畢業(yè)論文-空氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)空氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：系部：機(jī)械工程系專業(yè)：機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師：二零一五年六月誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。本人簽名：年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：空氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系部：機(jī)械工程系專業(yè)：機(jī)械電子工程學(xué)號(hào)：學(xué)生：指導(dǎo)教師（含職稱）：課題意義及目標(biāo)學(xué)生應(yīng)通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，對(duì)空氣壓縮機(jī)的某些部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，這樣以便工作人員及時(shí)停機(jī)進(jìn)行檢修，避免事故的發(fā)生，這為學(xué)生在畢業(yè)后從事空氣壓縮機(jī)技術(shù)工作打好基礎(chǔ)。2.主要任務(wù)（1）文獻(xiàn)查閱；（2）編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告；（3）分析空壓機(jī)工況，確定監(jiān)測(cè)參數(shù)；（4）選取合適類型的CPU，進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)；（5）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：a.被監(jiān)測(cè)參數(shù)顯示；b.被測(cè)參數(shù)超限，可進(jìn)行聲光報(bào)警；c.被測(cè)參數(shù)的極限值可任意設(shè)置和更改。（6）撰寫畢業(yè)論文。結(jié)構(gòu)完整，層次分明，語(yǔ)言順暢；避免錯(cuò)別字和錯(cuò)誤標(biāo)點(diǎn)符號(hào)；格式符合機(jī)械工程系學(xué)位論文格式的統(tǒng)一要求。3．主要參考文獻(xiàn)[1]陳強(qiáng).機(jī)械系統(tǒng)的微機(jī)控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998年.[2]何希才.傳感器及其應(yīng)用電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001年.[3]于子捷，吳春燕，錢毅，陳周靈.空壓機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].工礦自動(dòng)化，2003年，04期：40-41.[4]季翔.空氣壓縮機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)[J].鐵道車輛,2012年，04期：42-44.[5]張毅剛.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004：81-94.4、進(jìn)度安排設(shè)計(jì)各階段名稱起止日期1查閱文獻(xiàn)，了解研究目的意義，完成開題報(bào)告3月32廣泛閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，制定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案3月243完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，完成中期檢查4月144完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5月55撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯6月2審核人：年月日PAGE41空氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：空氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中起著重要的監(jiān)測(cè)作用。本課題研究的對(duì)象是4L-20/8型空壓機(jī)，所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)空壓機(jī)一、二級(jí)氣缸的溫度和壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)即可知道空壓機(jī)運(yùn)行是否正常。本課題闡述了空壓機(jī)的工作原理以及故障機(jī)理，采用了“傳感器→采集卡→工控機(jī)→組態(tài)軟件”的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括傳感器、采集卡、工控機(jī)的選型設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱資料，所選擇的硬件設(shè)備均符合空氣壓縮機(jī)的實(shí)際工況要求；軟件設(shè)計(jì)主要是組態(tài)界面的設(shè)計(jì)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)飧椎臏囟群蛪毫M(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，并能對(duì)異常數(shù)據(jù)發(fā)出報(bào)警提示，以便工作人員進(jìn)行及時(shí)的維修，避免事故的發(fā)生。關(guān)鍵詞：空氣壓縮機(jī)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，組態(tài)軟件。