應用價值。關(guān)鍵詞：水泵性能、傳感器、plc技術(shù)、數(shù)據(jù)處理design of is50-32-200 pump performance automation test system abstractthis article on the pump performance parameters

3、 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; analyzed the flow sensor, pressure sensor, hall sensors in measure flow, head,

4、rotational speed application method. the proposed in plc technology of pump performance of test automation. in order to ensure the normal work of the pump, performance testing is very important. at present domestic in mine water pumps key parameters in the inspection of the means of a single, the me

5、thod is dated, automation level is not high, unable to meet the practical needs. experimental results show that based on plc technology pump test system, which can be applied to scientific research colleges and pump manufactory requests, has certain application value. keywards： water pump performanc

6、e, sensors, plc technology, data processing 目錄摘要(中文)摘要(外文)1 緒論32 測試系統(tǒng)總體方案的確定92.1 方案比較92.2 開發(fā)平臺的選擇102.3 水泵性能參數(shù)測試臺管路裝置102.3.1 試驗裝置102.3.2 試驗管路的安裝112.4 總體方案132.5 本章小結(jié)133 管路參數(shù)的選擇143.1 無縫鋼管的選擇143.2 法蘭的選擇163.3 墊片的選擇163.4 閥門的選擇183.5 水箱設(shè)計194 水泵性能參數(shù)測量的基本原理204.1 水泵試驗概述204.2 水泵性能參數(shù)測試理論與測試儀表選擇204.2.1 水泵流量測量與流量變

7、送器選擇20(1)流量測量原理20(2)流量測量結(jié)果按規(guī)定轉(zhuǎn)速的換算22(3)流量測量的渦輪流量計選擇224.2.2 水泵揚程測量與壓力傳感器的選擇22(1)揚程測量原理22(2)截面選擇與取壓孔設(shè)置：234.2.3 水泵軸功率測量與功率變送器選擇274.2.4 電機轉(zhuǎn)速的測量294.2.5 溫度傳感器344.2.6 水泵效率的計算355 基于plc的水泵測試系統(tǒng)軟件設(shè)計365.1 plc的選取365.2 附件的選取365.3模塊設(shè)備375.3.1通訊模塊375.3.2數(shù)據(jù)處理及過程控制模塊375.3.3數(shù)據(jù)采集模塊385.3.4 監(jiān)控模塊385.4 ad模塊的接線385.5 plc編程簡介3

8、95.5.1 plc的基本概念395.5.2 plc的基本結(jié)構(gòu)395.5.3 plc的工作原理405.5.4 plc內(nèi)部運作方式405.6 程序的設(shè)計及顯示415.6.1 plc程序的編寫與調(diào)試425.6.2 f940g0t-swd的編寫425.6.3 plc接線圖：425.6.4 設(shè)計的程序操作及顯示界面：436 結(jié) 論44參考文獻45附錄46致謝501 緒論水泵綜合參數(shù)自動測試系統(tǒng)是指采用檢測技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)自動采集和處理水泵性能參數(shù)的系統(tǒng)。水泵綜合參數(shù)自動測試系統(tǒng)不僅是提高管理水平的需要，也是微電子和計算機技術(shù)迅速發(fā)展的必然。它不僅能節(jié)約人力資源，更重要的是可提高水泵

9、測試的精確性，提高泵產(chǎn)品的研發(fā)效率，提升產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟性能，提高泵企的國際競爭力。1.1 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，屬于通用性的機械類而廣泛應用于過敏經(jīng)濟的各個部門。隨著現(xiàn)代工業(yè)的蓬勃發(fā)展，采礦、冶金、電力、石油、化工、市政以及農(nóng)林等部門中，各種形式的泵應用很多，其規(guī)模和投資越來越大，功能分類越分越細。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)之間存在著相應的關(guān)系，當流量與轉(zhuǎn)速變化時，會引起其他參數(shù)的變化。為了正確選擇、使用水泵，必須了解這些參數(shù)之間的相互關(guān)系。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。水泵性

10、能試驗包括基本性能試驗和變速下的通用性能試驗?；拘阅茉囼炇窃谒棉D(zhuǎn)速不變的情況下，改變水泵流量，測試水泵的各個性能參數(shù)變化，并繪制性能曲線。但隨著水泵調(diào)速節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和應用的越來越普及，變速調(diào)節(jié)下的水泵性能參數(shù)的變化也越來越值得研究。長期以來，我國的水泵測試手段比較落后。水泵性能參數(shù)測試設(shè)備仍主要以手動操作試驗過程、手工測量試驗數(shù)據(jù)、手工繪制曲線為主，存在測量手段落后，測量精度不高和勞動強度高等功能缺點，這種狀況在我國還相當普遍。從20世紀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)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，在水泵性能參數(shù)的自動采集和測試方面，我國取得了一定的進步。浙江

