在單螺桿泵性能測試系統(tǒng)中，針對重要測試參數(shù)(流量-轉(zhuǎn)速、功率-轉(zhuǎn)速)之間的函數(shù)關(guān)系，研究了采用線性最小二乘法對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，用VBScript腳本語言編程形成流量-轉(zhuǎn)速特征曲線和功率-轉(zhuǎn)速特征曲線的方法;同時，介紹了在上位組態(tài)軟件WINCC和VB的編程環(huán)境下，使用TeeChart控件繪制特征曲線的方法，并給出了相關(guān)代碼。測試系統(tǒng)的程序開發(fā)采用C/S結(jié)構(gòu)和SQL　Server數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)來源于WINCC系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫前臺開發(fā)工具選用Visual　Basic　6.0，數(shù)據(jù)庫控件選用TeeChart組件。采用該方法可有效剔除干擾數(shù)據(jù)，減少測試誤差，提高單螺桿泵測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理的準(zhǔn)確性。

　　為了保證螺桿泵在實(shí)際工作中能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，在出廠前，都要對螺桿泵進(jìn)行嚴(yán)格的性能測試。單螺桿泵的性能測試是辨別產(chǎn)品優(yōu)劣、保證單螺桿泵系統(tǒng)(由于實(shí)際工程所要測試的螺桿泵的電動機(jī)、減速器和奈莫泵體已連為一體，因此，簡稱為單螺桿泵系統(tǒng))性能穩(wěn)定和促進(jìn)產(chǎn)品升級的重要手段。在單螺桿泵性能測試中，根據(jù)在不同工作參數(shù)下采集的測試數(shù)據(jù)，繪制出單螺桿泵的特征曲線，準(zhǔn)確地反映單螺桿泵的工作特性，對判斷產(chǎn)品的質(zhì)量和性能優(yōu)劣具有重要意義;同時，也可為單螺桿泵的設(shè)計、制造與技術(shù)改進(jìn)提供重要依據(jù)。

1、測試系統(tǒng)

　　本測試系統(tǒng)以德國耐馳(蘭州)泵業(yè)有限公司的單螺桿泵性能測試系統(tǒng)為研究對象，試驗(yàn)裝置分為4套相對獨(dú)立的測試管路，且共用1個循環(huán)水箱，設(shè)計容積為12m³。根據(jù)國標(biāo)GB9064—88《螺桿泵試驗(yàn)方法》的要求，本測試系統(tǒng)對數(shù)據(jù)實(shí)時采集與處理進(jìn)行了重新設(shè)計，綜合運(yùn)用了PLC控制、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信號采集、傳輸與分析處理的一體化和網(wǎng)絡(luò)化。該測試系統(tǒng)以西門子S7-300PLC作為下位機(jī)，完成單螺桿泵性能測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及處理，用WINCC組態(tài)軟件和SQL　Server數(shù)據(jù)庫作為上位機(jī)，進(jìn)行測試系統(tǒng)的開發(fā)及特征曲線的繪制。

　　1.1、測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及通信組成

　　本測試系統(tǒng)的硬件主要由單螺桿泵系統(tǒng)、電動機(jī)調(diào)速模塊、進(jìn)口壓力檢測控制裝置、出口壓力檢測控制裝置、流量檢測單元及控制單元等組成。單螺桿泵系統(tǒng)是由電動機(jī)、減速器和奈莫泵體組成。電動機(jī)調(diào)速模塊由變頻器連接電動機(jī)組成，變頻器采用西門子MicroMaster440，可通過其配置的PROFIBUS通信模塊直接接入PROFIBUS-DP總線，與PLC組成網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)單螺桿泵轉(zhuǎn)子無級調(diào)速。對于電動機(jī)的電壓、電流、功率和轉(zhuǎn)速等參數(shù)通過變頻器和PLC的PROFIBUS通信網(wǎng)絡(luò)采集。進(jìn)口壓力檢測控制裝置由加壓泵和進(jìn)口壓力變送器組成，出口壓力檢測控制裝置由電動調(diào)節(jié)閥和出口壓力變送器組成，流量檢測單元由電磁流量計組成。

