基于LabView高性能矢量變頻器的性能測試系統(tǒng)

唐文秀+康現(xiàn)偉+王國強(qiáng)

收稿日期：2013-04-12

作者簡介：唐文秀(1982—),男，河北邯鄲人，工程師，碩士，研究方向：變頻器等。

文章編號：1003-6199(2014)02-0069-04

摘 要：為測試在研變頻器產(chǎn)品的性能指標(biāo), 利用虛擬儀器技術(shù), 開發(fā)一套變頻器性能指標(biāo)和參數(shù)的自動測試系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用NI公司的硬件和軟件，以LabView 作為開發(fā)平臺。文中介紹此系統(tǒng)的整體概念, 硬件、軟件件實(shí)現(xiàn)的思路和方法。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用, 提高了測試環(huán)節(jié)的效率和精度, 具有較高的實(shí)用性和操作簡單、方便升級等優(yōu)點(diǎn)。

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關(guān)鍵詞：變頻器測試系統(tǒng); Labview;數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TM933文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

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Design of Best Characters Inverter Test System Based on LabView

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TANG Wenxiu,KANG Xianwei,WANG Guoqiang

（WISDRI automation CO.,Ltd,Wuhan,Hubei 430223,China）

Abstract:To test performance of the Inverter researching,the test system based on virual instrument technology, which can test the performance and parameters of inverter automatically is developed. The system is designed by Labview with hardware and software of NI company. Presentation is given for the whole idea of the system and realization of the hardware and the software in this article. Be used practically, This system has evidently improved the efficiency and quality of testing task with high utility and validity in practice.

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Key words:inverter testing system; labview; data acquisition

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1 前 言

在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中, 變頻器的使用非常廣泛, 因此研究并應(yīng)用新型的變頻器控制方法, 不僅可以節(jié)約大量電能而且還能降低對電網(wǎng)的影響, 產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文根據(jù)中冶南方（武漢）自動化有限公司研發(fā)的高性能矢量變頻器的性能測試要求, 研制出基于虛擬儀器(Virtual Instruments) 技術(shù)的變頻器性能測試系統(tǒng)。

本文所介紹的就是這樣一種利用LabVIEW編程環(huán)境，對NI數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)和變頻器輸出的變量參數(shù)通過USB及串口傳到PC上進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)處理、顯示及系統(tǒng)分析。該平臺主要包含兩部分的設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)和上位機(jī)LabVIEW 軟件部分設(shè)計(jì)［1,2］。

2 變頻器性能測試內(nèi)容

變頻器的控制性能主要是指變頻器對負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的控制情況。因此測試內(nèi)容包括閉環(huán)和開環(huán)下空載時的穩(wěn)態(tài)速度精度、速度脈動；滿載時的穩(wěn)態(tài)速度精度、速度脈動；轉(zhuǎn)矩控制方式下的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間、轉(zhuǎn)矩控制精度、轉(zhuǎn)矩脈動等，具體定義如下：

平均轉(zhuǎn)速：在恒定負(fù)載條件下，N點(diǎn)電機(jī)穩(wěn)態(tài)瞬時轉(zhuǎn)速的平均值稱為電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速navg。

navg=∑Nn=1niN(1)

穩(wěn)速精度：在恒定負(fù)載條件下，電機(jī)平均轉(zhuǎn)速navg和設(shè)定轉(zhuǎn)速nset之差與電機(jī)額定同步轉(zhuǎn)速n0之比。

速度脈動：在恒定負(fù)載條件下，電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的最大值nmax和最小值nmin之差與電機(jī)額定同步速n0的百分比

轉(zhuǎn)矩脈動：在恒定負(fù)載條件下，變頻器輸出轉(zhuǎn)矩的最大值Tmax和最小值Tmin之差與電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩Trate的百分比。

轉(zhuǎn)矩控制精度：變頻器實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩Tout與其設(shè)定轉(zhuǎn)矩Tset的差值的絕對值占電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩Trate的百分比。



3 變頻器性能測試平臺設(shè)計(jì)