11、機械研究所、江蘇理工大學、山東農(nóng)業(yè)大學、華北水利電力學院等單位相繼對水泵實驗裝置進行了研究與開發(fā)，建立了各具特色的實驗裝置，他們?yōu)樗米詣訙y試系統(tǒng)的不斷完善發(fā)揮了先導作用。如中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究等開發(fā)的pms水泵綜合測試系統(tǒng)，它是以工控機為下位機、pc機為上位機構(gòu)成的分布式大型水泵參數(shù)測試系統(tǒng)，功能完備，但操作也比較復雜；另外，江蘇理工大學tp自動化研究開發(fā)的泵參數(shù)綜合測量儀則結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。他們都是各具特色的水泵性能參數(shù)測試設(shè)備。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行生產(chǎn)，很難形

12、成統(tǒng)一的系列。在這種情況下，對水泵的系能測試系統(tǒng)就要求具有：（1）投資少，適合小企業(yè)的推廣使用；（2）測試系統(tǒng)調(diào)整或升級比較容易，適用于不同類型泵類產(chǎn)品測試要求；（3）盡量滿足不同工況測試需求，能為水泵改型提供參考；（4）操作簡單、易行。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)過于龐大且復雜，造價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。因此，在大多數(shù)小型泵廠，其型式試驗和出廠試驗仍然靠手工操作為主。如何在國家標準的基礎(chǔ)上，利用新技術(shù)、新設(shè)備等手段實現(xiàn)水泵性能的自動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。1.2

13、水泵測試在生產(chǎn)與研究中的作用目前，泵應用很多，其規(guī)模和投資越來越大，功能分類越分越細，這一切與泵試驗及測試技術(shù)的發(fā)展是分不開的。因為泵從研究、開發(fā)、生產(chǎn)到應用，必須經(jīng)過一系列試驗。因此，測試在泵的發(fā)展中具有極其重要的地位。由于水泵理論至今仍不十分完善，流體在水泵中的運動過程中十分復雜，無法用完整的數(shù)學解析式來描述水泵在不同工作狀態(tài)下的運動特征，所以水泵的各項技術(shù)指標仍然必須用水泵實驗的方法來測量，即水泵性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗，并以測量的結(jié)果來評判泵的性能是否達到規(guī)定的要求。 泵是種通用機械，種類繁多，廣泛應用于農(nóng)田排灌、城市給排水、石油化工、動力工業(yè)、冶金工業(yè)、造船工業(yè)、機械制造、火

14、箭燃料供給等”。根據(jù)近期市場預測，到2010年，工業(yè)泵總產(chǎn)值將達到180億元，可實現(xiàn)銷售收入190億元； 當前還是泵行業(yè)出口創(chuàng)匯增加幅度最大的時期，預測2006年、2010年的出口創(chuàng)匯額可分別達到45億美元和7億美元左右，比1998年增加25倍和44倍，比 2000年的預測值也將增加12倍和29倍，將占到工業(yè)總產(chǎn)值的25和32左右 ?！坝纱丝梢?，當前正是泵業(yè)發(fā)展的朝陽時期，泵業(yè)市場的利潤空間巨大。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，原材料和勞動力廉價，但高水平、高質(zhì)量的泵產(chǎn)品卻供不應求，仍需從國外大量進口。這對于國內(nèi)泵企來說，不僅丟失了市場，降低了利潤空間，而且不利于國內(nèi)高檔泵類產(chǎn)

15、品的研發(fā)，無疑是個遺憾。究其原因，主要是國內(nèi)泵業(yè)缺乏具有新的思路、現(xiàn)代的試驗手段、先進控制的水泵測試系統(tǒng)，難以總結(jié)出新的理淪來指導產(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。這就需要從根本出發(fā)，找到解決問題的辦法，循序漸進，才能有新的突破。因此，現(xiàn)階段我們開展水泵綜合參數(shù)自動測試系統(tǒng)的研究，能夠促進水泵測試系統(tǒng)的自動化水平，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，具有較高的實用價值，對于提高國內(nèi)泵企的國際競爭力也具有現(xiàn)實意義。1.3 水泵的性能指標水泵的應用如此廣泛，為了正確使用，我們必須

16、了解其性能的特點，水泵的性能主要從以下幾個方面來考慮：流量:指水泵在單位時間內(nèi)通過泵出水口的體積量；揚程:就是單位重量的液體通過水泵后所獲得的能量，或者是水泵的出口總水頭與入口總水頭的代數(shù)差；功率:水泵的有效功率；效率:水泵的效率；轉(zhuǎn)速:電動機的轉(zhuǎn)速。1.4國內(nèi)外泵測試技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.4.1 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。由于泵測試技術(shù)的重要性，國內(nèi)外在致力于泵研究、設(shè)計、加工的同時，也相繼建立了一些配套的泵試驗臺。例如，英國國立工程實驗室（nel）的水力試驗臺，自1961年1月運行至今，該試驗臺適用于水泵和模型水輪機（最大直徑0.5m）的

