上海地鐵1號線所用車輛設備為90年代初從德國進口，其技術大致為80年代后期的水平。其中VV230/180-2空氣壓縮機組試驗裝置也是當年從德國進口。其試驗過程是：高壓儲氣缸壓力為8 bar和10bar時，分別工作0.5h，空壓機5個測溫點的溫度不能超過200℃。人工操作時，手動調節(jié)閥控制高壓儲氣缸的壓力期望在（8±0.1）bar和（10±0.1）bar.原有試驗過程完全由人工操作，試驗精度和檢修質量難以保證；此外，現場操作時噪聲非常大，使人無法忍受。為此，提出了空氣壓縮機組自動試驗裝置的研制方案。就目前而言，國內無論是地鐵，鐵路干線機務段，或是空壓機專業(yè)制造廠試驗站，都尚未采用全自動空壓機試驗裝置。

　　2整體方案

　　根據進口車原裝空氣壓縮機組試驗大綱的要求，要使空氣壓縮機在某一給定工況下，對空氣壓縮機各氣道內的溫度變化及空壓機電機的電流，電壓，功率，轉速進行檢測，以此來評估空壓機組的工作狀態(tài)。

　　為了減輕勞動強度，提高試驗精度，避免人為因素的影響，本方案采用了全自動的試驗形式。由PID氣體壓力控制裝置來調節(jié)，控制壓縮機的工況（主要是壓力），使其穩(wěn)定在給定的工況下運行；由各類數據采集裝置將各種被測量轉換為一定形式的電信號，并匯總至數據轉換傳送控制器，然后傳至單片機中；在單片機中經過一定的程序處理后，再經通訊隔離裝置送至PC機；由PC機對其試驗數據的變化進行處理，在PC機屏幕上用表格或曲線等形式進行顯示，并對每一試驗結果進行存檔或打印試驗報告等。對試驗過程中出現的故障或數據超限，則分級進行聲光報警或強迫關機。

　　3方案內容研究

　　3.1電流，電壓及電功率的測試

　　由壓縮機電機銘牌可知，電機額定電壓為DC 1500V（+300V，-200V），額定功率為12.2kW，該電機屬高壓直流電動機。故本方案采用高壓電量隔離轉換裝置，可對DC2500V以下直流電壓進行精確測量，短時過壓可達4000V，輸入輸出隔離電壓為3000V.電流測量采用額定20A的直流電量隔離轉換器，過載電流可達額定電流的10倍。由電量轉換器準確測出電壓，電流數值后，再由PC機計算出相應的電功率。

　　3.2壓縮機氣路溫度測試

　　為保持本裝置與原試驗裝置的相對獨立性，本方案另配備了一套溫度傳感器。其外形尺寸與原溫度傳感器一致，經標定后，制造相應的溫度變送器，構成溫度檢測裝置。設計要求的測溫范圍為-50～250℃，因此，擬采用線性度和精度都較好的鉑電阻溫度傳感器HEL-700.其阻-溫特性曲線近似為線性，其函數為：RT=R0（1+AT+BT 2 -100T 3 +CT 4）式中：RT為在T℃時電阻；R0為在0℃時的電阻；R0，A，B，C為已知的系數。由于傳感器所采集的信號為非標準信號，溫度變送器考慮用恒流源及放大后續(xù)電路等將其轉化成標準信號（0～5V）。

　　3.3壓縮機壓力的控制與檢測壓縮機的氣體壓力控制由PID氣體壓力控制裝置和壓力調節(jié)執(zhí)行器來完成。PID氣體壓力控制裝置根據PC機發(fā)出的壓力給定指令和壓力傳感器檢測到的壓力反饋信號，經PID綜合調節(jié)后輸出壓力調節(jié)信號，由壓力調節(jié)執(zhí)行機構進行壓力調節(jié)，以達到穩(wěn)定壓力的目的。壓力調節(jié)執(zhí)行機構通過步進電機及機械傳動機構控制調節(jié)閥的開啟程度來完成。

　　由于壓力檢測是壓力控制至為重要的一個環(huán)節(jié)，其測試精度與整機的性能指標有關，因此必須選擇精度高，可靠性高，溫度適用范圍寬的壓力傳感器。Honeywell公司出品的高精度40PC系列壓力傳感器能滿足以上要求。壓力傳感器將不同測量點的壓力信號進行轉換后傳遞至PC機中進行處理，顯示，控制等。