DesignofAircompressormonitoringsystemAbstract：Intheprocessofrunning,aircompressormonitoringsystemplayanimportantroleinmonitoring..Theresearchobjectofthispaperisthemodel4L-20/8.Andthismonitorsystem’sdesignisusedtomonitorthefirstandsecondclasscylinder’stemperatureandpressure.Throughthedatawecouldknowthatthisaircompressorifkeepnormal.Thispaperdescribedtheworkingprincipleandthefailuremechanismofaircompressor,andthedesignofthemonitoringsystemapplysthemethodof”sensors-acquisitioncard-industrialPC-configurationsoftware”.Thedesignofmonitoringsystemincludesthedesignofhardwaresystemandsoftwaresystem.Thedesignofhardwaresystemmainlyincludestheselectionofsensors,acquisitioncardandindustrialPC,thechoiceofhardwareequipmentconformstotheactualworkingconditionoftheaircompressorrequirementsthroughdataaccess;themainlydesignofsoftwareisthedesignofconfigurationinterface.Themonitoringsystemcouldmonitorthetemperatureandpressureofcylinderinrealtime,anditcouldsendanalarmforabnormaldatainordertokeepinrepairtimelyandavoidthehappeningoftheaccident.Keywords:Aircompressor，Monitoringsystem，Configurationsoftware。

目錄1緒論 11.1國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 11.2課題研究的意義 11.3論文主要研究?jī)?nèi)容 22空壓機(jī)概述與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 32.1空壓機(jī)型號(hào) 32.1.1空氣壓縮機(jī)介紹 32.1.2空氣壓縮機(jī)原始數(shù)據(jù) 42.2空壓機(jī)工作原理 42.3空氣壓縮機(jī)氣缸故障分析 52.3.1造成空氣壓縮機(jī)氣缸壓強(qiáng)故障的原因 52.3.2造成空氣壓縮機(jī)氣缸溫度故障的原因 52.4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則及目標(biāo) 52.4.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 52.4.2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo) 62.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 62.6本章小結(jié) 73監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 83.1溫度傳感器 83.1.1 溫度傳感器介紹 83.1.2溫度傳感器選擇 93.2壓力變送器 103.2.1 壓力變送器介紹 103.2.2壓力變送器選擇 103.3數(shù)據(jù)采集卡 113.3.1數(shù)據(jù)采集卡介紹 113.3.2 采集卡選擇 113.4處理系統(tǒng)硬件組成 123.5采集器與上位機(jī)的連接 123.5.1PCI簡(jiǎn)介 133.5.2PCI總線結(jié)構(gòu) 133.6本章小結(jié) 134.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 144.1組態(tài)軟件介紹 144.1.1 組態(tài)的含義 144.1.2組態(tài)軟件的特點(diǎn) 144.2組態(tài)軟件的開發(fā) 144.2.1組態(tài)軟件與采集卡的連接 144.2.2主監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì) 194.2.3其它主要界面設(shè)計(jì) 224.2.4按鈕動(dòng)畫連接和字符以及曲線的數(shù)據(jù)鏈接 274.2.5報(bào)警的實(shí)現(xiàn) 354.3本章小結(jié) 375. 總結(jié) 38參考文獻(xiàn) 39致謝 41太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論1.1國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀無(wú)論是對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)還是人民生活，空氣壓縮機(jī)都在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。對(duì)此，在空氣壓縮機(jī)的參數(shù)監(jiān)測(cè)及故障預(yù)警等方面，國(guó)內(nèi)外一直在不斷探索研究。ElektronikonMark4控制器和Asr控制器，分別由瑞典阿特拉斯公司的和德國(guó)柏格公司研發(fā),這些產(chǎn)品配備的傳感器有各種型號(hào),設(shè)備運(yùn)行必須的參數(shù)基本都能夠檢測(cè)出來(lái)，這些控制器的通訊接口都是常用的,不但能實(shí)現(xiàn)常用的通訊連接功能還可以完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作。