機電智能化綜合能效測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王新寧

在我國機電行業(yè)的智能發(fā)展趨勢下，優(yōu)化機電 綜合能效，構(gòu)建一套科學(xué)完善的性能測試系統(tǒng)，通過關(guān)注 系統(tǒng)的準(zhǔn)確度與效率，從而滿足日益增長的使用需求。同 樣在信息化技術(shù)的發(fā)展下，對于機電綜合能效測試系統(tǒng)的 優(yōu)化，需要朝著測試便捷、準(zhǔn)確度高和智能化方向發(fā)展， 以此提高機電企業(yè)的市場核心競爭力，保障機電的使用質(zhì) 量，降低機電測試工作的難度，為機電領(lǐng)域的健康發(fā)展提 供保障。因此，本文對機電智能化綜合能效測試系統(tǒng)的 設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行研究分析顯得尤為重要。

在機電設(shè)施的智能化發(fā)展趨勢下，從能源與成 本節(jié)省的角度出發(fā)，推動機電智能化的發(fā)展，有助于實現(xiàn) 整體機電系統(tǒng)的優(yōu)化。同樣對機電系統(tǒng)的智能感知、監(jiān)控 以及人機交互等部分進(jìn)行優(yōu)化，提升機電系統(tǒng)的整體性能 ，能夠?qū)崿F(xiàn)機電運行的安全、穩(wěn)定、可靠。

同樣，機電智能化的發(fā)展作為機電領(lǐng)域的重要 分支，其智慧化建設(shè)能夠借助人工智能技術(shù)來發(fā)散、發(fā)展 概念，對其結(jié)構(gòu)性能與材質(zhì)進(jìn)行變更，以此滿足多樣化的 使用需求。在機電智能化發(fā)展上，借助計算機輔助技術(shù)與 人工智能技術(shù)，優(yōu)化機電的制動控制與自動調(diào)節(jié)模塊，以 此加強機電系統(tǒng)的整體功能，為機電一體化水平的提升奠 定基礎(chǔ)。機電智能化發(fā)展是在以往的機電控制理論基礎(chǔ) 上，通過多方面的新思想與新方法的融入，從而讓機電系 統(tǒng)本身具備一定的思考推斷能力，以此滿足實際的、更高 層面的控制需求。基于現(xiàn)階段的機電領(lǐng)域發(fā)展趨勢，智能 化與一體化發(fā)展作為未來發(fā)展的主要方向，雖然兩者之間 無法實現(xiàn)同步發(fā)展，但是借助智能化與一體化的協(xié)調(diào)發(fā)展 ，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能、高速度且具備一定智能性質(zhì)的產(chǎn)品研 發(fā)，具備較高的市場需求價值。

在機電智能化的發(fā)展下，借助綜合能效測試系 統(tǒng)的構(gòu)建，能夠盡早對機電的檢測傳感模塊、電子控制模 塊、執(zhí)行器模塊、動力源模塊進(jìn)行測試。通過對整體機電 系統(tǒng)的實際能效進(jìn)行精準(zhǔn)的測試，優(yōu)化與實現(xiàn)機電系統(tǒng)下 的各個子系統(tǒng)的有機連接，從而保障機電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 運行。一個好的機電綜合能效測試系統(tǒng)對于機電企業(yè)的發(fā) 展能夠起著決定性作用，基于機電的安全與產(chǎn)品質(zhì)量的需 求，對機電系統(tǒng)的安全和成本進(jìn)行有效控制，以此滿足生 活實際的應(yīng)用需求。

同樣，機電產(chǎn)品的質(zhì)量關(guān)系著使用的安全性， 同時也會影響我國機電產(chǎn)品的出口。因此，優(yōu)化機電設(shè)施 產(chǎn)品的綜合能效測試系統(tǒng)，不僅能夠進(jìn)一步擴大我國高質(zhì) 量機電產(chǎn)品市場，同時也能夠推動我國機電領(lǐng)域的發(fā)展。 機電智能化綜合能效測試系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步整合我 國機電產(chǎn)品的檢測模式，降低檢測成本，以此推動測試工 作效率的提升，減少相應(yīng)的機電測試工作量，為我國機電 企業(yè)的健康發(fā)展提供保障。

