近年來(lái)，隨著外轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)的廣泛應(yīng)用，對(duì)品質(zhì)和性能都提出了更高的要求，尤其是出廠前的綜合性能測(cè)試越來(lái)越受到關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)廠家對(duì)風(fēng)機(jī)性能測(cè)試仍采用傳統(tǒng)的分立式人工檢測(cè)，普通的指針式儀器，或使用各種電子測(cè)量?jī)x表，從實(shí)際使用效果來(lái)看，還存在著測(cè)試項(xiàng)目不全、測(cè)試精度有限、缺少可靠性檢測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)管理手段落后等缺點(diǎn)，無(wú)法與日益擴(kuò)大的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)相適應(yīng)。虛擬儀器的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)測(cè)試儀器的概念，利用虛擬儀器技術(shù)可以充分利用計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能軟件化，使之與計(jì)算機(jī)融為一體，在功能、維護(hù)、使用和升級(jí)等多方面具有傳統(tǒng)測(cè)試儀器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

綜合考慮當(dāng)今測(cè)試技術(shù)發(fā)展方向，本文以單片機(jī)為下位機(jī)硬件核心，提出了基于LabVIEW的九洲普惠風(fēng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。

一、測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成

整個(gè)系統(tǒng)包括3部分：一是以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試系統(tǒng)，即下位機(jī)；二是以PC機(jī)為主的上位機(jī)，軟件采用基于圖形化編程語(yǔ)言的LabVIEW；三是為了實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)連接的串口通訊環(huán)節(jié)，采用RS232接口電路。

1、下位機(jī)

系統(tǒng)下位機(jī)結(jié)構(gòu)框圖見圖1，主要以STC12C5410AD單片機(jī)為核心，由測(cè)試模塊、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊等組成。測(cè)試模塊包括對(duì)外轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)電參數(shù)、轉(zhuǎn)速和振動(dòng)的快速和準(zhǔn)確的測(cè)量，各種傳感器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)物理量到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于STC12C5410AD的A/D端口只能接受0~5V和0~20mA的電信號(hào)，傳感器得到的電信號(hào)通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐忿D(zhuǎn)換使之變換到規(guī)定的范圍內(nèi)，為保證采樣的同步性，將這些信號(hào)分別輸入到采樣保持電路，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)中。

其中電參數(shù)測(cè)試模塊主要測(cè)試的是電壓、電流、功率和功率因數(shù)這4個(gè)參數(shù)，而功率和功率因數(shù)可以根據(jù)得到的電壓和電流通過(guò)軟件算法計(jì)算得到，傳感器選用的是普通的電壓互感器和電流互感器。轉(zhuǎn)速測(cè)試模塊選用的是光電傳感器，振動(dòng)測(cè)試模塊選用磁電式速度傳感器，利用電磁感應(yīng)原理將傳感器的質(zhì)量塊與殼體的相對(duì)速度轉(zhuǎn)換成電壓輸出。A/D轉(zhuǎn)換模塊、算法模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取模塊都是在單片機(jī)上通過(guò)C51語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、上位機(jī)

上位機(jī)軟件基于LabVIEW開發(fā)平臺(tái)，采用模塊化設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)電參數(shù)、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)等測(cè)試數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示，并具備完善的數(shù)據(jù)管理功能，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)刪除以及報(bào)表打印等功能，見圖2。

1）系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的工作流程圖見圖3。系統(tǒng)軟件主程序由測(cè)試與數(shù)據(jù)管理兩大部分組成，運(yùn)行主程序后首先選擇測(cè)試還是數(shù)據(jù)管理：測(cè)試則首先進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，選擇被測(cè)電機(jī)的型號(hào)，設(shè)置此型號(hào)的合格電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。為了對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，在測(cè)試之前操作人員對(duì)各臺(tái)電機(jī)進(jìn)行編號(hào)，設(shè)定完測(cè)試日期與人員之后開始測(cè)試。具體的測(cè)試方式又分為全檢和抽檢兩大類，對(duì)采集進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，判斷合格與否；管理則直接選擇相應(yīng)的管理功能，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，對(duì)歷史測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和刪除以及報(bào)表打印等功能；退出系統(tǒng)則選擇退出功能。

2）軟件測(cè)試界面

系統(tǒng)軟件操作界面圖見圖4，主要包括標(biāo)題欄、測(cè)試信息輸入、功能按鈕、測(cè)試結(jié)果和測(cè)試信息顯示等5個(gè)部分。整個(gè)測(cè)試模塊完全符合軟件設(shè)計(jì)原則，其模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，良好的可操作性，完善的功能操作，以及形象、直觀的測(cè)試界面，滿足了風(fēng)機(jī)廠商的測(cè)試要求，保證了操作人員輕松地完成工作。

3）上下位機(jī)通訊

串口通訊流程圖見圖5A程序設(shè)計(jì)包括3個(gè)方面：一方面是單片機(jī)的通信程序；另一方面為計(jì)算機(jī)的通信程序；此外為了保證通信數(shù)據(jù)的可靠性，還要為其雙方制定通信協(xié)議。單片機(jī)通過(guò)RS232與上位機(jī)相連，PC機(jī)作為主控方，單片機(jī)接受到上位機(jī)的響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的通訊。

九洲風(fēng)機(jī)廠總結(jié)通信協(xié)議如下：

(1)串口通訊端口設(shè)置為1，波特率為9600b/s；

(2)幀格式為11位：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，1位奇偶校正位；

(3)數(shù)據(jù)格式：每個(gè)參數(shù)由5個(gè)字節(jié)組成，前4個(gè)字節(jié)表示數(shù)值，后1個(gè)字節(jié)表示數(shù)符(“0”代表正數(shù)，“1”代表負(fù)數(shù)），其結(jié)構(gòu)見圖6；

(4)通訊方式采用中斷方式；

(5)采用上位機(jī)主動(dòng)發(fā)握手信號(hào)聯(lián)絡(luò)下位機(jī)的方式；

(6)為了避免PC機(jī)出現(xiàn)死循環(huán)，設(shè)計(jì)程序時(shí)按任意鍵即可退出程序。

二、提高精度所采用的方法

(1)大排量自動(dòng)化測(cè)試場(chǎng)合通常環(huán)境較差、干擾源眾多，濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。在測(cè)試模塊中，干擾信號(hào)主要是高頻信號(hào)，因此系統(tǒng)采用了二階有源低通濾波器，獲得了較好的效果。

(2)在測(cè)試過(guò)程中不可避免地存在一些誤差較大的點(diǎn)，這些點(diǎn)稱為粗差點(diǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)試多次，按從小到大順序排列，取中間幾個(gè)值進(jìn)行平均后，再用剩余標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)判斷是否還存在粗差點(diǎn)。如果還有，則剔除此粗差點(diǎn)，再進(jìn)行平均并判斷，直到?jīng)]有粗差點(diǎn)為止。

三、結(jié)論

利用虛擬儀器平臺(tái)LabVIEW設(shè)計(jì)的外轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)，不僅能夠自定義用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，提高測(cè)試的效率和可靠性，而且能夠?qū)胖奁栈蒿L(fēng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行顯示、分析、處理和實(shí)時(shí)儲(chǔ)存，具有智能化、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)將先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)運(yùn)用于風(fēng)機(jī)的性能測(cè)試中，使風(fēng)機(jī)的性能測(cè)試實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、工作效率更高、測(cè)量精度更加準(zhǔn)確。這對(duì)于保證風(fēng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)性和安全性具有重大的意義。

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