摘要：电机在工业领域有着举足轻重的地位，是工业生产正常进行的基本要素，电机设备检修综合试验与检测是电机生产和使用中的重要环节，为确保产品质量，采用先进的技术平台和手段对装配完成的电机进行测试是很有必要的。本文综述了电机综合试验与检测平台的主要结构，从电气主回路系统、电气控制系统和测量子系统三个部分，讨论了试验平台的总体设计及测控对象的方案设计。
关键词：电机设备；检修；综合试验与检测
目前，电机自动测试技术已获得广泛应用，但是在一些场合技术人员对电机故障的监视及判断的方法，仍然只能依靠经验监听电机运转的声音、人工读表、人工数据处理以及目视检查外观进行分析和判断。这种传统的人工测试方法不仅工作效率低、劳动强度大，而且要求技术人员工作时精力高度集中并具有丰富的工作经验，即使这样，测试精度也往往难以保证。以微处理器为核心的微型计算机的出现，数字化自动化仪器仪表应用于测量领域，数字技术、调节技术、编码技术、接口技术、传感技术和数模转换技术等都为电机的测试平台的微机化和自动化提供了条件。
1、试验数据曲线
1.1动态参数
采用变送器对各测点的交直流电压、电流、功率和频率等进行采集并转化为电流信号,采用屏蔽双绞线传输到数据采集器,将实时数据存入硬盘。采样速度根据所需分析数据要求由软件自动进行设定。此外,系统针对所需检测的下列各项独立参数,还可采用外置的专用仪表或独立的检测分析设备共同检测,以起到数值标定及实时值显示对比功能。提高系统的实时控制直观性。
1.2电机振动测量
(1)电机噪声测量
电机噪声的测量采用固定电容式传感器和信号变送器,采集结果直接进入数据采集器,形成试验数据曲线。
(2)电机转速测量
由于现场工作环境较好,可根据测量和安装需要采用霍尔型或光电型转速传感器,通过压频转换后进数据采集器,形成试验数据曲线。对低速设备采用100倍频法以增加测量精度和测量速度。对于不需要调速运行的电机,转速相对稳定,可以采用高精度激光转速表手工测量,避免了接线的麻烦。对于变频电机可以采用固定式转速测量装置,实时跟踪测量电机转速变化。
(3)空载试验
相应电机的空载试验由PLC自动完成对试验的时间控制、调压控制,自动完成试验的控制和测量全过程。并根据采集的试验数据计算出风摩损耗、定子铜损耗、机械损耗及铁心损耗。所有的试验数据均形成试验报表和曲线。
(4)堵转试验堵转试验由PLC自动完成对试验的时间控制、调压控制以及自动完成试验的控制和电压、电流、力矩测量全过程。并根据采集的试验数据计算出电机的定子堵转电流和堵转力矩。所有的试验数据均可形成试验报表和曲线。
1.2手动控制设计
试验平台的手动控制功能是为了保证系统的高度可靠性而设定的后备功能。一旦在极其特殊的情况下,发生了计算机系统全面崩溃的事故,系统将可以切换至手动控制状态,实现由计算机自动控制可以完成的全部功能。手动控制的操作面板安装于每一个操作台上,为实现完善的手动控制功能,本设计将确定以下两种手动控制方式:手动控制输入PLC前级方式和手动直接控制现场设备方式。上述两种方式的控制逻辑由矩阵电路设计实现。
2、试验平台设计
2.1总体设计目标
平台设计从试验装置的电气主回路系统、电气控制系统和数据采集和测量系统三个方面分别设计，如图1所示。
图1系统功能结构图
2.1.1主回路系统部分
试验平台电气主回路包括有5000kW的交流电机和1500kW的直流电机以及变频电机负载试验电路；完成5000kw高低压试验，交流高压电机，还包括变压器试验电路。
2.1.2电气控制系统部分
试验平台控制系统采用多台PLC分散控制，通过工业以太网与控制台联系，每台PLC试验控制功能相对独立，可以单独工作也可以组合运用。同时，本设计的测量系统和数据分析采用虚拟仪器技术，结合计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量控制能力，通过计算机软件实现对系统的控制和数据的运算、分析、处理、显示、打印以及存储等功能。使系统功能远远超过一般仪器设备的简单组合，特别是在结果保存、波形存储、同步测量、系统的可扩展性和单台仪器实现多种功能等方面。同时PLC可以直接根据相应的检测量，迅速完成保护过程。实验的启动、调速、运行和停止等控制过程，以文件形式存储在工控机内，通过相应的接口下达到PLC，由PLC完成对现场各种工况过程的控制。
2.1.3数据采集和测量系统部分
数据采集和测量子系统分别对两部分进行采集和测量，一部分是对采集速度要求较高，但对精度要求不高，采用多套小型PLC控制装置上的模拟量采集单元直接采集测量。另一部分需要记录分析的数据精度要求较高，数据量较大约有100路左右，采用一套基于工业以太网的专用数据采集器采集试验数据。采集器可以进行存储缓冲和打包存储，确保数据时间标尺的统一性及数据采集的实时准确性，为数据的分析工作做好准备。数据采集器数据采集单元及工业以太网通信接口完成对现场传感器的数据采集。
2.2试验平台实现
2.2.1试验平台基本硬件结构
平台采用以PLC为核心的三级网络结构，第一级为由工控机组成的控制台和数据服务器，第二级为PLC和专用采集模块，这两级之间采用工业以太网光纤通信连接。第三级为接触器、有载调压器和变频器等执行机构和信号传感器、变送器等信号转换单元，与第二级之间采用24V开关量和020mA模拟量进行连接。
工控机通过工业以太网光纤通信接口，与多台西门子PLC通信，把控制指令传送到PLC，由PLC完成相应的过程控制，完成系统中所有开关量信号的输入、输出和控制模拟量输出的操作。工控机通过数据采集单元及工业以太网通信接口完成对现场传感器的数据采集。其中电压、电流等用于系统或电机保护的关键信号，可以采用各自设备的PLC直接采集汇总，再通过工业以太网总线传送到相应控制台的工控机。同时PLC可以直接根据相应的检测量，迅速完成保护过程。由于减少了每台PLC模拟量采集的路数，加快了循检速度，检测循检周期小于0.1秒，采用100MHz工业以太网数据通信上传时间小于0.5秒。设计中还要注意电磁兼容问题。图2为系统整体硬件结构图。考虑到系统的电磁兼容问题，所有送往采集板卡的模拟量信号采用线性光电隔离器件进行适当的隔离，以0-20mA电流信号传送，采用屏蔽双绞线传输。
操作台工控机可以通过标准的100MHz以太网接口与PC服务器、工作站或笔记本电脑相连接，完成数据的异地转储、分析等功能。
3、结语
电机自动测试可以大大减轻测试人员的劳动强度，大幅度提高工作效率，这些优点和传统的电机测试方法相比都是有了质的提升。试验平台符合国家标准，具有通用性的检测功能；同时也可以根据用户的需要，自动设定检测的标准，进行检测判定；采用控制台PLC控制结合虚拟仪器的数字化检测模式，便于检测数据的运算、分析、处理、显示、打印以及存储。
参考文献
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