（一）設(shè)計理念

在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的背景下，機電智能 綜合能效測試系統(tǒng)需要將人工智能、機電、通信、數(shù)據(jù)分 析以及圖像顯示等諸多技術(shù)進(jìn)行融合，構(gòu)建機電綜合能效 測試的虛擬儀器，以此實現(xiàn)智能測試系統(tǒng)的搭建。在該系 統(tǒng)的構(gòu)建上，需要相應(yīng)的前端設(shè)備數(shù)據(jù)處理設(shè)施，借助數(shù) 字功率計，讓總線接口與窗口和電腦端能夠進(jìn)行連接，從 而確保能夠在電腦端進(jìn)行虛擬面板的操作，實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)處理功能，并對機電產(chǎn)品測試的電流電壓、諧波頻率、 運行時間、功率因素以及相位角等功能進(jìn)行逐步測試。同 時，智能化設(shè)計需要實現(xiàn)相應(yīng)地自動計算測量功能，以系 統(tǒng)參數(shù)設(shè)計來實現(xiàn)自定義測試的智能化發(fā)展。

（二）設(shè)計方案實施要點

在機電智能化綜合能效測試系統(tǒng)的設(shè)計上，其 主要設(shè)計模塊涉及虛擬儀器、系統(tǒng)需求、關(guān)鍵技術(shù)等三部 分。虛擬儀器模塊主要是將測試技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合， 基于機電智能化綜合能效的測試需求來設(shè)計儀器系統(tǒng)，從 而建立直觀的測試面板，提升測試系統(tǒng)的使用效率。虛擬 儀器模塊的存在不僅能夠優(yōu)化相應(yīng)的測試工作，同時也能 夠合理地借助信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與傳輸工作，讓系統(tǒng)的建 設(shè)更加方便靈活。虛擬儀器借助重組定義，方便測試參數(shù) 的有效調(diào)整，讓測試精準(zhǔn)度與效率根據(jù)需求發(fā)生改變。系 統(tǒng)需求模塊主要是對實際的測試需求進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化， 從而讓機電智能化綜合能效測試得以實現(xiàn)。在具體表現(xiàn)上 ，系統(tǒng)需求能夠讓前端的處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集傳輸，借 助測量儀器，對操作面板的功能鍵進(jìn)行動態(tài)顯示，從而保 障測量數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)之間的明確顯示。同時系統(tǒng)需求能 夠?qū)Χ鄠€數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的 形式進(jìn)行存儲，方便后續(xù)的查看。在智能化發(fā)展上，系統(tǒng) 能夠?qū)ο鄳?yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分析與提示，從而保障測試網(wǎng) 絡(luò)的整體效果，滿足機電智能化綜合能效的測試需求。在 關(guān)鍵技術(shù)的運用上，智能化需要基于人工智能技術(shù)與數(shù)據(jù) 分析技術(shù)進(jìn)行測試優(yōu)化，通過多個新興技術(shù)的合理運用來 提升測試系統(tǒng)的整體性能，同時構(gòu)建專屬的數(shù)據(jù)庫來方便 數(shù)據(jù)的存儲分析。在關(guān)鍵技術(shù)中以模塊化建設(shè)來加大系統(tǒng) 的管理與可移動性，通過對權(quán)限控制來保障系統(tǒng)的安全; 通過緩沖來減輕系統(tǒng)的負(fù)擔(dān);通過設(shè)置引導(dǎo)來方便操作人 員的使用;通過動態(tài)監(jiān)管來保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，借助程 序設(shè)計的開發(fā)模塊優(yōu)化后續(xù)的發(fā)展與維護(hù)工作。

（三）設(shè)計關(guān)鍵流程

在機電智能化綜合能效測試系統(tǒng)的設(shè)計上，其 流程涉及以下幾點。其一，管理。該部分主要是系統(tǒng)啟動 后對于用戶進(jìn)行劃分，從而區(qū)分管理員和用戶，并提供相 應(yīng)的管理服務(wù)功能。其二，連接。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，對 于信息的接收與發(fā)送都依賴于儀器連接效果。在實際的數(shù) 據(jù)查詢上，需要具備保存功能，同時還需要進(jìn)行針對性連 接，從而實時保存數(shù)據(jù)文件。其三，模式。系統(tǒng)需要根據(jù) 實際的需求進(jìn)行相應(yīng)測試模式的選擇，以此獲取儀器的實 時測量數(shù)據(jù);借助參數(shù)的對比，從而完成數(shù)據(jù)的批量處理 ，并在顯示設(shè)置過程中對相應(yīng)的儀器數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度等進(jìn)行 顯示;同時借助實時圖像顯示，方便工作人員進(jìn)行查詢和 管理。其四，斷開。在測試工作完成以后，需要關(guān)閉相應(yīng) 的系統(tǒng)，斷開連接儀器，從而為下一次使用提供保障。

