专利名称：一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种运用多种数据采集技术的测试方法，系统适合船舶及 其它工业电机特性测试，是一种多数据采集系统支持的电机特性测试系统。
背景技术：
电机作为机电能量转换的核心驱动执行部件，是当今工业生产活动和曰常 生活中最主要的原动力和驱动装置，广泛地应用于现代工业生产与大型机械设 备中，在工业生产中数量之多，地位之重要，几乎没有其它设备能与之相比。 我国是世界上最大的贸易进出口国，船舶运输是我国贸易进出口运输的主要形 式，对于国民经济和社会的发展起到巨大的支撑作用，在船舶上、在货物的装 卸与运输设备上有大量的电机在应用。电机的运行特性很大成度上影响船舶设 备和装卸与运输设备的日常运行与安全运行。电机在运行过程中，难免会出现 故障。电机故障将导致相关生产或者过程设备不正常运行，从而不可避免带来 设备停止运转、生产停产等，给船舶运行与工业生产带来无法弥补的经济损失
甚至灾难性后果；因此，有必要对设备设计采用的电机或运行一段时间的电机 进行特性测试，以确定电机是否能胜任其应有的功能。工业中希望有一种适合 于船舶及其它工业应用的简便准确的电机特性测试方法与系统，其控制器釆用 PLC，可以编制各类调速控制程序，完成电机的加速、匀速、减速等工况的控 制，完成对电机特性进行针对性的测试。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统； 运用计算机数据采集系统、工业显示仪表及其接口、可编程控制器PLC及其模 拟量输入接口的多种方式对电机的运行工况进行检测，获取与显示测量参数， 对数据进行有效的分析。运用电气工况参数检测传感器组(电流、电压、功率、频率)、过程工况参数检测传感器组(扭矩、转速、温度、振动)对电机运行时 的工况进行检测，得到电机特性分析的各种基本参数数据；运用分析软件对检 测到的数据进行分析。电机的控制系统形成转速或扭矩控制闭环，从而控制被 测电机在受负载作用的工况下以某一转速或扭矩的要求进行运行。电机的负荷 加载，采用电涡流加载机完成对被测试电机施加机械负荷。 为了实现上述目的，本使用新型的技术方案如下-
一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统，包括一个测试平台，以及 设置在测试平台上的电机，与电机输出轴相连的负荷加载机，与负荷加载机连 接的制动器，所述电机上设置有复数个传感器，所述复数个传感器连接一数据 采集转换控制箱，所述数据采集转换控制箱分别连接数据采集仪、工业显示仪 表、可编程控制器，所述数据采集仪、工业显示仪表、可编程控制器分别连接 一计算机，所述可编程控制器连接一变频器，所述变频器通过电路连接电机。
所述复数个述传感器包括电气工况参数检测传感器组、过程工况参数检测 传感器组、扭矩与转速检测传感器，所述电气工况参数检测传感器组设置在电 机上，所述过程工况参数检测传感器组设置在变频器与电机之间的电路上、所 述扭矩与转速检测传感器设置在电机与负荷加载机之间的电机输出轴上。
所述可编程控制器还连接一数字编码指令发生器。
所述变频器还连接一制动单元。
所述负荷加载机连接一励磁控制器。
所述负荷加载机还通过管路连接一用于冷却负荷加载机的冷却水箱。 所述数据采集仪与计算机之间通过USB连接方式连接。 所述工业显示仪表与计算机之间通过RS232连接方式连接。 所述可编程控制器与计算机之间通过RS232连接方式连接。 本实用新型根据信号检测、采集、处理的工作原理，运用计算机、可编程 控制器PLC、工业显示仪表三种设备控制的各自不同的数据采集系统，对被测 试电机在变速/变负载过程中的电流、功率等电气量信号和温度、振动等过程量 信号进行检测，对检测到的信号运用组态软件进行分析计算，进行数字与图形 化显示。根据电机传动控制原理，由数字编码指令发生器、可编程控制器PLC、 变频器执行单元、检测传感器和被测试电机组成控制系统；数字编码器发出转
速设定指令，该指令通过数字端口输入到可编程控制器PLC，通过可编程控制 器PLC程序计算与处理输出执行指令给变频器，最后由变频器控制电机运行， 其中电机运行时的转速与扭矩信号反馈到可编程控制器PLC形成闭环控制；被 测试的电机在可编程控制器PLC及其变频器控制系统的作用下运行在不同的 工况。由于采用多种信号检测，参数之间可以相互比较，有利于参数分析，有 利于检测误差分析，使电机的特性测试更加准确有效。 有益效果
本实用新型采用多种数据采集方式，便于不同方式之间的相互比较。计算 机、可编程控制器PLC、工业显示仪表的组合可以对检测到的参数进行不同的 处理、数字显示、图像显示，便于电机性能的分析、参数的准确测量与寻找测 量误差的原因，对电机检测过程的系统分析十分有利。电机控制中采用转速/ 扭矩的闭环控制，采用可编程控制器PLC结合变频器的控制方式可以使被测电 机运行在需要的工况过程或稳定运行在某工作点，有利于电机特性的准确测试； 在船舶工业环境中，电机应用的控制方式比较多，可编程控制器PLC具有灵活 的控制编程及控制程序调用功能，通过对可编程控制器PLC控制程序的选择与 编程可以方便地完成船用电机不同的运行过程的控制；对可编程控制器PLC编 制适当的控制程序，这种形式同样适合化工、冶金等其它工业领域。