　　3.4電動機轉速的測試

　　電動機轉速采用反射式紅外光檢測頭和數字脈沖電路構成數字轉速進行檢測。原理如圖2所示。檢測時在電機轉動體上粘上一條與轉動體有一定反差的反光條，將紅外檢測頭置于反光條的一定區(qū)域內即可測出電機的轉速。檢測到的數據信息經過計數器和定時器傳至PC機，并進行處理。

　　3.5數據轉換

　　數據轉換包括A/D和D/A轉換兩部分。采用8路輸入，單電源供電以及分辨率為12位的數據采集芯片MAX197，能滿足A/D轉換的要求。其所有邏輯輸入和輸出都與TTL/CMOS電平相兼容。但該芯片本身的參考電壓精度較低，影響數據轉換精度，可采用外接參考電壓加以改進。該芯片把上述傳感器采集到的模擬信號轉換成數字信號傳送至單片機，供單片機和PC機通訊，進行后續(xù)處理。D/A轉換的功能是把經過處理的數字量轉化為模擬量。它用來把PID控制系統(tǒng)所需的參數傳給壓力調節(jié)執(zhí)行器，達到控制高壓儲氣缸壓力的目的，使實際壓力與給定壓力保持在允許的誤差范圍內。

　　3.6通訊裝置

　　通訊裝置用于完成單片機與PC機之間的通訊。本裝置擬采用串行通訊。當設置好波特率并進行一定的程序處理后，單片機把A/D轉換得到的數字量經處理傳至PC機中，使計算機進行顯示等后處理。串行通訊可能遇到的問題是發(fā)送，接收不同步，可通過控制協議來解決<4>。

　　裝置采用串行通訊的物理標準為RS-232標準，其規(guī)定的信號電平及極性與TTL/CMOS電平不兼容，需要轉換。通常用集成芯片MCI1488把TTL/CMOS電平轉換成RS-232電平，用芯片MCI 1489把RS-232電平轉換成TTL/CMOS電平。在RS-232標準中，電纜線的長度不能超過30cm.本項目裝置符合該標準。

　　3.7壓縮機組被測參數的顯示

　　PC機部分用VisualBasic編程。通過各測量裝置檢測到的各個數據，*終全部匯總在PC機中，由PC機對所測數據進行整理和統(tǒng)計后在PC機的顯示屏上以表格，曲線或動態(tài)形式顯示；亦可根據要求顯示統(tǒng)計規(guī)律，如顯示某一測量點的*小值，平均數等；也可用拷貝的形式打印試驗報告，對*終結果和各數據超限進行可靠保存。PC機部分要求人機界面操作盡可能方便，可以實時顯示，并對所出現的故障進行及時，有效處理。

　　3.8自動試驗裝置的保護

　　為使自動試驗臺安全可靠地運行，必須具有報警和強迫關機功能。為此，本裝置擬采用兩級報警：當壓力超過**個設定壓力值時進行聲光報警，此時壓力尚未對壓縮機造成嚴重危害，因此可以由工作人員進行適當處理；當壓力超過第二個設定壓力值（此壓力可能對壓縮機造成嚴重危害）時要強迫關機，同時報警給工作人員，以便于進行維修檢查，防止發(fā)生嚴重事故。

　　4方案研究中的關鍵問題

　　壓縮機壓力控制為本課題的難點，亦將是今后空壓機自動試驗裝置制造調試過程中力圖解決的問題?？諌簷C儲氣缸中的壓力由空壓機氣缸向其充氣積累而成，它受空壓機效率，空壓機電機性能，空壓機電機功率變化，儲氣缸及管路結構，排風口調節(jié)閥開啟程度等諸多因素的影響。它好比是電容器充放電過程，受電源特性，充電電路阻抗，放電電路及阻抗等諸多因素的影響。當電容器充放電過程同時進行時，為維持電容電壓恒定，充放電電路及電源中任一元件參數或狀態(tài)的變化都將引起控制回路的響應，因此將電容電壓維持在一定誤差范圍內某個值的控制回路設計是關鍵問題。

　　與之相比，空壓機組儲氣缸恒壓力控制要困難得多。首先，是上述許多因素的特性預先未知或不明確，即使通過可能的試驗，其特性或參數也不明確，這給控制裝置的設計與調試帶來極大困難；其次，空壓機組是大慣性系統(tǒng)，要使控制精度達到試驗要求的8±0.1bar和10±0.1bar，其控制裝置的設計與調試更非易事。目前，壓縮機的氣體壓力控制裝置擬由PID壓力調節(jié)執(zhí)行器來完成。