电机测试的数据采集系统

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电机测试中所测的许多信号是瞬变量信号，常见的有：电机瞬态试验中的快速变化信号；频道分析时波形的快速录入；电机及系统故障检测中的奇异信号等，当前对于瞬变量信号的采集，例如同步电机瞬变参数的测试，一般的测量方法使依靠录波器（如16线示波器）录取试验波形，通过手工作图和手工数据处理，得到所需要的试验参数值，不仅耗时长，而且精度也不高。随着计算机的广泛应用和微电子技术的高度发展，由微机组成动态测试系统，常用的形式是上，下位机组成双击系统，由单片机电路构成下位机，单独完成数据采集，待采样结束后再通过通讯口传送到上位PC微机，由PC微机完成后连续数据处理，这种系统输入通道较多时结构较复杂，调试较困难，抗干扰能力差。八十年代后，结构化，模块化的基于总线的微机数据采集和测试系统得到迅速猛发展，计算机速度得到提高，尤其今年来将windows与实时测量结合，很好地解决了数据量和传输率的问题，系统的功能和可靠性得到很大提高。

本文研究以高性能的工业控制机并配以快速数据采集卡的同步电机瞬变参数测试系统。

1、  测试系统的构成

同步电机瞬变参数测试系统硬件由信号调理电路、PLC-818H快速采集卡和工控机三部分组成，框图见图1，待测模拟信号有五路，即ABC三相电枢电流信号、电枢电压信号、励磁电流信号。三相电枢短路电流信号和励磁电流信号来自试验线路的无感取样电阻，已转换成电压信号，电枢电压信号来自电压互感器二次线圈，他们经信号调理电路进行滤波、隔离、限福、放大（放大倍数由面板按钮调节）等处理后，送入采集卡，采集的数据存在计算机里，供后续数据处理软件进行计算和图形处理。

由于信号的来源不同，必须分别对待，对于自电压互感器电枢电压信号，采用LM公司的新型电压测量器件（LV25P）作为电压变换器，变换成标准输入信号，对来自标准分滤器的电流信号，则直接采用AD公司推出的单芯片测量放大器AD521进行放大处理；励磁电流变换成电压信号后用WB141电压隔离传感器变换，并实现原副方隔离；对数字量输入出信号，用光电偶器来隔离。

对于高速采集系统的设计，目前有是三种方案可供选择，第一种是依靠高速ADC和高速RAM构成的传统设计方案，第二种是采用电荷耦合器件CCD的快写慢读系统，也称作闪光转换系统，第三种是采用并行处理技术设计高速采集系统。本系统采用的PLC-818H数据采集卡属于第一种方案，是一种高性能、快速、多功能采集卡、插入IBM  PC/XT/AT或兼容机的扩展槽中即可使用，其最高采样速率和分辨率为100KHZ128it，有16路单端（或8路差动）模拟输入通道，每通道范围控制码预先储存在板上RAM中，通道切换时毋须主机CPU编程自动地改变、Intel8254定时/计算器提供了从2.5Mhz到0.00023Hz的A/D转换定时触发脉冲，A/D转换数据传送可采用程序控制、中断处理子程序或DMA方式来实现。采集卡还提供了16路数字量输入通道和16路数字量输出通道，本系统用于面板按钮和指示灯。

采集卡为一块可插入PC机总线上的扩充卡，见图2，它远较单片器件或混合电路具有更高的性能指标，且在整个时间与温度范围内均保持高精度，因为在单片机或混合电路中受到严重-的一些基本元件，如标准电阻，参考电压，均有条件明显地改善，例如，在模块电路中可以采用标准的分立线绕电阻，而不再采用混合电路与单片器件中常用的厚膜电路，从而可提供长期稳定性与高精度；采用采集-过插槽总线与计算机相连，采用计算机内部电源，对于均能实现的功能，可以采用软件来完成，这样不仅硬件电路简单，干扰的因素减少，因此抗干扰能力强，可靠性高，不会出现死机、通讯中断等现象。

系统软件设计

 测试系统的数据采集与处理软件见图3所示，其中关键是数据采集软件包，本系统中采用VB4.0编制，Visual Basic for windows是事件驱动编程机制的可视化语言，通过图形对象来设计应用程序，它在没有牺牲Windows所特有的优良性能和图形工作环境的情况下，为用户提供了编程的简易型，易被非计算机专业人员掌握使用。本研究实例的软件，即同步电机瞬变参数测试软件，用VB4.0编程，其核心是快速采集子过程。

VB应用程序欲和采集卡驱动程序接口，必须将提供的ADAPI.DLL动态连续库拷贝到Windows目录下，并用VB文件菜单的添加文件选项将标题文件DRIVER.BAS装载到VB应用程序中。采集卡有16个控制、状态寄存器，采集子过程对其访问是通过有序地调用ADAPI.DLL动态连接库提供的各类函数来实现，调用前只需指明函数的位置（在VB程序中声明其名字和参变量）和提供一些函数需要的参变量，程序编制十分方便。

快速采集子过程完成瞬变信号的采集任务，如图4所示，首先初始化采集卡，为采集数据分配内存空间，特面板上测试按钮下后，调用延时程序（时间可调），目的是减少短路时刻的无效数据采集量，然后调用快速采集函数adsta-st100ata(hDrvr,usubsection.pt)启动采集卡快速采集信号，使用DMA数据传输方式，采集操作转入流的窗口显示程序，应用程序可以进行-操作（如运行电枢电压和励磁电流的窗口显示程序），不会妨碍原数据采集和传递。应用程序随时可以查询DMA操作情况，采样完毕后，停止采样并释放内存。采集后的数据以数据文件传递给独立的后续数据处理软件（本系统用BC5.0编制），它根据试验项目的不同，调用各自数据源处理程序，计算出电机的有关参数。

在Windows多任务平台上用VB语言开发应用程序，通过动态连接实现应用程序对采集卡的控制，一方面可以充分利用Windows资源，设计具有窗口、菜单、会话框、控制等多种特性的图形用户界面，另一方面实现电机瞬变信号的实时采集，程序设计十分简易。

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