基于.Net平臺的開關磁阻電機測試系統

袁杰 唐士源

(中機國際工程設計研究院有限責任公司,湖南長沙 410007)

基于.Net平臺的開關磁阻電機測試系統

袁杰 唐士源

(中機國際工程設計研究院有限責任公司,湖南長沙 410007)

作為一種新型調速驅動系統,開關磁阻電機以其結構簡單、低成本、高效率、優良的調速性能和靈活的可控性,愈來愈得到人們的認可和應用。目前已成功應用于在電動車用驅動系統、家用電器、工業應用、伺服系統、高速驅動、航空航天等眾多領域中,成為交流電機調速系統、直流電機調速系統和無刷直流電機調速系統的強有力競爭者。因此,各電機生產廠家對產品的質量控制要求也越來越高,因此一個高性能的電機試驗平臺就顯得非常重要。本文就將設計一個基于.Net平臺的該型電機的先進的測試系統。

Net 開關磁阻電機 電機測試系統

電機試驗系統是電機生產廠商質量控制的最終手段,服務于產品研發和產品生產的末端,用來完成對被試電機的性能的最終測試與評定。通過試驗平臺,可以獲得指定工況下的被試電機的各項機械及電氣參數,通過計算,完成產品的各項設計參數校驗,檢驗產品品質。本文將從開關磁阻電機的技術特點、試驗要求、試驗系統的體系平臺和數據結構等幾個方面進行說明。

1 開關磁阻電機測試系統測試系統的技術特點

1.1 開關磁阻電機技術特點

開關磁阻電機(SR)的結構和工作原理與傳統的交直流電機有很大差別。SR電機的定轉子均由普通硅鋼片疊壓而成,轉子既無繞組也無永磁體,定子各極上繞有集中繞組,徑向相對極的繞組串聯,構成一組。開關磁阻電機的轉矩是磁阻性質,因此其運行原理遵循“磁阻最小原理”,其轉向與電流方向無關,僅取決于繞組的通電順序。

因此一個完成的開關磁阻電機驅動系統(SRD)由開關磁阻電機、功率變換器、控制器和檢測器四部分組成,一個完整的SRD系統如圖1．1所示。

SRD系統的系統優點是:

(1)電機結構簡單、堅固、制造工藝簡單、成本低、工作可靠、能適應各種如高溫、強震等惡劣環境；(2)損耗主要在定子,轉子無永磁體,可以承受較高的溫升；(3)轉矩方向與電流方向無關,從而可以減少功率變換器的開關器件數,降低系統成本；(4)功率變換器不會出現直通故障,可靠性高；(5)起動轉矩大,低速特性好,沒有起動沖擊電流；(6)調速范圍寬,控制靈活,速度特性好；(7)在速度特性范圍內,運行效率高,能四象限運行,具有較強的再生制動能力。

1.2 Net平臺技術特點

NET是微軟推出的“新一代Windows服務”(Microsoft Next Generation Windows Services,即NGWS),微軟將其注冊成Microsoft．NET商標。．NET出現對網絡程序的開發有很大的推動作用,在應用程序方面的開發也變得更簡潔。

NET框架主要是提供一個了多語言開發和執行的環境,無論VB、C++和C#都可以在．NET框架中完成。

基礎類庫提供了很多的類,可以很高效地操作集合、輸入／輸出、字符串、圖象、網絡等。通用語言運行環境(Common Language Runtime,CLR)是．NET框架中最有特色的技術,它提供了代碼的執行環境,并負責管理代碼的執行。

NET Framework是在Microsoft．NET平臺上開發的基礎,Vb．NET、Windows Forms和VS．NET都不過是．NET平臺開發的一部分。．NET平臺的核心技術為:通用語言運行時(CLR:Common Language Runtime)、基類庫(BCL:Base Class Library)、．NET語言及Visual Studio．NET。

Net的跨語言集成,將．Net框架和多種語言編譯器集成在一起,從而為軟件開發提供了一個功能強大的資源庫,大大提高了系統的開發效率和提高了軟件系統的運行質量。

圖1.1 SRD系統組成

圖2.1 網絡設備互聯關系圖

圖 3.1 軟件測試平臺的功能框圖

圖4.2 數據分析項目畫面

圖4.3 SQL數據庫結構簡圖

2 開關磁阻電機測試系統硬件平臺體系結構

2.1 硬件平臺體系結構

硬件平臺主要有以下幾個子系統組成,分別是供配電系統、回饋負載系統、測試測量系統、神經網絡通信系統。

其中供配電系統用來提供各設備所需要的電力供應；回饋負載系統用來按照試驗工況要求提供各種負載；測試測量系統用來測量試驗過程中各測點的實時數據信號；神經網絡通信系統用來實現各網絡設備的互通互聯。

