江蘇省徐州技師學(xué)院 陳 斌

?

基于PLC的交流電機(jī)參數(shù)測試系統(tǒng)

江蘇省徐州技師學(xué)院 陳 斌

【摘要】近年來，交流電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，對于交流電機(jī)性能參數(shù)的測試也更為普遍。交流電機(jī)參數(shù)自動(dòng)測試系統(tǒng)的原理是通過實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析電機(jī)性能參數(shù)。其硬件可分為前向通道和后向通道兩個(gè)部分。本文主要通過電動(dòng)機(jī)的測試實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證由傳感器、上位機(jī)、可編程控制器構(gòu)成的電機(jī)參數(shù)測試系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】電機(jī)參數(shù)；PLC；傳感器

1　電機(jī)測試原理和相關(guān)檢測技術(shù)

交流電機(jī)參數(shù)自動(dòng)測試系統(tǒng)是通過實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析電機(jī)性能參數(shù)。電機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能直接讀取，需要一些相應(yīng)的傳感器進(jìn)行變送，才能轉(zhuǎn)換為可編程控制器或工控機(jī)能夠接收處理的信號。電機(jī)自動(dòng)測試可以大幅減輕測試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅提高工作效率，而且測試精度高、重復(fù)性好，具有傳統(tǒng)測試方法所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

2　交流電機(jī)測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要通過幾項(xiàng)基本的電機(jī)實(shí)驗(yàn)來獲取電機(jī)的相關(guān)參，確定電機(jī)的性能狀況。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要是由傳感器直接測量電機(jī)參數(shù)，通過西門子可編程控制器 S7-200使現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息采集與上位機(jī)軟件系統(tǒng)以及控制設(shè)備之間進(jìn)行信息交換。

該測試系統(tǒng)的硬件由前向通道和后向通道兩個(gè)部分組成。前向通道主要對系統(tǒng)進(jìn)行指令控制，它向上位機(jī)發(fā)出控制指令，由下位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制操作。其中的現(xiàn)場設(shè)備包括執(zhí)行通斷控制的繼電器、控制輸入電壓的調(diào)壓器以及控制負(fù)載的負(fù)載調(diào)節(jié)器。調(diào)壓器和負(fù)載調(diào)節(jié)器的控制信號由S7-200 PLC的EM235模塊的輸出端提供。后向通道負(fù)責(zé)對測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行現(xiàn)場采集，再把信號傳入上位機(jī)分析處理。需要采集的數(shù)據(jù)信息包括：總功率、定子繞組電阻、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫度、三相線電流、三相線電壓。測試系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示：

圖1　測試系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

PLC是系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)采集轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)傳感器的輸出信息，并通過控制繼電器的分合以及負(fù)載調(diào)節(jié)器的輸入來控制被試電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，而且要與上位機(jī)進(jìn)行通信；PLC采用SIMENS S7-200 CPU224 型，帶EM231熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊、EM235模擬量輸入、輸出模塊。

測量裝置由傳感器構(gòu)成，這部分是負(fù)責(zé)直接測量電機(jī)參數(shù)并轉(zhuǎn)換成能被PLC直接接收的信息，因此選擇合適的傳感器是獲取準(zhǔn)確參數(shù)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)選用了電壓、電流、功率傳感器，電阻測試儀，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測試儀。各個(gè)實(shí)驗(yàn)根據(jù)電機(jī)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，對異步交流電動(dòng)機(jī)測試。采集被測試電機(jī)的電壓、功率、電流、轉(zhuǎn)矩、電阻、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，再通過PLC發(fā)送給上位機(jī)。

執(zhí)行部分包括：電壓調(diào)節(jié)器、負(fù)載調(diào)節(jié)器、繼電器。電壓調(diào)節(jié)器用來調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓大小，電壓的調(diào)節(jié)范圍以及輸出波形應(yīng)能滿足實(shí)驗(yàn)所需；負(fù)載調(diào)節(jié)器是用于調(diào)節(jié)被試電機(jī)的負(fù)載大小，它的調(diào)節(jié)范圍也應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)需要；繼電器就是PLC開關(guān)量的直接執(zhí)行器，通過通斷來控制電機(jī)的啟停。

3　交流電機(jī)測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主程序的作用是對測試數(shù)據(jù)的采集、測量、分析處理、輸出進(jìn)行控制和對試驗(yàn)過程的實(shí)時(shí)控制，主程序由（VC和VB）高級語言編制。根據(jù)事先設(shè)定的負(fù)載、空載、堵轉(zhuǎn)等試驗(yàn)項(xiàng)目，編制各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主程序，試驗(yàn)時(shí)，可直接調(diào)用相應(yīng)實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行測試。

