（电力系统及其自动化专业论文）基于虚拟仪器的潜水泵电安全性能检测系统.pdf

浙江大学硕 ：学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e r p r e s e n t sae l e c t r i c a lp e r f o r m a n c et e s t i n gs y s t e mf o r s u b m e r s i b l em o t o rp u m p sb a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n t st e c h n o l o g y a n da n a l y s e st h ei n t r i n s i cp r o b l e ma n dd i s a d v a n t a g eo ft h ec u r r e n t e l e c t r i c a l p e r f o r m a n c et e s t i n g m e t h o d sf o rs u b m e r s i b l em o t o r p u m p s - av i r t u a li n s t r u m e n ti sc o m p o s e do fs o m es p e c i a l i z e ds u b u n i t s ， s o m e g e n e r a l - p u r p o s ec o m p u t e r s ，s o m e s o f t w a r e ，a n d al i t t l e k n o w - h o w s u f f i c i e n t l yu t i l i z i n gt h eh a r d w a r e r e s o u r c e so f c o m p u t e r m a k e st h es t r u c t u r e so ft h es y s t e ms i m p e ra n dt h em e a s u r ep r e c i s i o n o ft h es y s t e me f f i c i e n ti m p r o v e m e n t t h es y s t e mi sm o r ei n t e l l i g e n t ， i n t e g r a t e da n d m u l t i f u n c t i o n a l b a s e do nt h et e s t i n gr e q u i s i t i o nt ot h es y s t e m ，d e s i g nt h eg e n e r a l s t r u c t u r eo ft h es y s t e m ，a n de s t a b l i s ht h ed e s i g ni d e ao ft h es y s t e m h a r d w a r ea n ds o f t w a r e t h eh a r d w a r e ，s o f t w a r ea n d s o m e k e y t e c h n o l o g i e s i nt h e t e s t i n gs y s t e m a r ei n t r o d u c e di nt h i s p a p e r ； i n t r o d u c e dt h ea n t i i n t e r f e r e n c em e t h o do ft h es y s t e m ；i nt h ee n d ， t h e o p e r a t i n g e f f e c to ft h es y s t e mi sp r e s e n t e d k e y w o r d s ：s u b m e r s i b l em o t o r p u m p s v i r t u a li n s t r u m e n t s e l e e t r i c a ip e r f o r m a n c e t e s t i n g 2 浙江大学硕士学位论文 第一章概述 1 。1 检测的重要意义 1 1 。1 检测是现代化工业的基础 检测( d e t e c t i o na n dm e a s u r e m e n t ) 是为及时获得生产过程、被测、被控对象 的有关信息而实时或非实时的对一些参数进行定性检查和定量测量，它是用来综 合代表“测量”、“试验”、“测试”等内容，在工业、农业、科研、国防及医疗卫 生等领域有着广泛的应用。 对工业生产而言，采用各种先进的检测手段对生产的全过程检查、测量，对 确保安全生产，保证产品质量，提高产品合格率，降低能源和原采料消耗，提高 企业的劳动生产率和经济效益是必不可少的，它贯穿于产品生命周期的各个阶 段，发挥着十分重要的作用。在设计阶段，可以通过检测技术对新产品进行定性 试验来验证设计思想；在加工制造前，对各种原材料元器件进行验收和筛选，确 保制造产品的各个部件都是可靠的；在加工制造阶段，为保证生产过程能正常、 高效、经济的运行，必须对生产过程的工艺参数进行检测；在成品验收阶段，要 判断产品的质量参数是否在规定的标准范围内，也必须通过检测来实现。可见， 检测技术已经渗透到现代工业的各个环节，是现代工业必不可少的有效工具和重 要组成部分。 