變頻器性能的測試, 是變頻器生產(chǎn)中不可缺少的環(huán)節(jié)，主要完成對變頻器各運(yùn)行參數(shù)的測量、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析、數(shù)據(jù)存儲與打印等功能。整個系統(tǒng)的組成包括硬件和軟件兩個部分。如圖1 所示。圖中所示被測對象為變頻器與負(fù)載機(jī)組系統(tǒng), 被測信號有電壓信號、電流信號、扭矩信號和速度信號,其中電壓信號、扭矩信號和速度直接送入信號調(diào)理模塊中;電流信號需要通過電流傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號后,再送入信號調(diào)理模塊。被測信號按照高壓、低壓不同,模擬信號、數(shù)字信號不同,用不同的信號調(diào)理卡,進(jìn)行分別采集和調(diào)理。被測變頻器在測試某些功能時,需要低壓的電壓、電流信號輸入,此信號由專門的信號調(diào)理卡給出。測試過程中的數(shù)字量,一部分是變頻器的狀態(tài)信號, 程序通過對這些信號的檢測,來判斷變頻器的運(yùn)行狀況;還有一部分是控制信號,程序根據(jù)檢測過程的需要,向變頻器發(fā)出數(shù)字或模擬信號以測試起IO口功能以此實(shí)現(xiàn)了測試過程的測控兼?zhèn)?。?/p>

圖1 變頻器測試系統(tǒng)框圖

計(jì)算技術(shù)與自動化2014年3月

第33卷第1期唐文秀等：基于LabView高性能矢量變頻器的性能測試系統(tǒng)

本測試平臺主要包含兩部分的設(shè)計(jì)：采集系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)和上位機(jī)LabVIEW 部分設(shè)計(jì)。

3.1 采集系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

采集系統(tǒng)硬件包括兩部分組成：NI的數(shù)據(jù)采集卡和被測變頻器通訊板。其中NI數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)采集加載機(jī)組上扭矩測試儀上的模擬信號和光電編碼器發(fā)出的脈沖信號以供上位機(jī)處理得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值。同時被測變頻器通訊板發(fā)送上位機(jī)需要監(jiān)控的變量數(shù)據(jù)，并接受上位機(jī)指令進(jìn)行相應(yīng)操作運(yùn)行。

3.1.1 NI數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)［3］

USB-6251是NI公司的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，當(dāng)采用單A/D通道方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，AD精度為16位，最大采樣頻率高達(dá)1.25MHz ，采集設(shè)備上集成有2KB專用于模擬量輸入的高速FIFO(先進(jìn)先出存儲器)，確保模擬量輸入的實(shí)時性和連續(xù)性。USB-6251有2路計(jì)數(shù)器，并且支持多種觸發(fā)方式，基準(zhǔn)頻率可達(dá)80MHz,可用于高精度寬范圍頻率測試。另外數(shù)據(jù)采集設(shè)備本身有一個高速的CPU，不依賴工控機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)采集。如圖1，數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集通過扭矩測試儀發(fā)出的轉(zhuǎn)矩模擬信號和通過光電編碼器發(fā)出的光電脈沖信號，經(jīng)過調(diào)理后發(fā)送到上位機(jī)上。

3.1.2 變頻器DSP 部分設(shè)計(jì)

變頻器控制板所用的DSP 采用TI 公司的TMS320F28335，其串行通信接口模塊（SCI）支持CPU 與其他使用標(biāo)準(zhǔn)格式的異步外設(shè)之間的數(shù)字通信。SCI接收器和發(fā)送器是雙緩沖的，每一個都有它自己單獨(dú)的使能和中斷標(biāo)志位。兩者都可以獨(dú)立工作，或者在全雙工的方式下同時工作。為了確保數(shù)據(jù)的完整性，SCI對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行間斷檢測、奇偶性校驗(yàn)、超時和幀出錯的檢查。通過一個16 位的波特率選擇寄存器，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤梢员痪幊虨?5535多種不同的方式［4］。本電路采用RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)，如圖2為485通訊的硬件電路圖。

