CN110703724A - 基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其包括数据采集组件、密封测控装置、PLC、变频器、电机和齿轮箱；数据采集组件用于采集动密封试验工艺系统的试验参数并发送给密封测控装置，密封测控装置根据接收到的试验参数对动密封试验工艺系统中的阀门进行控制；密封测控装置与PLC连接，PLC通过变频器与电机连接，电机通过齿轮箱与动密封试验工艺系统中的试验器连接；动密封试验工艺系统中的试验器上放置有密封组件，动密封试验工艺系统为密封组件提供试验工况；密封测控装置基于LabVIEW软件平台能够对转速、压力和流量进行独立控制。本申请测控系统的结构清晰，运行稳定、可靠、安全。

Description

基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统

技术领域

本申请属于测控技术领域，具体涉及一种基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统。

背景技术

密封试验是对浮动环和端面等密封组件的使用环境进行模拟试验，获得数据，从而对浮动环和端面等密封组件的密封性能或可靠性进行分析。常规的密封试验包括对试验产品的转速控制、压力控制和流量控制的模拟实验，采用温度变送器、压力变送器等对试验的温度、压力等参数进行测量和记录，根据测量数据结果对该密封组件的密封性能进行分析。然而，密封试验测控软件需要实现转速控制、压力控制、数据测量记录和流量控制等，各种控制直接或间接的相互关联。程序交互越多，控制越复杂，越容易影响程序的可读性和维护性，并且越容易影响程序的响应速度，严重时控制出现错误，降低密封试验结果的准确性。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统。

根据本申请实施例，本申请提供了一种基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其包括数据采集组件、密封测控装置、PLC、变频器、电机和齿轮箱；

所述数据采集组件与密封测控装置连接，其用于采集动密封试验工艺系统的试验参数并发送给所述密封测控装置，所述密封测控装置根据接收到的试验参数对动密封试验工艺系统中的阀门进行控制；

所述密封测控装置与PLC连接，所述PLC通过变频器与电机连接，所述电机通过所述齿轮箱与动密封试验工艺系统中试验器连接；所述动密封试验工艺系统中的试验器上放置有密封组件，所述动密封试验工艺系统为密封组件提供试验工况；

所述密封测控装置基于LabVIEW软件平台能够对转速、压力和流量进行独立控制。

上述基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统还包括触摸屏，所述触摸屏与PLC连接。

上述基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统中，所述数据采集组件包括数据采集卡以及与所述数据采集卡连接的温度变送器、压力变送器和质量流量计；

所述温度变送器用于测量密封试验要求测点处的温度、齿轮箱轴承的温度以及润滑系统中润滑油的温度；所述压力变送器用于测量动密封试验工艺系统中储罐的压力、工艺管路的压力以及密封试验要求测点处的压力；所述质量流量计用于测量动密封试验工艺系统中工艺管路流入试验器的介质的流量、润滑系统中润滑油的流量以及试验器出口处介质的流量。

进一步地，所述数据采集组件还包括振动传感器，所述振动传感器用于检测动密封试验工艺系统中试验器的振动情况。

上述基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统中，所述密封测控装置包括主控模块以及与主控模块进行通信的转速控制模块、压力控制模块、流量控制模块、急停模块、连锁模块和数据记录模块；所述转速控制模块、压力控制模块、流量控制模块、急停模块、连锁模块、远程操控模块和数据记录模块由不同的消息事件构成，且各模块之间相互独立，各模块将信息统一反馈给所述主控模块，由所述主控模块处理后，再统一进行调用和支配。

上述基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统中，所述密封测控装置中还设置有人机交互模块，所述人机交互模块与主控模块进行通信。

进一步地，所述转速控制模块的控制过程为：

设定电机的转速；

获取电机的实际转速；

将电机的实际转速与电机的设定转速作差；

将转速差值作为PID算法的输入，通过PID算法调节变频器的输出频率和电压，来调节电机的实际转速，直至电机的实际转速与电机的设定转速的误差达到变频器的控制精度；

控制电机以设定转速运行。

进一步地，所述压力控制模块的控制过程为：

获取试验器上密封组件的测点处的压力；

判断密封组件的测点处的压力是否大于预设的压力阈值；如果是，则控制打开所述动密封试验工艺系统中储罐的排空阀，关闭储罐的增压阀；否则，控制关闭储罐的排空阀，打开储罐的增压阀。