现在制造正向着智能化方向发展，各种自动生产线，柔性制造系统不断的涌 现出来，更加突出了检测技术的重要性，没有自动检测就谈不上自动控制，因此， 检测技术是现代工业生产的关键技术之一。 1 1 2 检测对国民经济发展产生巨大影响 国民经济的发展取决于经济效益的提高，而经济效益中最关键的是投入产出 比，愈小愈好。我国企业长期以来一直是粗放型发展模式：单纯追求速度和数量， 而忽视了产品质量，造成大量产品报废。若能采用先进的检测手段，检测生产过 程中的各种质量指标，就能把次品废品控制和消灭在萌芽状态。 浙江人学硕士学位论文 国民经济的发展取决于产品在国际市场上的竞争力。目前几乎每一个国家， 每一个企业都处于全球化的市场竞争中，而经济的竞争归根结底是产品的竞争， 产品的竞争首先是质量的竞争，谁拥有高质低价的产品，谁就占有市场，谁就能 在竞争中立于不败之地。要对产品的质量进行判定，必须通过检测手段来实现， 忽视了检测手段，也就谈不上保证和提高质量。所以检测是质量保障的基础，先 进的检测手段是提高产品质量的有利工具。 综上所述，检测技术是现代工业的基础，国民经济的持续发展需要先进的检 测手段。 1 2 检测技术的发展历史和趋势 检测技术的起源和发展是和现代工业的发展、科学技术的进步密切相关的。 检测水平的提高促进了生产和科学技术的发展，而检测技术的发展有赖于科学技 术的不断进步，新的科学概念往往是新的检测手段的根据。 随着生产和科学的发展，检测技术经历了三个主要发展阶段： 一、人工检测 人工检测是指人使用测量工具和测量仪器所完成的检测方式。人的动作器 官、感觉器官、思维器官参与测试的全过程。由于人的主观能动性，使人工检测 具有良好的灵活性和适应性，且物质投资较少；但是由于人的生理限制和主观影 响，使质量和经济性受到了一定限制，尤其不适于高速度、高精度和高效率的检 测要求。 二、自动检测 自动检测即人的动作器官和感觉器官被测试装置所取代进行测试，在自动调 节的控制下，由传感器将测量转换成电量，通过电气或电子线路进行自动显示和 记录。自动检测提高了测试的准确性、可靠性和效率。但是自动检测装置通用性 差，检测流程有电气或者电子硬逻辑控制，系统灵活性和柔性都较差。只适用于 简单的大量重复性的检测工作。 三、计算机辅助检测 计算机辅助检测，也称计算机辅助测试即c a t ( c o m p u t e r a i d e dt e s t ) 。计算 机辅助测试系统用计算机及其外部设备取代人的动作和感觉功能，还具有人的部 浙江_ 夫学硕士学位论文 分思维能力，以计算机为主体完成全过程。 采用计算机辅助检测的突出特点是高速度进行检测，节约大量人力。同时计 算机辅助系统依靠具有计算和处理能力的c p u ，以及丰富的灵活的软件资源， 使得计算机辅助测试系统具有柔性。可以适时的切换量程和更换仪器设备，使检 测系统在硬件尽量简化的情况下，实现多参数，多功能测试，特别是适用于小批 量、多品种的测试，检测的结果还可以多种方式输出，如显示数字、图、文、打 印报表等等。在检测的过程中，还能作出各种复杂的分析、统计、判断处理。儿 此种种，都是人工检测或者自动检测难以达到，甚至无法是实现的。总之，计算 机辅助检测系统利用其软件资源的特点，提高了测试的准确性、可靠性、灵活性。 而且投资少，收效快，系统的性能价格比较高。 由于计算机辅助检测技术的诱人特点，使其在检测行业取得了越来越普遍的 应用，并且伴随计算机技术的高速发展，已成为检测技术发展的主流。 然而，计算机辅助检测技术成功应用与否还有赖于能否充分发挥其优良性 能。虽然c a t 系统的性能受到很多因素的影响，但其中最关键的是系统的总体 构造，包括各组件关系，功能分配，信息通过方式，输入输出方式等，所以合理 的体系结构是c a t 系统具有优良性能的基础。到目前为止，c a t 系统的体系结 构发展可分为三个阶段。 第一代c a t 体系结构，其特点是激励、响应组件与计算工作相对独立。计 算机只对激励组件开关控制而不对激励信号进行编程；同时计算机又接受响应组 件的响应信号并进行分析处理，而不对响应器件的参数进行编程。因此计算机的 功能局限于数据处理和检测步骤控制，在此阶段计算机还没有真正成为c a t 的 有机组成部分，它的潜力尚未充分发挥。 第二代体系结构的特点是： ( 1 ) 激励信号可编程，激励信号由软件和硬件综合形成； ( 2 ) 响应组件的功能和参数等可编程； ( 3 ) 采用可编程多路开关，控制信号流向； ( 4 ) 软件在线使用。 在第一代c a t 系统中，数据测量采用和软件运行分别在两个独立阶段完成。 前者由硬件完成后，在计算机离线状态下处理数据，不能根据数据采集情况作出 浙江大学硕j 二学位论文 实时反应，调整采集过程。在第二代c a t 系统中，计算机参与测试全过程，其 潜在资源得到充分发挥、显著地提高测试的确定性、可靠性和通用性。但也带来 一些问题，主要是软件费用高，检测速度一般低于第一代c a t 系统，信号频宽 受软件速度限制，单项功能精度一般不如专有仪器。 随着科学技术的发展，测试任务日趋复杂，对测试系统得功能，速度及精度 要求越来越高。第二代c a t 系统已经无法满足这些要求，第三代c a t 系统诞生 了。一般有一个主机控制各个从机，各个从机有都有各自得c p u 、激励组件和 响应组件，可以完成不同的测试任务，主机通过通信接口与各个从机通讯。第三 代c a t 体系结构也称作分布式多级c a t 系统。分布式多级c a t 系统通过任务 分解，实现了横向分散控制，纵向分级管理，达到了测控的高实时管理的高动念 性紧密结合。