對(duì)于空氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)方面的研究，也一直是國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。以哈爾濱工程大學(xué)的丁才發(fā)教授作為代表的團(tuán)隊(duì)研制出了空氣壓縮機(jī)站數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SACDS）,該系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的參數(shù)包括但參數(shù)，振動(dòng)和熱力等，不過(guò)目前這種方法還處于研究實(shí)驗(yàn)中,無(wú)法應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中。東風(fēng)華中工學(xué)院研發(fā)的在線診斷監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng),監(jiān)測(cè)的參數(shù)包括了振動(dòng)頻率、氣缸及潤(rùn)滑油的溫度和壓力、電流參數(shù)等。南京航空航天大學(xué)、西安交大、浙大等，均對(duì)空氣壓縮機(jī)的信號(hào)分析方法做了相關(guān)研究,在空氣壓縮機(jī)的故障特征提取和診斷中，融入了振動(dòng)信號(hào)的高頻普分析、往復(fù)機(jī)械特征頻段信號(hào)的解調(diào)分析和小波分析,這種結(jié)合與應(yīng)用在理論與實(shí)際結(jié)合方面做出了巨大貢獻(xiàn)。1.2課題研究的意義空氣壓縮機(jī)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)都扮演著重要的角色，它是最主要的動(dòng)力生產(chǎn)設(shè)備之一，很多行業(yè)都離不開空氣壓縮機(jī)。其對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。但是在另一方面，企業(yè)在使用空氣壓縮機(jī)的過(guò)程中，常常因?yàn)椴缓侠淼倪\(yùn)用，造成各種機(jī)械故障，成為生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)很大的不安全因素，近年來(lái)因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)引起的生產(chǎn)事故不在少數(shù)。這些因?yàn)闆](méi)有能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除的故障所引起的事故，阻礙了企業(yè)的良性發(fā)展，造成嚴(yán)重的人員經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)當(dāng)引起人們重視并以此為戒。為了盡可能減少空氣壓縮機(jī)在工作使用過(guò)程中所存在的安全隱患，使空氣壓縮機(jī)的使用更加安全合理，所以對(duì)空氣壓縮機(jī)的主要參數(shù)如氣缸壓力和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警就變得十分重要，只有做到更全面合理高效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，才能有效防止意外的發(fā)生，讓空氣壓縮機(jī)的使用更加可靠。1.3論文主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了空氣壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件、統(tǒng)軟設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)由傳感器、多通道數(shù)據(jù)采集器、上位機(jī)等構(gòu)成。應(yīng)用圖形化開發(fā)平臺(tái)組態(tài)王進(jìn)行軟件開發(fā)并給出監(jiān)測(cè)界面。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要對(duì)空氣壓縮機(jī)一級(jí)和二級(jí)氣缸的溫度及壓強(qiáng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)被顯示，并且在數(shù)據(jù)超限時(shí)能夠報(bào)警，還要能夠調(diào)節(jié)報(bào)警界限值。2空壓機(jī)概述與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1空壓機(jī)型號(hào)本課題主要針對(duì)研究的是4L-20/8型空氣壓縮機(jī)，如圖2.1。圖2.1空壓機(jī)實(shí)物圖2.1.1空氣壓縮機(jī)介紹4L-20/8型空氣壓縮機(jī)是往復(fù)式壓縮機(jī)，它有兩個(gè)氣缸，工作時(shí)由電動(dòng)機(jī)給予動(dòng)力，冷卻方式為水冷卻，輸出氣壓壓力為0.8~1MPa。儲(chǔ)氣罐參數(shù)見表2.2。表2.2儲(chǔ)氣罐參數(shù)表容積直徑×高度重量2m31000×2950mm730kg空壓機(jī)參數(shù)見表2.1。表2.1空壓機(jī)參數(shù)表排氣量22m3/min額定排氣壓力0.8MPa轉(zhuǎn)速400r/min氣缸直徑一級(jí)：420mm軸功率≤120kw二級(jí)：250mm排氣溫度≤160外形尺寸2690×155×2354mm2.1.2空氣壓縮機(jī)原始數(shù)據(jù)空氣壓縮機(jī)原始數(shù)據(jù)，見表2.3。表2.3空氣壓縮機(jī)原始數(shù)據(jù)表一級(jí)缸氣溫<160二級(jí)缸氣溫<160一級(jí)缸氣壓0.18~0.22MPa二級(jí)缸氣壓0.8MPa冷卻出水溫度<100冷卻水壓力<0.2MPa潤(rùn)滑油溫度≤10潤(rùn)滑油壓力≤0.2MPa2.2空壓機(jī)工作原理空氣壓縮機(jī)工作原理如圖2.2。圖2.2空氣壓縮機(jī)工作原理圖活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使得氣缸內(nèi)的空氣一直不斷的重復(fù)進(jìn)氣、壓縮、排氣的過(guò)程，從而達(dá)到壓縮空氣的目的。