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异步电机智能测试系统的研制与开发 |
( 应用行业：智能电力 阅读次数：285
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摘 要 本文介绍了Windows环境下基于ActiveX技术的主从分布式智能化电机测试系统，详细阐述了该系统的结构，程序设计及功能。本系统能方便灵活地进行电机型式试验，打印试验报表及曲线，具有较强的实用性及灵活性。
关键词 智能化电机 测试ActiveXCOM分布式
1引言
电机型式试验对电机设计及制造有着非常重要的意义，而以前的电机型式试验系统主要由模拟设备和机械式测量仪表构成，试验人员工作繁重，数据统计工作复杂，且由于人为因素，数据测量不准确。随着计算机技术的发展，各种数字式控制技术在工业中的应用已越来越广泛。而微软公司的Windows操作系统由于其图形交互式的用户界面，多窗口，以鼠标为主的操作方式，多任务，灵活方便，简明直观，大大提高工作效率。
电机智能测试系统是作者与某电机公司合作开发的一个基于Windows操作系统的电机型式试验软件，该软件主要使用微软的VB和VC开发，并通过COM技术，结合微软的Access数据库和Excel电子表格以及Matlab数学计算软件，组成方便灵活的试验数据管理、查询、报表图形曲线打印系统，非常便于电机型式试验任务，大大减少以前试验员繁重的试验工作量，使数据采集、试验控制，报表打印以及试验查询集成在一起，真正实现了智能化的试验操作与管理。运用Matlab数学计算软件，运用一些先进的算法，对试验数据进行处理，画出试验曲线，大大提高了试验数据的准确性和科学性。
2系统概述
2.1系统软件
本系统软件采用了基于COM的ActiveX技术，对各种工具软件进行很好地集成，很好地实现了系统功能。COM(Component Object Model)即组件对象模型是许多Microsoft ActiveX技术的基础，已经成为Microsoft Windows整体的一部分，大多数的Windows都会涉及到COM技术。COM是Microsoft、Digital Equipment等公司支持的一个“工业标准”的软件结构，它和Apple公司的OpenDoc和IBM公司的SOM是互相竞争的软件结构。近年来，由于Windows的普及使用，COM已经成为事实上的标准。
COM的作用是用来解决Windows程序模块之间相互通讯的标准方法，为Windows统一的、可扩充的、面向对象的通讯协议，它支持以下的特性：
(1) 为Win32客户EXE程序载入和调用Win32 DLL提供了标准的、与语言无关的方法。
(2) 为一个EXE控件和同一机器的另一EXE控件提供了通用的方法(可代替DDE)。
(3) 可用ActiveX代替VBX。
(4) 为应用程序与操作系统的交互操作提供了新的方法。
(5) 新发布的DCOM(分布式组件对象模型)允许一个EXE与不同机器上的EXE进行通讯，即使两台机器使用不同的微处理器。
COM是一种协议，建立了一个软件模块同另一个软件模块之间的连接，然后将其描述出来。当这种连接建立起来以后，两个软件模块之间可以通过一个称为“接口”的机制进行通讯。
在VB应用程序中，VB主要支持ActiveX控件和Active数据对象形式的COM。在本系统中，就主要应用了这两种方法来实现软件集成。由VB作为主框架程序，结合使用VC、Access数据库及Excel报表和Matlab数学、图形生成软件组成，并通过COM技术(Active数据对象，Active自动化)与主程序集成起来。Matlab、Access、VB、VC及Excel都是支持Active自动化技术的软件，他们作为Active自动化服务器，能够被任何可作为Active客户的Microsoft程序所控制。利用Active数据对象，Active控制在满足用户需求下，使程序开发周期大大缩短，开发难度大大减小。
2.2系统构成
整个系统基于主从分布式控制策略，采用分布式控制系统的设计思想，使用先进的通信技术，将若干微计算机通过网络连接起来，构成一个大型的计算机测控系统，使得整个系统的任务可以分散进行，使系统模块化，控制功能分散，负荷分散，从而危险分散，提高了系统的可靠性。
采用分布式系统结构有以下这些优点：
(1) 数据可以就地处理，不必送至远离它的计算机去处理，减少了通信开销，缩短了处理时间，还增加了系统可靠性和安全性。
(2) 积木式的系统结构，可以较方便地用增加下位机扩展系统功能，因此有较大的灵活性。
(3) 下层计算机与上层计算机可以独立工作，也可共同工作，单个设备故障不会影响整个系统工作，增加了系统坚定性。
本系统上位机(主机)采用研华PⅢ工控机，下位机(从机)由单片机组成的电参数测试仪、电阻测试仪和转矩、转速测试仪以及西门子变频器组成。这些测试仪由微处理芯片及相应外围设备组成，它们既可以单独测量电机某些参量，又可根据灵活、方便的通讯协议，把采集得到的数据送到工控机，经处理后存入数据库。
各个试验根据电机试验的国家标准GB1032—85，针对笼型电机、绕线电机、变频电机分别进行测试。通过对被试电机电量(功率、电压、电流、频率、功率因数)和非电量(电阻、温度、转矩、转速)的采集，将采集得的数据，经过一定的处理，存入数据库。如果使用变频器给电机供电，这时的被试电机电压、电流、电磁功率等电参数由变频器的串口直接送至工控机。详细说明请参考附录8(MIDIMASTER Vector操作手册)，整个系统构成如图2所示。