随着计算机通信技术和网络技术的高速发展，分布式多级计算机辅 助检测系统发展势头强劲，充满生机，是当前中大型工业测控计算机系统的主要 潮流。 1 3 潜水泵电性能检测内容及现状 潜水泵广泛应用于农业排灌、园林厂喷灌、井下提水、城建和工矿企业给排 水等场合，是广大农村用户和工矿企业不可缺少的电力排灌设备。它具有以下特 点： 1 采用泵电一体的结构，即将泵体的过流部件和动力力源电机作成一个整 体，潜水电动机一般采用结构简单、价格低廉的鼠笼型三相异步电动机。 2 使用时侵入水中，无须引水，使用较方便。 由于潜水泵的泵电一体结构和侵入水中使用的特点，所以对潜水电动机的功 率，绕组对机壳及其相互间的绝缘都提出了更高的要求。对这些电参数的检测是 潜水泵质量监督的重要内容。在进行电性能检测时，由于测量结果不精确而使合 格品被检测成不合格品，将造成浪费；反之不合格品被检测成合格品出厂，轻则 影响潜水泵的使用性能，严重的甚至有人触电死亡事件发生。可见检测结果的不 精确所导致的后果相当严重。 依照国家标准，水泵电机的整机出厂电性能试验项目主要有：冷态绕组直流 电阻的测试；绕组对机壳及其相互间绝缘电阻的测定；空载试验：堵转试验；而j 浙江大学硕：学位论义 压泄露测试；绕组间的匝间耐压测试。 我国目前有各类潜水泵生产厂数百家，在进行潜水泵整机出厂电性能检测时 大多数厂家仍沿用几十年来的手工操作、目测读数的方法。这种方法采用常规仪 表，测量时，由人工读数、人工记录、人工整理试验数据，环境噪声嘈杂，劳动 强度大；为了能比较准确的读出某一时刻的各项被测参数，往往需要几个人同时 读表，工作效率很低；试验时，往往由于读数的时间不能完全统一，以及读数、 记录、计算中的各种认为误差，使试验数据可靠性降低，试验结果准确度难以保 证。 人工测试潜水泵电性能，不论从数量上还是质量上，都与目前工业自动化程 度的迅速提高不相适应。只有采用先进的计算机和微电子技术对传统的潜水泵检 测手段进行改造，才能改善劳动强度、提高测试效率和保证测试精度。 1 4 课题背景 为了改善潜水泵的质量监督，提高检验效果，研制一套先进准确、实用可靠、 成本相对低的检测设备，对于改变目前水泵测试落后状况是十分必要的。故设计 了基于虚拟仪器技术的检测系统。 本课题是浙江省重大科技攻关项目潜水泵综合性能测试系统研究开发 项目的一部分。该攻关项目包括三部分： 一潜水泵电安全性能计算机测试方法研究及其单元设备开发 一 潜水泵可靠性计算机测试方法研究及其单元设备开发 i l l 潜水泵水力特性计算机测试方法研究及其设备开发 1 5 本系统的特点 根掘检测技术的发展趋势和目前潜水泵检测中存在的问题，我们设计出了潜 水泵计算机辅助检测系统： 该系统能通过对被测潜水泵一次接线，完成的多项目多台位各种电性能测 试，通过对测试数据处理，对潜水泵质量进行精确判定。 本系统具有以下特点： ( 1 ) 该系统测试速度快，精度高。 浙江大学烦士学位论文 ( 2 ) 该系统软件、硬件采用模块化结构，组建测试系统较传统方法更为灵 活方便，数据处理更为快捷。 ( 3 ) 测试流程的进行状况、操作提示和测试结果以直观易懂的方式呈现在 操作人员面前，操作简单方便。 ( 4 ) 系统采样速度高，响应时间短，具有较高的灵敏性。 ( 5 ) 该系统采用虚拟仪器技术，具有1 2 位分辨率，最高采样速率达到 1 0 0 k h z ，最小可测输入幅度为o 0 0 4 8 v 信号，增益设置可以为- - + 1 0 v ，5 v ， 2 5 v ，1 2 5 v ，o ，6 2 5 v ，可以自动保存测试数据，自动打印报表。 ( 6 ) 系统具有良好的重复性，软件、硬件采用抗干扰措施，使系统能在电 磁干扰严重的场合正常工作。 ( 7 ) 采用了分层软件结构体系，对于其他的测试系统只需添加、修改其中 的一部分程序就可以完成整个测试。例如当硬件改变时，只需修改i o 驱动程序， 而上层的软件不用修改；若添加其他功能，只要添加虚拟仪器测试层的相应功能 软件即可。 ( 8 ) 系统采用模块化的设计，这为以后系统的维护和系统功能的再扩展提 供了便利。 1 6 论文的主要内容 结合该课题，本论文主要完成以下工作： 1 介绍了潜水泵测试技术的现状和自动测试系统的发展方向，提出了本课 题所要实现的任务和意义： 2 详细说明了潜水泵各项目测试的基本原理和测试方法，为系统开发奠定 必要的理论基础； 3 根据测试要求进行了系统总体结构的设计，确立了系统硬件、软件的设 计思想； 4 对系统的硬件和软件的关键技术都进行了详细介绍； 5 分析了可能影响测试精度的干扰因素以及采取的抗干扰措施； 6 对系统的运行效果和检测结果进行分析。 浙江大学硕上学位论文 第二章虚拟仪器的介绍 2 1 虚拟仪器的概念 由于现代制造正朝着智能化方向发展，各种自动化生产线，柔性制造系统不 断涌现，从而突出了电脑的作用。再加上微电子技术、计算机技术、软件技术、 网络技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、测试 方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的 概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。八十年代末美国首先研制成 功虚拟仪器( v i r t u a li n s t r u m e n t s ，简称v i ) 。