圖2 串口硬件電路圖

DSP和上位機(jī)數(shù)據(jù)交換的軟件部分主要包括完成數(shù)據(jù)的接收、尋址和數(shù)據(jù)發(fā)送功能［5］。在程序的開始應(yīng)先對DSP的串口通訊的相應(yīng)寄存器進(jìn)行初始化，初始化的主要內(nèi)容與上位機(jī)軟件相似，包括硬件接口的初始化、波特率的設(shè)定、接受啟動等。在設(shè)計(jì)DSP串行通訊時可以采用查詢和中斷兩種方式。本設(shè)計(jì)主要是采用查詢方式，當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時則禁止接受數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完成才開始接受下一條指令。在接受數(shù)據(jù)的同時判斷和上位機(jī)的通訊協(xié)議是否一致，再提取其有效數(shù)據(jù)即其變量地址，然后把該地址的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)［6］［7］。

3.2 LabVIEW部分設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)的上位機(jī)軟件部分是采用圖形化組態(tài)軟件LabView開發(fā)而成，具有編程過程簡單直觀，內(nèi)部功能模塊豐富，對于所支持的硬件進(jìn)行職能驅(qū)動，因而大大提高了編程效率。

本程序主要采用事件結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)和層疊式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)［8］。具體步驟如下:

1) 初始化。包括初始化串口和采集設(shè)備中模擬通道、測頻通道等。利用VISA Configure SerialPort . VI 設(shè)置PC 與變頻器通信的基本參數(shù):端口號、波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、模擬采樣模式、頻率采樣模式、緩沖區(qū)大小;

2) 利用VISA Write. VI 寫端口,根據(jù)變頻器的通訊協(xié)議把要測變量地址變成命令符,然后把整個命令幀以ASCII 碼字符串的形式發(fā)送到串口;

3) 編寫性能測試VI .根據(jù)性能測試需求按照式1)～式5)編寫性能測試程序，同時插入測試曲線要求VI，完成整個程序核心部分；

4) 利用VISA Read. VI 和數(shù)組讀端口及儲存數(shù)據(jù),。將數(shù)據(jù)讀出，然后利用LabVIEW 的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能對其進(jìn)行分析處理，再在示波器中把波形描繪出來及數(shù)據(jù)存儲功能。

5）利用VISA Close . VI 關(guān)閉串口及主程序;串口不再使用時需要關(guān)閉,使其處于空閑狀態(tài),便于下一次打開串口。整個測試完畢后用Exit LabVIEW. VI 退出此程序。程序的主要代碼框圖如圖3所示。

圖3 性能測試程序代碼框圖



以上5 步即可完成變頻器中性能及參數(shù)變量的測試。利用事件結(jié)構(gòu)完成測試主程序、數(shù)據(jù)保存、波形復(fù)顯等功能。利用層疊式順序結(jié)構(gòu)完成數(shù)據(jù)的采集、判斷、數(shù)據(jù)處理、波形顯示等子程序［9］。

程序的一個很大的優(yōu)點(diǎn)在于,將變頻器要測試的性能參數(shù)與變頻器的串口控制整合到一起,使得程序操作簡單,更加優(yōu)化合理。程序中采用了調(diào)用子VI 的方法,大大簡化了流程圖的復(fù)雜程度,提高可讀性,方便查看代碼和調(diào)試程序。由于變頻器接受的數(shù)據(jù)格式為ASCII 碼字符串,所以在命令寫入串口之前必須先進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,這里子VI 的作用就是將各種參數(shù)值轉(zhuǎn)換成ASCII 碼字符串,然后寫入串口。變頻器接受ASCII 碼后經(jīng)過算法還原,然后去執(zhí)行相應(yīng)的操作，就可以采集變頻器相應(yīng)的變量數(shù)據(jù)［10］。

