基于仪器控制技术的电梯控制柜综合测试系统

陈泰潮 刘艳斌 林 尧

(福州大学测试中心1，福建 福州 350002;福建省特种设备检验院2，福建 福州 350003)

0 引言

随着生活水平的不断提高，人们在享受电梯上下楼层快捷服务的同时，对电梯的安全性与舒适性也提出了更高的要求。电梯控制柜作为整个电梯控制系统的核心部件，合理、全面地对其功能进行检测是电梯安全可靠运行的重要保证［1］。目前，国内对电梯控制柜的检测基本上还停留在控制柜出厂前的型式试验阶段［2］，并未对运行中的电梯控制柜整体性能进行综合测试与评价，而这正是保证电梯可靠、安全、舒适运行的关键所在。

为此，本文以电梯控制柜为研究对象，根据影响其性能的测试指标和检测设备，采用仪器控制技术，设计并构建了一套电梯控制柜综合检测与评价的测试系统，以满足电梯控制柜的出厂测试和投入使用后的定时检验等要求，保证电梯的安全运行。

1 系统总体设计

作为虚拟仪器技术的重要内容之一，仪器控制技术已成为开发自动测试系统的关键技术［3］。系统的总体设计流程如图1所示。

图1 系统总体设计流程图Fig.1 Overall design flowchart of the system

仪器控制不同于单纯的数据采集，它是通过PC机上的软件远程控制总线上的一台或多台仪器。一个完整的仪器控制系统除了包括计算机和仪器外，还必须建立仪器与计算机的通路(包括总线和针对不同仪器的驱动程序)以及上层应用程序［4］，通过硬件与软件相结合，将计算机与仪器或设备连接起来协同工作;同时，还可以利用计算机的资源，拓展仪器的功能。

电梯控制柜主要由柜体和各种控制电气元件组成，是电梯电气控制系统完成各种主要任务、实现电梯各种性能的控制中心［5］。为了能够客观、全面地评价各种电梯控制柜的性能，通过分析影响电梯控制柜性能的主要因素，得到系统的测试项目主要包括电磁敏感度(EMS)测试、谐波分析测试、能耗测试、电机转速/转矩测试及噪声温度测试等。针对以上测试项目要求，利用仪器控制技术开发了一套电梯控制柜综合测试系统。

1.1 系统的硬件组成

测试系统的硬件部分主要由一台PC机和仪器仪表库组成。根据系统的测试项目要求，所需的测试仪器采用Prima公司制造的电磁敏感度测试设备，包括静电放电发生器ESD61002A、脉冲群发生器EFT61004B、周波跌落模拟器DRP61011C、雷击浪涌发生器SUG61005C;同时还包括Yokogawa公司生产的数字功率计WT1600、Tektronix示波器TDS 2002B、声级计和测温仪等。不同的仪器设备可通过各自的接口总线(如图1所示的LAN总线和USB总线)与PC机进行通信连接。

1.2 系统软件设计

系统软件采用LabVIEW 8.5软件作为开发工具，通过编写相应的程序组建测量系统，并构造自己的仪器界面［6］，完成电梯控制柜性能的各项检测。

1.2.1 软件架构

系统的软件架构主要由测试程序、仪器驱动程序和VISA(virtual instruments software architecture)I/O软件三个层次组成，其原理如图2所示。

图2 系统软件架构原理图Fig.2 Principle of systematic software framework

虚拟仪器软件架构VISA是由VXI plug＆play系统联盟统一制定的I/O接口软件标准及其相关规范的总称，具有与仪器硬件接口无关的特性，是理想的仪器I/O软件［4］。因此，无论底层是何种接口总线，用户只需使用相同的应用程序编程接口创建相应的应用程序，便能够实现与仪器的通信。

仪器驱动程序是实现仪器控制和快速开发测试测量应用的关键。该程序是一个包含高层函数的库，这些高层函数支持所要控制的某个仪器或某个仪器簇。NI公司在其官方网站上为多种仪器免费提供了用LabVIEW或LabWindows/CVI编写的仪器驱动程序，并使用虚拟仪器软件架构(VISA)API进行仪器控制［7］。利用仪器驱动程序，结合仪器供应商提供的仪器远程控制的SCPI命令库，就可以很容易地实现仪器配置、从仪器读取、向仪器写入和触发仪器等基本功能，而不需要学习某个仪器专用、复杂的底层编程协议，这就大大缩短了测试系统的开发周期。

1.2.2 测试程序的流程设计

电梯控制柜综合测试系统的测试程序采用LabVIEW软件模块化编程方法，将系统中不同测试项目的测试程序分别封装成独立的测试模块供系统使用。系统主要由登录模块、测试模块和综合评价系统模块三大部分构成。测试实验时，根据测试项目的不同选择相应的测试模块。

虽然各个仪器的驱动程序不同，不同测试项目之间的测试参数的设置也有所区别，但是它们内部程序设计的基本流程却十分相似，如图3所示。

图3 测试程序基本流程图Fig.3 Fundamental flowchart of test program

2 测试系统的实现

为实现电梯控制柜综合测试，必须完成各种检测仪器的连接、测试程序的编写以及测试面板的设计，最终构成综合测试系统。下面以谐波测试为例，介绍系统的实现过程，包括仪器接口总线的连接设置和测试程序的编写。

