应用​NI CompactRIO​和​LabVIEW​开发​起动​发​电机​测试​系统

Vijay Jayabalan, Captronic Systems

"在​模拟​信号​处理​和​图形​用户​界面​方面,​基于​LabVIEW​的​系统​比​基于​PLC​的​系统​更有​优势。"

- Vijay Jayabalan, Captronic Systems

挑战:

开发​一套​灵活、​耐用​和​经济​的​自动​化​测试​系统,​以​测试​起动​发​电机​在​不同​负载​条件下​的​性能。 ​

解决​方案:

应用​NI CompactRIO​平台​和​NI LabVIEW​图形​化​编​程​环境,​开发​一个​自动​化​起动​发​电机​测试​系统 ​

作者:

Vijay Jayabalan - Captronic Systems
​Anu Kalidas - Captronic Systems, PVT. LTD.

 

 

本质​上,​起动​发电​机能​带动​涡轮​发动​机​快速​旋转​以​点燃​燃料,​而​在​飞机​起动​之后,​发动​机​就​作为​发​电机​来​为​电气​系统​提供​直流​供电。

 

起动​发​电机​是在​发​电机​和​起动​器​两​种​不同​模式​下​进行​测试,​以​检测​在​不同​负载​条件下​的​性能。​两​种​模式​均有​普通​控制台​和​数据​采集​系统​(Data acquisition system, DAS),​用​来​控制、​检测​和​存储​所需​参数。

 

发​电机​模式

在​该​模式​下,​所​使用​设备​包括​变频​驱动​的​交流​电机、​交流​电机​驱动​器、​步​进​齿轮箱、​扭矩​传感器、​花​键​轴​和​冷却​风​机。​交流​电机​和​步​进​齿轮箱​是​安装​在​一块​低​碳​钢​底板​上。​该​装置​安装​在​一个​底座/​应力​释放​的​低​碳​钢​结构​上。​齿轮箱​输出​至​花​键​轴​是​与​发​电机​相​配合​的。

 

在​操作​过程​中,​发​电机​是​由​交流​电机​以及​相连​的​1:​10​的​步​进​齿轮箱​所​驱动​的。​发​电机​法​兰​安装​了​空心​轴​扭矩​传感器,​然后​扭矩​传感器​安装​在​步​进​齿轮箱​上。​交流​电机​转​速​是​通过​一个​闭​环​磁​通​矢量​驱动​器​控制​的。​在​每​一步​加​载​开始​时,​利用​每​步​电阻​负载​组合​和​0.3s​的​瞬间​负载,​发​电机​可在​每​一步​以​不同​速度​的​完成​加​载。

 

起​动机​模式

在​该​模式​下,​所​使用​设备​包括​粉末​测​功​机、​转​接​板、​安装​垫​片​和​花​键​轴。​粉末​测​功​机​安装​在​低​碳​钢​底板​上。​起动​发​电机​安装​在​反应​式​空心​轴​扭矩​传感器​上。​起动​发​电机​的​供电​来自​一个​最大​电流​为​4000A​和​最大​电压​为​24V​的​直流​电源。​另外​有​一个​30V/​20A​的​独立​现场​供电​电源​用于​磁场​线圈​激励。

 

起动​发电​机能​在​手​动​或​自动​模式​下​进行​检测。​自动​模式​中,CompactRIO数据​采集​和​控制​系统​掌控​整个​测试​过程。​在​手​动​模式​中,​用户​能​按​顺序​在​控制台​上​可用​输入​端​执行​适当​操作​控制​测试。​控制台​用于​获取​所有​操作​指令。​测试​输入​量​如​发​电机​速度、​负载​和​起​动机​扭矩​是​从​个人​电脑​输入​的。​控制​盘​由​电位​器、​选择​开关、​照明​按钮、​急​停​和​复​位​按钮​等​能​获取​操作​指令​的​部件​组成。

 

发​电机​模式​中的​自动​模式​操作

在​发​电机​模式​中,​自动​模式​有​用户​可​编​程​项,​可以​对​发​电机​速度、​负载/​空​载​时间​和​产生​电压​等​功能​进行​设置。​该​系统​建立​了​包括​驱动​器​上​的​开关、​风​机​马达、​润滑​油泵​的​试验​条件。​一旦​建立​初始​条件,​发​电机​的​转​速​是​通过​磁​通​矢量​驱动​器​产生​适当的​模拟​输出​电压​来​完成​设置​的。​该​系统​通过​励磁​和​数字​PI​控制器​调节​发​电机​的​电压。