4 變頻器性能測試人機(jī)界面

上位機(jī)的人機(jī)界面主要基于變頻器性能測試需求來設(shè)計(jì)的。如圖4所示，軟件左側(cè)為設(shè)置項(xiàng)目，右側(cè)為波形顯示區(qū)和結(jié)果顯示區(qū)。參數(shù)設(shè)置時采用實(shí)際需求輸入正確的電機(jī)參數(shù)。其它選擇默認(rèn)即可。提高分頻系數(shù)可以提高測量頻率的精度。Torque Channel選擇和模擬量接線選擇對應(yīng)的通道口，速度測試、轉(zhuǎn)矩測試可以單選單獨(dú)測量也可以多選一起測量。按“開始運(yùn)行”進(jìn)行測量。點(diǎn)“停止采樣”停止測量。本上位機(jī)可以在結(jié)果

顯示區(qū)直接讀出試變頻器性能指標(biāo)，包括速度精度、速度脈動、轉(zhuǎn)矩精度、轉(zhuǎn)矩脈動、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)等，另外在波形顯示區(qū)可采集到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形，并且可以通過下拉菜單選擇要保存的波形項(xiàng)目，再點(diǎn)擊“保存數(shù)據(jù)”保存到指定路徑。后期可以把保存的數(shù)據(jù)回放出來，通過窗口選擇菜單選擇要顯示的窗口，再點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)回放”選擇要回放的數(shù)據(jù)。上位機(jī)還能實(shí)時監(jiān)控和查看變頻器在運(yùn)行過程中的各個變量的數(shù)值和波形，只要在控制面板上輸入此變量的地址和相應(yīng)的標(biāo)么值即可顯示出此變量的波形和數(shù)值，并且配置好串口，同時可以在示波器的窗口上對波形進(jìn)行放大、縮小、移動等操作以方便查看波形的細(xì)節(jié)。

另外，為了測試需要，運(yùn)行過程中點(diǎn)擊“穩(wěn)態(tài)精度圖”和“速度精度圖”按鈕可以調(diào)出穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)精度曲線。

圖4 變頻器測試控制面板及波形顯示

5 結(jié)束語

本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于根據(jù)變頻器的具體性能測試要求,利用LabVIEW 技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與變頻器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的通信,利用DSP進(jìn)行前端數(shù)據(jù)采集，通過串口和USB實(shí)現(xiàn)與LabVIEW 的數(shù)據(jù)通訊，利用LabVIEW 的強(qiáng)大信號分析處理功能，開發(fā)了一套投資少、操作簡便的數(shù)據(jù)采集與信號分析系統(tǒng)。操作簡單、響應(yīng)速度快、能夠連續(xù)動態(tài)測試變頻器中各個變量及性能測試任務(wù)。該設(shè)計(jì)方法已應(yīng)用在筆者實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際工作中,獲得很好的測試效果。同時,該通信方式簡單、穩(wěn)定、可靠,具有很好的實(shí)時性和可移植性,可供其他串口通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參考。

參考文獻(xiàn)

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圖2 串口硬件電路圖

DSP和上位機(jī)數(shù)據(jù)交換的軟件部分主要包括完成數(shù)據(jù)的接收、尋址和數(shù)據(jù)發(fā)送功能［5］。在程序的開始應(yīng)先對DSP的串口通訊的相應(yīng)寄存器進(jìn)行初始化，初始化的主要內(nèi)容與上位機(jī)軟件相似，包括硬件接口的初始化、波特率的設(shè)定、接受啟動等。在設(shè)計(jì)DSP串行通訊時可以采用查詢和中斷兩種方式。本設(shè)計(jì)主要是采用查詢方式，當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時則禁止接受數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完成才開始接受下一條指令。在接受數(shù)據(jù)的同時判斷和上位機(jī)的通訊協(xié)議是否一致，再提取其有效數(shù)據(jù)即其變量地址，然后把該地址的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)［6］［7］。

3.2 LabVIEW部分設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)的上位機(jī)軟件部分是采用圖形化組態(tài)軟件LabView開發(fā)而成，具有編程過程簡單直觀，內(nèi)部功能模塊豐富，對于所支持的硬件進(jìn)行職能驅(qū)動，因而大大提高了編程效率。

本程序主要采用事件結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)和層疊式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)［8］。具體步驟如下:

