专利名称：具有控制与数据采集功能的测功机监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电机测试设备，具体地说，是一种监控电机运行过程的设备。
背景技术：
测功机用于测量和衡量电机的工作性能，一般采用交流电网并网系统，即在负载电机和被测电机的运行过程中，交流电网中的电能经过测功机运转一圈后，部分地又回馈给了交流电网，然而这种交流电网并网系统具有如下的缺陷1、对于负载电机控制器和被测电机控制器都必须处理两个方向的交流电，即当电机做电动运行时，既要能够从电网中获取交流电并转化成为电机所需的交流电。又要能够把电机在发电运行时所产生的电能转化成与电网相匹配的交流电。如此，通常电机控制必须采用对称结构。由于各电机都需要才有两套逆变器，使得测功机体积大和价格昂贵；2、由于要将反向电能回馈给供电电网，就必须确保反馈给电网的交流电要与供电电网的交流电同频、同幅、同相。同时，电流中的谐波分量必须小于一定值，这就要求测功机中必须使用具有滤波功能的交流并网保护装置，用以滤除并网电流的高次谐波，并与供电网中的交流电保持同频、同幅、同相，明显增加了电机控制器的控制难度和制造成本。
3、由于交流并网保护装置并不一定能将要反馈给电网的交流电中的高次谐波完全滤除。一部分没有被滤除的谐波馈回供电网中，将会对供电网造成一定程度的污染。
对此，待批的中国发明专利申请“四象限电机测功机”(申请日2004年3月24日，申请号200410017153.3)公开了一种直流并网运行测功的技术解决方案，这是一种技术其使测功机的结构简单，成本降低，体积变小，供电效率提高，且不会对电网造成污染。然而，由于该发明的测功机不具有对被测电机的运行过程的数据采集和监控功能，因此，还存使用不方便，测试速度慢的缺点。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有实时控制和数据采集功能的测功机监控系统。
本发明的技术方案如下根据本发明的一种具有控制和数据采集功能的测功机监控系统，包括一直流电源和一测功装置，它们与一被测系统相联结，其中该直流电源，其以电路联结二根母线；该测功装置，其具有由一负载电机控制器、一负载电机和一力矩传感器联结构成的测功基本构件；该被测系统，系与该测功装置相适应，其具有由一被测电机控制器和一被测电机联结构成的被测系统基本构件；该力矩传感器分别与该二电机的转轴联结，而该二电机控制器则并联连接该二根母线，构成直流并网运行测功回路，其特点是a.该直流电源与二根母线之间设有电源开关，其依电源开关口的状态而导通或断开；b.该测功装置还设有风扇，并按开关口的状态而开启或关闭；该测功装置还设有冷却水箱，并按水泵开关口的状态而开启或关闭，并在水冷管道上分别设有进出水温度数据采集口和水流量数据采集口；以及设有检测力矩传感器的力矩数据采集口和转速数据采集口；c.在该母线位于被测系统侧端上设有电压数据采集口和直流数据采集口；d.还设有主要由工控机构成的控制和数据采集装置，其包括依次以PCI总线连接的人一机界面，数据采集卡、电信号接口板和CAN通讯卡以及内驻测功软件，操作人一机界面，运行测功软件，实施实时控制各开关口和实施采集各数据采集口的数据，经处理整合将数据存入文件里或直接显示或生成报表。
进一步，所述的测功装置中具有至少个数为2的多个测功基本构件，与其对应的被测系统中具有至少个数为2的多个被测系统基本构件，其中，该多个基本构件中具有相应的多个电机控制器，都一一并联连接母线和具有相应的多个力矩传感器，其一一分别连接相应的电机的转轴而形成相应的多个直流并联测功运行回路，以及在母线上设有一个电压数据采集口和在被测系统侧的多组并联连接母线之各组连接线上设有相应的多个电流数据采集口；在测功装置中的相应多个力矩传感器上一一设有力矩数据采集口和转速数据采集口；所述的被测系统中还设有风扇及其开关口，以及设有冷却水箱及水泵开关口与设在水管上进出水温度数据采集口和水流量数据采集口；所述的被测系统中的多个被测电机控制器还可部分地或整体地由混合电动汽车用电机控制器来替代；可选择地，所述的被测电机，可以是普通型的具有四象限功能的电机或集成启动发电机或牵引电机；亦之被测电机是感应电机或永磁电机或开关磁阻电机；更具体地，所述的直流电源还有电压调节口，由工控机执行自动电压调节，以适应被测系统可工作于不同电压范围的需求。
