基于.Net平臺(tái)的開關(guān)磁阻電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)

袁杰 唐士源

(中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖南長(zhǎng)沙 410007)

基于.Net平臺(tái)的開關(guān)磁阻電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)

袁杰 唐士源

(中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖南長(zhǎng)沙 410007)

作為一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),開關(guān)磁阻電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、高效率、優(yōu)良的調(diào)速性能和靈活的可控性,愈來(lái)愈得到人們的認(rèn)可和應(yīng)用。目前已成功應(yīng)用于在電動(dòng)車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、家用電器、工業(yè)應(yīng)用、伺服系統(tǒng)、高速驅(qū)動(dòng)、航空航天等眾多領(lǐng)域中,成為交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者。因此,各電機(jī)生產(chǎn)廠家對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量控制要求也越來(lái)越高,因此一個(gè)高性能的電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)就顯得非常重要。本文就將設(shè)計(jì)一個(gè)基于.Net平臺(tái)的該型電機(jī)的先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)。

Net 開關(guān)磁阻電機(jī) 電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)

電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)是電機(jī)生產(chǎn)廠商質(zhì)量控制的最終手段,服務(wù)于產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)的末端,用來(lái)完成對(duì)被試電機(jī)的性能的最終測(cè)試與評(píng)定。通過(guò)試驗(yàn)平臺(tái),可以獲得指定工況下的被試電機(jī)的各項(xiàng)機(jī)械及電氣參數(shù),通過(guò)計(jì)算,完成產(chǎn)品的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)校驗(yàn),檢驗(yàn)產(chǎn)品品質(zhì)。本文將從開關(guān)磁阻電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)、試驗(yàn)要求、試驗(yàn)系統(tǒng)的體系平臺(tái)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明。

1 開關(guān)磁阻電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

1.1 開關(guān)磁阻電機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

開關(guān)磁阻電機(jī)(SR)的結(jié)構(gòu)和工作原理與傳統(tǒng)的交直流電機(jī)有很大差別。SR電機(jī)的定轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成,轉(zhuǎn)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體,定子各極上繞有集中繞組,徑向相對(duì)極的繞組串聯(lián),構(gòu)成一組。開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是磁阻性質(zhì),因此其運(yùn)行原理遵循“磁阻最小原理”,其轉(zhuǎn)向與電流方向無(wú)關(guān),僅取決于繞組的通電順序。

因此一個(gè)完成的開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(SRD)由開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器和檢測(cè)器四部分組成,一個(gè)完整的SRD系統(tǒng)如圖1．1所示。

SRD系統(tǒng)的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是:

(1)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠、能適應(yīng)各種如高溫、強(qiáng)震等惡劣環(huán)境；(2)損耗主要在定子,轉(zhuǎn)子無(wú)永磁體,可以承受較高的溫升；(3)轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無(wú)關(guān),從而可以減少功率變換器的開關(guān)器件數(shù),降低系統(tǒng)成本；(4)功率變換器不會(huì)出現(xiàn)直通故障,可靠性高；(5)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,低速特性好,沒(méi)有起動(dòng)沖擊電流；(6)調(diào)速范圍寬,控制靈活,速度特性好；(7)在速度特性范圍內(nèi),運(yùn)行效率高,能四象限運(yùn)行,具有較強(qiáng)的再生制動(dòng)能力。

1.2 Net平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)

NET是微軟推出的“新一代Windows服務(wù)”(Microsoft Next Generation Windows Services,即NGWS),微軟將其注冊(cè)成Microsoft．NET商標(biāo)。．NET出現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)程序的開發(fā)有很大的推動(dòng)作用,在應(yīng)用程序方面的開發(fā)也變得更簡(jiǎn)潔。

NET框架主要是提供一個(gè)了多語(yǔ)言開發(fā)和執(zhí)行的環(huán)境,無(wú)論VB、C++和C#都可以在．NET框架中完成。

基礎(chǔ)類庫(kù)提供了很多的類,可以很高效地操作集合、輸入／輸出、字符串、圖象、網(wǎng)絡(luò)等。通用語(yǔ)言運(yùn)行環(huán)境(Common Language Runtime,CLR)是．NET框架中最有特色的技術(shù),它提供了代碼的執(zhí)行環(huán)境,并負(fù)責(zé)管理代碼的執(zhí)行。