排氣動(dòng)作，同時(shí)也是壓縮空氣的過(guò)程，此過(guò)程中活塞左移，使得空氣壓力不斷上升，直到大于壓縮壓力，排氣閥的打開進(jìn)行排氣。而進(jìn)氣動(dòng)作，則是活塞向右移動(dòng)，使得缸內(nèi)氣壓小于大氣壓強(qiáng)，則開啟進(jìn)氣閥，空氣進(jìn)入氣缸，之后重復(fù)排氣動(dòng)作。在這整個(gè)循環(huán)中，活塞移動(dòng)的動(dòng)力是由與電動(dòng)機(jī)連接的連桿提供。但是，這樣的設(shè)計(jì)是存在隱患的，壓縮機(jī)在排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)不會(huì)將被壓縮過(guò)的空氣全部排出，而剩余的壓縮氣體會(huì)在接下來(lái)的進(jìn)氣過(guò)程中膨脹，使吸入的空氣量減少，從而降低效率。當(dāng)壓縮壓力越來(lái)越大時(shí)，會(huì)使得排氣動(dòng)作缸內(nèi)剩余空氣增加，繼而使得氣缸溫度很快變高。這種情況可以通過(guò)分級(jí)壓縮的辦法來(lái)緩解，既節(jié)省了能源，還保障了安全。2.3空氣壓縮機(jī)氣缸故障分析2.3.1造成空氣壓縮機(jī)氣缸壓強(qiáng)故障的原因（1）管道發(fā)生漏氣

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]到標(biāo)準(zhǔn)（3）吸氣閥和排氣閥的密封性不好

（4）空氣濾清器被堵塞

（5）氣缸的活塞環(huán)被磨損使得間隙過(guò)大（6）調(diào)壓閥發(fā)生故障失靈2.3.2造成空氣壓縮機(jī)氣缸溫度故障的原因（1）排氣閥發(fā)生瀉漏

（2）氣缸的降溫效果不好

（3）氣缸及管道的氣閥積碳嚴(yán)重2.4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則及目標(biāo)2.4.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則（1）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋回來(lái)的參數(shù)數(shù)據(jù)必須及時(shí)并且真實(shí)（2）遇到數(shù)據(jù)超限時(shí)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警（3）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要考慮實(shí)際，擁有好的性價(jià)比（4）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)增加一些外圍設(shè)備，但不能因此影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行2.4.2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：（1）被監(jiān)測(cè)參數(shù)的顯示（2）被測(cè)參數(shù)超限時(shí)，可進(jìn)行聲光報(bào)警（3）被測(cè)參數(shù)的極限值可任意設(shè)置和更改2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)由各類傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)等組成。軟件系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)軟件的開發(fā)、數(shù)據(jù)的處理及顯示等組成。系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)如圖2.3。（1）通過(guò)直接安裝在空氣壓縮機(jī)上的鉑熱電阻溫度傳感器、壓力變送器獲得測(cè)量信號(hào)；（2）信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡后經(jīng)過(guò)一定的處理,數(shù)據(jù)采集卡會(huì)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；（3）數(shù)字信號(hào)采用PCI總線技術(shù)調(diào)入計(jì)算機(jī)并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)；（4）計(jì)算機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并將結(jié)果進(jìn)行顯示以及報(bào)警。圖2.3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流程圖傳感器位置分布如圖2.4。圖2.4傳感器分布圖1：二級(jí)氣缸溫度傳感器2：二級(jí)氣缸壓力變送器3：一級(jí)氣缸壓力變送器4：一級(jí)氣缸溫度傳感器2.6本章小結(jié)在這一章，主要介紹了課題所要研究的空氣壓縮機(jī)的型號(hào)參數(shù)，對(duì)需要監(jiān)測(cè)測(cè)的參數(shù)進(jìn)行了故障分析。同時(shí)，對(duì)所要設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制訂了一些原則和目標(biāo)，可以使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加符合使用標(biāo)準(zhǔn)。還有，大致闡述了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及運(yùn)行流程，是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)變得清晰明了。3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1溫度傳感器溫度傳感器介紹所謂溫度傳感器，顯而易見，就是指可以感受和傳遞溫度信號(hào)即能夠感受溫度并隨著溫度變化同時(shí)可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為可以輸出的電子信號(hào)的一種感受器。