虚拟仪器是现代仪器技术与计算 机技术结合的产物，它的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最 新方向和潮流，是信息技术的一个重要领域，对科学技术的发展和工业生产将产 生不可估量的影响。 所谓虚拟仪器，就是在通用计算机平台上，用户根据需求来定义和设计仪器 的测试功能，其实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功 能。虚拟仪器突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式，实际上，测量时使用者 是在操作具有测试软件的计算机，犹如操作一台虚设的电子仪器，虚拟仪器因此 而得名。“软件就是仪器”( s o f t w a r e i si n s t r u m e n t s ) ，最本质地刻画出虚拟仪 器的特征。它比传统的电子仪器更为通用，更能适应迅猛发展的当代科学技术对 测量仪器提出的不断更新的要求，推动着传统仪器朝着数字化、模块化、虚拟化、 网络化发展。虚拟仪器技术不仅在科研、测控、监测、，计量等领域有着广泛的 应用前景，而且在用电子信息技术改造传统产业中将发挥重大的作用。 虚拟仪器( v i r t u a li n s t r u m e n t i o n ) 是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密 切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是 将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日 益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌 入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作 系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。下面的框图反映 了常见的虚拟仪器方案。 浙江大学顿士学位论文 被信数 数 测号 据 据 采 虚拟仪器 呻 集 呻呻 对调处 卡 面板显示 象理理 图1 虚拟仪器的解决方案 虚拟仪器的主要特点有： 1 尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。 2 可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强 的仪器。 3 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究 中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内， 使用较为广泛的计算机语言是美国n i 公司的l a b v i e w 。 虚拟仪器的起源可以追朔到2 0 世纪7 0 年代，那时计算机测控系统在国防、 航天等领域已经有了相当的发展。p c 机出现以后，仪器级的计算机化成为可能， 甚至在m i c m s o l r 公司的w i n d o w s 诞生之前，n i 公司已经在m a c i n t o s h 计算机上 推出了l a b v i e w 2 0 以前的版本。对虚拟仪器和l a b v i e w 长期、系统、有效的 研究开发使得该公司成为业界公认的权威。 普通的p c 有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统 性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了v x i 标 准，这是种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又 采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式 在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的v x i 机箱，再与计算机相连，就组成 了一个测试系统。v x i 仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的p x i 标准 仪器。 虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前 使用较多的是i e e e4 8 8 或g p i b 协议。未来的仪器也应当是网络化的。 浙江人学硕士学位论文 l a b v i e w ( l a b o r a t o r yv i r t u a li n s t r u m e n te n g i n e e r i n g ) 是一种图形化的编程 语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采 集和仪器控制软件。l a b v i e w 集成了与满足g p i b 、v x i 、r s 一2 3 2 和r s 一4 8 5 协 议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用t c p i p 、a c t i v e x 等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立 自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。 