NET Framework是在Microsoft．NET平臺(tái)上開發(fā)的基礎(chǔ),Vb．NET、Windows Forms和VS．NET都不過(guò)是．NET平臺(tái)開發(fā)的一部分。．NET平臺(tái)的核心技術(shù)為:通用語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)(CLR:Common Language Runtime)、基類庫(kù)(BCL:Base Class Library)、．NET語(yǔ)言及Visual Studio．NET。

Net的跨語(yǔ)言集成,將．Net框架和多種語(yǔ)言編譯器集成在一起,從而為軟件開發(fā)提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的資源庫(kù),大大提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率和提高了軟件系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

圖1.1 SRD系統(tǒng)組成

圖2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)關(guān)系圖

圖 3.1 軟件測(cè)試平臺(tái)的功能框圖

圖4.2 數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目畫面

圖4.3 SQL數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 開關(guān)磁阻電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)硬件平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

2.1 硬件平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

硬件平臺(tái)主要有以下幾個(gè)子系統(tǒng)組成,分別是供配電系統(tǒng)、回饋負(fù)載系統(tǒng)、測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。

其中供配電系統(tǒng)用來(lái)提供各設(shè)備所需要的電力供應(yīng)；回饋負(fù)載系統(tǒng)用來(lái)按照試驗(yàn)工況要求提供各種負(fù)載；測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)用來(lái)測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中各測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互通互聯(lián)。

考慮到被試品電機(jī)的速度特性,為了在額定轉(zhuǎn)速下獲得穩(wěn)定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)采用直流電機(jī)負(fù)載方案,并配以支持四象限運(yùn)行的直流負(fù)載回饋裝置,從而獲得了寬泛的調(diào)速范圍,并且在該調(diào)速范圍內(nèi)獲得了恒定的轉(zhuǎn)矩輸出,使得被試品的相關(guān)試驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行。同時(shí)為了節(jié)能,采用了帶能量回饋的直流負(fù)載裝置,這樣被試品發(fā)出來(lái)的電可以回饋到拖動(dòng)設(shè)備測(cè),使得電網(wǎng)總進(jìn)線只需要補(bǔ)充系統(tǒng)的損耗即可,大大降低了系統(tǒng)成本和試驗(yàn)成本。

2.2 硬件設(shè)備通訊平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

為了獲得對(duì)所有設(shè)備的良好訪問(wèn)能力,系統(tǒng)中所有需要接入的設(shè)備均采用以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行互聯(lián),在1G骨干網(wǎng)的支持下,系統(tǒng)獲得了相當(dāng)良好的對(duì)設(shè)備的訪問(wèn)能力。圖2．1是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的互聯(lián)關(guān)系圖。

基于以太網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及劃分,使得系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)全局調(diào)度,支持多重設(shè)備互聯(lián)的以太網(wǎng)訪問(wèn)模式,大大提高了系統(tǒng)訪問(wèn)的靈活性與健壯性。而且采用基于以太網(wǎng)關(guān)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)模式,使得系統(tǒng)上位機(jī)的功能劃分與具體的物理設(shè)備無(wú)關(guān),從而實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)的任意工作站配置,極大的方便了系統(tǒng)布局與用戶使用。

最后,此架構(gòu)為軟件系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)與故障診斷提供了技術(shù)支撐,同時(shí)為下一步的以服務(wù)器在本部,客戶端在現(xiàn)場(chǎng)的跨項(xiàng)目平臺(tái)的電機(jī)行業(yè)大測(cè)試平臺(tái)方向的項(xiàng)目建設(shè),預(yù)留了體系平臺(tái)。