溫度測(cè)量?jī)x中最重要和核心的部分即為溫度感受器。隨著工業(yè)發(fā)展，各種型號(hào)和功能的溫度傳感器也不斷涌現(xiàn)，根據(jù)其不同的物理性質(zhì)和工作原理，可將溫度傳感器進(jìn)行如下分類。（1）按測(cè)量方式可分為以下兩大類①接觸式接觸式溫度傳感器會(huì)與被測(cè)物體接觸，原理如常用溫度計(jì)。②非接觸式非接觸式溫度傳感器在測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體接觸。常用于測(cè)量溫度變化迅速的物體，除此還可以用來(lái)測(cè)量一定范圍內(nèi)的溫度分布。（2）按照傳感器的材料及電子元件的特性可分為以下兩大類①電阻傳感由于金屬的電阻值會(huì)隨著溫度的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，根據(jù)這一特點(diǎn)來(lái)完成電阻傳感，在一定得溫度變化下，不同的金屬其電阻值的變化也不同。不同金屬不同溫度下所造成的電阻值變化可作為輸出信號(hào)直接使用。金屬熱電阻共有兩種變化類型如圖2.5。圖2.5金屬電阻溫度系數(shù)正溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)溫度升高→阻值增加溫度升高→阻值減少溫度降低→阻值減少溫度降低→阻值增加②熱電偶傳感熱電偶傳感器由兩種不同導(dǎo)體連接組成。熱電偶傳感器因其制成材質(zhì)不同，其工作時(shí)的溫度適用范圍不同，靈敏度也不同。溫度變化一度，其輸出的點(diǎn)位就會(huì)產(chǎn)生變化，這個(gè)前后電位差的變化量即為熱電偶的靈敏度。大多數(shù)由金屬材料制成的熱電偶靈敏度的值大約在5～40μV/℃之間。3.1.2溫度傳感器選擇（1）一級(jí)缸排氣溫度<160℃；二級(jí)缸排氣溫度<160圖3.1溫度傳感器實(shí)物圖本系統(tǒng)選用的WZP一130型PT10O愷裝熱電阻如圖3.1，配備溫度變送器,供電電源24VDC,輸出信號(hào)4~20mA。這種熱電阻和溫度變送器的測(cè)量精度高、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)環(huán)境溫度高，能很好的滿足設(shè)計(jì)需要。（2）pt100電阻傳感器溫度阻值與溫度對(duì)應(yīng)見表3.1。表3.1溫度傳感器電阻溫度對(duì)應(yīng)表0℃100.0010℃103.9020℃107.7930℃111.6740℃115.5450℃119.4060℃123.2470℃127.0880℃130.9090℃134.71100℃138.51110℃142.29120℃146.07130℃149.83140℃153.58150℃157.33160℃161.05170℃164.77180℃168.48190℃172.173.2壓力變送器壓力變送器介紹壓力傳感器是應(yīng)用最為廣泛的傳感器之一，其應(yīng)用領(lǐng)域幾乎囊括所有行業(yè)，涉及范圍相當(dāng)之廣。按照主材料不同，可以將壓力傳感器進(jìn)行以下簡(jiǎn)單分類。（1）電容式：當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，會(huì)使傳感器內(nèi)部特定元件發(fā)生微小變形，而傳感器會(huì)通過(guò)一定方式捕捉到這一變形信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為4~20mA電流信號(hào)或者1~5V電壓信號(hào)。（2）擴(kuò)散硅式：壓力作用于傳感器時(shí)，使其內(nèi)部元件發(fā)生位移，位移量與壓力成一定線性關(guān)系。傳感器內(nèi)的電子元件會(huì)將位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)大小電阻信號(hào)，處理后以電流信號(hào)傳達(dá)出來(lái)。（3）陶瓷式：這類傳感器同樣是通過(guò)受壓元件的變形，利用電子線路或者其它裝置，將形變信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。（4）應(yīng)變片式：這類傳感器主要工作部位為應(yīng)變片。應(yīng)變片可以粘貼在傳感器的受壓部位，當(dāng)受壓部位變形，應(yīng)變片也會(huì)隨之發(fā)生形變，并將這一變化用電壓的方式變現(xiàn)出來(lái)。3.2.2壓力變送器選擇一級(jí)缸排氣壓力0.18~0.22MPa;二級(jí)缸排氣壓力<0.8MPa。圖3.2壓力傳感器實(shí)物圖本課題采用KZY-KO-HAGG高溫壓力傳感器如圖3.2，量程：0~1MPa，準(zhǔn)確度：±0.5%FS，輸出信號(hào)：0~20mADC、0~5VDC，供電電壓：15~40VDC，介質(zhì)溫度：-40℃~200℃，環(huán)境溫度：-30℃~105℃，量程溫度漂移：3.3數(shù)據(jù)采集卡3.3.1數(shù)據(jù)采集卡介紹（1）簡(jiǎn)介：數(shù)據(jù)采集，是指將傳感器或者待測(cè)物件的電量信號(hào)或非電量信號(hào)收集起來(lái)，傳送到工控機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)采集卡則是用于完成這一過(guò)程的一種集成板卡。（2）組成要素①通道數(shù)：這個(gè)屬性決定了采集卡可以采集的信號(hào)路數(shù)。常有32/16和16/8兩種類型。=2\*GB3②采樣頻率：一定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)采集的次數(shù)。=3\*GB3③緩存：用于AD/DA摸板將信號(hào)轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。有緩存的情況下才可以自由設(shè)置采集頻率，反之則不行。=4\*GB3④分辨率：分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS/2n。