本发明的优点是(1)具有多个直流并网运行的测功回路，使更便于测功，提高工作效率；(2)由于测功装置中，直流电源和被测系统中设有相应的开关口和多个数据采集口，它们都借助人一机界面操作工控机内驻测功软件，具有可控和实时数据采集功能，从而有利于对测功效率的提高，以及可实时进行分析和事后研究分析；(3)由于直流电源电压可调，以及设有风扇与水冷装置，更便于对各种工况的模拟，使更好地对被测电机及其控制器进行可靠性的测试。
图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明的工作程序流程图；图3为本发明的一个实施例的结构示意图；图4为本发明的另一个实施例的结构示意图。
附图标号说明1-直流电源10-直流电源开关口11-直流电源电压调节口12，13-供电母线14-供电母线端电压数据采集口15-供电母线端被测系统侧的电流数据采集口2-测功装置20-测功基本构件21-负载电机控制器(逆变器)21a-三相交流供电连线22-负载电机23-力矩传感器231-力矩数据采集口232-转速数据采集口21′-另一组负载电机控制器(逆变器)22′-另一组负载电机23′-另一组力矩传感器231′-力矩数据采集口232′-转速数据采集口24-冷却水箱241-水箱水泵开关口242-进水温度数据采集口243-出水温度数据采集口244-冷却水流量数据采集口25-风扇251-风扇开关口3-被测系统30-被测系统基本构件
31-被测电机控制器(逆变器)31a-三相交流供电连线32-被测电机31′-混联型被测电机控制器(逆变器)31′a-三相交流供电端31′b-三相交流供电端32′-被测集成启动发电机32”-被测牵引电机33-风扇331-风扇开关口34-冷却水箱341-水箱水泵开关口342-进水温度数据采集口343-出水温度数据采集口344-冷却水流量数据采集口4-CAN通讯网络总线5-构成控制和数据采集的工控机51-人-机界面52-数据采集卡(板)53-电信号接口板54-CAN通讯卡55测功软件具体实施方式
下面根据图1～图4给出本发明两个较好实施例，并予以详细述，使能更好地说明本发明的结构特征和功能特色，而不是用来限定本发明的范围。
参阅图1，其示出了本发明的系统结构，如图所示，本发明的测功机包括直流电源1，其经二根供电母线12，13并联连接负载电机控制器21和被测电机控制器31，它们分别以三相交流供电连线21a和31a联结负载电机22和被测电机32，并由一只力矩传感器23连接该二电机22，32的转轴。该二电机22，32均具备四象限运行的功能，当被测电机32作正向(或反方向)电动运行时，能量流向为供电母线12(13)→被测电机控制器(逆变器)31→被测电机32→力矩传感器23→负载电机22→负载电机控制器(逆变器)21→供电母线12(13)；当被测电机32作正向(或反向)发电运行时，能量流向与上述流向相反，即为供电母线12(13)→负载电机控制器(逆变器)21→负载电机22→力矩传感器23→被测电机32→被测电机控制器(逆变器)31→供电母线12(13)，由此可见，负载电机22与被测电机32共用一供电母线12(13)，在供电直流母线12(13)上实现闭环，从而实现“直流并网”运行测功。
本发明还设置工控机5，用以实施测功过程的实时控制和数据采集，图中，工控机5设有数据采集卡(板)52，CAN通讯卡54和驻留工控机5内的测功软件55，其中CAN通讯卡54通过CAN总线4双向联结被测电机控制器31和双向联结负载电机控制器21。
如图1所示，还设有作为水冷装置的水箱24，其与数据采集卡52成双向联结，直流电源1也与数据采集卡52成双向联结，在供电母线12，13靠近被测系统3侧端上设有电流、电压传感器14，15联结数据采集卡52，力矩传感器23也向数据采集卡53提供传感信息。这样，测功软件55运行后，操作员通过测功软件界面发送操作指令，测功软件55配合操作指令，经过数据运算及逻辑处理后，一方面通过CAN总线4给电机控制器21，31发送运行指令，另一方面通过DA输出及I/O口控制其它外围设备同时，测功软件55一方面通过CAN总线4接收电机控制器的反馈信息，另一方面通过数据采集卡52高速采样传感器信号，经过处理后显示在界面上。在测试过程中，测试数据可以保存在文件里供分析，也可以直接生成报表并打印出来。本发明采用仪表界面，直观显示检测数据在本发明中还采用双口CAN通讯卡54，能同时接入两个CAN网络采用高速多通道数据采集卡52，能实时采样多组数据；支持数据表报的生成及打印。还能模拟不同工况，自动完成电机的工况测试，如电机的寿命实验及老化试验等。
参见图2，测功软件55采用WINDOWS基于对话框的界面风格，包括以下几个部分a)系统初始化功能模块550包括对全局变量、局部变量初始化以及用户界面的初始化。