3.1上位機(jī)軟件流程

本系統(tǒng)上位機(jī)軟件主要包括通訊數(shù)據(jù)采集、接口協(xié)議、控制軟件、數(shù)據(jù)庫管理四部分。主程序流程如圖2所示。

圖2　上位機(jī)主程序流程圖

3.2實(shí)驗(yàn)控制流程

電機(jī)自動(dòng)測試系統(tǒng)需要完成多個(gè)實(shí)驗(yàn)，由于完成不同的實(shí)驗(yàn)時(shí)電機(jī)所處的工作狀態(tài)不同，實(shí)驗(yàn)條件和調(diào)節(jié)參數(shù)也各不相同，因此不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)編制不同的主程序。這些主程序存放在計(jì)算機(jī)中，供實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)用。而一些子程序則可為各種實(shí)驗(yàn)所共享，例如，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及顯示、打印等。將這些公共部分編制成子程序，供各主程序調(diào)用。下面以負(fù)載實(shí)驗(yàn)為例介紹一下實(shí)驗(yàn)控制流程。

如圖3所示三相交流電動(dòng)機(jī)自動(dòng)測試系統(tǒng)的負(fù)載實(shí)驗(yàn)主程序流程圖。負(fù)載實(shí)驗(yàn)的主程序編制按以下步驟進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備階段的操作流程，首先應(yīng)根據(jù)額定數(shù)據(jù)確定好各傳感器的量程。量程確定無誤后即可給系統(tǒng)上電，包括系統(tǒng)的主電源，控制電源等。然后即可調(diào)用實(shí)驗(yàn)程序并輸入被試電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)等，準(zhǔn)備開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

開始實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作完成后，在確認(rèn)系統(tǒng)各部分均處于正常工作狀態(tài)的情況下可以開始實(shí)驗(yàn)了。此時(shí)，由上位機(jī)發(fā)送指令，調(diào)節(jié)電壓輸入和負(fù)載力矩，使被試電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)空載降壓起動(dòng)。

負(fù)載調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采樣及數(shù)據(jù)處理 待被試電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，開始執(zhí)行負(fù)載調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采樣及數(shù)據(jù)處理程序，其程序流程

圖如圖4所示。

圖3　負(fù)載實(shí)驗(yàn)流程圖

圖4　負(fù)載調(diào)節(jié)、采樣及數(shù)據(jù)處理流程圖

首先由上位機(jī)發(fā)出負(fù)載、電壓調(diào)節(jié)指令，通過兩個(gè)PLC的EM235模塊輸出模擬量來調(diào)節(jié)，分別控制磁粉制動(dòng)儀的勵(lì)磁調(diào)節(jié)端和調(diào)壓器的電壓調(diào)節(jié)端，使被試電機(jī)達(dá)到額定運(yùn)行點(diǎn)（UN·fN·PN），這是數(shù)據(jù)采樣的第一點(diǎn)。如果上位機(jī)通過采樣判斷上述條件中有一個(gè)不滿足，就繼續(xù)發(fā)出調(diào)節(jié)指令，直至滿足給定條件。

然后，程序可按定步長逐次減小功率給定值，每一個(gè)測試點(diǎn)均應(yīng)在上位機(jī)的控制下重復(fù)上述調(diào)節(jié)，直至全部測試點(diǎn)數(shù)據(jù)采樣完畢。

為了保證測試的準(zhǔn)確性，每個(gè)測試點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行多次采樣，取多次采樣平均值作為特性計(jì)算的依據(jù)。多次采樣的平均值由一個(gè)平均值子程序來完成。

4　結(jié)束語

本文詳細(xì)地介紹了交流電機(jī)的測試原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。測試系統(tǒng)通過可編程控制器進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并與控制設(shè)備以及上位機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，構(gòu)成靈活方便的交流電機(jī)參數(shù)測試系統(tǒng)，便于交流電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)，并減少了實(shí)驗(yàn)工作量。

參考文獻(xiàn)

［1］謝志江，朱偉.基于DSP的電機(jī)綜合參數(shù)測試系統(tǒng)研究［J］.機(jī)械工程師，2007（4）：41-42.

［2］李新田.交流電機(jī)智能測試與控制系統(tǒng)研究［碩士學(xué)位論文］.湖南大學(xué)，2004.

［3］王益全，張炳義，等.電機(jī)測試技術(shù)［M］.科學(xué)出版社，2004：178-216.

作者簡介：

陳斌（1980—），男，江蘇徐州人，碩士研究生，江蘇省徐州技師學(xué)院講師，研究方向：交直流調(diào)速控制系統(tǒng)。