FS表示滿量程輸入值，n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。位數(shù)越多，分辨率越高。采集卡選擇圖3.3采集卡實(shí)物圖本課題所采用的數(shù)據(jù)采集卡的型號(hào)是AC6610P，如圖3.3。該卡采用PCI技術(shù)與工控機(jī)連接，通道數(shù)為16/8，A/D轉(zhuǎn)換器為120KHz，12位。設(shè)計(jì)所采用的數(shù)據(jù)采集卡的主要組成：（1）多路開關(guān)：可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)同時(shí)采集。（2）放大器：將信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)至適宜量程。（3）采樣/保持器：可以將信號(hào)某一時(shí)間的值提取出來(lái)，同時(shí)不影響A/D轉(zhuǎn)換的進(jìn)行。（4）A/D轉(zhuǎn)換器：將信號(hào)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)化。3.4處理系統(tǒng)硬件組成（1）工控機(jī)：工控機(jī)(IPC6003)。（2）電源箱：為傳感器、信號(hào)處理單元提供電源。輸入電壓:交流220V,輸出電壓5V,12V,24V。（3）通道處理轉(zhuǎn)換板卡：能夠放大信號(hào)。（4）工藝參數(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換卡：每卡能處理16路模擬信號(hào)輸入?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)變送器輸出電壓為1~5V。經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到放大器放大,本系統(tǒng)使用AD1674轉(zhuǎn)換開關(guān),使用ADZOZJY運(yùn)算放大器,通道、計(jì)算機(jī)、接口之間完全光電隔離,隔離電壓為1000V。3.5采集器與上位機(jī)的連接3.5.1PCI簡(jiǎn)介PCI即PeripheralComponentInterconnect，中文意思是“外圍器件互聯(lián)”，是由PCISIG(PCISpecialInterestGroup)推出的一種局部并行總線標(biāo)準(zhǔn)。PCI總線是由ISA(IndustyStandardArchitecture)總線發(fā)展而來(lái)的。3.5.2PCI總線結(jié)構(gòu)PCI總線是一種樹型結(jié)構(gòu)，PCI設(shè)備和PCI橋片均掛接于PCI總線上。讀寫操作只能存在于PCI主從設(shè)備之間，并且PCI只能有一個(gè)主設(shè)備，其余均為附屬設(shè)備，附屬設(shè)備的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)需要通過(guò)主設(shè)備來(lái)進(jìn)行。3.6本章小結(jié)在這一漲中，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。把溫度傳感器和壓力傳感器的分類進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述，并對(duì)課題采用的傳感器其特點(diǎn)簡(jiǎn)單說(shuō)明。對(duì)采集卡進(jìn)行了比較詳細(xì)的講解，包括實(shí)驗(yàn)采用的采集卡主要功能的介紹。對(duì)所要采用的工控機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明，在采集卡與工控機(jī)連接方面，大致講解了PCI總線的一些基本知識(shí)。4.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1組態(tài)軟件介紹組態(tài)的含義計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源，通過(guò)軟件工具進(jìn)行配置，并且，按照這種配置計(jì)算機(jī)和軟件能夠自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)，達(dá)到使用者要求，這一過(guò)程稱為組態(tài)。組態(tài)軟件，是數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理專用的軟件。組態(tài)軟件一般存在于上位機(jī)中，它可以將監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)靈活地表現(xiàn)出來(lái)，以圖形或者數(shù)字形式；還可以實(shí)現(xiàn)智能的人機(jī)互動(dòng)。其可以接納的數(shù)據(jù)接入方式種類繁多，這也使得組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，適配的各種設(shè)備極其廣泛。4.1.2組態(tài)軟件的特點(diǎn)組態(tài)軟件可以用很小的工作量來(lái)完成工控機(jī)對(duì)采集數(shù)據(jù)的整理過(guò)程，大大降低了勞動(dòng)量，其具備以下特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)的可擴(kuò)充性：組態(tài)軟件開發(fā)出的程序，可以很簡(jiǎn)單就實(shí)現(xiàn)升級(jí)或者更新部分內(nèi)容。（2）易學(xué)易用：組態(tài)軟件的學(xué)習(xí)過(guò)程簡(jiǎn)單高效，不會(huì)有太高的技術(shù)要求。（3）組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，可以適應(yīng)很多種設(shè)備，并且能夠滿足各種設(shè)計(jì)需求。（4）數(shù)據(jù)的顯示以及記錄、保存，包括人機(jī)互動(dòng)，都可以同時(shí)進(jìn)行，互有聯(lián)系而互不影響。（5）“面向?qū)ο蟆钡木幊毯驮O(shè)計(jì)方法，使軟件更加易于學(xué)習(xí)和掌握,功能更加強(qiáng)大。