1) 初始化。包括初始化串口和采集設(shè)備中模擬通道、測頻通道等。利用VISA Configure SerialPort . VI 設(shè)置PC 與變頻器通信的基本參數(shù):端口號、波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、模擬采樣模式、頻率采樣模式、緩沖區(qū)大小;

2) 利用VISA Write. VI 寫端口,根據(jù)變頻器的通訊協(xié)議把要測變量地址變成命令符,然后把整個命令幀以ASCII 碼字符串的形式發(fā)送到串口;

3) 編寫性能測試VI .根據(jù)性能測試需求按照式1)～式5)編寫性能測試程序，同時插入測試曲線要求VI，完成整個程序核心部分；

4) 利用VISA Read. VI 和數(shù)組讀端口及儲存數(shù)據(jù),。將數(shù)據(jù)讀出，然后利用LabVIEW 的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能對其進(jìn)行分析處理，再在示波器中把波形描繪出來及數(shù)據(jù)存儲功能。

5）利用VISA Close . VI 關(guān)閉串口及主程序;串口不再使用時需要關(guān)閉,使其處于空閑狀態(tài),便于下一次打開串口。整個測試完畢后用Exit LabVIEW. VI 退出此程序。程序的主要代碼框圖如圖3所示。

圖3 性能測試程序代碼框圖

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以上5 步即可完成變頻器中性能及參數(shù)變量的測試。利用事件結(jié)構(gòu)完成測試主程序、數(shù)據(jù)保存、波形復(fù)顯等功能。利用層疊式順序結(jié)構(gòu)完成數(shù)據(jù)的采集、判斷、數(shù)據(jù)處理、波形顯示等子程序［9］。

程序的一個很大的優(yōu)點(diǎn)在于,將變頻器要測試的性能參數(shù)與變頻器的串口控制整合到一起,使得程序操作簡單,更加優(yōu)化合理。程序中采用了調(diào)用子VI 的方法,大大簡化了流程圖的復(fù)雜程度,提高可讀性,方便查看代碼和調(diào)試程序。由于變頻器接受的數(shù)據(jù)格式為ASCII 碼字符串,所以在命令寫入串口之前必須先進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,這里子VI 的作用就是將各種參數(shù)值轉(zhuǎn)換成ASCII 碼字符串,然后寫入串口。變頻器接受ASCII 碼后經(jīng)過算法還原,然后去執(zhí)行相應(yīng)的操作，就可以采集變頻器相應(yīng)的變量數(shù)據(jù)［10］。

4 變頻器性能測試人機(jī)界面

上位機(jī)的人機(jī)界面主要基于變頻器性能測試需求來設(shè)計(jì)的。如圖4所示，軟件左側(cè)為設(shè)置項(xiàng)目，右側(cè)為波形顯示區(qū)和結(jié)果顯示區(qū)。參數(shù)設(shè)置時采用實(shí)際需求輸入正確的電機(jī)參數(shù)。其它選擇默認(rèn)即可。提高分頻系數(shù)可以提高測量頻率的精度。Torque Channel選擇和模擬量接線選擇對應(yīng)的通道口，速度測試、轉(zhuǎn)矩測試可以單選單獨(dú)測量也可以多選一起測量。按“開始運(yùn)行”進(jìn)行測量。點(diǎn)“停止采樣”停止測量。本上位機(jī)可以在結(jié)果

顯示區(qū)直接讀出試變頻器性能指標(biāo)，包括速度精度、速度脈動、轉(zhuǎn)矩精度、轉(zhuǎn)矩脈動、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)等，另外在波形顯示區(qū)可采集到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形，并且可以通過下拉菜單選擇要保存的波形項(xiàng)目，再點(diǎn)擊“保存數(shù)據(jù)”保存到指定路徑。后期可以把保存的數(shù)據(jù)回放出來，通過窗口選擇菜單選擇要顯示的窗口，再點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)回放”選擇要回放的數(shù)據(jù)。上位機(jī)還能實(shí)時監(jiān)控和查看變頻器在運(yùn)行過程中的各個變量的數(shù)值和波形，只要在控制面板上輸入此變量的地址和相應(yīng)的標(biāo)么值即可顯示出此變量的波形和數(shù)值，并且配置好串口，同時可以在示波器的窗口上對波形進(jìn)行放大、縮小、移動等操作以方便查看波形的細(xì)節(jié)。

