智能型电动机软起动器控制电路板测试系统设计

李鑫，戴梅，顾启民，谢启，季绍陵

（常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏常熟 215500）

智能型电动机软起动器控制电路板测试系统设计

李鑫，戴梅，顾启民，谢启，季绍陵

（常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏常熟 215500）

在需求分析基础上设计并实现了一种利用虚拟仪器技术构建的智能型电动机软起动器控制电路板性能参数自动测试系统.系统以工业控制计算机为核心，配置高精度数据采集卡和信号调理电路等硬件，采用先进的虚拟仪器技术——LabVIEW软件开发平台自行开发数据采集、分析、处理软件，实现了对智能型电动机软起动器控制电路板的自动测试.详细分析了系统总体方案设计，阐述了系统软件模块设计.经实际应用表明，该系统具有测试精度高、抗干扰能力强、检测效率高、操作简单等优点.

智能型电动机软起动器；控制电路板；性能参数；自动测试；虚拟仪器技术

智能型电动机软起动器主要用于鼠笼式电动机的起动、运行、停止的控制和保护.因为电动机直接起动时，起动电流可达电动机额定电流的7-10倍，对电网冲击较大，且会影响机械设备的寿命，甚至造成严重故障，带来重大的经济损失.智能型电动机软起动器的使用就能避免这些问题的产生.它除了具有普通软起动器的一般保护功能外，还增加了电流可调功能、智能监控保护、通信功能等，使产品的应用范围更广，可广泛应用于冶金、化工、建筑、矿山等保护要求高，自动化程度高的场合[1,2].

根据产品企业标准及其它相关要求，智能型电动机软起动器的控制电路板在加工完成后必须对其性能参数进行全面的测试方能进入整机装配.如果用传统仪器完成对智能型电动机软起动器控制电路板的测试任务，测量数据不能保证同步和统一显示、记录，测试精度与稳定性达不到要求，测试成本高、效率低[3].为此，我们设计了一套以工业控制计算机为核心，配置测试台、数据采集卡、高精度信号源和信号调理电路等硬件，采用先进的虚拟仪器技术——LabVIEW软件开发平台自行开发数据采集、分析、处理软件，通过PCI标准总线组成的高度集成的智能型电动机软起动器控制电路板自动测试系统，可对不同型号的控制电路板各项性能指标进行自动测试.

1 系统总体方案设计

智能型电动机软起动器控制电路板测试系统采用虚拟仪器技术来构建，其总体结构如图1所示.主要由工业控制计算机、电流互感器、电压传感器、基于PCI总线的内置高精度数据采集卡（一块模拟量输入/输出卡，型号为PCI-6229，32路、A/D转换器为16位的模拟量信号输入端口，4路、D/A转换器为16位的模拟量信号输出端口，48路数字量I/O端口）、信号调理电路（包括电气隔离、接线端子板等）、条形码扫描仪、通信电路（包括RS232/RS485转换电路、通信线等）和测试台等组成，其中被测智能型电动机软起动器控制电路板可方便地固定在测试台的夹具工位上.

系统软件部分采用面向图形化的编程软件LabVIEW 7 Express来实现.通过上位计算机与LabVIEW软件开发平台编制相应程序将高速采集卡输入的信号进行实时采集记录和分析处理，实现对各项性能参数的的测量、显示、分析、保存等功能.在此系统中，原始信号的转换是关键，信号调理和采集卡是枢纽，上位机程序则是整个系统的核心[4].

图1 测试系统总体结构框图

2 系统软件设计及其功能实现

2.1 软件设计思想

测试系统软件的主要任务是完成测试过程的逻辑控制、数据采集、数据分析、测试结果评价显示及数据输出等.由于要适应多型号、多规格智能型电动机软起动器控制电路板的检测，因此测试系统是一个按照配置测试项目执行多个独立测试任务的复杂检测系统，每种测试任务由若干个小的子任务按照一定的规则组成.针对不同的检测项目建立不同的测试模块，有助于检测的通用性和移植性，对于将来扩展应用也非常有利[5].

测试系统软件采用模块化设计思想，由于测试项目多而繁，所以每个测试项目单独作为一个界面来实现，所有测试项目可以根据实际情况选择做还是不做，这样使得测试系统的使用变得更为灵活方便.