2.1 以太网(LAN)总线的连接设置

测试系统中，计算机与数字功率计WT1600通过双绞线相连接。为了实现两者的正常通信，首先要设置仪器的网络参数(包括IP地址、子网掩码和网关)，然后利用LabVIEW提供的仪器配置工具Measurement＆Automation Explorer(MAX)检测数字功率计WT1600，并在MAX下进行相应的网络参数设置。完成相关的参数设置之后，在MAX软件的“设备和接口”下就会出现新连接的TCP/IP接口设备的仪器描述符“TCPIP0::192.168.1.10::10001::SOCKET”。这说明计算机与数字功率计之间的连接已配置成功，两者可以实现正常通信了。

2.2 测试程序的编写

对于程序的编写，主要用到仪器的驱动程序和仪器控制的标准命令SCPI(standard commands for programmable instruments)。数字功率计WT1600的仪器驱动程序模块可从NI公司官方的网站上免费下载，相关仪器控制、谐波测试程序编程的SCPI命令可从仪器制造商横河公司提供的WT1600 Communication User’s Manual中查得。在测试过程中，需要对测试仪器进行初始化设置，包括仪器的数据更新速度、仪器描述符的设置、接线方式的选择以及仪器输入输出电压/电流量程的配置等;对于相同仪器下的测试项目，初始化程序基本一致，无需再作修改。因此，将这些初始化设置封装成一个子VI(subVI)，并提供给该仪器的其他测试项目调用。

根据国家标准GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波及附录D》推荐测量的谐波次数一般为2～19次。因此，实验选择测量1～25次的谐波，主要测量以下六个参数:谐波电压值Uh(1≤h≤25，下同)、谐波电压含有率HRUh(在本仪器测试参数中称为谐波电压失真因数Uhdf，同理，谐波电流为Ihdf)、谐波电流值Ih、谐波电流含有率HRIh、电压总谐波畸变率THDu和电流总谐波畸变率THDi。在谐波测试程序的编写过程中，主要用到谐波配置和谐波数值的读取等驱动程序模块。

图4为YKWT1600谐波配置VI界面。

图4 YKWT1600谐波配置VI界面Fig.4 YKWT1600 harmonics configuration VI interface

通过谐波配置VI，可设定测试的谐波次数(Min/Max Order)、谐波模式(Harmonics Mode)、测试对象(Object)、PLL源(PLL Source)、总谐波畸变率的计算方法(THD)和谐波窗大小(Harmonics Window)。谐波次数默认最小为1次，最大可达100次，在本测试中，我们只测量1～25次的谐波，所以将Max Order设置为25;测试对象分为 SigmaA、SigmaB和SigmaC三种，根据接线方式的不同，选择不同的测试对象;PLL源一般选择与谐波测量对象信号同周期的信号，选择畸变较少的输入信号作为PLL源可使谐波测量更为稳定，而且建议选择与电流相比畸变较少的PLL源的电压，所以，选择默认 U1;对于 THD的计算，国内一般选择Fundamental(基波)为分母;谐波窗口选用默认的数据长度为8192。

利用仪器控制技术，结合仪器驱动程序和通信手册的SCPI命令，在LabVIEW环境下完成谐波测试程序的编写。该程序既能够实时显示所测谐波的数值大小，又能够以柱状图的形式直观地表达出各次谐波的谐波电压和谐波电流的幅值，还可以对实时测试数据进行暂停、保存操作，以供综合评价系统调用分析，生成相应的检测报告。

3 结束语

本文运用仪器控制技术，以LabVIEW作为综合测试系统的软件开发平台，设计并构建了一套电梯控制柜进行综合检测与评价的测试系统，实现了一台PC机对多个测试仪器的控制，完成了控制柜性能的各项检测。该方法既简化了系统的设计，又实现了控制柜性能的综合检测与评价，为评价电梯的安全性能提供了一种简便有效的检测方法。

［1］田翔，李志梅.电梯控制柜自动检测系统的设计和实现［J］.机电工程技术，2005，34(12):46 －47.

［2］周辉，罗飞，罗范谊，等.电梯控制柜型式试验控制系统的设计［J］.机电工程技术，2008，37(7):85 －86.

［3］李宁，李进杰.仪器控制技术在自动测量系统中的应用［J］.工业控制计算机，2008，21(1):1 －2.

［4］National Instruments.深入了解LAN/LXI在仪器控制方面的应用［EB/OL］.［2007 －03 －19］.http:∥img1.gkzhan.com/5/2008/ar2007319103628358.pdf.

［5］夏国柱.电梯工程实用手册［M］.北京:机械工业出版社，2007:244－246.

［6］商伟娜，高宝成.基于LabVIEW的虚拟仪器自动测试系统的设计［J］.机床与液压，2007，35(7):160 －164.

［7］National Instruments.NI仪器控制技术适用于任意总线、任意编程语言［EB/OL］.［2005 －08 －18］.http:∥www.cheminfo.gov.cn/HezuoPage/gongkong.aspx?code=cheminfo＆action=detail＆type=Datum＆infoI d=9－AEA1－F411CE867C1C.