图形化的程序语言，又称为“g ”语言。使用这种语言编程时，基本上不写 程序代码，取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、 工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，l a b v l e w 是一个面向最终用户的工 具。它可咀增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数 据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时， 可以大大提高工作效率。 利用l a b v i e w ，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的3 2 位编译 器。像许多重要的软件一样，l a b v i e w 提供了w i n d o w s 、u n i x 、l i n u x 、m a c i n t o s h 的多种版本。 2 2l a b v i e w 的运行机制 2 2 1l a b v ie w 应用程序的构成 所有的l a b v i e w 应用程序，即虚拟仪器( v i ) ，它包括前面板( f r o mp a n e l ) 、 流程图( b l o c kd i a g r a m ) 以及图标连结器( i c o i 沈o n n e c t o r ) 三部分。 前面板 前面板是图形用户界面，也就是v i 的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输 入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制( c o n t r 0 1 ) 和显示对象( i n d i c a t o r ) 。图2 所示是一个随机信号发生和显示的简单v i 是它的 前面板，上面有一个显示对象，以曲线的方式显示了所产生的一系列随机数。还 有一个控制对象开关，可以启动和停止工作。显然，并非简单地画两个控件 就可以运行，在前面板后还有一个与之配套的流程图。 浙江大学硕士学位论文 图2 前面板 流程图 流程图提供v i 的图形化源程序。在流程图中对v i 编程，以控制和操纵定 义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件的连线端子，还 有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。图3 是与图2 对应的流程图。我们可以看到流程图中包括了前面板上的开关和随机数 显示器的连线端子，还有一个随机数发生器的函数及程序的循环结构。随机数发 生器通过连线将产生的随机信号送到显示控件，为了使它持续工作下去，设置了 一个w h i l el o o p 循环，由开关控制这一循环的结束。 图3 编程面板 如果将v i 与标准仪器相比较，那么前面板上的东西就是仪器面板上的东西 浙_ i 工大学顾士学位论文 而流程图上的东西相当于仪器箱内的东西。在许多情况下，使用v i 可以仿真标 准仪器，不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其功能也与标准 仪器相差无几。 图标连接器 v i 具有层次化和结构化的特征。一个v i 可以作为子程序，这罩称为子v i ( s u b v i ) ，被其他v i 调用。图标与连接器在这里相当于图形化的参数。图标 连接器是子v i 被其它v i 调用的接口。图标是子v i 在其他程序框图中被调用的 节点表现形式；而连接器则表示节点数据的输入输出口，就象函数的参数。用 户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。 2 2 2l a b v l 酬的操作模板 在l a b v i e w 的用户界面上，应特别注意它提供的操作模板，包括工具 ( t o o l s ) 模板、控制( c o n t r o l s ) 模板和函数( f u n c t i o n s ) 模板。这些模板集中 反映了该软件的功能与特征。 _ 工具模板( t o o l sp a l e t t e ) 该模板提供了各种用于创建、修改和调试v i 程序的工具。 如果该模板没有出现，则可以在w i n d o w s 菜单下选择s h o w t o o l sp a l e t t e 命令以显示该模板。当从模板内选择了任一种 工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状。当从w i n d o w s 菜单下选择了s h o wh e l pw i n d o w 功能后，把工具模板内选定 的任一种工具光标放在流程图程序的子程序( s u bv i ) 或图 标上，就会显示相应的帮助信息。 下面的两个模板是多层的，其中每一个子模板下还包括多个对象。 控制模板( c o n t r o lp a l e t t e ) 该模板只有打开前面板时才能调用。该模板用来给前面板设置各种所需的输 出显示对象和输入控制对象。每个图标代表一类子模板。如果控制模板不显示， 可以用w i n d o w s 菜单的s h o wc o n t r o l sp a l e t t e 功能打开它，也可以在前面板的 空白处，点击鼠标右键，以弹出控制模板。 