图1为本实用新型一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统的系统原 理图。
图中l为计算机；2为数据采集仪；3为工业显示仪表；4为可编程控制 器PLC; 5为数字编码指令发生器；6为数据采集转换控制箱；7为变频器；8 为制动单元；9为电气工况参数检测传感器组；10为过程工况参数检测传感器 组；ll为被测试电机；12为扭矩与转速检测传感器；13为负荷加载机；14为 制动器；15为励磁控制器；16为冷却水箱；17为测试平台。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白
了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
被测试的电机11通过连接轴与扭矩转速检测传感器12、负荷加载机13、 制动器14相连接，安装在电机测试机座平台17上，机座平台17设计成适合不 同尺寸的电机安装结构，通过紧固螺栓固定被测试的电机lh负荷加载机13 通过冷却水进行循环冷却，冷却水由冷却水箱16供给，制动器14通过连接轴 与负荷加载机13相连。被测试的电机11的运行工况通过电气信号检测传感器 组9、过程信号检测传感器组10、扭矩与转速检测传感器12进行全面的检测， 全部信号输入到数据采集转换控制箱6进行信号调理，然后输出到数据采集仪 2、工业显示仪表3和可编程控制器PLC4，通过数据采集转换控制箱6可以选 择信号进行同时输出或针对性输出。数据采集仪2通过USB连接方式与上位计 算机1进行通讯，工业显示仪表3通过RS232连接方式与上位计算机1进行通 讯，可编程控制器PLC4通过RS232连接方式与上位计算机1进行通讯。计算 机1在信号检测工作方式时，运用专用软件进行分析、显示检测到的电机运行 工况数据；计算机1在其它工作方式时，可以进行分析软件的编程与可编程控 制器PLC控制软件的编程。电机的控制设定信号可以由控制者改变数字编码指 令发生器5的轴角位置产生，信号由数字编码指令发生器5编码，传输到可编 程控制器PLC4的数字量输入端口 ，输入到可编程控制器PLC4进行控制处理， 可编程控制器PLC4完成各种电机控制需要的运算，产生电机控制指令，输出 到变频器7，变频器7由三相电源供电，通过电力传输线控制电机ll运转，可 以根据可编程控制器PLC的指令输出一定转速/扭矩对应的电力能量控制电机 运转，可以控制电机进行正反转运行，电机减速制动时的反馈能量传输到变频 器7，然后输出给制动单元8内的制动电阻消耗掉。
被测试电机的控制工作过程如下
电机的运行由数字编码指令发生器5发出转速或扭矩设定信号，输入到可 编程控制器PLC4，可编程控制器PLC4根据需要选择转速或扭矩控制方式进行 电机11控制，可编程控制器PLC4根据转速/扭矩传感器检测到的信号计算偏 差量，可编程控制器PLC4根据偏差量按一定控制规律计算出控制量，输出到 变频器7，变频器7根据这一控制量，输出与之成比例的三相电力能量，驱动 电机11运转。当控制系统稳定时，电机将运行在数字编码指令发生器5发出的
转速或扭矩设定值的状态；在动态时，结合加载机械扭矩情况，可以使电机运 行在一定的加速/减速过程、扭矩变化过程。电机运行过程的工况由电气工况参 数检测传感器组9、过程工况参数检测传感器组10、扭矩与转速检测传感器12 检测，检测到的信号输入到数据采集转换控制箱6，经过信号调理与切换选择, 全部信号可以输入到数据采集仪2、工业显示仪表3、可编程控制器PLC4或选 择性地输入到其中之一，最终传输到上位计算机进行分析、处理。电机的加载 通过调节加载机的励磁电流来完成，加载机通过励磁控制器15调节励磁电流产 生加载力矩，完成加载过程；根据可编程控制器PLC4的控制程序不同，电机 可以运行在不同的加/减速工况，不同的扭矩变化工况。制动器14用于对电机 及其加载机实施机械制动。
系统的数字编码指令发生器5可以采用绝对值光电编码器，用一个操作手 柄连接其转动轴，产生不同的位置设定值，发出控制信号；可编程控制器PLC 可以采用小型机，并配置足够的模拟量输入通道；变频器7控制功率配置成大 于等于常用被测试电机功率，变频器需要配置功率相对应的制动单元，并配置 制动电阻，用于消耗电机制动时的反馈能量；计算机1与数字采集系统可以配 置PC机与多通道快速数据采集仪，用USB2.0连接方式连接；计算机1配置相 应的可编程控制器PLC开发软件和信号分析组态软件，用于完成可编程控制器 PLC控制软件编程、数据采集与分析、各种通讯程序的编制；传感器组要配置 适合电机检测的电流、电压、功率、频率、扭矩、转速、温度、振动等需要测 定的对应参数的各种传感器；在数据采集转换控制箱配置与各种传感器相符合 的信号调理电路，完成输入信号的匹配工作；数据采集转换控制箱的信号输入 通过多路输入与切换电路完成信号的输入与选择；电机11的加载选用电涡流加 载机，通过控制负荷加载机13的励磁电流产生所需的负载力矩，通过连接轴作 用于被测试电机，使电机运行在需要的工况；负荷加载机13需要冷却水进行循 环冷却，可以用一定排量的水泵通过管路与冷却水箱16连接，在水泵的驱动下 完成冷却水的循环，冷却水箱16的水容量要适合电机加载试验时负荷加载机 13的冷却；电机的制动器14可以采用液压制动器，在控制信号的作用下实现 电机及其连接的加载机的机械制动。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。
