電動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　摘要：將現(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于電動機性能測試領(lǐng)域，充分發(fā)揮了虛擬儀器技術(shù)開發(fā)效率高、靈活性兼容性強和可重用度高的特點，設(shè)計與實現(xiàn)了多路并行電動機的在線測試，并使用PID控制算法控制定標(biāo)參量，最后通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程共享和用戶對測試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控。

　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器 電動機測試 PID TCP/IP近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電動機計算機輔助測試（CAT）系統(tǒng)在電機行業(yè)得到了普及[1]。

　　基于計算機的電機性能測試也逐步取代傳統(tǒng)的手動操作式電機檢測，并向著自動化智能化的方向發(fā)展。然而，基于傳統(tǒng)開發(fā)平臺的電動機自動測試系統(tǒng)，往往面臨開發(fā)周期長，成本高，兼容性和擴展性弱的不足，從而也阻礙了電動機自動測試系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)的引入，通過虛擬儀器應(yīng)用軟件將計算機與標(biāo)準(zhǔn)化虛擬儀器硬件結(jié)合起來，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能的軟件化與模塊化，以達(dá)到自動測試與分析的目的[2]。利用虛擬儀器技術(shù)用戶可以通過圖形化的編程環(huán)境和操作界面，輕松完成對待測對象的信號調(diào)理，過程控制，數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲，故障診斷以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期；同時由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬儀器軟硬件，測試系統(tǒng)的兼容性和擴展性也得到了很大程度的增強；除此以外，虛擬儀器技術(shù)的靈活性強和可重用度高，可以使用戶的測試系統(tǒng)規(guī)模最小化，且易于升級和維護(hù)，用戶甚至可以使用現(xiàn)有硬件組成另一套測試系統(tǒng)，從而減少不必要的重復(fù)投資，降低系統(tǒng)的開發(fā)成本。本電動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)采用的是美國國家儀器公司（National Instruments，NI）的LabVIEW和LabVIEW RT虛擬儀器軟件平臺，以及配套的NI PCI數(shù)據(jù)采集板卡、NI SCXI信號調(diào)理設(shè)備和NI compact FieldPoint（cFP）分布式I/O實時系統(tǒng)硬件。實現(xiàn)了多路電動工具性能的并行測試；并可根據(jù)用戶設(shè)置，自動完成負(fù)載、扭矩、轉(zhuǎn)速、功率以及機體溫度的實時監(jiān)控；最后通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程共享，和用戶對測試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控。該系統(tǒng)具有開發(fā)周期短、使用效率高以及成本低廉的特點，同時具有很強的系統(tǒng)可擴展性和可重用性，具有很強的應(yīng)用價值。

　　1.系統(tǒng)組成及工作原理

1.1. 系統(tǒng)組成

　　電動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)主要由主控機模塊、cFP實時監(jiān)控模塊、測功機模塊以及待測電機模塊四部分組成，主控機模塊為一臺DELL工作站，用于提供圖形化用戶界面，完成對系統(tǒng)硬件的配置和對用戶界面和控制參數(shù)的設(shè)置，并實時更新各指標(biāo)參量對時間的波形顯示，經(jīng)過曲線擬合后得到電動機特性曲線，最后完成測試數(shù)據(jù)的記錄工作。與此同時，主控機還通過嵌入式NI PCI數(shù)據(jù)采集卡完成對非控制參量，如輸入電壓和工作電流，的測量工作。cFP實時監(jiān)控模塊由兩部NI cFP分布式I/O系統(tǒng)組成，通過TCP/IP協(xié)議與主控機通信，從主控機獲得控制參數(shù)命令來控制測功機，并返回從測功機模塊采集來的數(shù)據(jù)信號，交由主控機處理。其中模塊A用于完成實時自動加載和控制指標(biāo)參量的測量，并提供過載保護(hù)、緊急停車以及非法停機后的系統(tǒng)重建等應(yīng)急措施；模塊B用于完成對待測電機體表溫度的實時監(jiān)測。測功機模塊由磁滯測功機和磁粉測功機兩類組成，分別適用于不同類型的待測電機，被用于為待測電機提供一定的負(fù)載，并由其內(nèi)部的傳感設(shè)備將待測電機在該負(fù)載下的扭矩、轉(zhuǎn)速以及輸出功率等待測指標(biāo)參量轉(zhuǎn)換為cFP實時監(jiān)控模塊A可以接受的電壓信號。

　　1.2.工作原理

　　電動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)可在兩種工作模式運行下：自動工作模式和手動工作模式，主要測試項目有：1) 電動機輸入電壓曲線2)電動機輸入電流曲線3)電動機輸入功率曲線4)電動機扭矩曲線5)電動機轉(zhuǎn)速曲線6)電動機輸出功率曲線7)電動機機體表面溫度8)

　　電動機機體內(nèi)部溫度自動工作模式下，主控機首先等待用戶完成軟硬件的設(shè)置和配置。然后提請用戶選擇負(fù)載測試或定參數(shù)測試，負(fù)載測試下用戶需要設(shè)置負(fù)載曲線、負(fù)載時間、循環(huán)時間以及測試時間等測試參數(shù)；定參數(shù)測試下，用戶可以選擇指定扭矩、轉(zhuǎn)速或是功率，并設(shè)置相應(yīng)的定標(biāo)參數(shù)、控制參數(shù)以及測試時間。完成以上步驟以后，就可以啟動測試程序，測試系統(tǒng)即按照用戶制定的負(fù)載自動加載同時完成對待測電機的性能測試；或是通過一定的控制算法保持定標(biāo)參數(shù)的穩(wěn)定并對該狀態(tài)下的待測電機進(jìn)行自動測試。系統(tǒng)運行的同時，用戶可以在實時監(jiān)測圖表中觀察各指標(biāo)參量對時間的波形顯示，經(jīng)過曲線擬合后得到電動機特性曲線，并可將感興趣的圖表導(dǎo)出存盤。當(dāng)完成測試時間后，系統(tǒng)自動終止測試。手動工作模式下，系統(tǒng)工作原理與自動工作模式下基本類似，只是系統(tǒng)不進(jìn)行循環(huán)測試，而是提供一種交互式的測試環(huán)境，完成指定的測試項目后，等待用戶的進(jìn)一步操作。