基于.Net平台的开关磁阻电机测试系统

2014-12-11袁杰唐士源

中国科技纵横 2014年24期

关键词：磁阻电机数据库

袁杰唐士源

(中机国际工程设计研究院有限责任公司,湖南长沙 410007)

基于.Net平台的开关磁阻电机测试系统

袁杰唐士源

(中机国际工程设计研究院有限责任公司,湖南长沙 410007)

作为一种新型调速驱动系统,开关磁阻电机以其结构简单、低成本、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性,愈来愈得到人们的认可和应用。目前已成功应用于在电动车用驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等众多领域中,成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力竞争者。因此,各电机生产厂家对产品的质量控制要求也越来越高,因此一个高性能的电机试验平台就显得非常重要。本文就将设计一个基于.Net平台的该型电机的先进的测试系统。

Net 开关磁阻电机电机测试系统

电机试验系统是电机生产厂商质量控制的最终手段,服务于产品研发和产品生产的末端,用来完成对被试电机的性能的最终测试与评定。通过试验平台,可以获得指定工况下的被试电机的各项机械及电气参数,通过计算,完成产品的各项设计参数校验,检验产品品质。本文将从开关磁阻电机的技术特点、试验要求、试验系统的体系平台和数据结构等几个方面进行说明。

1 开关磁阻电机测试系统测试系统的技术特点

1.1 开关磁阻电机技术特点

开关磁阻电机(SR)的结构和工作原理与传统的交直流电机有很大差别。SR电机的定转子均由普通硅钢片叠压而成,转子既无绕组也无永磁体,定子各极上绕有集中绕组,径向相对极的绕组串联,构成一组。开关磁阻电机的转矩是磁阻性质,因此其运行原理遵循“磁阻最小原理”,其转向与电流方向无关,仅取决于绕组的通电顺序。

因此一个完成的开关磁阻电机驱动系统(SRD)由开关磁阻电机、功率变换器、控制器和检测器四部分组成,一个完整的SRD系统如图1．1所示。

SRD系统的系统优点是:

(1)电机结构简单、坚固、制造工艺简单、成本低、工作可靠、能适应各种如高温、强震等恶劣环境；(2)损耗主要在定子,转子无永磁体,可以承受较高的温升；(3)转矩方向与电流方向无关,从而可以减少功率变换器的开关器件数,降低系统成本；(4)功率变换器不会出现直通故障,可靠性高；(5)起动转矩大,低速特性好,没有起动冲击电流；(6)调速范围宽,控制灵活,速度特性好；(7)在速度特性范围内,运行效率高,能四象限运行,具有较强的再生制动能力。

1.2 Net平台技术特点

NET是微软推出的“新一代Windows服务”(Microsoft Next Generation Windows Services,即NGWS),微软将其注册成Microsoft．NET商标。．NET出现对网络程序的开发有很大的推动作用,在应用程序方面的开发也变得更简洁。

NET框架主要是提供一个了多语言开发和执行的环境,无论VB、C++和C#都可以在．NET框架中完成。

基础类库提供了很多的类,可以很高效地操作集合、输入／输出、字符串、图象、网络等。通用语言运行环境(Common Language Runtime,CLR)是．NET框架中最有特色的技术,它提供了代码的执行环境,并负责管理代码的执行。

NET Framework是在Microsoft．NET平台上开发的基础,Vb．NET、Windows Forms和VS．NET都不过是．NET平台开发的一部分。．NET平台的核心技术为:通用语言运行时(CLR:Common Language Runtime)、基类库(BCL:Base Class Library)、．NET语言及Visual Studio．NET。

Net的跨语言集成,将．Net框架和多种语言编译器集成在一起,从而为软件开发提供了一个功能强大的资源库,大大提高了系统的开发效率和提高了软件系统的运行质量。

图1.1 SRD系统组成

图2.1 网络设备互联关系图

图 3.1 软件测试平台的功能框图

图4.2 数据分析项目画面

图4.3 SQL数据库结构简图

2 开关磁阻电机测试系统硬件平台体系结构

2.1 硬件平台体系结构

硬件平台主要有以下几个子系统组成,分别是供配电系统、回馈负载系统、测试测量系统、神经网络通信系统。

其中供配电系统用来提供各设备所需要的电力供应；回馈负载系统用来按照试验工况要求提供各种负载；测试测量系统用来测量试验过程中各测点的实时数据信号；神经网络通信系统用来实现各网络设备的互通互联。

