基于VXI的电机检测系统

1.解决方案 采用VXI总线，使用流盘采集技术实现多通道电机测试系统的同步连续并行采集。 2.论文的背景及意义 电机是电能生产及应用的基本装备，同时也是自动调节控制系统的核心部件之一，应用领域极为广泛。电机在出厂以前，要经过检测，检测合格后才能投入使用，对电机的检测，主要是要测量电机在一定转速运行下的各组电压，电流，功率，频率，建立电压时间等数据。看是否满足各项指标的要求。 在电力系统中，由于各种非线性电力电子元件的广泛应用，逆变器输出会产生频率为基波频率整数倍的谐波。这种谐波会对电力系统环境造成污染，影响到整个电力系统的电气环境，谐波污染会对电力设备产生严重的危害，因此必须通过对谐波的监测和测试来对谐波进行治理。 传统的电机测量是通过人工进行的，由于测试点多，数据量大，数据记录时间长，数据处理和分析是很复杂的。利用虚拟仪器技术设计的电机VXI测试系统，实现了测试的自动化，大大减轻了人力和物力。 虚拟仪器（Virtual Instruments,简称VI）是完美结合计算机技术和仪器技术的最新测试产品。它通过软件把计算机资源（如微处理器、内存、显示器等）和仪器硬件（如A/D、D/A、数字I/O、定时器、信号调理等）结合在一起，完成测量、控制、数据分析和处理、图形化显示等功能. 虚拟仪器充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。 3.电机检测系统的硬件构成 测试系统的硬件如图2.1所示包括传感器系统，接口电路箱系统，VXI测试系统和主控计算机四部分。其中传感器系统，VXI测试系统和主控计算机基本是由外购件组成的，硬件设计的主要部分是接口电路箱和电磁兼容设计。 3.1.滤波板设计 3.1.1.滤波截止频率确定 测试对象——电机的信号为低频信号，其中直流信号基波频率为50HZ，交流频率为100HZ以下，但谐波频率比较高，要求能够不失真传输的谐波频率为基波频率的15~20倍，也就是在1.5K~2K范围内。 对于直流和42Hz的正弦信号，滤波的截止频率均为工频频率50Hz；直流脉动信号和梯形波信号滤波的截止频率分别是其有效信号的频率的15倍频左右，具体频率要参考标准器件的参数来确定。 3.1.2.滤波电路 设计有源低通二阶滤波电路，具体电路形式如下图所示： IN1是来自传感器的输入信号，经过二阶滤波后，从OUT1输出到后续电路，二阶滤波可以提高在截止频率出信号的衰减速度。其中传感器输出为电流信号的6路信号，采用电阻采样电路，将其转换为电压信号，再经过滤波处理。 Agilent E8462A接口板设计 Agilent E8462A多路复用器的接口板主要实现当系统选择不同的采集板卡时能够进行信号的切换。该接口板从外部接入8路信号，然后将这8路信号变为两组与输入相同的信号输出。一组接到Agilent E1433B数字化仪，另外一组接到Agilent E1564A数字化仪。当系统选用不同的采集卡进行数据采集时，只要打开相应的采集通道就行了。该接口板与Agilent E8462A多路复用器模块采用34-pins扁平电缆连接，通过Agilent E8462A来程控通道的开关。 4. 系统软件构成 4.1. 系统软件功能及组成 4.1.1. 软件功能概述 以往电机软件的设计虽然也使用了虚拟仪器技术，但由于采集板卡内存的限制，只能对电机某个阶段的信号进行采集和分析，不能从整体上把握电机的电磁特性和机械特性。在这套系统软件设计过程中，采用了流盘技术突破了上述限制，可以测试和分析电机从某个阶段到整个运行期间的工作特性和参数变化特性。同时在线监视功能能够直接观测到采集信号曲线，从而确定采集得到的信号是否符合自己的要求。软件具有如下功能： 系统自检功能；在线监测功能；流盘功能；数据回放功能；波形缩放，偏移调整功能； 数据计算功能；信号分析功能；数据库管理功能；WORD报告生成功能；曲线打印功能；容错性功能，在线帮助功能。 4.1.2. 软件组成 整个软件系统划分为如下的几个主功能模块和子功能模块： 系统管理模块；系统自检模块；数据采集模块；数据分析处理模块； 报告生成模块；在线帮助模块，数据库访问模块。 4.1.3.软件设计 5. 系统实际应用效果及不足 本论文是陕西海泰电子有限公司为中船重工集团公司第七研究院第712所研究开发的项目，重点是软件设计部分，从2002年4月开始准备,到今年2月通过验收，中间经过十个月的研制开发，其中长时间多通道高采样率连续采集的设计算法为电机测试领域的填补了一项空白。 论文工作过程中，通过翻阅大量的虚拟仪器，VXI测试技术，自动化测试和计算机领域的大量文献资料和技术材料，认真研究安捷伦公司的VXI板卡的用户手册，完成了以下工作： 首先，实现系统200KS/s采样率流盘两个小时以上，数据文件总量达到132G字节数。基本涵盖了电机从启动到稳定的各个状态的信号变化特性。 其次，实现系统在线监视功能，既实时监视采集的数据，发现电机出现不正常时能够及时终止，也监视电机的各个部分的状态信号，当电机某些部位出现异常时能及时发现。 最后，对采集来的数据进行各种处理，包括幅值，平均值，有效值，功率和效率的计算以及频谱分析，谐波失真的计算等。处理后产生的结果自动生成报告和图表输出。 通过电机VXI综合测试系统软件的研制，参照国内外自动化测试领域的发展，作者认为还有以下三个方面的工作有待继续进行： 1).在Agilent E1564A流盘的时候不能进行在线监视和计算。 2).在不同类型板卡的同步触发方面没有实现内部触发（即软触发），只实现了外部同步触发。 3).LabWindows/CVI6.0带有许多信号处理工具箱，还可以进一步对信号进行小波分析，联合时频分析和其他分析。