本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例 和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范 围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保 护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等 同物界定。
权利要求1、一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统，包括一个实验平台，以及设置在实验平台上的电机，与电机输出轴相连的负荷加载机，与负荷加载机连接的制动器，其特征在于，所述电机上设置有复数个传感器，所述复数个传感器连接一数据采集转换控制箱，所述数据采集转换控制箱分别连接数据采集仪、工业显示仪表、可编程控制器，所述数据采集仪、工业显示仪表、可编程控制器分别连接一计算机，所述可编程控制器连接一变频器，所述变频器通过电路连接电机。
2、 根据权利要求1所述的一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统， 其特征在于，所述复数个传感器包括电气工况参数检测传感器组、过程工况参 数检测传感器组、扭矩与转速检测传感器，所述电气工况参数检测传感器组设 置在电机上，所述过程工况参数检测传感器组设置在变频器与电机之间的电路 上、所述扭矩与转速检测传感器设置在电机与负荷加载机之间的电机输出轴上。
3、 根据权利要求1所述的一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统， 其特征在于，所述可编程控制器还连接一数字编码指令发生器。
4、 根据权利要求1所述的一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统， 其特征在于，所述变频器还连接一制动单元。
5、 根据权利要求1所述的一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统， 其特征在于，所述负荷加载机连接一励磁控制器。
6、 根据权利要求1所述的一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统， 其特征在于，所述负荷加载机还通过管路连接一用于冷却负荷加载机的冷却水 箱。
7、 根据权利要求1所述的一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统， 其特征在于，所述数据采集仪与计算机之间通过USB连接方式连接。
8、 根据权利要求1所述的一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统， 其特征在于，所述工业显示仪表与计算机之间通过RS232连接方式连接。
9、 根据权利要求1所述的一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统， 其特征在于，所述可编程控制器与计算机之间通过RS232连接方式连接。
专利摘要本实用新型提供了一种多数据采集方式支持的电机特性测试系统，它包括一个实验平台，以及设置在实验平台上的电机，与电机输出轴相连的负荷加载机，与负荷加载机连接的制动器，其特点是所述电机上设置有复数个传感器，所述复数个传感器连接一数据采集转换控制箱，所述数据采集转换控制箱分别连接数据采集仪、工业显示仪表、可编程控制器，所述数据采集仪、工业显示仪表、可编程控制器分别连接一计算机，所述可编程控制器连接一变频器，所述变频器通过电路连接电机。被测电机的运行工况数据通过检测传感器进行检测，全部信号输入到数据采集转换控制箱进行信号调理，然后输出到数据采集仪、工业显示仪表和PLC，进行各种不同方法的数据处理。
文档编号G01R31/34GK201188125SQ200820056289
公开日2009年1月28日 申请日期2008年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者施伟锋, 杨锦滨, 桂如裕, 薛士龙 申请人:上�：Ｊ麓笱�
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