（6）組態(tài)軟件的接口功能強(qiáng)大，使用靈活可靠。4.2組態(tài)軟件的開發(fā)4.2.1組態(tài)軟件與采集卡的連接（1）組態(tài)王建立新的工程雙擊打開組態(tài)王軟件界面，如圖4.1。圖4.1啟動(dòng)圖1點(diǎn)擊“新建”選項(xiàng)，如圖4.2。圖4.2啟動(dòng)圖2點(diǎn)擊“下一步”，如圖4.3。圖4.3啟動(dòng)圖3輸入“空氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”為新工程文件夾名稱，點(diǎn)擊“瀏覽”設(shè)置文件儲(chǔ)存位置，如圖4.4。圖4.4啟動(dòng)圖4之后開始編輯新工程名稱，如圖4.5。圖4.5啟動(dòng)圖5點(diǎn)擊“完成”，便建立了新的工程，雙擊打開，進(jìn)入工程瀏覽器如圖4.6。圖4.6啟動(dòng)圖6（2）組態(tài)王與采集卡連接在工程瀏覽器界面點(diǎn)擊“板卡”如圖4.7。圖4.7板卡圖1點(diǎn)擊“新建”，選中“智能模塊”“雙諾”“AC6611”“PCI”，點(diǎn)擊“下一步”開始設(shè)置板卡PCI接口地址如圖4.8，4.9。圖4.8板卡圖2圖4.9板卡圖3之后點(diǎn)擊“下一步”便可以將組態(tài)王與數(shù)據(jù)采集卡連接起來(lái)如圖4.10。圖4.10板卡圖4因條件限制，為了方便模擬實(shí)驗(yàn)，用以上方法建立一個(gè)仿真PLC來(lái)代替數(shù)據(jù)采集卡如圖4.11。圖4.11板卡圖54.2.2主監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)（1）建立報(bào)警組點(diǎn)擊“報(bào)警組”并雙擊新建，如圖4.12。圖4.12報(bào)警組圖1點(diǎn)擊“增加”，設(shè)立相應(yīng)的報(bào)警組名如圖4.13。圖4.13報(bào)警組圖2（2）建立數(shù)據(jù)詞典點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)詞典”如圖4.14。圖4.14數(shù)據(jù)詞典圖1點(diǎn)擊“新建”：圖4.15數(shù)據(jù)詞典圖2如圖4.15，在基本屬性窗口，可以設(shè)置要采集的數(shù)據(jù)類型以及范圍，還有采集頻率；將定義的變量與虛擬仿真PLC相連，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的寄存器和數(shù)據(jù)類型。圖4.16數(shù)據(jù)詞典圖3如圖4.16，在報(bào)警定義窗口，可以將該變量定義到報(bào)警組并設(shè)置報(bào)警優(yōu)先級(jí)，并可以設(shè)置數(shù)據(jù)的報(bào)警界限值。圖4.17數(shù)據(jù)詞典圖4如圖4.17，在記錄和安全區(qū)窗口，可以設(shè)置數(shù)據(jù)變化記錄。（3）主監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)在工程瀏覽器界面點(diǎn)擊“畫面”，雙擊新建：圖4.18主界面1如圖4.18在這個(gè)窗口可以設(shè)置主監(jiān)測(cè)界面的名稱，畫面大小和畫面風(fēng)格。圖4.19主界面2如圖4.19，完成之后可以在右側(cè)工具箱中選擇相應(yīng)功能的工具編輯文字、按鈕、曲線圖等，自由設(shè)計(jì)主監(jiān)測(cè)界面風(fēng)格和內(nèi)容。4.2.3其它主要界面設(shè)計(jì)按照上訴方法，分別設(shè)計(jì)出需要的界面。（1）報(bào)警界面：圖4.20報(bào)警界面1將報(bào)警界面設(shè)置為彈出式，如圖4.20。圖4.21報(bào)警界面2在工具箱點(diǎn)擊報(bào)警報(bào)警窗口按鈕，在界面拖拽形成如圖表格，如圖4.21。圖4.22報(bào)警界面3圖4.23報(bào)警界面4圖4.24報(bào)警界面5雙擊表格可以設(shè)置報(bào)警窗口屬性，按照需求自由選擇，如圖4.22，4.23，4.24。（2）數(shù)據(jù)報(bào)表界面圖4.25數(shù)據(jù)界面1數(shù)據(jù)報(bào)表界面設(shè)置為彈出式如圖4.25，，在工具箱點(diǎn)擊報(bào)表窗口，在界面拖拽形成如圖表格，并設(shè)置打印按鈕，如圖4.26。圖4.26數(shù)據(jù)界面2在表格中輸入相應(yīng)文字，點(diǎn)擊空白單元格，在報(bào)表工具箱中輸入“=”，點(diǎn)擊“插入變量”如圖4.27。圖4.27數(shù)據(jù)界面3隨后可以正在變量庫(kù)中選擇需要的變量添加，如圖4.28。圖4.28數(shù)據(jù)界面4圖4.29數(shù)據(jù)界面5選擇好變量之后，點(diǎn)擊輸入按鈕，完成單元格數(shù)據(jù)連接，如圖4.29。（3）歷史報(bào)表界面如圖4.30，在界面設(shè)置查詢按鈕。圖4.30歷史報(bào)表界面（4）數(shù)據(jù)查詢界面。圖4.31數(shù)據(jù)查詢界面如圖4.31，在數(shù)據(jù)查詢界面中設(shè)置刷新、調(diào)入報(bào)告、歷史查詢按鈕。并點(diǎn)擊插入控件按鈕，插入下拉式組合框控件，屬性如圖4.31.1。圖4.31.1插入控件4.2.4按鈕動(dòng)畫連接和字符以及曲線的數(shù)據(jù)鏈接（1）按鈕設(shè)置在工具箱中點(diǎn)擊“按鈕”圖標(biāo)，在界面拖拽出按鈕圖形后，右擊選擇“字符串替換”為按鈕命名，雙擊按鈕如圖4.33。圖4.33按鈕1點(diǎn)擊“按下時(shí)”，形成如圖4.34窗口。圖4.34按鈕2在這個(gè)界面編輯按鈕需要功能所對(duì)應(yīng)的函數(shù)。①畫面轉(zhuǎn)換按鈕：圖34按鈕3點(diǎn)擊“全部函數(shù)”，選擇“showpicture”，如圖34。圖4.35按鈕4在括號(hào)內(nèi)輸入目的畫面的名稱即可讓該按鈕實(shí)現(xiàn)畫面轉(zhuǎn)換功能如圖4.35。②打印按鈕：圖4.36按鈕5在全部函數(shù)內(nèi)選擇“reportprint2”，在括號(hào)內(nèi)輸入要打印文件的名稱如圖4.36。