17、性能試驗，可以以開式和閉式兩種循環(huán)方式進行效率和汽蝕試驗，部分參數(shù)可自動控制，試驗數(shù)據(jù)由計算機進行自動采集、處理，并自動繪制和打印試驗結(jié)果。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在試驗臺設(shè)備的不斷更新及數(shù)據(jù)采集處理手段的改進，測試的精度和自動化程度也就相應地提高了。目前，國外測試系統(tǒng)呈現(xiàn)出高集成、小體積、可移動、多功能、設(shè)備全、易操作等特點。西德ksb公司和瑞士蘇爾康公司水泵試驗臺均采用了計算機自動化測試系統(tǒng)。又例如美國tecquipment inc生產(chǎn)的centrifugal pump test sst（gi-15），是一臺用于離心泵測試的裝置。gi-5提供了一種測試研究離心泵在不同揚程、流量、轉(zhuǎn)速下的特性

18、的方法。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。這類水泵測試裝置盡管具有高集成、小體積、可移動、多功能、設(shè)備全、易操作等優(yōu)點，但在數(shù)據(jù)處理方面尚顯的功能薄弱，缺少嵌入式的數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，效率不高。針對以上的不足，另外一種基于計算機的測試系統(tǒng)孕育而生。例如美國的agritechnology公司開發(fā)的ptest水泵測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)在windows或dos環(huán)境下工作，操作者將觀測到的數(shù)據(jù)輸入計算機，ptest系統(tǒng)根據(jù)水泵的測試公式、算法及iso標準，計算出相關(guān)參數(shù)，擬合曲線、保存數(shù)據(jù)并生產(chǎn)打印報表。此外還有美國scient

19、ific software集團開發(fā)的infinite extent等水泵測試系統(tǒng)。1.4.2 國內(nèi)泵測試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀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)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，在水泵性能參數(shù)的自動采集和測試方面，我國取得了一定的進步。浙江機械研究所、江蘇理工大學、山東農(nóng)業(yè)大學、華北水利電力學院等單位相繼對水泵實驗裝置進行了研究與開發(fā)，建立了各具特色的實驗裝置，他們?yōu)樗米詣訙y試系統(tǒng)的不斷完善發(fā)揮了先導作用。如中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究等開發(fā)的pms水泵綜合測試系統(tǒng)，它是以工控機為下位機、pc機為上位機構(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

20、復雜.九十年代初，天津正大電子研究所研制開發(fā)出采用標準儀器和ibm-286計算機組成的gc-4水泵自動測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用標準儀器以積木的方式組成，這種開放式的組成方式使得各儀器脫離計算機都可以獨立工作，系統(tǒng)的組成與分解，維修和計量都十分方便。另外江蘇理工大學tp自動化（tpa）研發(fā)中心開發(fā)的泵類產(chǎn)品測試（實驗）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。以上都是各具特色的水泵性能參數(shù)測試設(shè)備。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行生產(chǎn)，很難形成統(tǒng)一的系列。在這種情況下，對水泵的

21、系能測試系統(tǒng)就要求具有：（1）投資少，適合小企業(yè)的推廣使用；（2）測試系統(tǒng)調(diào)整或升級比較容易，適用于不同類型泵類產(chǎn)品測試要求；（3）盡量滿足不同工況測試需求，能為水泵改型提供參考；（4）操作簡單、易行。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)過于龐大且復雜，造價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。因此，在大多數(shù)小型泵廠，其型式試驗和出廠試驗仍然靠手工操作為主。如何在國家標準的基礎(chǔ)上，利用新技術(shù)、新設(shè)備等手段實現(xiàn)水泵性能的自動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。1.4.3 泵測試技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著工農(nóng)業(yè)生

22、產(chǎn)的發(fā)展，我國水泵企業(yè)對測試設(shè)備的自動化、智能化要求與日俱增。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性?？傮w來說，水泵測試系統(tǒng)正朝著如下幾個方向發(fā)展： 1采用高精度、自動化的智能測試技術(shù) 傳統(tǒng)的方式中，由于缺乏先進的控制方法，使得測量精度的提高進一步受到 限制，不能鑒別設(shè)計上的微小改善，尤其是對于流量這個具有非線性、時變、難以建立精確數(shù)學模型的控制對象，通常的方法是：由人工進行工況調(diào)節(jié)，完全依靠操作人員的經(jīng)驗，調(diào)節(jié)費時、費力、穩(wěn)定性差并且精度不高。 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，尤其是自適應控制、魯棒控制、非

23、線性控制、大系統(tǒng)理論和預測控制等現(xiàn)代控制理淪的出現(xiàn)”，以及儀器儀表的高度自動化和信息管理的現(xiàn)代化，使得對流量的自動調(diào)節(jié)成為可能，一些先進的控制方法如模糊控制不依賴于被控對象的數(shù)學模型，對無法建?；蚝茈y建模的復雜對象，也能利用人的經(jīng)驗知識來設(shè)計模糊控制器完成控制任務。與傳統(tǒng)的pjd控制相互結(jié)合， 可以揚長避短，提高控制精度。 因此水泵測試系統(tǒng)應打破傳統(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)絡技術(shù)和電子計算機及其外部設(shè)備自動進行參數(shù)測試、傳輸和處理。 采用實時調(diào)節(jié)，實時測試，能快速采樣和測試參數(shù)，從而提高水泵測試系統(tǒng)的精度和自動化程度。 2深入進行內(nèi)特性方面的測試 深入進行水泵流道內(nèi)