控制模板如图4 所示，它包括如下所示的一些子模板。子模板中包括的对象， 新江人学硕上学位论文 其功能用表1 简要介绍。 图4 控制模板 表1 图标子模板名称功能 l 蚓 n u m e r i c ( 数值量)数值的控制利显示。包含数字式、指针式显示表盘及各 种输入框。 2 翻 b o o l e a n ( 布尔量)逻辑数值的控制和显示。包含各种布尔开关、按钮以及 指示灯等。 s t r i n g p a t h ( 字 字符串和路径的控制和显示。 3 黼l 符串和路径) 4 崮 h r r a y c l u s t e r 数组和簇的控制币i 显示。 ( 数组和i 簇) 5 圄 l i s t t a b l e ( 列 列表和表格的控制和显示 表和表格) 6 崮 g r a p h ( 图形显示) 显示数据结果的趋势图和曲线图。 7 圜 r i n g e n u m ( 环 环与枚举的控制和显示。 与枚举) 8 i i i 0 ( 输入输出功输入输出功能。于操作o l e 、a c t i v e x 等功能。 能) 9 雕l r e f n u m 参考数 o i g i l o g数字控制 1 0 j 吲 c o n t r o l s ( 数字控 制) 1 6 浙江大学硕士学位论文 c l u s s i c 经典控制，指以前版本软件的面板图标。 1 1 剜 c o n t r o l s ( 经典控 制) 1 2 尉i a c t i v e x用丁a c t i v e x 等功能。 1 3 图 d e c o r a t i o n s ( 装用于给前面板进行装饰的各种图形对象。 饰) s e l e c ta调用存储在文件中的控制和显示的接口。 1 4 固 c o n t r o l s ( 控制选 择) 1 5 圈 u s e r c o n t r o l s用户白定义的控制和显示。 ( 用户控制) _ 功能模板( f u n c t i o n sp a l e t t e ) 只有打开了流程图程序窗口，才能出现功能模板。功能模板是创建流程图程 序的工具。该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板。若功能模板不出现， 则可以用w i n d o w s 菜单下的s h o wf u n c t i o n sp a l e t t e 功能打开它，也可以在流 程图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板。 功能模板如图5 所示，其子模块如下所示。其主要子模块的功能在表2 中简 要介绍。 图5 功能模板 表2 图标子模扳名称 功 能 i ， 鬯l s t r u c t u r e ( 结构)包括程序控制结构命令，例如循环控制等，以及全局l 变量和局部变量。 浙江大学硕士学位论文 固l n u m e r i c ( 数值运 包括各种常刚的数值运算，还包括数制转换、三角函 2 i 除i算) 数、对数、复数等运算，以及各种数值常数。 b o o l e a n ( 布尔运 包括各种逻辑运算符以及布尔常数。 3 嘲 算) s t r i n g ( 字符串运 包含各种字符串操作函数、数值与字符串之间的转换 4 到 函数，以及字符( 串) 常数等。 算) 5 崮 a r r a y ( 数组) 包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组等。 6 翻 c l u s t e r ( 簇) 包括簇的处理函数，以及群常数等。这里的群相当于 c 语言中的结构。 c o m p a r i s o n ( 比 包括各种比较运算函数，如人于、小于、等丁。 7 躺 较) 8 型 t i m e d i a l o g ( 时 包括对话框窗口、时间和出错处理函数等。 间和对话框) 9 剖 f i l ei o ( 文件输 包括处理文件输入输出的程序羽t 函数。 入输出) d a t a 包括数据采集硬件的驱动，以及信号调理所需的各种 10 琶1 a c q u i s i t i o n ( 数 功能模块。 据采集) l1 匝寸 w a v e f o r m ( 波形)各种波形处理工具 l2 翻 a n a l y z e ( 分析) 信号发生、时域及频域分析功能模块及数学工具。 i n s t r u m e n ti o包括g p i b ( 4 8 8 、4 8 8 2 ) 、串行、v x i 仪器控制的程序 l3 ；苗 ( 仪器输入输 和函数，以及v i s a 的操作功能函数。 出) l4 躐l m o t i o n v i s i o n ( 运动与景像) l5 m a t h e m a t i c s ( 数包括统计、曲线拟合、公式框节点等功能模块，以及 学)数值微分、积分等数值计算工具模块。 l6 鬟 c o m 皿u n i c a t i o n 包括t c p 、d d e 、a c t i v e x 和o l e 等功能的处理模块。 ( 通讯) a p p l i c a t i o n 包括动态调用v i 、标准可执行程序的功能函数。 17 剥 c o n t r o l ( 应用控 制) 18 捌 g r a p h i c s s o u n d包括3 d 、o p e n g l 、声音播放等功能模块。包括调用动 ( 图形与声音)态连接库和c i n 节点等功能的处理模块。 