整个系统共有40多路数字输出，通过数字电平来触发继电器，控制试验站二次开关和按钮。系统有三路模拟量输出，这三路模拟量可以作为旋钮调节试验站发电机组电压、频率等设备，有8路模拟量输入，这些模拟量为三相转子电压、频率、环境温度、电机铁心温度，轴承温度，定子电压快速采集通道(用于M-S曲线试验)。
3程序功能及组成
系统程序分为试验数据初始模块、试验及控制模块、数据处理模块、数据管理模块。
3.1试验数据初始模块
本模块由用户录入电机型式试验基本参数，选择试验项目，并确定试验数据库存放路径、电机型号等试验信息。
3.2试验模块
本模块由各个试验项目组成，主要包括：电阻试验、转子开路电压试验(绕线电机)、堵转试验、温升试验、负载试验、空载试验、M-S曲线试验等项目。
(1) 电阻试验分为直流电阻试验和绝缘电阻试验模块，量取定子或转子的直流电阻和绝缘电阻。
(2) 空载试验
试验电机在额定电压下运行30min，达到稳定状态后，定子电压从额定电压的1.2倍逐渐降至最低，测得空载电压，空载电流，功率，断电时的直流电阻，试验可以采集10～20组数据，根据试验数据，系统可以打印试验报表和试验曲线：U0-I0(空载电压电流)曲线、P0-U0曲线和P0C-(U0/Un)^2曲线，采用电压平方分离法，使用Matlab曲线拟合函数，在P0C=f(U0/Un)^2上，
(3) 转子开路电压试验
只针对绕线电机，本试验量取定子在额定电压时转子开路的电压，求出开路电压比kv′：
式中U1——定子绕组各相电压算术平均值
U20——转子绕组各相开路电压的算术平均值。
(4) 堵转试验
在转子堵住情况下，从额定电压的1.1倍起，隔30V左右测取一次值，求取定子电压，电流，转矩，测得7组值。根据测得的数据，计算额定堵转转矩、额定堵转电流
用Matlab绘制UK-IK(短路电压电流)曲线，TK-UK曲线(堵转转矩-电压)曲线。
(5) 负载试验
在额定电压和额定频率下，逐渐改变电机负载，测量电机在不同负载下的电流，功率，转矩，转速，功率因数，最后求得断电后定子电阻。根据这些数据，求得额定电压时的转差率、效率、功率因数、定子铜耗、转子铜耗、杂散耗，计算公式为
115℃)
转子绕组铜耗
式中P2——输出功率
P1——输入功率
最后存入数据库，打印报表及S-P2、cosφ-P2、η-P2、I-P2、P1-P2等工作特性曲线。
(6) 温升试验
根据不同的工作制，求得在额定负载情况下，定、转子绕组温度稳定时的温升。
本系统采用电阻法测取绕组温升，在相同出线端上测取冷、热态电阻，按下式计算绕组温升
式中Rf——试验结束时的绕组电阻，Ω
R0——试验开始时的绕组电阻，Ω
θf——试验结束时的绕组温度，°C
θ0——试验开始时的绕组温度，°C
Kα——常数，对铜绕组为235；对铝绕组为225
(7) MS曲线试验
采集试验电机空载起动后的瞬时输出转矩、转速、定子端电压，采用电压插值来修正启动转矩，画出Tn(转矩转速)曲线。修正公式如下
式中T——修正后转矩
Tc——Tn曲线上对应转速nc时的转矩
3.3试验控制模块
本系统采用COM(组件对象模型)技术，对各下位机，采用Active控件对象来抽象。如：对底层PCL711B数字输出端口直接控制，来控制I/O的输出，通过继电器控制二次设备开关闭合。另外，对三相电参数测量仪和三相电阻测试仪能实时刷新数据，故上位机并未实时显示数据，其通信方式采用查询方式，发出命令对其初始化、采集数据、送回数据。这样大大减轻了上、下位机的负担，提高了系统的稳定性。
转矩、转速由于要求实时显示采集数据，故与工控机采用DDE(动态数据交换)的方式连接通讯。DDE其特有的数据交换格式，可以大大提高通讯效率，满足本系统通讯要求。
西门子变频器与工控机通讯采用Rs485接口，根据变频器的通信格式和复杂的初始化命令字，我们对其进行了二次开发，利用Active控件函数对每个命令进行封装。这样操作变频器就很方便了，对我们以后的编程非常有利，也节约了很多调试、改错的时间。
3.4数据处理与曲线绘制模块
采用Matlab软件对采集到的数据进行处理，如进行数据插值、误差处理。这里采用MatrixVb软件，在VB程序中通过Active数据对象的形式，嵌入Matlab函数，进行曲线校正，数据插值。利用Active自动化在后台调用Matlab画图并保存，以备报表使用。
3.5查询管理模块
试验查询非常方便，查询分为当前实验查询和历史试验查询。报表采用Excel对象嵌入主程序中，Excel既可以使用VB语言对其直接编程，也可利用其宏对象和Vbscript脚本语言，使得制作的报表非常漂亮；另外，利用OLE，可以把实时生成的图形显示在数据报表下方，打印时可以与数据一起打出，便于设计人员分析。
在进行每一次试验之前，系统会要求试验操作员选择已有数据库或新建数据库，此时系统会记录数据库存放位置、试验时间、试验操作员，数据库名，以及电机型号。查询试验时，可根据这些关键字，灵活地进行查询。
查询得到数据库后，进入该数据库，可以浏览该项试验数据库中的数据表。选择表后，可以打印报表，此时图形也会随之打印出来；如果选择顺序实验，可以打印总报表。
4结论
本文系统地介绍了智能化的电机智能测试系统的开发与功能。目前，这套系统已经在某电机公司投入使用，从使用的结果来看，这套系统大大提高了测量精度和数据处理的准确性，减少了试验劳动强度和试验时间，实现了计算机全智能化的自动控制，自动化的数据处理和曲线绘制，并能灵活地查询及打印试验报表，整个系统操作简易灵活，使用方便，非常利于异步电机型式试验的操作。
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