24、不同工況下流速分布、壓力分布、壓力脈動、汽蝕形態(tài)、汽蝕強度、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。目前高速攝影技術(shù)、流場顯示技術(shù)、熱膜探針、電子探針以及激光測速儀等新技術(shù)和儀表均己得到應用。電子計算機在流態(tài)分析中也得到了應用。 3多功能化 一個功能完善的微機水泵綜合測試系統(tǒng)一般應能對多型式、多種規(guī)格的水泵進行測試，以此增加試驗裝置的適應性、多功能性。此外，還要求盡量縮短研制周期和降低成本。1.5本研究課題的提出、內(nèi)容及意義1.5.1本研究課題的提出 根據(jù)試驗的要求，并結(jié)合國內(nèi)外應用虛擬儀器開

25、發(fā)的測試與分析系統(tǒng)的實例，本課題采用虛擬儀器技術(shù)對水泵試驗的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、試驗數(shù)據(jù)的分析處理與曲線擬合、數(shù)據(jù)存儲、報表打印等進行研究，研制了一套書泵性能測試系統(tǒng)，滿足了試驗的需求，并適合進一步技術(shù)推廣。1.5.2 本課題研究的內(nèi)容本課題設(shè)計了利用計算機技術(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臺。本套計算機輔助水泵性能參數(shù)要完成如下內(nèi)容：實現(xiàn)對水泵進、出口壓力、流量、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率的實時監(jiān)測功能。因此，本課題的主要任務是選用合適的測試手段與測試方法，進行水泵性能參數(shù)試驗臺的管路及軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)自動采集與數(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。1.

26、5.3 本課題研究的意義 本課題采用傳感器、plc技術(shù)充分發(fā)揮plc在pc機環(huán)境中對數(shù)據(jù)的處理、轉(zhuǎn)換、曲線繪制、數(shù)據(jù)存儲、界面顯示、報表打印等功能。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機只是在實驗室使用，平時還可以用于日常辦公，因此降低了開發(fā)成本；同時模塊化設(shè)計使得在對不同類型、不同型式水泵進行測量時，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對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求，使得測試系統(tǒng)能夠滿足實際需要。 水泵作為僅次于電機的第二大通用機械，在國民生產(chǎn)中占有極其重要的地位，因此，開發(fā)出一套適合我國國情、能夠在眾多

27、小型廠家推廣的水泵性能測試系統(tǒng)，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少返修率以及節(jié)約能源都有重要意義。本文即在這方面作了深入探討和嘗試。同時，本文在水泵測試系統(tǒng)功能多樣化等方面所做的一些嘗試，對今后水泵試驗臺的建設(shè)具有借鑒意義。2 測試系統(tǒng)總體方案的確定2.1 方案比較 目前在對水泵性能參數(shù)自動測量系統(tǒng)設(shè)計中，可以有三種方案選擇：組合儀表方案，單片機與上位機構(gòu)成的分布式系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集卡與pc機或工控機構(gòu)成的采集處理系統(tǒng)。（1）組合儀表方案這種方案是指整個測試系統(tǒng)是由儀器、儀表組合而成。數(shù)據(jù)的測量可以采用相對應的傳感器，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的數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)分析有頻率分析儀、

28、振動測試儀、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。這種方法搭建系統(tǒng)方便，根據(jù)使用的精度可以選擇滿足要求的儀器，測量可以保證可靠性，不過也可以看出，這種方案需要的硬件多，相對資金投入也要大。（2）單片機與上位機構(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。單片機作為下位機，pc機或工控機作為上位機。單片機可以根據(jù)實際情況選擇使用一個或幾個，負責對傳感器測量到得實驗性能參數(shù)進行采集、轉(zhuǎn)換，并進行簡單的處理，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，上位機負責對數(shù)據(jù)進一步處理，并對數(shù)據(jù)進行管理、顯示、數(shù)據(jù)擬合、打印報表等。這種測試方案較為簡單，投資

29、也不會很大，對于水泵出廠試驗或者對于書泵運行系統(tǒng)的監(jiān)測十分適用，但它也有不足之處，那就是數(shù)據(jù)傳輸速度較為緩慢，傳送量不大。這樣在水泵進行型式試驗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。因此在這一系統(tǒng)測量方案，不能滿足廠家對測試系統(tǒng)的要求。（3）數(shù)據(jù)采集卡與pc機工控機構(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)。這種方案資金投入不是很大，并且能夠完成數(shù)據(jù)的大批量、快速傳送到pc機和上位機進行分析。這樣，便能夠完成對型式試驗、出廠試驗