】9 剖 t u t o r i a l ( 示教课 包括l a b v i e w 示教程序。 程) 1 8 - 浙江大学硕士学位论文 霉弱l r e p o r t 20 孽l 甑 g e n e r a t i o n ( 文档 生成) 2l 剿 a d v a n c e d ( 高级功 能) s e l e e tav i ( 选 2 2 择子v i ) 幽瞄 u s e rl i b r a r y ( 用 23 圳 户子v i 库) 1 9 浙江大学硕一】：学位论文 第三章潜水泵的试验方法 对于潜水泵的检测，已经有一套国家标准的试验方法，对电性能检测，主要 就是冷态下的绕组直流电阻测试、空载和堵转测试、绝缘电阻测定、匝间耐压试 验、耐压泄露试验。 3 1 直流电阻的测定方法 测量时要保证潜水泵内的电动机内部温度与周围介质温度一致，电动机转子 静止不动。钉子绕组的电阻应在电动机引出电缆端上测量。型式试验时电动机应 潜入水中。 每一线间电阻应测量三次，每次读数与三次读数的平均值之差应在平均值的 0 5 之内，以平均值作为电阻的实际值。检查试验时，每一电阻可仅测量一次。 对单相潜水泵，应分别测量主、副绕组的阻值。 对三相潜水象，各相电阻值应该j 委以r 公式计算： ：( 如峨+ 呦 星型接法时： 咒= 一r 。 r b = r ，d r 。 e c = r m d 一心 三角形接法时：r 。- 嘁t r 。一心) + 吃一一胄。“ ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) r = 如口。吨) + 咄“ ( 6 ) r 。吨) + 疋咄“ ( 7 ) 式中：r 。为潜水泵引出端a 与b 之间测得的电阻值，q r 。为潜水泵引出端b 与c 之间测得的电阻值，q r 。为潜水泵引出端c 与a 之间测得的电阻值，q - 2 0 ， 浙江大学硕上学位论文 3 2 电参数( 空载和堵转) 试验 对于空载和堵转试验，要测得参数其实都是一样的，电压、电流、功率、功 率因数、频率，不同的只是在不同的状态测得的。 对于空载，在型式试验时，要测得空载特性曲线，即空载电流和空载输入功 率与空载电流的关心曲线，所以试验的电压要从1 1 1 _ 3 倍额定电压开始逐步 降低到可能达到的最低电压值，测下每一个电压段下的电压、电流、功率等参数： 在检查试验时，可仅测取额定电压时的空载电流和空载输入功率因数等参数。 堵转试验在电机接近实际冷状态下进行。试验时，应将转子堵住。它也分成 型式试验和检查试验两种。型式试验要测得堵转特性曲线，即堵转时电流、转矩、 电压的关系曲线。检查试验时，可在任一转子位置上，在额定电流值附近，测取 堵转时的电压、电流和输入功率。在检查试验时，因为是大批量的检查，往往并 不将转子堵住，而是用低电压的方法来代替堵住转子。 3 3 绝缘电阻的测定 3 3 1 测量时潜水泵的状态 测量绕组对机壳的绝缘电阻时，可在实际冷状态下或热状态下进行。检查试 验时，在实际冷状态下进行。 3 3 。2 测量电压的选定 对额定电压在5 0 0 v 以下的电动机用5 0 0 v 的直流电压测量：对于额定电压在 5 0 0 v 及以上的电动机，用1 0 0 0 v 直流电压。 3 4 匝间耐压试验 3 4 1 试验方法 采用冲击变形比较法，用冲击电压试验电机绕组或线圈匝间绝缘的一种方 浙江大学硕士学位论文 法。其原理是将具有规定峰值和波前时间的冲击电压波，交替地直接施加于统一 设计的被试品和参照品绕组或线圈上，利用冲击电压在两者中引起衰减振荡波形 有否差异，来检测电机绕组或线圈匝间绝缘是否良好。 对电机绕组，根据被试绕组的不同接法，有三种试验方法： o ( 相) 接法 任选一一项绕组( 例如u 相) 作为参照品，另一相绕组( 例如v 相) 作为被试 品，在u 相和v 相交替地施加规定的冲击电压波，比较两衰减波形的差异。再依 次转换，重复试验一次，每次试验后，不参与试验的绕组应予以放电。图中h l 、 h 2 是加在绕组上电压的高电位端子，l 是低电位端子。 w l 图6中( 相) 接法接线示意图 _ y ( 线) 接法 对己接成y 接法的电机绕组，任选一个两相串联的绕组( 例如u w ) 作为参 照品，另一个串联绕组( 例如v w ) 作为被试品。 图7y ( 线) 接法接线示意图 ( 角) 接法 浙江大学硕上学位论文 对已接成接法的电机绕组，任选一个( 两相绕组串联与第三相绕组并联) 绕组( 例如u w ) 作为参照品，另一个( 两相绕组串联与第三相绕组并联) 绕组 ( 例如v w ) 作为被试品。 图8( 角) 接法接线示意图 3 4 2 故障的判断 根据每次试验显示的两个波形的重合情况就可以判断出是否存在故障。 3 5 耐压泄露试验 3 5 1 试验要求 耐压试验应该在电机静止状态下进行，试验前应该先进行测量绕组的绝缘电 阻，并应该在各项试验之后。 试验时，电压应施于绕组和机壳之间，此时其他不参与试验的绕组均应该和 铁芯和机壳相连。 试验变压器的容量对每i k v 试验电压应不小于1 k v a ，对单相电动机应不 小于1 k v a 。 3 5 2 试验时间 试验时，旌加的电压应从不超过试验电压全值的一半开始，然后稳步地或分 浙江人学硕上学位论文 段地以每段不超过全值的5 增加到全值。电压自半值到全值的时间不少于1 0 秒， 全值电压试验时间应该维持1 分钟。 对于大批量连续生产的电动机进行检查试验时，允许用规定的试验电压数值 的1 2 0 ，历时1 秒钟进行试验。 