进一步地，所述流量控制模块的控制过程为：

获取试验器上密封组件的入口处的流量；

判断密封组件的入口处的介质流量是否大于预设的流量阈值；如果是，则控制打开所述动密封试验工艺系统中储罐的排空阀，关闭储罐的增压阀；否则，控制关闭储罐的排空阀，打开储罐的增压阀。

进一步地，所述连锁模块的工作过程为：

按照实际被控设备的工况要求，预设被控设备的启停顺序；

读取被控设备的参数和状态；

根据读取的被控设备的参数和状态，判断被控设备是否按照预设的启停顺序运行；如果是，则继续运行；否则，停止。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请提供的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统能够对动密封试验工艺系统的数据进行采集，并对采集到的数据进行处理和显示，同时能够对动密封试验工艺系统中试验器的转速、密封组件测点处的压力、密封组件入口处的流量进行独立控制，对试验数据进行记录存储；本申请基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统的结构清晰，运行稳定、可靠、安全；密封测控装置基于LabVIEW软件平台设置的各模块的可读性、可维护性和集成化程度高，可相对的提高测量精确度，节约时间和人力成本。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统的结构示意图。

附图说明：

1、数据采集组件；11、数据采集卡；12、温度变送器；13、压力变送器；14、质量流量计；15、振动传感器；

2、密封测控装置；3、PLC；4、变频器；5、电机；6、齿轮箱；7、触摸屏；

10、动密封试验工艺系统。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。

本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

LabVIEW是一款优秀的虚拟仪器软件开发平台，其功能专为测量、数据分析及提交结果而设计，运行方式基于数据流的原理，表现为借助控件之间的数据连线实现编程功能，其编程语言为能够提高编程效率的图形编程语言，符合工程人员的思维习惯，更加直观和易于理解。

如图1所示，本申请提供给了一种基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其包括数据采集组件1、密封测控装置2、PLC3、变频器4、电机5和齿轮箱6。其中，数据采集组件1与密封测控装置2连接，其用于采集动密封试验工艺系统10的温度、压力和流量等试验参数，密封测控装置2根据接收到的参数对动密封试验工艺系统10中的阀门进行控制。

密封测控装置2与PLC3连接，PLC3通过变频器4与电机5连接，电机5通过齿轮箱6与动密封试验工艺系统10中试验器连接。密封测控装置2用于远程控制动密封试验工艺系统10中试验器的转速。动密封试验工艺系统中的试验器上放置有密封组件，动密封试验工艺系统为密封组件提供试验工况。可以理解的是，通过调节电机5的转速，能够改变试验器的转速范围。

PLC3与电机5连接，用于获取电机5的冷却系统的运行状态、停止状态和报警状态信息等；PLC3与齿轮箱6连接，用于获取齿轮箱6的润滑系统的运行状态、停止状态和报警状态信息等。

具体地，密封测控装置2与数据采集卡11和PLC3之间均通过交换机并采用以太网通讯协议进行通讯连接。以太网通讯协议具有数据传输速度快、可靠性高、兼容性强、易于扩展、成本低等优点。

密封测控装置2基于LabVIEW软件平台，采用大量的事件结构，将各种情况编写成消息事件，利用队列处理事件的方式来避免漏掉事件，能够大大减少CPU的占用率，提高程序的响应速度。

在本实施例中，本申请基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统还包括触摸屏7，触摸屏7与PLC3连接。具体地，PLC3采用以太网通讯协议与触摸屏7进行通讯连接。通过触摸屏7可以向PLC3中手动输入齿轮箱6的润滑系统中油泵、电机5以及电机5的冷却系统的启停信号，还可以手动设置变频器4的转速等。PLC3获取的齿轮箱6的润滑系统和电机5的冷却系统的运行状态、停止状态和报警状态信息，以及变频器4的输出电压和频率、电机5的电压和转速、齿轮箱6的轴承温度等均可以通过触摸屏7进行现场显示。

在一个具体的实施例中，数据采集组件1包括数据采集卡11以及与数据采集卡11连接的温度变送器12、压力变送器13、质量流量计14和振动传感器15等。其中，温度变送器12用于测量密封试验要求测点处的温度、齿轮箱6轴承的温度以及润滑系统中润滑油的温度。压力变送器13用于测量动密封试验工艺系统中储罐的压力、工艺管路的压力以及密封试验要求测点处的压力。质量流量计14用于测量动密封试验工艺系统中工艺管路流入试验器的介质的流量、润滑系统中润滑油的流量以及试验器出口处介质的流量。振动传感器15用于检测动密封试验工艺系统中试验器的振动情况，进而根据试验器的振动情况判断试验器上放置的密封组件是否损坏。