30、以及為泵的研發(fā)提供參考數(shù)據(jù)的要求。對這三種方案進行比較可以看出第三種方案最為適合機械廠對水泵測試系統(tǒng)的要求。因此我們選定這一方案作為測試系統(tǒng)的構(gòu)架。2.2 開發(fā)平臺的選擇在對測試系統(tǒng)應用軟件選擇開發(fā)平臺時，一般有三種選擇，一是采用傳統(tǒng)的方法，采用高級語言，如visuabbasic，visualc+等編寫的儀器軟件；一種是采用現(xiàn)在流行的圖形語言編程方法；再就是介于兩者之間，采用傳統(tǒng)的編程語言方式，通過大量定制的功能模板調(diào)用來簡化實際編程的工作。plc的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，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。本測試系統(tǒng)采

31、用plc-可編程控制器進行水泵測試試驗?？删幊炭刂破鳎╬lc）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc具有：（1）可靠性高，抗干擾能力強，（2）配套齊全，功能完善，實用性強，（3）易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎，（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，（5）體積小，重量輕，能耗低。目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。2

32、.3 水泵性能參數(shù)測試臺管路裝置2.3.1 試驗裝置按照國家標準，水泵的試驗裝置只要分為：開式池式試驗裝置和閉式回路試驗裝置。（1）開式池式試驗裝置如圖2-1所示，進口吸水和出口排水不在同一水源或者兩者相距較遠，對水源的相互影響幾乎可以忽略。這種試驗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。但由于吸水和排水分開，占地面積較大，并且受環(huán)境條件的限制。圖2-1 水泵開式池式試驗裝置示意圖（2）閉式回路式試驗裝置如圖2-2所示，進口吸水和出口排水在同一個水源，水循環(huán)使用，這種裝置由于容器有限，使得進口進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

33、面，該裝置占地面積小，可以在廠房內(nèi)設(shè)置。在采取一定措施后也能保證試驗精度。由于試驗場地的限制，以及進水口在排水口在同一個水源，水可以循環(huán)使用且符合實驗室測試要求，故選擇水泵閉式回路試驗裝置作為測試試驗的管路裝置。圖2-2 水泵閉式回路試驗裝置示意圖2.3.2 試驗管路的安裝根據(jù)gb3216-89規(guī)定，對于標準的試驗裝置必須采取一切的有效措施來保證通過檢測量截面的液流具有如下特性：（1） 軸對稱的速度分布；（2） 等靜壓分布；（3） 無裝置引起的漩渦。為了保證以上條件，對于型式數(shù)小于或等于1.5的泵使用在標準條件下進行試驗。對于型式數(shù)大于1.5的泵，這樣的試驗結(jié)果將只適用于規(guī)定的條件，而且這種試

34、驗的母的在于提供一種保證，既如果安裝合適，泵將達到規(guī)定的性能。對于標準的試驗回路，國標規(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不小于12d（d為管徑）。我們從具有自由液面的水池中引水，并要進行試驗，考慮任意開度狀態(tài)。因此，入口等徑直管的長度取20d=20x50=1000mm。我們采用下列措施避免出現(xiàn)大的漩渦；（1） 進口處使用整流柵，以平穩(wěn)水流；（2） 恰當?shù)牟贾萌嚎?，使它對測量的影響減至最??；（3） 置泵出口等徑管段長度取用5d=5x32=160mm。如果泵在模擬現(xiàn)場條件下進行試驗，則不在緊接泵的前面

35、設(shè)置整流柵。因為重要的是模擬回路的液流性能應是可控制的；液流應當盡可能沒有裝置引起大的漩渦，并且有對稱速度分布。必要時應當用精皮托管排測定進入模擬回路的液流速度分布，以證實液流特性符合要求。2.4 總體方案根據(jù)以上的分析，本測試系統(tǒng)采用了傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、pc機、plc軟件平臺相結(jié)合的設(shè)計方案。系統(tǒng)的總體方案流程如下圖所示：圖2-3 傳感器信號流程圖系統(tǒng)的整體運行分為實時顯示、基本特性測試和調(diào)速性能測試?；拘阅軠y試時通過水泵流量的調(diào)節(jié)，來分析水泵的揚程、功率、效率變化，進而分析水泵的調(diào)速性能。2.5 本章小結(jié)本章通過對水泵性能參數(shù)測試方案、軟件開發(fā)平臺和實驗管路的比較、選擇，根據(jù)實際情況及

36、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機構(gòu)成的水泵性能參數(shù)測試系統(tǒng)。3 管路參數(shù)的選擇根據(jù)水泵型號is50-32-200及查閱相關(guān)資料手冊得一下參數(shù)；型號意義說明：| | | | 葉輪名義直徑（mm)| | | 排出口直徑（mm） | | 吸入口直徑（mm）| 單級單吸清水離心泵查工業(yè)泵推薦產(chǎn)品樣本可知is50-32-200型單級單吸離心泵的各參數(shù)的范圍：轉(zhuǎn) 速 n= 1450 r/min; 流 量 q= 7.5 m3/h;揚 程 h=12 m ; 軸功率 0.56kw;必需汽蝕余量 2.5r/m；吐出錐管口徑 50mm；泵效率 44%; 泵質(zhì)量 41k