第四章检测系统的总体设计 本章通过对设计任务进行分析，进步明确设计内容和关键技术问题，在此 基础上进行系统检测流程设计和总体方案设计。 4 。1 任务分析和设计原则 本检测系统是潜水泵自动化生产流水线上的检测设备，用于潜水泵整机出厂 前的最后质量监督。因此系统不仅要具有质量保证体系所要求的功能，还要有较 高的可靠性、易用性、安全性及其可维护性。 4 1 1 功能要求 一、能根据机械工业部推荐的标准进行潜水泵的整机出厂电性能检验。标准 要求完成冷态绕组的直流电阻测试、堵转测试、空载测试、绕组对机壳的绝缘电 阻、绕组间的匝间耐压测试、耐压泄露测试六项模块的试验。 主要检测项目的要求： 一直流电阻测试：0 0 1 2 0 0 q ，精度0 5 级 _ 电参数：精度0 5 级 一绝缘电阻测试：0 5 0 0 m q ，精度5 ，输出电压是d c5 0 0 ，电压允差 为5 - 匝间耐压：判断分辨率1 o 匝相邻匝间短路报警，输出电压范围是0 5 0 0 0 v 一耐压泄露：耐压o 3 k v ，泄漏电流o 2 0 m a 二、根据潜水泵的出场编号对检测结果进行数据统计和原始记录查询 4 1 2 系统设计原则 一、降低系统成本 为了获得较高的性能价格比，在进行系统设计时并不是一味的追求复杂的高 级方案，在满足性能指标的提前下，尽可能采用简单实用的方案。由于本系统是 浙江大学硕士学位论文 专用的检测设备，决定系统造价的主要是研制成本，所以尽可能选用成熟的检测 方法和设备，降低研制成本。 二、短研制周期 由于本系统是在线连续运行的重要设备，对于用户来说其经济效益和社会效 益都十分明显，希望尽早让系统投入正常运行。 三、尽可能选用开放式规范化设计 虽然本检测系统是为特定任务设计的，但应考虑到系统得可扩展性，可移植性， 以便于对其进行进一步改造。 四、高可靠性 所谓可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。 对计算机辅助检测系统来说，无论其在原理上如何先进、功能如何全面、精度如 何高级，但如果可靠性差，故障频繁，不能长期可靠的正常运行，则该系统就没 有使用价值。因此系统的可靠性设计应该贯穿整个设计和制造过程中。 五、提高系统安全性 在检测过程中，系统需要同时使用几百伏到几千伏的电压，在异常( 如被测 对象本身的质量原因，检测人员误操作等) 情况下，可能对操作人员人身安全和 检测设备构成威胁，在设计时必须加以避免。 六、操作简便 在系统总体设计时应考虑到操作方便，使系统易学易用，降低对操作人员的专业 知识要求，努力做到使用户无须专门的训练，就能很快地掌握本系统的实用方法， 这些都要求系统具有良好直观的人机界面。 七、维护方便 在生产流水线上，由于一台设备出现故障将造成整条生产线停机，如不能迅速维 修，必然产生较大的损失，因此检测系统不仅要求可靠，而且一旦出现故障必须 能维护方便，保证生产线连续运行。 4 2 系统检测方法和检测流程设计 根据上述对测试方法和测试时间的分析，对本检测系统得检测流程进行了设 计，考虑到检测时既要实现检测自动化，又要实现检测的灵活性，将测试方法分 浙江人学硕士学位论文 成两大类：即对潜水泵可以进行全检和抽检，在进行全检时，对全部六个项目和 各个台位进行自动测试，在抽检时对潜水泵的检测项目和台位的任意组合都能进 行相应得自动测试。图9 是本检测系统的测试总体流程框图。其中虚线代表抽检 可能进行的流程，实现代表全检的测试流程。 厂 ； i ： l 囤 图9 检测系统的测试总体流程框图 4 。3 系统总体结构设计 整个测试系统主要由：工控机、板卡( 包括数据采集卡和数字输入输出f o 口卡) 以及各个测试模块( 直流电阻测试模块、绝缘电阻测试模块、耐压测试模 块、泄漏电流测试模块、电参数测试模块、匝间耐压测试模块) ，如图1 0 所示。 浙江大学硕士学位论文 图1 0 检测系统的总体设计 浙江大学硕士学位论文 第五章系统的硬件设计和开发 潜水泵检测系统硬件主要由冷态状况下的绕组直流电阻测试模块、三相电参 数( 即空载、堵转) 模块、绝缘电阻模块、绕组间的匝间耐压模块、耐压泄露模 块组成。 5 1 直流电阻模块 对潜水泵来说，快速、高准确的测量感性负载的直流电阻，将有利于对潜水 泵的故障及早发现。通过对绕组的直流电阻的测量，可以检查出绕组内部导线的 焊接质量，引线与套管等载流部分的接触是否良好，三相绕组的电阻是否平衡等 等。 直流电阻包括焊点电阻、线圈电阻和相对电阻三部分，其中关键的自然是测 焊点电阻。因为线圈的好坏或说先驱电阻的大小在匝间耐压测试中还能有所反 映，但是焊点是否接触良好却不能反映，除非焊点明显接触不好，或说焊点电阻 特别大，甚至断开。 另外，潜水泵各相直流电阻不大，从零点几欧姆到几十欧姆。如果不考虑线 路电阻以及接触器、继电器触点引起的电阻，将会产生较大的误差。在此系统中， 接触阻抗尤为严重，一则流经触点的电流较大，容易拉弧，使接触阻抗变大；另 则系统采取多项目、多台潜水泵切换，经过触点较多，也导致线路上阻抗变大。 解决此问题采取的方法是恒流输出，用高阻抗输入的放大线路加以处理。 5 。1 1 测量方法和工作原理 测量的方法不外乎三种：平衡电桥测量法、不平衡电桥测量法、电阻一电压 变换测量法。这里采用的是电阻一电压变换测量法。 因为是恒流源供电，所以流过标准电阻r 和被测电阻b 的电流相等，它们 的电阻阻值比就是电阻上的电压之比。电压分别经过放大系数为和墨的放大， 送到采集卡的电压为玑和u ，这样斯呱) = k ，其中 浙江大学硕士学位论文 k = ：，因为r 。是标准电阻，其阻值是已知的，所以放大系数