考慮到被試品電機的速度特性,為了在額定轉速下獲得穩定的負載轉矩,系統采用直流電機負載方案,并配以支持四象限運行的直流負載回饋裝置,從而獲得了寬泛的調速范圍,并且在該調速范圍內獲得了恒定的轉矩輸出,使得被試品的相關試驗能順利進行。同時為了節能,采用了帶能量回饋的直流負載裝置,這樣被試品發出來的電可以回饋到拖動設備測,使得電網總進線只需要補充系統的損耗即可,大大降低了系統成本和試驗成本。

2.2 硬件設備通訊平臺體系結構

為了獲得對所有設備的良好訪問能力,系統中所有需要接入的設備均采用以太網網關進行互聯,在1G骨干網的支持下,系統獲得了相當良好的對設備的訪問能力。圖2．1是網絡互聯設備的互聯關系圖。

基于以太網關的網絡設備節點設計及劃分,使得系統可以對設備實現全局調度,支持多重設備互聯的以太網訪問模式,大大提高了系統訪問的靈活性與健壯性。而且采用基于以太網關的設備節點訪問模式,使得系統上位機的功能劃分與具體的物理設備無關,從而實現了全網的任意工作站配置,極大的方便了系統布局與用戶使用。

最后,此架構為軟件系統的遠程維護與故障診斷提供了技術支撐,同時為下一步的以服務器在本部,客戶端在現場的跨項目平臺的電機行業大測試平臺方向的項目建設,預留了體系平臺。

圖 4.1數據采集模塊流程圖

圖5.1 項目現場圖片

3 開關磁阻電機測試系統軟件平臺體系結構

軟件平臺主要是實現測試系統的設備控制、數據采集、數據分析等功能。圖3．1是軟件測試平臺的功能框圖。分為系統控制軟件系統和數據采集分析系統。其中系統控制軟件系統主要是用來進行系統控制方面的操作,數據采集分析系統主要是進行數據的采集和分析處理。

系統數據流分為控制流和數據流兩類,其中控制流主要是控制軟件與硬件設備和系統后臺數據庫之間的數據流；數據流主要是數據采集分析軟件與數據庫之間進行的交互數據。本系統設計這兩類數據流采用獨立的數據通道,互相獨立,保證系統的高效運行。

4 基于.Net平臺的開關磁阻電機測試系統的系統實現

4.1 數據采集分析系統的實現

數據采集分析系統主要由數據采集模塊,數據記錄和數據分析功能軟件兩大部分組成。數據采集模塊主要完成現場儀表的數據采集功能,數據采集模塊采用通用設計,以加載配置文件的方式加載設備對應驅動DLL文件,并完成設備的訪問與數據的接口。圖4．1為數據采集模塊的程序流程圖。

表4.1 系統數據庫的訪問權限分配表

系統采用通用的模塊設計的優勢在于,統一了數據采集模塊的程序架構,使得程序通用驅動的設計可以實現,而獨立的設備驅動DLL的設計大大提升的系統的擴充能力,通過配置文件,即可使得設備的拓展開發與現有數據采集系統實現高效的融合。在獨立的DLL設計中,可以采用高效的程序架構,以服務程序的方式實現復雜設備的訪問。通過這個方案使得系統獲得了較好的設備擴充能力,極大的方便了測試系統將來的設備升級。

數據采集和處理軟件主要是完成數據的記錄、后臺數據庫的導入、導出、數據的加工分析處理及報告的輸出導出等功能。圖4．2是數據采集和處理軟件數據分析項目畫面。

4.2 設備控制系統的實現

設備控制系統采用與主控PLC直接進行數據交互的方式,按照指定的數據結構,操作PLC內指定公共內存地址段數據,再通過PLC自身的功能程序,實現對系統設備的自動控制。

4.3 SQL數據庫系統的實現

系統采用SQL SEVER 2010作為系統的后臺支持數據庫,從而使得系統獲得了較好的數據交互、存取能力。對數據的處理不再限于本地文件,可通過網絡遠程異地實現數據的遠程訪問與遠程處理。該數據庫設計為四級結構,在該型電機試驗的總庫下分別設置三個子庫,分別存儲系統運行日志,試驗記錄數據,試驗分析數據。通過這種設置,可以對用戶進行有效的權限管理。表4．1為系統數據庫的訪問權限分配。

在各自數據庫下,分別針對各項試驗有專門的試驗記錄表格,表格中存儲了各次試驗信息,各次試驗的原始數據流,記錄在更下一級的記錄表中,通過外鍵進行關聯。從而使得該系統獲得了較好的數據交互能力。圖4．3為數據庫系統的結構簡圖。

5 結語

該系統已經在我單位在國內某中型開關磁阻電機試驗站的建造過程中得到了較好的使用,通過業主近一年來的使用,獲得了良好的使用效果,達到了項目預期的各項要求,獲得了業主單位的好評。圖5．1為該項目的現場圖片。

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袁杰(1959—),男,漢族,湖南長沙市人,高級工程師,副總工藝師,主要研究方向為電機專業方向;唐士源(1982—),男,漢族,湖南長沙市人,工程師,碩士,主要研究方向為電機試驗測試系統。