江蘇省徐州技師學(xué)院 陳 斌

?

基于PLC的交流電機參數(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，對于交流電機性能參數(shù)的測試也更為普遍。交流電機參數(shù)自動測試系統(tǒng)的原理是通過實驗獲取實驗數(shù)據(jù)來分析電機性能參數(shù)。其硬件可分為前向通道和后向通道兩個部分。本文主要通過電動機的測試實驗來驗證由傳感器、上位機、可編程控制器構(gòu)成的電機參數(shù)測試系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】電機參數(shù)；PLC；傳感器

1　電機測試原理和相關(guān)檢測技術(shù)

交流電機參數(shù)自動測試系統(tǒng)是通過實驗獲取實驗數(shù)據(jù)來分析電機性能參數(shù)。電機的實驗數(shù)據(jù)不能直接讀取，需要一些相應(yīng)的傳感器進行變送，才能轉(zhuǎn)換為可編程控制器或工控機能夠接收處理的信號。電機自動測試可以大幅減輕測試人員的勞動強度，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。

2　交流電機測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計

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

該測試系統(tǒng)的硬件由前向通道和后向通道兩個部分組成。前向通道主要對系統(tǒng)進行指令控制，它向上位機發(fā)出控制指令，由下位機對現(xiàn)場設(shè)備進行控制操作。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)壓器以及控制負載的負載調(diào)節(jié)器。調(diào)壓器和負載調(diào)節(jié)器的控制信號由S7-200 PLC的EM235模塊的輸出端提供。后向通道負責(zé)對測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號進行現(xiàn)場采集，再把信號傳入上位機分析處理。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，負責(zé)采集轉(zhuǎn)換存儲傳感器的輸出信息，并通過控制繼電器的分合以及負載調(diào)節(jié)器的輸入來控制被試電機的運行狀態(tài)，而且要與上位機進行通信；PLC采用SIMENS S7-200 CPU224 型，帶EM231熱電偶、熱電阻擴展模塊、EM235模擬量輸入、輸出模塊。

測量裝置由傳感器構(gòu)成，這部分是負責(zé)直接測量電機參數(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。各個實驗根據(jù)電機實驗的標(biāo)準(zhǔn)，對異步交流電動機測試。采集被測試電機的電壓、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。

執(zhí)行部分包括：電壓調(diào)節(jié)器、負載調(diào)節(jié)器、繼電器。電壓調(diào)節(jié)器用來調(diào)節(jié)電機的輸入電壓大小，電壓的調(diào)節(jié)范圍以及輸出波形應(yīng)能滿足實驗所需；負載調(diào)節(jié)器是用于調(diào)節(jié)被試電機的負載大小，它的調(diào)節(jié)范圍也應(yīng)滿足實驗需要；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的啟停。

3　交流電機測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

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、輸出進行控制和對試驗過程的實時控制，主程序由（VC和VB）高級語言編制。根據(jù)事先設(shè)定的負載、空載、堵轉(zhuǎn)等試驗項目，編制各實驗項目的主程序，試驗時，可直接調(diào)用相應(yīng)實驗程序進行測試。

3.1上位機軟件流程

本系統(tǒng)上位機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　上位機主程序流程圖

3.2實驗控制流程

電機自動測試系統(tǒng)需要完成多個實驗，由于完成不同的實驗時電機所處的工作狀態(tài)不同，實驗條件和調(diào)節(jié)參數(shù)也各不相同，因此不同的實驗項目應(yīng)編制不同的主程序。這些主程序存放在計算機中，供實驗時調(diào)用。而一些子程序則可為各種實驗所共享，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。下面以負載實驗為例介紹一下實驗控制流程。

如圖3所示三相交流電動機自動測試系統(tǒng)的負載實驗主程序流程圖。負載實驗的主程序編制按以下步驟進行。

實驗前的準(zhǔn)備 實驗前準(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)用實驗程序并輸入被試電機的銘牌數(shù)據(jù)等，準(zhǔn)備開始進行實驗。

開始實驗 實驗準(zhǔn)備工作完成后，在確認系統(tǒng)各部分均處于正常工作狀態(tài)的情況下可以開始實驗了。此時，由上位機發(fā)送指令，調(diào)節(jié)電壓輸入和負載力矩，使被試電動機實現(xiàn)空載降壓起動。

負載調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采樣及數(shù)據(jù)處理 待被試電動機穩(wěn)定運行后，開始執(zhí)行負載調(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　負載實驗流程圖

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

首先由上位機發(fā)出負載、電壓調(diào)節(jié)指令，通過兩個PLC的EM235模塊輸出模擬量來調(diào)節(jié)，分別控制磁粉制動儀的勵磁調(diào)節(jié)端和調(diào)壓器的電壓調(diào)節(jié)端，使被試電機達到額定運行點（UN·fN·PN），這是數(shù)據(jù)采樣的第一點。如果上位機通過采樣判斷上述條件中有一個不滿足，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，每一個測試點均應(yīng)在上位機的控制下重復(fù)上述調(diào)節(jié)，直至全部測試點數(shù)據(jù)采樣完畢。

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

4　結(jié)束語

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

參考文獻

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

［2］李新田.交流電機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)。