考虑到被试品电机的速度特性,为了在额定转速下获得稳定的负载转矩,系统采用直流电机负载方案,并配以支持四象限运行的直流负载回馈装置,从而获得了宽泛的调速范围,并且在该调速范围内获得了恒定的转矩输出,使得被试品的相关试验能顺利进行。同时为了节能,采用了带能量回馈的直流负载装置,这样被试品发出来的电可以回馈到拖动设备测,使得电网总进线只需要补充系统的损耗即可,大大降低了系统成本和试验成本。

2.2 硬件设备通讯平台体系结构

为了获得对所有设备的良好访问能力,系统中所有需要接入的设备均采用以太网网关进行互联,在1G骨干网的支持下,系统获得了相当良好的对设备的访问能力。图2．1是网络互联设备的互联关系图。

基于以太网关的网络设备节点设计及划分,使得系统可以对设备实现全局调度,支持多重设备互联的以太网访问模式,大大提高了系统访问的灵活性与健壮性。而且采用基于以太网关的设备节点访问模式,使得系统上位机的功能划分与具体的物理设备无关,从而实现了全网的任意工作站配置,极大的方便了系统布局与用户使用。

最后,此架构为软件系统的远程维护与故障诊断提供了技术支撑,同时为下一步的以服务器在本部,客户端在现场的跨项目平台的电机行业大测试平台方向的项目建设,预留了体系平台。

图 4.1数据采集模块流程图

图5.1 项目现场图片

3 开关磁阻电机测试系统软件平台体系结构

软件平台主要是实现测试系统的设备控制、数据采集、数据分析等功能。图3．1是软件测试平台的功能框图。分为系统控制软件系统和数据采集分析系统。其中系统控制软件系统主要是用来进行系统控制方面的操作,数据采集分析系统主要是进行数据的采集和分析处理。

系统数据流分为控制流和数据流两类,其中控制流主要是控制软件与硬件设备和系统后台数据库之间的数据流；数据流主要是数据采集分析软件与数据库之间进行的交互数据。本系统设计这两类数据流采用独立的数据通道,互相独立,保证系统的高效运行。

4 基于.Net平台的开关磁阻电机测试系统的系统实现

4.1 数据采集分析系统的实现

数据采集分析系统主要由数据采集模块,数据记录和数据分析功能软件两大部分组成。数据采集模块主要完成现场仪表的数据采集功能,数据采集模块采用通用设计,以加载配置文件的方式加载设备对应驱动DLL文件,并完成设备的访问与数据的接口。图4．1为数据采集模块的程序流程图。

表4.1 系统数据库的访问权限分配表

系统采用通用的模块设计的优势在于,统一了数据采集模块的程序架构,使得程序通用驱动的设计可以实现,而独立的设备驱动DLL的设计大大提升的系统的扩充能力,通过配置文件,即可使得设备的拓展开发与现有数据采集系统实现高效的融合。在独立的DLL设计中,可以采用高效的程序架构,以服务程序的方式实现复杂设备的访问。通过这个方案使得系统获得了较好的设备扩充能力,极大的方便了测试系统将来的设备升级。

数据采集和处理软件主要是完成数据的记录、后台数据库的导入、导出、数据的加工分析处理及报告的输出导出等功能。图4．2是数据采集和处理软件数据分析项目画面。

4.2 设备控制系统的实现

设备控制系统采用与主控PLC直接进行数据交互的方式,按照指定的数据结构,操作PLC内指定公共内存地址段数据,再通过PLC自身的功能程序,实现对系统设备的自动控制。

4.3 SQL数据库系统的实现

系统采用SQL SEVER 2010作为系统的后台支持数据库,从而使得系统获得了较好的数据交互、存取能力。对数据的处理不再限于本地文件,可通过网络远程异地实现数据的远程访问与远程处理。该数据库设计为四级结构,在该型电机试验的总库下分别设置三个子库,分别存储系统运行日志,试验记录数据,试验分析数据。通过这种设置,可以对用户进行有效的权限管理。表4．1为系统数据库的访问权限分配。

在各自数据库下,分别针对各项试验有专门的试验记录表格,表格中存储了各次试验信息,各次试验的原始数据流,记录在更下一级的记录表中,通过外键进行关联。从而使得该系统获得了较好的数据交互能力。图4．3为数据库系统的结构简图。