2.2 软件整体框架

测试系统软件整体框架采用分层结构，分为上、下两层.下层以子VI的形式为上层提供服务，上层通过调用下层子VI来完成本身的功能.软件采用基于配置文件的设计方法.检测开始前，用户根据产品型号和规格通过软件界面对需要测试的项目进行配置，生成配置文件并保存，测试时无需用户干涉，软件将自动完成预定测试任务.下一次重启测试软件时，配置文件将被读入，用户可对测试内容进行修改，重新配置测试项目，也可不作修改维持原有配置.系统整个软件设计的层次关系如图2所示.

根据用户要求和智能型电动机软起动器控制电路板测试标准，所设计的测试系统在测试台和高精度的数据采集卡、传感器等硬件及软件的联合控制下，可完成模拟量、脉冲数字量与保护功能等项目的实时自动测试.为实现相关测试功能，系统软件按产品信息模块、数据实时采集模块、数字滤波处理模块、波形分析模块、参数计算模块、报表打印模块、数据与波形显示模块及其Modbus通信模块进行设计.

以数据实时采集模块为例，为提高系统的抗干扰能力及测量精度，测试过程中所有的模拟输入信号采用模拟差分输入的连续采集方式，即在DAQ中开辟一段循环缓冲区，设备连续采集数据并将数据向缓冲区中存放，同时LabVIEW依据设置，将缓存中的数据依次读取出来.整个过程包括给定DAQmx任务、创建通道、配置通道、设置采样时钟、启动任务、读取任务、清除任务、停止任务等.根据此编程思路，开发了相应的数据采集模块.实时连续采集软件编程流程如图3所示.

2.3 系统功能实现

对用户要求和智能型电动机软起动器控制电路板测试标准进行细化后，测试系统的功能分成模拟量检测、脉冲数字量波形检测与保护功能检测三部分来实现.

模拟量检测可以实现对被测智能型电动机软起动器控制电路板的三相负载电压、三相采样电压、PTC模拟电压、2.5V电源、5V电源、24V电源、12V电源、4个风扇的12V电压等参数的实时采集并分

别判断是否正常.图4为测试系统中模拟量检测功能实现的界面.

脉冲数字量波形检测主要完成对控制电路板输出的A相过零脉冲、B相过零脉冲、C相过零脉冲、A相触发脉冲、B相触发脉冲、C相触发脉冲、全导通波形共7路脉冲数字量的连续采集和实时显示.图5为测试系统中脉冲数字量波形检测功能实现的界面.

保护功能检测主要包括过载保护、欠载保护、工艺过流保护、峰值过流保护、不平衡保护、断相保护、PTC热保护、SCR过热保护、堵转保护、每小时起动次数保护等保护功能的测试.图6为测试系统中保护功能检测实现的界面.

保护功能检测实现的基本原理为：先在测试台上调好模拟保护电流，再通过计算机面板发出“软起信号”，同时开始计时，检测到故障信号时停止计时并通过模拟指示灯在计算机面板上显示故障信号.系统显示测定的保护动作时间，与设定的保护时间相比较，显示是否合格.

测试数据由计算机实时分析、处理并以数据或波形的形式在计算机屏幕上进行显示，对被测智能型电动机软起动器控制电路板立即作出合格/不合格判断，同时通过计算机或测试台作出相应的提示，供操作人员参考.测试数据全部以波形或Excel文件的形式保存在工业控制计算机硬盘上，可供技术人员进行离线分析.

2.4 系统主要关键技术

2.4.1 信号调理和系统的抗干扰

图2 系统软件设计的层次关系

图3 连续采集程序流程图

图4 “模拟量检测”界面

图5 “脉冲数字量波形检测”界面

系统中各类数字和模拟信号必须先加以高质量的滤波和变换等信号调理后才能接入测试系统和数据采集卡中.信号调理电路采用了二阶滤波和光隔离技术，保证了整个测试系统能在大电流、强磁场的生产车间环境下稳定和可靠工作，提高了测试系统的抗干扰能力.