另外，為了測試需要，運(yùn)行過程中點(diǎn)擊“穩(wěn)態(tài)精度圖”和“速度精度圖”按鈕可以調(diào)出穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)精度曲線。

圖4 變頻器測試控制面板及波形顯示

5 結(jié)束語

本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于根據(jù)變頻器的具體性能測試要求,利用LabVIEW 技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與變頻器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的通信,利用DSP進(jìn)行前端數(shù)據(jù)采集，通過串口和USB實(shí)現(xiàn)與LabVIEW 的數(shù)據(jù)通訊，利用LabVIEW 的強(qiáng)大信號分析處理功能，開發(fā)了一套投資少、操作簡便的數(shù)據(jù)采集與信號分析系統(tǒng)。操作簡單、響應(yīng)速度快、能夠連續(xù)動態(tài)測試變頻器中各個變量及性能測試任務(wù)。該設(shè)計(jì)方法已應(yīng)用在筆者實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際工作中,獲得很好的測試效果。同時,該通信方式簡單、穩(wěn)定、可靠,具有很好的實(shí)時性和可移植性,可供其他串口通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參考。

參考文獻(xiàn)

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圖2 串口硬件電路圖

DSP和上位機(jī)數(shù)據(jù)交換的軟件部分主要包括完成數(shù)據(jù)的接收、尋址和數(shù)據(jù)發(fā)送功能［5］。在程序的開始應(yīng)先對DSP的串口通訊的相應(yīng)寄存器進(jìn)行初始化，初始化的主要內(nèi)容與上位機(jī)軟件相似，包括硬件接口的初始化、波特率的設(shè)定、接受啟動等。在設(shè)計(jì)DSP串行通訊時可以采用查詢和中斷兩種方式。本設(shè)計(jì)主要是采用查詢方式，當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時則禁止接受數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完成才開始接受下一條指令。在接受數(shù)據(jù)的同時判斷和上位機(jī)的通訊協(xié)議是否一致，再提取其有效數(shù)據(jù)即其變量地址，然后把該地址的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)［6］［7］。

3.2 LabVIEW部分設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)的上位機(jī)軟件部分是采用圖形化組態(tài)軟件LabView開發(fā)而成，具有編程過程簡單直觀，內(nèi)部功能模塊豐富，對于所支持的硬件進(jìn)行職能驅(qū)動，因而大大提高了編程效率。

本程序主要采用事件結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)和層疊式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)［8］。具體步驟如下:

1) 初始化。包括初始化串口和采集設(shè)備中模擬通道、測頻通道等。利用VISA Configure SerialPort . VI 設(shè)置PC 與變頻器通信的基本參數(shù):端口號、波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、模擬采樣模式、頻率采樣模式、緩沖區(qū)大小;

2) 利用VISA Write. VI 寫端口,根據(jù)變頻器的通訊協(xié)議把要測變量地址變成命令符,然后把整個命令幀以ASCII 碼字符串的形式發(fā)送到串口;

3) 編寫性能測試VI .根據(jù)性能測試需求按照式1)～式5)編寫性能測試程序，同時插入測試曲線要求VI，完成整個程序核心部分；

4) 利用VISA Read. VI 和數(shù)組讀端口及儲存數(shù)據(jù),。將數(shù)據(jù)讀出，然后利用LabVIEW 的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能對其進(jìn)行分析處理，再在示波器中把波形描繪出來及數(shù)據(jù)存儲功能。

5）利用VISA Close . VI 關(guān)閉串口及主程序;串口不再使用時需要關(guān)閉,使其處于空閑狀態(tài),便于下一次打開串口。整個測試完畢后用Exit LabVIEW. VI 退出此程序。程序的主要代碼框圖如圖3所示。