37、g； 電機功率0.75kw。3.1 無縫鋼管的選擇流體輸送用的不銹鋼無縫鋼管，適用于石油、化工、輕工等行業(yè)的氣體、液體、干粉等介質(zhì)輸送，抗腐蝕性能好，環(huán)保、節(jié)能。根據(jù)水泵進出口徑的大小及實驗要求，選10號無縫鋼管，表號g30。查機械設(shè)計手冊4得；（1）直管選擇； 吸入管內(nèi)徑50mm, 外徑56mm, 壁厚3mm;排出管內(nèi)徑32mm, 外徑38mm, 壁厚3mm.實物圖如下：（a） （b）（4） 彎管選擇：表3-1 彎管參數(shù)公稱通徑(mm)外徑(mm)內(nèi)徑(mm)壁厚(mm)彎曲半徑(mm)結(jié)構(gòu)長度(mm)吸入管50605247575排出管3242353.54848實物如圖3-1所示 （c） (

38、d) 圖3-13.2 法蘭的選擇法蘭是使管子與管子相連接的零件，連接于管端。根據(jù)水泵進出口徑的大小查詢機械設(shè)計手冊4選用平面對焊鋼制管法蘭（摘自gb9113.3-88），得 （1）入口法蘭：公稱通徑50mm，法蘭外徑165mm 法蘭厚度（c）20mm，螺栓孔徑（l）18mm 螺栓孔中心圓直徑（k）125mm， 螺栓數(shù)量（n）4，螺栓螺紋（th）m16（2）出口法蘭：公稱通徑32mm，法蘭外徑140mm， 法蘭厚度（c）18mm，螺栓孔徑（l）18mm， 螺栓孔中心圓直徑（k）100mm， 螺栓數(shù)量（n）4，螺栓螺紋（th）m16mm實物如圖3-2所示 （a） （b）圖3-2 法蘭3.3 墊片的

39、選擇石棉橡膠墊片適用于對水蒸氣溫度低于450，對油類溫度低于350，壓力低于5mpa的場合。選用平面型鋼制管法蘭用石棉橡膠墊片。根據(jù)公稱同徑的大小，查機械設(shè)計手冊4得； （1）入口墊片；墊片內(nèi)徑89mm，外徑200mm， 螺栓孔中心圓直徑（k）160mm， 螺栓孔徑（l）18mm，螺栓孔數(shù)8 （2）出口墊片；墊片內(nèi)徑77mm，外徑185mm， 螺栓孔中心圓直徑（k）145mm， 螺栓孔徑（l）18mm，螺栓孔數(shù)4實物如圖3-3所示 （a） （b） （c）圖3-3 墊片3.4 閥門的選擇閥門是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有截止、調(diào)節(jié)、導流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能，用于流體控制系統(tǒng)的

40、閥門。根據(jù)直管公稱通徑的大小，查詢機械設(shè)計手冊4，選用z15t-16型內(nèi)螺紋暗桿楔式閘閥：z15t-16型內(nèi)螺紋暗桿楔式閘閥,廣泛適用于石油、化工、制藥、電力等行業(yè)在公稱壓力l.0mpa的蒸汽、水、油類等介質(zhì)的管路上，作啟閉用。下表z15t-16型內(nèi)螺紋暗桿楔式閘閥參數(shù):產(chǎn)品參數(shù)：品牌:英絡克，連接形式:螺紋，主體材料:鑄鐵，公稱通徑:15-50（mm），適用介質(zhì):水，材質(zhì):鑄鐵，密封形式:硬密封型，標準:國標，外形:中型，流動方向:雙向，驅(qū)動方式:手動，零部件及配件:手輪，用途:放水，壓力環(huán)境:常壓，工作溫度:常溫，類型(通道位置):二通式，型號:z15t-16 表3-2 z15t-16型內(nèi)

41、螺紋暗桿楔式閘閥型號公稱通徑(mm)管螺紋尺寸（mm)重量（kg）lhd0z15t-163211/485145801.755021101901003.5實物如圖3.4（a） 結(jié)構(gòu)圖如圖3.4（b） （a） （b）圖 3-4 閥門3.5 水箱設(shè)計為了保證水泵測試裝置持續(xù)的水流，要求0.5h的時間，（所選is50-32-200的流量為7.5 ）計算水箱體積為v=0.5x7.5=3.75 4 設(shè)計水箱為方形，其參數(shù)為1800x1800x1500，體積為4.86 ，去除壁厚及管道體積，可知滿足要求。實物圖如圖3-5，詳見cad圖。 3-5 方形水箱4 水泵性能參數(shù)測量的基本原理4.1 水泵試驗概述 根