（一）硬件模塊

在機電智能化綜合能效系統(tǒng)的實現(xiàn)上，硬件模 塊儀器需要使用數(shù)字功率計WT210，該儀器作為當(dāng)前先 進(jìn)功能性較多的新型儀器設(shè)備，能夠滿足機電智能綜合能 效測試的所有需求。同樣，該功率計的基本精準(zhǔn)能夠達(dá)到 千分之一，且作為小型儀器，其僅有標(biāo)準(zhǔn)機架的一半大小 ，一般種類大約為3千克。其可實現(xiàn)的機電測量最小電流 為5毫安，具備線路的濾波測試功能，且更新速度最快為 每秒更新十次讀數(shù);另外，還具備諧波測試功能和用戶基 本校準(zhǔn)功能，同時借助外部傳感器的使用能夠?qū)斎氲淖?大電流進(jìn)行測定。機電智能化綜合能效測試系統(tǒng)硬件模塊 主要由WT210功率計、通用接口型、計算機和打印機等組 成，規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計及組裝，具備組裝便捷性吲。相對 而言，機電智能化綜合能效測試系統(tǒng)的硬件模塊前期的投入 相對較大，但是其性能優(yōu)良有助于組建大型的智能化綜合 效能測試系統(tǒng)。機電智能化綜合能效系統(tǒng)連接如圖1所示 ：

圖1 機電智能化綜合能效系統(tǒng)連接圖

（二）軟件模塊

機電智能化綜合能效系統(tǒng)的軟件模塊需要基于 電腦的操作系統(tǒng)開發(fā)相應(yīng)的測試系統(tǒng)，需要基于實驗室虛 擬儀器的通用編程語言進(jìn)行開展。借助通用語言適用于測 試和控制的優(yōu)勢，通過簡化儀器的收集與處理工作，從而 實現(xiàn)測試時間的有效縮短。虛擬儀器通用程序語言的應(yīng)用 可以滿足機電智能綜合能效系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用開發(fā)，也可 以滿足智能開發(fā)的需要。同時，為方便客戶對于數(shù)據(jù)的查 找，需要創(chuàng)建一個需求向?qū)У拈_發(fā)儀器以驅(qū)動參數(shù)設(shè)置， 并借助輸入儀器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速查詢。同時，根據(jù)調(diào)用 測試庫進(jìn)行儀器管理，對儀器類型進(jìn)行劃分，且允許相關(guān) 工程師對儀器進(jìn)行細(xì)化管理，以此節(jié)省軟件模塊的構(gòu)建時 間和維護(hù)費用。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)便攜式代碼，因為測試 實驗產(chǎn)品中的不同儀器需要借助第三方源代碼來進(jìn)行控制 ，以保障機電智能綜合能效測試系統(tǒng)的性能。機電智能化 綜合能效測試系統(tǒng)應(yīng)用虛擬儀器通用程序語言，可以重新 設(shè)計改進(jìn)的應(yīng)用程序生成器，使項目庫限制代碼重用，借 助二進(jìn)制模式的寫入模式，提升實際的工作效率，然后在 系統(tǒng)的混合信號圖上，對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。在工具欄創(chuàng) 建更專業(yè)的用戶界面，優(yōu)化快捷菜單，提高使用者的滿意 度。同時將共享變量進(jìn)行簡化，逐一擴展成相應(yīng)的集成函 數(shù)，讓其具備嵌入組件的應(yīng)用優(yōu)勢。

虛擬儀器通用程序語言是一種圖形化編程語言 ，它使用的是圖標(biāo)和連接來創(chuàng)建應(yīng)用程序，而不是文本 行。傳統(tǒng)的文本編程語言根據(jù)語句和指令的順序來決定 程序的執(zhí)行順序，而虛擬儀器的通用程序語言采用數(shù)據(jù)流 編程模式，即程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流決定了VI和功 能的執(zhí)行順序，這是虛擬儀器的通用程序語言的程序模塊 。虛擬儀器通用程序語言提供了許多類似于傳統(tǒng)儀器示波 器和萬用表的控件，可以用來輕松地創(chuàng)建用戶界面。該用 戶界面在虛擬儀器的通用程序語言中被稱為前面板。使用 圖標(biāo)和連接，可以以編程方式控制前面板上的對象，這是 圖形化源代碼，也稱為源代碼。虛擬儀器的通用程序語言 的圖形化源代碼有點類似于流程圖，因此也被稱為程序方 框圖代碼。對于開發(fā)特定的程序，需要使用額外的軟件工 具包。所有的工具包都與虛擬儀器的通用程序語言無縫集 成。這正是因為虛擬儀器的通用程序語言提供了豐富的資 源，但它也可以根據(jù)需要修改或編寫自己的代碼，再加 上應(yīng)用軟件包、用戶界面庫、儀器驅(qū)動程序的應(yīng)用，大大 減少了開發(fā)時間。虛擬儀器的通用程序語言所提供的圖形 用戶界面，可以通過使用菜單、按鈕、對話框、編輯框、 收音機、復(fù)選框和滾動條等操作，極大地促進(jìn)軟件的開 發(fā)。機電智能化綜合能效系統(tǒng)基本框架如圖2所示：