 

比例​积分​(Proportional integral, PI)​控制器​是在FPGA上​实现​的。​由于​存在​生成​电压​和​负载​的​非线性​现象,​必须​要​建立​工作​点​附近​的​分段​线性​系统。​该​系统​在​适当​负载​下​采用​增益​调度,​实现​发​电机​的​电压​控制。​一旦​发​电机​达到​额​定​电压,​发​电机​将​通过​辅助​接触​器​加​载。​发​电机​将​进行​6​次​载​荷​的​动态​加​载,​每次​持续​60s。​每次​包括​在​每​步​开始​时​持续​300ms​的​超​负荷​应用。​利用CompactRIO实​时​控制器,​我们​能​提供​精确​可​控​的​持续​加​载​时间。

 

LabVIEW 和CompactRIO帮助​我们​解决​时间​和​经济​效益​上​的​问题。​该​发​电机​在​测试​模式​下​使用​250kW​的​再生​向量​驱动​器​为​交流​电机​供电,​这​将​产生​几米​远​的​EMC​噪声。​即使​正确​屏蔽​和​接地​信号​电缆​也不能​阻止​噪声​对​信号​电缆​的​干扰。​整​车​的​电磁​屏蔽​太过​昂贵,​购买​和​实施​起来​也​费​时。

 

幸亏​有了LabVIEW,​软件​中的​中​值​滤波​可以​解决​EMC​噪声​问题。​中​值​滤波​有​很大​优势,​因为​它​没​改变​系统​从​终端​到​终端​的​传输​功能,​这​对​任何​动态​测试​而言​是​至​关​重要​的。

 

起动​器​模式​中的​自动​模式​操作

在​起​动机​模式​中,​自动​模式​测试​完成​五​个​起动​指令。​起​动机​用​一系列​电机​启动​指令​来​测试。​系统​通过​与​测​功​机​通信​设置​所需​的​扭矩,​使用CompactRIO模拟​输出​模​块​在​远程​供电​电源​上​设置​适当的​电压。​系统​建立起​需要​的​初始​环境​条件​(例如​测​功​机​的​供水​和​起​动机​的​冷却​供​风​等)​之后​开始​实际​的​测试。

 

用户​可在​任何​执行​点​通过​紧急​停止​按钮​中止​测试。​用户​可​通过​按​复​位​按钮​将​系统​恢复​至​最初​状态。​整个​系统​处理​三​个​数字​PID​控制器,​一个​用​来​控制​发​电机​电压、​一个​用​来​控制​发​电机​设备​的​电机​转​速、​最后​一个​是用​来​控制​起​动机​设备​的​扭矩。​控制器​需​调整​为​略​小​于​临界​阻尼​响应。

 

手​动​模式​操作

在​手​动​模式​中,​操作​人员​通过​选择​开关、​按钮​和​电位​器​执行​所有​指令。​用户​在​手​动​模式​中​能​持续​加​载​发​电机。​软件​能读​入​所有​模拟​和​数字​输入,​并且​能够​根据​用户​输入​(按​按钮​和​拨​选择​开关)​和​联​动​来​更新​数字​和​模拟​输出。​测试​序列​和​操作​联​动,​均可​在​软件​中​实现。​该​实施​可​避免​使用​外部​继电器​逻辑​控制。

 

结论

利用CompactRIOLabVIEW,​我们​开发​了​一个​灵活、​耐用、​经济​的​自动​化​起动​发​电机​测试​系统。​基于LabVIEW的​系统,​在​模拟​信号​处理​和​图形​用户​界面​方面,​比​基于​PLC​的​系统​更有​优势。

 

欲​了解​更多​信息,​请​联系:
​Vijay Jayabalan

Captronic Systems
​No  3, Victorian Meadows
​Marathahalli, Bangalore
​India
​Tel:  080-4037 3900
​Fax:  080-4037 3839
​E-​mail: vijay@captronicsystems.com

 

推荐​配置:
​硬件:
​NI cRIO-9082 RT CompactRIO​实​时​控制器
​NI cRIO-9263 CompactRIO​模拟​输出​模块
​软件:
​NI LabVIEW

Figure 1. ​ ​The image above gives an example of the generator mode schematic diagram used in this application. ​