在一个具体的实施例中，密封测控装置2包括主控模块以及与主控模块进行通信的人机交互模块、转速控制模块、压力控制模块、流量控制模块、急停模块、连锁模块和数据记录模块。

人机交互模块、转速控制模块、压力控制模块、流量控制模块、急停模块、连锁模块、远程操控模块和数据记录模块由不同的消息事件构成，且各模块之间不能直接相互调用，需要将信息统一反馈给主控模块。由主控模块处理后，再统一进行调用和支配，以便提高运算效率、可靠性和准确性，降低各模块之间相互干扰的风险。

保持其他参数条件不变，对电机5的转速进行控制，以便考察转速对浮动环或端面等密封组件的影响，转速控制模块的控制过程为：

设定电机5的转速。

获取电机5的实际转速。

将电机5的实际转速与电机5的设定转速作差。

将转速差值作为PID算法的输入，通过PID算法调节变频器4的输出频率和电压，从而调节电机5的实际转速，直至电机5的实际转速与电机5的设定转速的误差达到变频器4的控制精度。

控制电机5以设定转速运行。

保持其他参数不变，对压力进行控制，以便后续分析压力变化对浮动环或端面等密封组件的影响，进而找到极限压力。压力控制模块的控制过程为：

获取试验器上密封组件的测点处的压力。

通过对储罐的压力的调整，间接调整密封组件的测点处的压力，直到密封组件的测点处的压力满足预设的压力阈值。具体地，如果密封组件的测点处的压力大于预设的压力阈值，则控制打开储罐的排空阀，关闭储罐的增压阀；否则，控制关闭储罐的排空阀，打开储罐的增压阀。另外，压力控制模块也可以采用PID控制来提高控制精度。

保持其他参数不变，对流量进行控制，以便后续分析流量变化对浮动环或端面等密封组件的影响，进而找到极限流量。流量控制模块的控制过程为：

获取试验器上密封组件的入口处的流量。

通过对储罐的压力的调整，间接调整密封组件的入口处的介质流量，直到密封组件的入口处的介质流量满足预设的流量阈值。具体地，如果密封组件的入口处的介质流量大于预设的流量阈值，则控制打开储罐的排空阀，关闭储罐的增压阀；否则，控制关闭储罐的排空阀，打开储罐的增压阀。另外，流量控制模块也可以采用PID控制来提高控制精度。

急停模块用于出现异常情况时，操作人员能够在现场进行急停控制和报警复位，其具体包括停止变频器4、电机5和散热风机。其中，异常情况可以为变频器4的功率突增而超过预设的功率阈值，或者，密封组件的测点处的温度突然升高而超过预设的温度阈值，或者，试验器内部的出现异常声音等。

急停模块的工作过程为：

读取功率、温度和振动等参数。

对读取的参数进行换算、比较等处理。

判断参数或状态是否异常，如果是，则终止试验。

连锁模块通过预设软件和硬件的启停顺序，降低由运行顺序引起的设备故障或者损坏，从而提高工作效率。连锁模块的工作过程为：

按照实际被控设备的工况要求，预设被控设备的启停顺序。

读取被控设备的参数和状态。

根据读取的被控设备的参数和状态，判断被控设备是否按照预设的启停顺序运行，如果是，则继续运行；否则，停止。

例如，齿轮箱6的润滑冷却控制中，回油泵先于供油泵启动，且需要运行一段时间才可以启动电机5；散热风机需要先于电机5启动等。

在动密封试验过程中，需要根据具体情况对试验数据进行记录，以便于后续对试验组件的密封性能进行分析。记录的试验数据采用TDMS的数据文件格式进行存储，存储前可以设置文件名称。该格式存储速度快，占用空间小，同时还可以被多种软件调用，使用方便。这种存储方式和文件格式有利于设计人员在进行数据分析时有更广泛的选择范围，节省查找有效数据的时间，提高工作效率，同时节省电脑硬盘空间。

数据记录模块的工作过程为：

接收文件名称、操作人员等信息。

启动数据记录。

判断记录的数据量是否满足任务或技术要求，如果是，则停止数据记录。

为了增强基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统的冗余能力和模块化能力，密封测控装置2中还设置有远程操控模块。远程操控模块可以接收操作人员通过人机交互模块输入的远程操控信号，并将该远程操控信号发送给PLC3，由PLC3对电机5、润滑系统中的油泵等进行应急控制。远程操控模块的控制过程为：