42、據(jù)緒論所述,流體在水泵中的運動過程十分復雜,以致不能完全用完整的數(shù)學解析式來描述水泵在不同工作狀態(tài)下的運動特征,所以,目前還必須利用試驗的方法來測量水泵的重要技術(shù)指標,尤其是測量水泵的流量,揚程,軸功率,效率,轉(zhuǎn)速等參數(shù),并以測量結(jié)果作為評判該水泵在性能上是否達到規(guī)定的設(shè)計要求. 根據(jù)水泵的試驗目的,進行水泵試驗的類型主要有水泵的型式試驗和水泵的出場試驗.其中型式試驗又稱典型試驗,它包括水泵的運轉(zhuǎn)試驗,性能試驗.作水泵的運轉(zhuǎn)試驗應在規(guī)定轉(zhuǎn)速及輸送液體允許最高溫度等條件下進行,所選擇的試驗點應落在水泵規(guī)定的使用范圍內(nèi),運轉(zhuǎn)試驗時間一般至少持續(xù)30分鐘. 進行運轉(zhuǎn)試驗的目的主要是檢查水泵工作的可靠

43、性,例如檢查水泵軸承和填料的溫升,密封部分的泄漏,密封環(huán)和軸承的磨損,水泵各部位的振動機器運轉(zhuǎn)噪聲等情況;做水泵的性能測試試驗是為了測量水泵的主要性能參數(shù)值,并確定各個性能參數(shù)之間的相互關(guān)系,試驗范圍應從水泵關(guān)閉點(或稱最小流量點)開始到紫少高于泵最大流量的15%之間.檢查泵的揚程,功率,泵效率及轉(zhuǎn)速等性能參數(shù)值,并與該產(chǎn)品的規(guī)定值進行比較,判斷是否達到規(guī)定要求,確定產(chǎn)品的精度級別。4.2 水泵性能參數(shù)測試理論與測試儀表選擇4.2.1 水泵流量測量與流量變送器選擇流量:指水泵在單位時間內(nèi)通過泵出水口的體積量,通常用q,常用的體積流量單位時m3/s或l/s.(1)流量測量原理 在水泵性能參數(shù)試驗

44、中,流量是一個重要的物理量.目前流量測試儀器儀表和測試方法有很多,如截流流量計,量水堰,稱聲波流量計,渦輪流量計等,測量方法和測量原理都各不相同. 我們在參照國家標準gb/ t3214-91水泵流量的測量方法,考慮到渦輪傳感器測量流量是比較簡單和普遍,自動化程度與測量精度容易得到保證,利用微型計算機進行流量數(shù)據(jù)的采集業(yè)特別簡單,所以在設(shè)計時,我們首選了渦輪流量計作為測試水泵流量的傳感器。結(jié)構(gòu)上,渦輪流量計主要由渦輪,支承,永久磁鐵,感應線圈,殼體,導流器組成,如圖4-1所示圖4-1 渦輪流量計結(jié)構(gòu)圖1-渦輪 2-支撐 3-永久磁鋼 4-感應線圈 5-殼體 6導流器圖4-2 渦輪流量計流量測試方

45、框圖如圖4-2渦輪流量計測量原理所示.渦輪流量計是遵循動量守恒的一種速度式流量儀表. 當流體沿管道的軸線方向流動并沖擊具有導磁性的渦輪葉片時,渦輪便周期性的旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)速度w一般隨流量大小的變化而變化;由于變送器內(nèi)裝磁電轉(zhuǎn)換裝置(由永久磁鋼和感應線圈組成),當導磁性葉片旋轉(zhuǎn)時,葉片便周期性的改變磁電系統(tǒng)的磁阻值,使通過線圈的磁通量發(fā)生周期性的變化,因此感應線圈便感應出連續(xù)的脈沖信號;當液體流速相當大,且在變送器許可的測量范圍內(nèi)時,變送器電磁阻力矩,機械摩擦阻力矩,粘滯阻尼矩均可忽略不計,這時渦輪流量計輸出的脈沖信號與流量可近似為線性關(guān)系,既有w=q.假如通過微計算機對脈沖信號進行計數(shù),由單位時

46、間的脈沖信號和雷擊脈沖信號不難折算出流量變送器的瞬時流量和累積流量. 流量系數(shù)(次/米3)是渦輪流量計的重要特征參數(shù),須由制造廠家提供.由于變送器是通過磁電裝置將角速度w轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù),即脈沖數(shù)n/l,所以也稱流量系數(shù).取測量范圍內(nèi)流量系數(shù)的平均值作為儀表常數(shù).則流量總量q與脈沖總數(shù)n的計算關(guān)系式為:(2)流量測量結(jié)果按規(guī)定轉(zhuǎn)速的換算 在流量測量中,若電機的轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速不符,此時所得到的水泵流量值q也應換算為一規(guī)定轉(zhuǎn)速基準的流量值q0假如實測電機轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速間的差異在120%范圍內(nèi),則流量值q0可用下式換算而得:(3)流量測量的渦輪流量計選擇 為了達到對測試試驗裝置的b級試驗精度這一要求,我

47、們參照gb/t3214-91中渦輪流量計的不確定度實用估算和取壓方法,參照國標gb/t3216-89規(guī)定流量測量儀表的允許系統(tǒng)誤差范圍:b級為1.5%,c級為2.5%;最大總誤差限中,流量測量誤差語序范圍:b級為2.5%,c級為3.5%,所以選用了目前使用范圍比較廣,計量精度比較高(0.5級)、反應也很快,而且刻度線性化程度好,耐高壓能力強的lwgy-100型渦輪流量計,由河南開封儀表廠生產(chǎn),傳感器輸出為4-20ma的標準傳感信號4.2.2 水泵揚程測量與壓力傳感器的選擇揚程:指單位重量的液體通過水泵后所獲得的能量,或者就是水泵的出口總水頭(動能)與入口水頭的代數(shù)差,通常用h(水柱高).單位用