③打印預(yù)覽按鈕：圖4.37按鈕6在全部函數(shù)中選擇“reportprintsetup”，括號(hào)內(nèi)輸入目的文件名，即可實(shí)現(xiàn)目的文件的打印預(yù)覽如圖4.37。④保存數(shù)據(jù)按鈕其函數(shù)如圖35。圖35保存數(shù)據(jù)按鈕⑤歷史報(bào)表按鈕其函數(shù)如圖36所示。圖36歷史報(bào)表按鈕⑥數(shù)據(jù)查詢按鈕其函數(shù)如圖37。圖37數(shù)據(jù)查詢按鈕⑦查詢按鈕函數(shù)如圖38。圖38查詢按鈕⑧刷新按鈕函數(shù)如圖39。圖39刷新按鈕⑨調(diào)入報(bào)表按鈕函數(shù)如圖40。圖40調(diào)入報(bào)表按鈕⑩歷史查詢按鈕函數(shù)如圖41。圖41歷史查詢按鈕（2）字符數(shù)據(jù)的鏈接想讓界面上顯示數(shù)據(jù)的變化時(shí)，先隨意輸入兩個(gè)字符如“xy”，雙擊：圖4.38字符1點(diǎn)擊模擬值輸出如圖4.38。圖4.39字符2點(diǎn)擊輸入框右側(cè)“？”，選擇需要關(guān)聯(lián)的變量，還可以設(shè)置字符顯示時(shí)的整數(shù)位數(shù)和小數(shù)位數(shù)及對(duì)齊方式如圖4.39。（3）曲線圖數(shù)據(jù)鏈接在界面點(diǎn)擊工具箱中的“實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線”，在界面拖拽出曲線圖，雙擊：圖4.40曲線1在這個(gè)窗口可以設(shè)置x、y軸刻度數(shù)，在表達(dá)式下方輸入框右側(cè)“？”內(nèi)可以選擇曲線要關(guān)聯(lián)的變量名，好可以設(shè)置一些其它的畫面風(fēng)格如圖4.40。圖4.41曲線2這個(gè)窗口內(nèi)，可以設(shè)置x、y兩軸刻度范圍，數(shù)值格式選擇實(shí)際值如圖4.41。4.2.5報(bào)警的實(shí)現(xiàn)在工程瀏覽器界面點(diǎn)擊“命令語(yǔ)言”“數(shù)據(jù)改變命令語(yǔ)言”如圖4.42。如圖4.42報(bào)警實(shí)現(xiàn)1雙擊，打開命令語(yǔ)言編輯窗口如圖4.43，圖4.43報(bào)警實(shí)現(xiàn)2在“變量”輸入框右側(cè)“？”內(nèi)選擇“$新報(bào)警”如圖4.44，圖4.44報(bào)警實(shí)現(xiàn)3圖4.45報(bào)警實(shí)現(xiàn)4然后編輯如圖4.45程序，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。4.3本章小結(jié)本章完成了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組態(tài)王軟件的設(shè)計(jì)。在這一章中可以了解到組態(tài)的含義以及組態(tài)王軟件的特點(diǎn)。并且一步步演示了軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程步驟，如何讓組態(tài)王軟件可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括板卡連接、數(shù)據(jù)詞典建立、頁(yè)面設(shè)計(jì)、畫面轉(zhuǎn)換、報(bào)警實(shí)現(xiàn)等。太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)不斷努力，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的編寫。畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為空氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本課題采用以傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、組態(tài)軟件為核心的方式，建立了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，完成的設(shè)計(jì)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到空氣壓縮機(jī)氣缸的溫度壓力信息。首先是傳感器方面，選用的溫度傳感器和壓力傳感器都是適合4L-20/8型號(hào)空壓機(jī)的，溫度傳感器可以將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為的4~20mA電子信號(hào)，壓力傳感器可以將壓強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為0~20mADC或0~5VDC的電子信號(hào)，這樣就更容易將原本的物理信號(hào)傳遞進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡。接下來(lái)，就是數(shù)據(jù)采集卡的選擇方面，本課題采用的數(shù)據(jù)采集卡是經(jīng)老師推薦采用的一款多功能的采集卡，其可以將接收的信號(hào)做簡(jiǎn)單處理，然后形成可以被PC機(jī)識(shí)別和采用的信號(hào)。最后是組態(tài)軟件方面，本課題采用組態(tài)王6.53版本，在組態(tài)王中建立的監(jiān)測(cè)工程可以實(shí)時(shí)顯示出被監(jiān)測(cè)的參數(shù)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)超限時(shí)可以報(bào)警，還可以自定義報(bào)警界限值?？傮w來(lái)說(shuō)，本課題設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)被監(jiān)測(cè)參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示和超限報(bào)警，還可以設(shè)置報(bào)警值，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)所要求的條件。

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