圖2 機電智能化綜合能效系統(tǒng)基本框架圖

（三）實效分析

在機電智能化綜合能效系統(tǒng)的實現(xiàn)上，需要借 助基本的霓虹燈電路的研制測試進(jìn)行試驗，以此保障機 電智能化綜合能效系統(tǒng)的實際效果。在實際的運用上，當(dāng) 用戶向系統(tǒng)中輸入用戶名和密碼時，首先要輸入的是系統(tǒng) 的主界面。系統(tǒng)主界面主要包括菜單欄、通用功能按鈕、 連接儀器列表和實時數(shù)據(jù)顯示列表。利用計算機操作界面 優(yōu)化的虛擬儀表板操作，實現(xiàn)WT210數(shù)字功率表的所有參 數(shù)測試操作。機電智能化綜合能效系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時曲線能 夠顯示測量參數(shù)的動態(tài)過程和發(fā)展趨勢，為數(shù)據(jù)分析提供 最直觀的參考;機電智能化綜合能效系統(tǒng)各種參數(shù)易于設(shè) 置，也可批量獨立設(shè)置。在機電智能化綜合能效系統(tǒng)的運 用上，其測試數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動統(tǒng)計處理，如多次測試數(shù) 據(jù)的最大、最小、極差、方差、功率、電能等。同時，機 電智能化綜合能效系統(tǒng)以數(shù)據(jù)文件命名，通過自動存儲功 能來避免測試數(shù)據(jù)覆蓋與丟失問題。而系統(tǒng)運用的WT210 數(shù)字功率表與計算機通信，不僅能夠進(jìn)行串口連接，也 能夠進(jìn)行通用接口連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸。將其運用 在機電智能綜合能效系統(tǒng)上，不僅操作簡單實用，且數(shù)據(jù) 可靠完整，具備較高的應(yīng)用價值。機電智能化綜合能效系 統(tǒng)的維護(hù)和更新速度快，計算機技術(shù)的發(fā)展給系統(tǒng)的更新 帶來了新的活力。

基于總線的虛擬儀器以其靈活、價格低廉的優(yōu) 勢，將成為我國最受歡迎的虛擬儀器。同時只要儀器具 有串口或接口，則具備明顯的可推廣價值，能夠產(chǎn)生良好 的經(jīng)濟和社會效益。運用該虛擬儀器構(gòu)建的機電智能綜合 測試系統(tǒng)，可廣泛用于進(jìn)出口機電檢驗業(yè)務(wù)，也可廣泛應(yīng) 用于相關(guān)科研工作當(dāng)中。另外，將機電行業(yè)的檢測技術(shù)和 檢測能力提升到一個新的水平，為實驗室綜合干預(yù)“綠色 家電”產(chǎn)品認(rèn)證檢測提供基礎(chǔ)的技術(shù)保障，具有推廣意義 和應(yīng)用前景。機電智能化綜合能效系統(tǒng)具備的系統(tǒng)開放 性，不僅保證了其未來工作的可行性，而且具備著隨需求 變化進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整或擴展的靈活性;另外，隨著數(shù)據(jù)庫技 術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的存儲、分析和挖掘能力大大提高，為機 電智能化綜合能效系統(tǒng)的實際應(yīng)用提供發(fā)展保障。同時， 系統(tǒng)保留的容量擴展端口也為后續(xù)開發(fā)做好了準(zhǔn)備。

由此可見，在機電智能化的發(fā)展趨勢下，對于 綜合能效系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，不僅能夠滿足機電企業(yè)日常 的測試需求，同時也能夠以智能化發(fā)展推動測試工作的優(yōu) 化，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。在現(xiàn)階段的系統(tǒng)實現(xiàn) 上，仍然存在一些問題，需要進(jìn)一步加強系統(tǒng)的兼容與實 用性研究，從而為系統(tǒng)的推廣和發(fā)展提供技術(shù)保障。