b)硬件查找及初始化功能模块551包括自动查找所需硬件，并按照预定的参数初始化，初始化成功后获得各硬件句柄，若失败，将弹出相应的警告或错误提示框。
c)自动服务线程启动功能模块552，若硬件初始化成功，将启动2个服务子线程553，554以保证电机控制命令执行的准确及实时性。
d)主消息循环功能模块557响应用户的各种界面操作，捕捉各种WINDOWS消息或用户自定义的消息，并完成相应的功能。
e)数据采集子线程553完成高速的数据采集及数据处理。
f)温度采集进程555在电机工况测试启动后，根据需要，用户可以启动温度采样进程555，该进程独立于主进程，与主进程通过预定的协议采用WM_COPYDATA消息通讯。
最后，测功软件55运行主消息循环功能模块556后，还需判断是否退出？如果不退出，跳回运行主消息循环功能模块556；如果要退出，则运行关闭子线程功能模块558，最后运行关断窗口功能模块559，由其执行关断各个窗口。
参见图3，其示出了本发明的单机测功系统，其比现有技术增加了控制和数据采集装置，从而构成了具有控制和数据采集功能的测功机监控系统，如图所示，直流电源1经直流电源开关口10开启电源开，从而直流电源1电路联结供电母线12，13；测功装置2中由负载电机控制器21和负载电机22电联结并由负载电机22与力矩传感器23机械传送连接后构成测功基本构件20；以及被测系统3中的由被测电机控制器31和被测电机32电连接构成的被测基本构件30，基本构件20，30中的转轴则与力矩传感器23轴联结。本实施例中增设风扇25，风扇受控制开关口251控制，水箱24，其设有水泵开关由开关口241控制，还设有进水温度数据采集口242，出水温度数据采集243，冷却水流量数据采集口244，以及对力矩传感器23的力矩数据采集口231和转速数据采集口232，对直流电源1除设置电源开关口10外，还设有电压调压控制口11使之适应对诸如对电动汽车所使用的电机控制器的测试，这种场合中，电机控制器和直流母线电压需要在一定范围内变动。本实施例中，控制和数据采样装置主要由工控机构成，包括依次以PCI总线连接的人一机界面51，数据采集板(卡)52和电信号接口板53和CAN通讯卡54以及内驻测功软件55。CAN通讯网络4具有2路CAN通讯口，测功软件55通过CAN通讯卡54发送CAN协议控制命令给电机控制器21，31，控制电机22，32的运行，同时接收电机控制器21，31反馈信息。数据采集卡52包含AD、DA、DI、DO、COUNTER、RELAY等电路，测功软件55通过数据采集卡52高速采集被测电机控制器母线端12，13的电压及电流，力矩传感器23的输出转速及转矩信号、水箱24的进/出水口温度及水流量信号，同时可以对水箱24的水泵开关、风扇25的开关以及直流电源的输出开关10、输出电压调节11等进行控制。
参见图4，其示出了本发明的另一个实施例，比较图3和图4，可以看出，所述二个实施例的相同处和不相同处，从总体结构上来说，是相同的，但从功能上说却有区别。
(1)测功装置2中，仅在测功基本构件20中增加负载电机控制器21′，负载电机22′和力矩传感器23′，它们与原来的负载电机控制器21，负载电机22和力矩传感器23在结构连接关系上，所起的作用(功能)也一一对应，这样增加了另一路测功功能，当然，也增加检测采集力矩传感器23′所提供的力矩和转速此两个参数。
(2)在被测系统3中，对受测基本构件20也增加了另一路被测试构件的接入，可同时进行二路被测试构件，在本实施例中，将原被测电机控制器(逆变器)31，替换成混联型电机启动系统控制器31′，其具二组独立的，并列结构的三相交流供电端31a，31b，并相应连接集成启动发电机32a和牵引电机32b，并由力矩传感器23分别联结集成启动发电机32a的转轴和负载电机23的转轴由力矩传感器23′分别联结牵引电机32b的转轴和负载电机23′的转轴。
(3)在被测系统3中，还增设风扇33，风扇受挫开关331；水箱34，水箱34的水开关控制口341，进水温度数据采集口342，出水温度数据采集口343，冷却水流量数据采集口344。
(4)由工控机与构成的控制和数据采样装置，包括的人-机界面51，数据采样板(卡)52，电信号接口板53，CAN通讯卡54，以及测功软件55中都相应增一些控制命令与数控采集参数，例如测功回路的选择控制与相应数据采集，被测系统3中风扇联结控制口331的控制，水箱24的水泵开关控制口341的控制及其温度参数流量参数的数据采集，人-机界面中的控制指令项目的相应增加等。
