浅析直线空压机的结构系统

　　直线压缩机是一种由直线电机直接驱动做往复直线运动的新型压缩机，由于没有曲柄连杆机构，压缩机活塞的上死点位置需要控制系统来保证。要对压缩机活塞进行有效的控制，首先必须知道活塞的上死点位置，早期的系统中安装了位移传感器来实现位移控制，但增加了位移传感器后，使得系统的可靠性、灵敏度降低，而且增加了成本。因此，各研究机构及公司也开始研究和开发一套简单可靠、性能稳定、经济性的无位移传感器的控制系统。

　　为了通过试验研究直线压缩机的工作特性及性能，开发经济、高效的控制系统，本文设计了一套基于LabV IEW的直线压缩机测控系统。

　　2测控系统简介直线压缩机测控系统中主要采用了美国NI的PCI6024E数据采集卡和LabV IEW搭建了一个基于PC的测量与控制活塞行程的系统。该系统主要通过调整三端双向可控硅的导通角来控制活塞行程及活塞的上死点位置，对活塞位移进行检测并存储其波形数据，然后对位移波形数据进行处理及分析。

　　直线压缩机的控制系统要求对活塞行程及活塞上死点位置（ TDC）进行精确控制。在试验用直线压缩机中安装了直线位移传感器，其主要目的是精确检测活塞的位移。

　　测控系统主要包括了直线位移传感器、数据采集卡、冲程计算器、冲程控制器、直线压缩机驱动电路及直线压缩机等。其各部分的用途为：数据采集卡主要用来采集直线位移传感器输出的活塞位移波形数据，然后送入到PC机中，用基于Lab V IEW的测控软件进行分析计算；冲程计算器和冲程控制器是基于LabVIEW环境开发的，冲程计算器主要通过对位移波形进行分析计算，得出活塞的上死点位置及活塞冲程大小，冲程控制器主要是通过调整三端双向可控硅的导通角来控制活塞的上死点位置及活塞冲程大小，其与直线压缩机驱动电路模块之间是通过RS232串口进行通讯的；直线压缩机驱动电路部分主要是驱动直线压缩机的直线电机；位移传感器主要对直线压缩机的活塞位移进行检测，并将位移信号输入数据采集卡。

　　3测控系统硬件设计测控系统的主要目的为：通过调整三端双向可控硅的导通角来控制活塞行程及上死点位置；测量直线压缩机在不同工况下，直线压缩机活塞的位移、直线电机的电流、电压及功率、直线压缩机的排气压力及排气量。因此，在测控系统的硬件设计中，针对不同的测控目的，选取了不同的硬件设备，以满足整个测控系统的需求。

　　4测控系统线路设计测控系统中各设备之间进行通讯时，会存在设备与设备之间的噪声干扰问题，给试验测量带来误差。为了消除这种误差，则需要对测控系统的线路进行设计。位移传感器外壳接地，直流稳压电源接地，位移变送器的信号线与采集卡连接采用单个基准点（ RSE）输入连接方式，如所示。

　　5测控系统软件设计图形化、模块化是LabVIEW*大特点，在降低硬件操作难度的同时，它还大大简化了系统的构建及源代码的编写，可以使开发者把主要精力集中在系统的设计上，从而开发出功能完善、可靠性高、界面友好的的应用程序。此外， LabVIEW功能强大而简单易学的特点，也是选择它作为开发工具的主要原因之一。

　　直线压缩机测控系统主要包括压缩机活塞位移在线监测及实时处理模块和行程控制模块。

　　压缩机活塞位移在线监测及实时处理模块主要负责检测并存储活塞的位移，并对位移进行分析处理，得出活塞的上死点位置及行程大小。同时还有报警功能，当活塞超出其设计行程时，会发生撞缸的危险，此时，测控系统会立即停止直线压缩机的运行。该模块的主要功能结构如所示，包括：数据采集、数据存储及故障报警等基本功能模块，这一线程的实时性要求*高；而波形显示、数据显示、上死点位置计算、下死点位置计算及活塞行程计算单元，其主要负责与用户之间进行交互，实时性要求不高；数据存储单元把位移波形、上死点位移、下死点位移、活塞行程、频率等数据存储起来，并对其进行分析处理。

　　活塞行程控制模块主要通过调整三端双向可控硅的导通角来控制活塞上死点位置及活塞行程。当给定一个导通角时，测控系统会给直线压缩机的驱动电路的三端双向可控硅一个控制信号，其输出的信号通过RS232串口与直线压缩机的驱动电路进行通讯的。该模块主要包括：串口参数设置、导通角输入及启动和停机控制。

　　直线压缩机测控系统的用户界面主要分为3大部分，分别为：位移波形显示界面、用户操作和数据显示界面、行程控制界面。位移波形显示界面显示直线压缩机活塞的位移曲线；用户操作及数据显示界面主要包括：数据采集操作、数据文件存储操作、报警显示、下止点位移显示、上止点位移显示、行程显示、频率显示；行程控制界面包括：串口参数的设置、导通角读写开关、直线压缩机启动和停止开关、导通角输入。

　　6结论测控系统的试验应用表明：其能对直线压缩机的活塞行程及上死点位移进行有效地控制，同时可以采集压缩机的各种运行参数，为研究直线压缩机的运行特性和性能提供试验数据，为开发经济、高效的控制系统打下理论及试验基础。