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基于虚拟仪器的通风机性能测试系统

钟越波 张志新 李锡林 贺世正 / 浙江大学化工机械研究所    

摘要:以STC12C5410AD单片机和传感器为主要器件作为下位机测试电路,C51程序实现对传感器的数据采集和上位机的串口通讯,上位机采用LabVIEW语言实现风机性能测试的显示、查询、统计和报表生成。经过多次试验调试,整个系统运行稳定可靠,具有界面友好,可操作性好,功能齐全等优点。

关键词:通风机;虚拟仪器;单片机

中图分类号:TH43;TP274   文献标识码:B

The Testing System of Fan Performance Based on Virtual Instrument

Abstract: The testing circuit of slave computer is studied mainly using STC12C5410AD single chip and transducer. C51 programmer language is used to complete data collection and transfer them to master computer. Main functions of the fan performance testing-system such as result display, data inquiry, statistic and form-reporting will be realized on master computer by LabVIEW language. The whole system has many advantages such as reliable stability, friendly interface, easy maneuverability and complete functions based on the test many times.

Key words: fan; virtual instrument; single chip

0  引言

  近年来,随着外转子风机[1]的广泛应用,对品质和性能都提出了更高的要求,尤其是出厂前的综合性能测试越来越受到关注。目前,国内绝大多数厂家对风机性能测试仍采用传统的分立式人工检测,普通的指针式仪器,或使用各种电子测量仪表,从实际使用效果来看,还存在着测试项7不全、测试精度有限、缺少可靠性检测设备、数据管理手段落后等缺点,无法与日益扩大的现代化工业生产相适应。虚拟仪器的出现改变了传统测试仪器的概念,利用虚拟仪器技术可以充分利用计算机的软、硬件资源,把传统仪器的专业化功能软件化,使之与计算机融为一体,在功能、维护、使用和升级等多方面具有传统测试仪器无法比拟的优点。

  综合考虑当今测试技术发展方向[2],本文以单片机为下位机硬件核心,提出了基于LabVIEW的风机性能测试系统设计与开发。

1  测试系统构成

  整个系统包括3部分:一是以单片机为核心的数据采集和测试系统,即下位机;二是以PC机为主的上位机,软件采用基于图形化编程语言的LabVIEW;三是为了实现上下位机连接的串口通讯环节,采用RS232接口电路。

1.1  下位机

  系统下位机结构框图见图1,主要以STC12C5410AD单片机为核心,由测试模块、采样保持电路、A/D转换模块等组成。测试模块包括对外转子风机电参数、转速和振动的快速和准确的测量,各种传感器实现现场物理量到电信号的转换。由于STC12C5410AD的A/D端口只能接受0~5V和0~20mA的电信号,传感器得到的电信号通过适当的电路转换使之变换到规定的范围内,为保证采样的同步性,将这些信号分别输入到采样保持电路,并经A/D转换后输入到单片机中。

  其中电参数测试模块主要测试的是电压、电流、功率和功率因数这4个参数,而功率和功率因数可以根据得到的电压和电流通过软件算法计算得到,传感器选用的是普通的电压互感器和电流互感器。转速测试模块选用的是光电传感器,振动测试模块选用磁电式速度传感器,利用电磁感应原理将传感器的质量块与壳体的相对速度转换成电压输出。A/D转换模块、算法模块、实时数据存取模块都是在单片机上通过C51语言编程来实现。


1.2  上位机

  上位机软件基于LabVIEW开发平台,采用模块化设计理念,实现了电机电参数、转速、振动等测试数据的采集、处理和显示,并具备完善的数据管理功能,可以实现数据查询、数据统计、数据删除以及报表打印等功能,见图2。

    

1.2.1  系统工作流程

  系统的工作流程图见图3。系统软件主程序由测试与数据管理两大部分组成[4-5],运行主程序后首先选择测试还是数据管理:测试则首先进行参数设定,选择被测电机的型号,设置此型号的合格电机的标准参数。为了对测试数据进行有效的管理,在测试之前操作人员对各台电机进行编号,设定完测试日期与人员之后开始测试。具体的测试方式又分为全检和抽检两大类,对采集进来的数据进行计算分析,判断合格与否;管理则直接选择相应的管理功能,主要实现数据存储,对历史测试数据进行查询、统计和删除以及报表打印等功能;退出系统则选择退出功能。


1.2.2  软件测试界面

  系统软件操作界面图见图4,主要包括标题栏、测试信息输入、功能按钮、测试结果和测试信息显示等5个部分。整个测试模块完全符合软件设计原则,其模块化的结构设计,良好的可操作性,完善的功能操作,以及形象、直观的测试界面,满足了风机厂商的测试要求,保证了操作人员轻松地完成工作。

1.3  上下位机通讯

  串口通讯流程图见图5[6],程序设计包括3个方面:一方面是单片机的通信程序;另一方面为计算机的通信程序;此外为了保证通信数据的可靠性,还要为其双方制定通信协议。单片机通过RS232与上位机相连,PC机作为主控方,单片机接受到上位机的响应,从而实现上下位机的通讯。

  通信协议如下:

  (1)串口通讯端口设置为1,波特率为9600b/s;

  (2)帧格式为11位:1位起始位,8位数据位,1位停止位,1位奇偶校正位;

  (3)数据格式:每个参数由5个字节组成,前4个字节表示数值,后1个字节表示数符(“0”代表正数,“1”代表负数),其结构见图6;

  (4)通讯方式采用中断方式;

  (5)采用上位机主动发握手信号联络下位机的方式;

  (6)为了避免PC机出现死循环,设计程序时按任意键即可退出程序。

2  提高精度所采用的方法

  (1)大排量自动化测试场合通常环境较差、干扰源众多,滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。在测试模块中,干扰信号主要是高频信号,因此系统采用了二阶有源低通滤波器,获得了较好的效果。

  (2)在测试过程中不可避免地存在一些误差较大的点,这些点称为粗差点。可以通过测试多次,按从小到大顺序排列,取中间几个值进行平均后,再用剩余标准差来判断是否还存在粗差点。如果还有,则剔除此粗差点,再进行平均并判断,直到没有粗差点为止。

3  结论

  利用虚拟仪器平台LabVIEW设计的外转子风机性能测试系统,不仅能够自定义用户界面,模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成,提高测试的效率和可靠性,而且能够对风机的各项参数进行显示、分析、处理和实时储存,具有智能化、可靠性高、实时性强等优点[7]。将先进的虚拟仪器技术运用于风机的性能测试中,使风机的性能测试实时性更强、工作效率更高、测量精度更加准确。这对于保证风机在工业生产中的经济性和安全性具有重大的意义。

参 考 文 献

[1] 钟德刚,胡传义.外转子风机及电动机性能配合[J].机电工程,2003,20(6):47-49.

[2] 孙亚飞,陈仁文,等.测试仪器发展概述[J].仪器仪表学报,2003,24(5):480-489.

[3] 杨乐平,李海涛,肖相生.LabVlEW程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.

[4] 姜风国.基于虚拟仪器的潜水泵电气安全性能计算机自动测试系统[D].硕士学位论文.浙江大学,2005.

[5] 姜风国.基于虚拟仪器的电机电参数测试[J].机电工程,2007,4(2):20-22.

[6] 王公仆,王文成.计算机与单片机的串口通讯程序设计[J].轻工机械,2007,6(3):103-105.

[7] 程琴,胡志强,等.基于LabVIEW的农用风机性能测试系统的设计[J].农机化研究,2008,6(6):119-120.

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  评论人:不锈钢网   打分:0 分  发表时间:2015-8-14 11:03:01
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