48、m(米)來表示.(1)揚程測量原理 水泵揚程是評判水泵質(zhì)量優(yōu)劣的重要技術(shù)指標.對揚程的測量實際上就是對壓力的測量,也就是對水泵進口壓力、出口壓力的測量.壓力單位為pa或者水柱高.常用壓力測量儀表有很多,下面以液柱式壓力計為例來說明水泵揚程測量的基本原理. 揚程是表征液體經(jīng)過水泵后比能增值的一個參數(shù),如果水泵抽送的是水,水流進水泵時所具有的比能為e1,流出水泵時所具有的比能使e2,則水泵的揚程是h=e2-e1.那么,水泵的揚程也就是水比能的增值.泵進口總水頭h1的表達式:泵出口總水頭h2的表達式:由以上兩式可以推導出揚程h的表達式其中,p2、p1-水泵出口和進口的液體壓力z2、z1-水泵出口和進

49、口的高度差c2、c1-水泵出口和進口的液體流速,可以由流量除以進出口截面積分別得到.由此我們可知,水泵的揚程可以通過測量水泵進出口的靜壓力、勢能水頭、平均流速,然后通過以上公式計算可得.對于水泵進出口的勢能水頭z2、z1可以通過測量水泵進出口壓力傳感器的安裝高度即可;對于平均流速c2、c1是通過測量水泵的流量和水泵進出口處的管道幾何尺寸通過如下公式進行計算: 式中 s1、s2-水泵進出口的截面面積(米2)(2)截面選擇與取壓孔設(shè)置：(a)測量截面的選擇： 測量的位置應盡可能靠近泵的入口法蘭和出口法蘭處。入口和出口測量截面設(shè)在管路系統(tǒng)與法蘭相距最好至少等于兩倍管路直徑（即l2d）的直平行管路中，

50、入口距離選l=200mm,出口距離選l=150mm。這樣可以減少因非對稱流或旋渦流所引起的誤差。(b)取壓孔的設(shè)置：通常應在每一測量截面處管壁上設(shè)置4個取壓孔，這4個孔應位于互成直角的兩條直徑上并且既不在橫截面的最高點或其近旁，也不在橫截面的最低點或其近旁，以避免在壓力連接管中形成氣囊或積聚污垢。開在水管邊緣上的取壓孔用圓柱形孔直徑應為3-6mm或等于0.08d，取兩者之小值，并且孔深至少應是孔直徑的2.5倍，孔應無毛刺和凹凸不平處，并垂直于管的內(nèi)壁；孔緣應以半徑rd/4進行倒圓或至少有小的倒角。(3)揚程測量的壓力傳感器的選擇 對壓力測試儀表的正常選擇是保證水本港城準確測量的重要環(huán)節(jié).根據(jù)水

51、泵裝置的b級試驗精度要求,對測試試驗裝置的自動化程度,綜合水泵生產(chǎn)的實際情況,在參照國標gb/t3216-89有關(guān)揚程試驗測量儀表系統(tǒng)誤差要求:對b級試驗,壓力變送器允許的系統(tǒng)誤差范圍為1.0%,而c級試驗,允許的系統(tǒng)誤差范圍為2.5%;在測量結(jié)果的最大總誤差限中,泵揚程測量值允許范圍:b級為1.5%,而c級為3.5%,所以我們首選了上海龍瑞斯電子廠生產(chǎn)的型號參數(shù)為7011gpt9nm10a80b1f的壓力變送器。型號7011gpt9nm10a80b1f表示的意義如下：一、其主要技術(shù)指標 ： n 供電電壓： 24v dcn 輸出信號：420ma 兩線制 n 工作壓力：010mpan 負載電阻：

52、 250 n 精 度：0.5%fsn 工作溫度：-2580 n 環(huán)境溫度影響：0.35%fs/10k n 過壓極限：標定壓力值的2倍 二、外形結(jié)構(gòu)及安裝方式 n 下圖是壓力變送器的外形尺寸示意圖 。n 材 質(zhì)：316l不銹鋼 n 壓力接口： m201.5 m121外螺紋規(guī)格。n 壓力變送器應盡量安裝在溫度梯度和溫度波動小的地方，同時還要避免振動和沖擊。為確保變送器接頭密封，應先在接頭處卷上密封膠帶，然后擰緊變送器。變送 器應直接安裝在測量點，但強腐蝕性的或過熱的介質(zhì)不應與變送器接觸，需另定購防腐型及高溫型變送器。 圖4-3壓力變送器結(jié)構(gòu)圖三、接線及調(diào)試線路圖這種變送器采用半導體硅材料的壓阻效應, 被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的