　　利用PLC的D/A 轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)電動調(diào)節(jié)閥的PID閉環(huán)控制，PLC根據(jù)單螺桿泵出口壓力設(shè)定值與實(shí)際出口壓力反饋值之間的差值，計算所需的頻率值，并將該值輸出到變頻器的模擬量輸入口。變頻器則相應(yīng)地改變頻率，調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速，電動調(diào)節(jié)閥也相應(yīng)地根據(jù)PLC的控制，調(diào)節(jié)單螺桿泵的出口閥門開度，達(dá)到調(diào)整單螺桿泵出口壓力的目的，形成閉環(huán)控制。通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊，采集現(xiàn)場的壓力和流量信號，實(shí)現(xiàn)單螺桿泵的入口壓力和出口壓力的無級調(diào)節(jié)，完成單螺桿泵進(jìn)出口壓力和進(jìn)出口流量參數(shù)的檢測及數(shù)據(jù)采集。

　　操作站采用工業(yè)控制計算機(jī)，通過西門子工業(yè)以太網(wǎng)卡CP5611與下位機(jī)PLC進(jìn)行通信連接，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。控制單元選擇西門子S7-300系列PLC作為主控制器，選用CPU　315-2DP作為核心控制單元，它集成總線接口PROFIBUS-DP，直接掛接于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線。單螺桿泵測試系統(tǒng)硬件部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　單螺桿泵測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　1.2、測試系統(tǒng)的軟件組成

　　上位機(jī)軟件部分的設(shè)計主要在WINCC上位組態(tài)軟件和SQL　Server數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上完成。數(shù)據(jù)庫前臺開發(fā)工具選用Visual　Basic　6.0，數(shù)據(jù)庫控件選用TeeChart組件。

　　1.3、特征曲線的實(shí)現(xiàn)方法

　　在WINCC友好界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，能夠顯示實(shí)時數(shù)據(jù)，生成實(shí)時數(shù)據(jù)曲線;但是因?yàn)橄到y(tǒng)自動生成的曲線達(dá)不到要求的精度，本文通過線性最小二乘法對特征曲線進(jìn)行擬合，插入TeeChart控件實(shí)現(xiàn)特征曲線的繪制。TeeChart控件組中主要包含Tchart、TDBChart和TQBChart　3個類，TChart類是TeeChart類庫中最主要的類，可以使用它創(chuàng)建給定數(shù)據(jù)序列的統(tǒng)計圖表。TDBChart和數(shù)據(jù)庫連接，可實(shí)現(xiàn)趨勢顯示。用VBScript腳本語言實(shí)現(xiàn)WINCC與SQL　Server數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換，通過VBScript訪問ActiveX 控件TeeChart。在單螺桿泵性能測試系中，采用TDBChart控件實(shí)現(xiàn)與自定義數(shù)據(jù)庫SQL　Server的連接，對特征曲線進(jìn)行繪制[5-6]。

　　1.4、測試軟件的程序流程

　　根據(jù)上述單螺桿泵性能測試系統(tǒng)的設(shè)計要求，制訂了詳細(xì)的程序流程，如圖2所示。

圖2　測試軟件程序流程圖

　　在WINCC系統(tǒng)中判斷是否進(jìn)行新試驗(yàn)，如果進(jìn)行新試驗(yàn)，在輸入產(chǎn)品型號、訂單號等各種參數(shù)后，進(jìn)入測試系統(tǒng)主界面。測試系統(tǒng)分3大模塊，即性能試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)和靜壓試驗(yàn)。對電動機(jī)設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后，開始定時采集測試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被保存到SQL　Server數(shù)據(jù)庫中。從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用TeeChart控件進(jìn)行曲線擬合并繪制圖線;然后查看和打印線，完成測試。如果不進(jìn)行新試驗(yàn)，選擇歷史查詢，則根據(jù)測試機(jī)的機(jī)器號進(jìn)行查看和打印曲線。

結(jié)語

　　針對單螺桿泵性能測試系統(tǒng)的特征曲線進(jìn)行了研究。在上位組態(tài)軟件WINCC和VB的編程環(huán)境下，應(yīng)用最小二乘法擬合特征曲線，用TeeChart控件繪制曲線，有效地剔除了干擾數(shù)據(jù)，減少由數(shù)據(jù)造成的測試誤差，提高了數(shù)據(jù)分析處理的準(zhǔn)確性。該特征曲線可以為企業(yè)分析單螺桿泵產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)工藝提供決策依據(jù)，有助于提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，使企業(yè)更具競爭力。