读取设备的参数和状态。其中，参数具体为电机5、变频器4、齿轮箱6、电机5冷却系统和润滑系统等设备的参数。

接收操作人员的远程控制信号，对设备进行远程控制，其具体包括对电机5、变频器4、齿轮箱6、电机5冷却系统和润滑系统等的控制和急停控制等。

本申请提供的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统的结构清晰，运行稳定、可靠、安全，密封测控装置2基于LabVIEW软件平台设置的各程序模块的可读性、可维护性和集成化程度高，可相对的提高测量精确度，节约时间和人力成本。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，包括数据采集组件、密封测控装置、PLC、变频器、电机和齿轮箱；

所述数据采集组件与密封测控装置连接，其用于采集动密封试验工艺系统的试验参数并发送给所述密封测控装置，所述密封测控装置根据接收到的试验参数对动密封试验工艺系统中的阀门进行控制；

所述密封测控装置与PLC连接，所述PLC通过变频器与电机连接，所述电机通过所述齿轮箱与动密封试验工艺系统中试验器连接；所述动密封试验工艺系统中的试验器上放置有密封组件，所述动密封试验工艺系统为密封组件提供试验工况；

所述密封测控装置基于LabVIEW软件平台能够对转速、压力和流量进行独立控制。

2.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，还包括触摸屏，所述触摸屏与PLC连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，所述数据采集组件包括数据采集卡以及与所述数据采集卡连接的温度变送器、压力变送器和质量流量计；

所述温度变送器用于测量密封试验要求测点处的温度、齿轮箱轴承的温度以及润滑系统中润滑油的温度；所述压力变送器用于测量动密封试验工艺系统中储罐的压力、工艺管路的压力以及密封试验要求测点处的压力；所述质量流量计用于测量动密封试验工艺系统中工艺管路流入试验器的介质的流量、润滑系统中润滑油的流量以及试验器出口处介质的流量。

4.根据权利要求3所述的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，所述数据采集组件还包括振动传感器，所述振动传感器用于检测动密封试验工艺系统中试验器的振动情况。

5.根据权利要求1或2所述的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，所述密封测控装置包括主控模块以及与主控模块进行通信的转速控制模块、压力控制模块、流量控制模块、急停模块、连锁模块和数据记录模块；所述转速控制模块、压力控制模块、流量控制模块、急停模块、连锁模块、远程操控模块和数据记录模块由不同的消息事件构成，且各模块之间相互独立，各模块将信息统一反馈给所述主控模块，由所述主控模块处理后，再统一进行调用和支配。

6.根据权利要求5所述的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，所述密封测控装置中还设置有人机交互模块，所述人机交互模块与主控模块进行通信。

7.根据权利要求5所述的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，所述转速控制模块的控制过程为：

设定电机的转速；

获取电机的实际转速；

将电机的实际转速与电机的设定转速作差；

将转速差值作为PID算法的输入，通过PID算法调节变频器的输出频率和电压，来调节电机的实际转速，直至电机的实际转速与电机的设定转速的误差达到变频器的控制精度；

控制电机以设定转速运行。

8.根据权利要求5所述的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，所述压力控制模块的控制过程为：

获取试验器上密封组件的测点处的压力；

判断密封组件的测点处的压力是否大于预设的压力阈值；如果是，则控制打开所述动密封试验工艺系统中储罐的排空阀，关闭储罐的增压阀；否则，控制关闭储罐的排空阀，打开储罐的增压阀。

9.根据权利要求5所述的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，所述流量控制模块的控制过程为：

获取试验器上密封组件的入口处的流量；

判断密封组件的入口处的介质流量是否大于预设的流量阈值；如果是，则控制打开所述动密封试验工艺系统中储罐的排空阀，关闭储罐的增压阀；否则，控制关闭储罐的排空阀，打开储罐的增压阀。

10.根据权利要求5所述的基于LabVIEW的密封组件密封试验测控系统，其特征在于，所述连锁模块的工作过程为：

按照实际被控设备的工况要求，预设被控设备的启停顺序；

读取被控设备的参数和状态；

根据读取的被控设备的参数和状态，判断被控设备是否按照预设的启停顺序运行；如果是，则继续运行；否则，停止。

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