圖3 性能測試程序代碼框圖



以上5 步即可完成變頻器中性能及參數(shù)變量的測試。利用事件結(jié)構(gòu)完成測試主程序、數(shù)據(jù)保存、波形復(fù)顯等功能。利用層疊式順序結(jié)構(gòu)完成數(shù)據(jù)的采集、判斷、數(shù)據(jù)處理、波形顯示等子程序［9］。

程序的一個很大的優(yōu)點(diǎn)在于,將變頻器要測試的性能參數(shù)與變頻器的串口控制整合到一起,使得程序操作簡單,更加優(yōu)化合理。程序中采用了調(diào)用子VI 的方法,大大簡化了流程圖的復(fù)雜程度,提高可讀性,方便查看代碼和調(diào)試程序。由于變頻器接受的數(shù)據(jù)格式為ASCII 碼字符串,所以在命令寫入串口之前必須先進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,這里子VI 的作用就是將各種參數(shù)值轉(zhuǎn)換成ASCII 碼字符串,然后寫入串口。變頻器接受ASCII 碼后經(jīng)過算法還原,然后去執(zhí)行相應(yīng)的操作，就可以采集變頻器相應(yīng)的變量數(shù)據(jù)［10］。

4 變頻器性能測試人機(jī)界面

上位機(jī)的人機(jī)界面主要基于變頻器性能測試需求來設(shè)計(jì)的。如圖4所示，軟件左側(cè)為設(shè)置項(xiàng)目，右側(cè)為波形顯示區(qū)和結(jié)果顯示區(qū)。參數(shù)設(shè)置時采用實(shí)際需求輸入正確的電機(jī)參數(shù)。其它選擇默認(rèn)即可。提高分頻系數(shù)可以提高測量頻率的精度。Torque Channel選擇和模擬量接線選擇對應(yīng)的通道口，速度測試、轉(zhuǎn)矩測試可以單選單獨(dú)測量也可以多選一起測量。按“開始運(yùn)行”進(jìn)行測量。點(diǎn)“停止采樣”停止測量。本上位機(jī)可以在結(jié)果

顯示區(qū)直接讀出試變頻器性能指標(biāo)，包括速度精度、速度脈動、轉(zhuǎn)矩精度、轉(zhuǎn)矩脈動、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)等，另外在波形顯示區(qū)可采集到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形，并且可以通過下拉菜單選擇要保存的波形項(xiàng)目，再點(diǎn)擊“保存數(shù)據(jù)”保存到指定路徑。后期可以把保存的數(shù)據(jù)回放出來，通過窗口選擇菜單選擇要顯示的窗口，再點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)回放”選擇要回放的數(shù)據(jù)。上位機(jī)還能實(shí)時監(jiān)控和查看變頻器在運(yùn)行過程中的各個變量的數(shù)值和波形，只要在控制面板上輸入此變量的地址和相應(yīng)的標(biāo)么值即可顯示出此變量的波形和數(shù)值，并且配置好串口，同時可以在示波器的窗口上對波形進(jìn)行放大、縮小、移動等操作以方便查看波形的細(xì)節(jié)。

另外，為了測試需要，運(yùn)行過程中點(diǎn)擊“穩(wěn)態(tài)精度圖”和“速度精度圖”按鈕可以調(diào)出穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)精度曲線。

圖4 變頻器測試控制面板及波形顯示

5 結(jié)束語

本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于根據(jù)變頻器的具體性能測試要求,利用LabVIEW 技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與變頻器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的通信,利用DSP進(jìn)行前端數(shù)據(jù)采集，通過串口和USB實(shí)現(xiàn)與LabVIEW 的數(shù)據(jù)通訊，利用LabVIEW 的強(qiáng)大信號分析處理功能，開發(fā)了一套投資少、操作簡便的數(shù)據(jù)采集與信號分析系統(tǒng)。操作簡單、響應(yīng)速度快、能夠連續(xù)動態(tài)測試變頻器中各個變量及性能測試任務(wù)。該設(shè)計(jì)方法已應(yīng)用在筆者實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際工作中,獲得很好的測試效果。同時,該通信方式簡單、穩(wěn)定、可靠,具有很好的實(shí)時性和可移植性,可供其他串口通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參考。

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