圖 4.1數(shù)據(jù)采集模塊流程圖

圖5.1 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)圖片

3 開關(guān)磁阻電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

軟件平臺(tái)主要是實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等功能。圖3．1是軟件測(cè)試平臺(tái)的功能框圖。分為系統(tǒng)控制軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。其中系統(tǒng)控制軟件系統(tǒng)主要是用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)控制方面的操作,數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和分析處理。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分為控制流和數(shù)據(jù)流兩類,其中控制流主要是控制軟件與硬件設(shè)備和系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)流；數(shù)據(jù)流主要是數(shù)據(jù)采集分析軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行的交互數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)這兩類數(shù)據(jù)流采用獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道,互相獨(dú)立,保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

4 基于.Net平臺(tái)的開關(guān)磁阻電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊,數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)分析功能軟件兩大部分組成。數(shù)據(jù)采集模塊主要完成現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)采集功能,數(shù)據(jù)采集模塊采用通用設(shè)計(jì),以加載配置文件的方式加載設(shè)備對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)DLL文件,并完成設(shè)備的訪問(wèn)與數(shù)據(jù)的接口。圖4．1為數(shù)據(jù)采集模塊的程序流程圖。

表4.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)權(quán)限分配表

系統(tǒng)采用通用的模塊設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于,統(tǒng)一了數(shù)據(jù)采集模塊的程序架構(gòu),使得程序通用驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn),而獨(dú)立的設(shè)備驅(qū)動(dòng)DLL的設(shè)計(jì)大大提升的系統(tǒng)的擴(kuò)充能力,通過(guò)配置文件,即可使得設(shè)備的拓展開發(fā)與現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效的融合。在獨(dú)立的DLL設(shè)計(jì)中,可以采用高效的程序架構(gòu),以服務(wù)程序的方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)備的訪問(wèn)。通過(guò)這個(gè)方案使得系統(tǒng)獲得了較好的設(shè)備擴(kuò)充能力,極大的方便了測(cè)試系統(tǒng)將來(lái)的設(shè)備升級(jí)。

數(shù)據(jù)采集和處理軟件主要是完成數(shù)據(jù)的記錄、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出、數(shù)據(jù)的加工分析處理及報(bào)告的輸出導(dǎo)出等功能。圖4．2是數(shù)據(jù)采集和處理軟件數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目畫面。

4.2 設(shè)備控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

設(shè)備控制系統(tǒng)采用與主控PLC直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的方式,按照指定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),操作PLC內(nèi)指定公共內(nèi)存地址段數(shù)據(jù),再通過(guò)PLC自身的功能程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)控制。

4.3 SQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用SQL SEVER 2010作為系統(tǒng)的后臺(tái)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù),從而使得系統(tǒng)獲得了較好的數(shù)據(jù)交互、存取能力。對(duì)數(shù)據(jù)的處理不再限于本地文件,可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程異地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)與遠(yuǎn)程處理。該數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)為四級(jí)結(jié)構(gòu),在該型電機(jī)試驗(yàn)的總庫(kù)下分別設(shè)置三個(gè)子庫(kù),分別存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行日志,試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù),試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)。通過(guò)這種設(shè)置,可以對(duì)用戶進(jìn)行有效的權(quán)限管理。表4．1為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)權(quán)限分配。

在各自數(shù)據(jù)庫(kù)下,分別針對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)有專門的試驗(yàn)記錄表格,表格中存儲(chǔ)了各次試驗(yàn)信息,各次試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)流,記錄在更下一級(jí)的記錄表中,通過(guò)外鍵進(jìn)行關(guān)聯(lián)。從而使得該系統(tǒng)獲得了較好的數(shù)據(jù)交互能力。圖4．3為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)已經(jīng)在我單位在國(guó)內(nèi)某中型開關(guān)磁阻電機(jī)試驗(yàn)站的建造過(guò)程中得到了較好的使用,通過(guò)業(yè)主近一年來(lái)的使用,獲得了良好的使用效果,達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期的各項(xiàng)要求,獲得了業(yè)主單位的好評(píng)。圖5．1為該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)圖片。

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袁杰(1959—),男,漢族,湖南長(zhǎng)沙市人,高級(jí)工程師,副總工藝師,主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)專業(yè)方向;唐士源(1982—),男,漢族,湖南長(zhǎng)沙市人,工程師,碩士,主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)。