2.4.2 快速实时测量

系统进行快速实时测量是该系统的主要指标，由于需测量的参数多、处理的数据量大，它主要涉及到两个方面：一是要求计算机的内存容量大、数据采集卡的速度高；二是变换器的选型和调理电路的设计是关键，使整个测量系统能前后协调统一，保证信号传送准确而又不失真，从而使系统实现快速实时测量.

2.4.3 系统测量的准确性

由于选用了精度较高的传感器和高速数据采集卡，高速数据采集卡保证了被采集的数据不丢失，有效地提高了系统测量的准确性.

2.4.4 人性化的界面设计

在测试系统的应用程序中首先提供一个友好的用户界面，在此界面上把各功能模块组织起来供用户调用，利用菜单来驱动测试系统的各功能模块，以完成不同的测试任务.这种调用关系，反映到用户界面上，表现为菜单的功能.只要按下测试系统主菜单中相应的软按键，就可以进入不同的界面并实现上述系统相应的功能.

图6 “保护功能检测”界面

3 结论

（1）系统可对智能型电动机软起动器控制电路板要求测试的各项参数作快速的测定，具有良好的分时控制功能与实时性能.

（2）系统具备实时完成对智能型电动机软起动器控制电路板测试参数的采集、分析处理、显示、存储、打印等功能，同时具有离线对所存储的数据进行分析处理的功能.

（3）系统采用了高精度的数据采集卡、传感器以及信号调理电路，保证了对各项参数的准确测量.

（4）系统人机界面（包括软件和测试台）友好，操作简单、方便，并具有系统复位和检测项目扩展功能.

（5）系统集成度和完备性较高，智能型电动机软起动器控制电路板要求测试的参数都可以在系统中完成检测，克服了传统测试成本高、资源浪费、维护和操作不便等不足.

本测试系统已在常熟开关制造有限公司出厂检验、产品试制部门投入使用，实际运行表明，系统测量精度高、性能稳定、抗干扰能力强，大大缩短了测试时间，为公司智能型电动机软起动器控制电路板的测试提供了可靠的质量保障.

[1]常熟开关制造有限公司.CR2系列智能型电动机软起动器产品使用说明书[EB/OL].[2011-05-26].http://www.riyue.com.cn/ Chinese/Downloadshow.asp?DownID=111.

[2]陈德桂.智能电网与低压电器智能化的发展[J].低压电器，2010（5）：1-7.

[3]谢启，高琴妹，顾启民，等.基于LabVIEW的电子线路板测试系统的实现[J].机床与液压，2006（1）：137-139.

[4]苏金州，许志红.基于LabVIEW软件的电磁电器测试系统软件设计[J].电工电气，2010（3）：55-59.

[5]涂水林，顾启民，谢启，等.万能式断路器综合性能检测系统研制[J].低压电器，2010（2）：45-48.

Design of Measurement System for Control Circuit Board of Intelligent Motor Soft Starter

LI Xin,DAI Mei,GU Qi-min,XIE Qi,JI Shao-ling
(School of Electrical and Automation Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

The measurement of intelligent motor soft starter control circuit board performance parameter is an im⁃portant means to develop a new product and guarantee product quality.Based on requirement analysis,an auto⁃matic measurement system of performance parameter for intelligent motor soft starter control circuit board based on virtual instrument technology was designed and implemented.This system was composed of industrial comput⁃er,data acquisition card and signal conditioning circuit,etc.Using LabVIEW virtual instrument technology plat⁃form,the related test and data processing program codes were developed,and its high speed data acquisition and data processing satisfied the needs of ex-factory performance parameter measurement for intelligent motor soft starter control circuit board.The hardware design was given and the working principles of this system were introduced,and the module design of system software was also introduced in detail.Practical application shows that the intelligent measurement system features high precision,strong disturbance attenuation,high efficiency, and easy operation and maintenance.Besides,it can improve the design and performance of products,which can be widely used.The system provides an effective way to design the performance parameter measurement system for intelligent motor soft starter control circuit board.

intelligent motor soft starter;control circuit board;performance parameter;automatic measurement; virtual instrument technology

TP274；TP31

A

1008-2794（2011）08-0081-05

2011-06-04

李鑫（1983—），男，安徽亳州人，常熟理工学院电气与自动化工程学院助理实验师，硕士，研究方向：计算机先进控制技术与现代检测技术.