权利要求
1.一种具有控制和数据采集功能的测功机监控系统，包括一直流电源(1)和一测功装置(2)，它们与一被测系统(3)相联结，其中该直流电源(1)，其以电路联结二根母线(12，13)；该测功装置(2)，其具有由一负载电机控制器(21)、一负载电机(22)和一力矩传感器(23)联结构成的测功基本构件(20)；该被测系统(3)，系与该测功装置(2)相适应，其具有由一被测电机控制器(31)和一被测电机(32)联结构成的被测系统基本构件(30)；该力矩传感器(23)分别与该二电机(22，23)的转轴联结，而该二电机控制器(21，31)的直流输入端则并联连接母线(12，13)，构成直流并网运行测功回路，其特征在于a.该直流电源(1)与母线(12，13)之间设有电源开关，其依电源开关口(10)的状态而导通或断开；b.该测功装置(2)还设有风扇(25)，并按开关口(251)的状态而开启或关闭；该测功装置(2)还设有冷却水箱(24)，并按水泵开关口(241)的状态而开启或关闭，并依水冷管道分别设有进出水温度数据采集口(242，243)和水流量数据采集口(244)；以及设有检测力矩传感器(23)的力矩数据采集口(231)和转速数据采集口(232)；c.在该母线(12，13)位于被测系统(3)直流侧上设有电压数据采集口(14)和电流数据采集口(15)；d.还设有主要由工控机(5)构成的控制和数据采集装置，其包括依次以PCI总线连接的人一机界面(51)，数据采集卡(52)、电信号接口板(53)、CAN通讯卡(54)，操作人一机界面(51)，运行测功软件(55)，实施实时控制各开关口和实施采集各数据采集口的数据，经处理整合将数据存入文件里或直接显示或生成报表。
2.根据权利要求1所述的具有控制和数据采集功能的测功机监控系统，其特征在于，所述的测功装置(2)中具有至少个数为2的多个测功基本构件(20)，与其对应的被测系统(3)中具有至少个数为2的多个被测系统基本构件(30)，其中，该多个基本构件(20，30)中具有相应的多个电机控制器(21，31)，都一一并联连接母线(12，13)和具有相应的多个力矩传感器(23)，其一一分别连接相应的电机(22，32)的转轴而形成相应的多个直流侧并联测功回路，以及在母线(12，13)上设有一个电压数据采集口(14)和在被测系统(3)侧的多组并联连接母线(12，13)之各组连接线上设有相应的多电流数据采集口(15)；在测功装置(2)中的相应多个力矩传感器(23)上一一设有力矩数据采集口(231)和转速数据采集口(232)。
3.根据权利要求2所述的具有控制和数据采集功能的测功机监控系统，其特征在于，所述的被测系统(3)中还设有风扇(33)及其开关口(331)，以及设有冷却水箱(34)及水泵开关口(341)与设在水管上进出水温度数据采集口(342、343)和水流量数据采集口(344)。
4.根据权利要求2所述的具有控制和数据采集功能的测功机监控系统，其特征在于，所述的被测系统(3)中的多个被测电机控制器(31)还可部分地或整体地由混合电动汽车用电机控制器来替代。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的具有控制和数据采集功能的测功机监控系统，其特征在于，还在直流电源(1)上设有直流电源电压调节口(11)，其接受工控机(5)的控制，对直流电源(1)的电压进行调节。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的具有控制和数据采集功能的测功机监控系统，其特征在于，所述的被测电机(32)是感应电机或永磁电机或开关磁阻电机。
全文摘要
一种具有控制和数据采集功能的测功机监控系统，包括直流电源和测功装置，以及被测系统，它们以CAN通讯网络相联结，其中被测电机和负载电机由力矩传感器联结，而负载电机控制器和被测电机控制器则并联连接直流母线，从而形成直流并网运行测功回路，特点是还设有风扇、水冷装置以及相应设有各开关口和多种参数的数据采集口，由工控机构成的控制和数据采集装置进行实时控制和数据采集并进行处理，将数据形成文件予以存储或实时显示或打印成报表，因而使测功易于操控。
文档编号G01R31/34GK1991400SQ20051011242
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者赵一凡, 庄朝晖, 刘发文, 方艺 申请人:上海御能动力科技有限公司