近年來，隨著外轉子風機的廣泛應用，對品質和性能都提出了更高的要求，尤其是出廠前的綜合性能測試越來越受到關注。目前，國內絕大多數廠家對風機性能測試仍采用傳統的分立式人工檢測，普通的指針式儀器，或使用各種電子測量儀表，從實際使用效果來看，還存在著測試項目不全、測試精度有限、缺少可靠性檢測設備、數據管理手段落后等缺點，無法與日益擴大的現代化工業生產相適應。虛擬儀器的出現改變了傳統測試儀器的概念，利用虛擬儀器技術可以充分利用計算機的軟、硬件資源，把傳統儀器的專業化功能軟件化，使之與計算機融為一體，在功能、維護、使用和升級等多方面具有傳統測試儀器無法比擬的優點。

綜合考慮當今測試技術發展方向，本文以單片機為下位機硬件核心，提出了基于LabVIEW的九洲普惠風機性能測試系統設計與開發。

一、測試系統構成

整個系統包括3部分：一是以單片機為核心的數據采集和測試系統，即下位機；二是以PC機為主的上位機，軟件采用基于圖形化編程語言的LabVIEW；三是為了實現上下位機連接的串口通訊環節，采用RS232接口電路。

1、下位機

系統下位機結構框圖見圖1，主要以STC12C5410AD單片機為核心，由測試模塊、采樣保持電路、A/D轉換模塊等組成。測試模塊包括對外轉子風機電參數、轉速和振動的快速和準確的測量，各種傳感器實現現場物理量到電信號的轉換。由于STC12C5410AD的A/D端口只能接受0~5V和0~20mA的電信號，傳感器得到的電信號通過適當的電路轉換使之變換到規定的范圍內，為保證采樣的同步性，將這些信號分別輸入到采樣保持電路，并經A/D轉換后輸入到單片機中。

其中電參數測試模塊主要測試的是電壓、電流、功率和功率因數這4個參數，而功率和功率因數可以根據得到的電壓和電流通過軟件算法計算得到，傳感器選用的是普通的電壓互感器和電流互感器。轉速測試模塊選用的是光電傳感器，振動測試模塊選用磁電式速度傳感器，利用電磁感應原理將傳感器的質量塊與殼體的相對速度轉換成電壓輸出。A/D轉換模塊、算法模塊、實時數據存取模塊都是在單片機上通過C51語言編程來實現。

2、上位機

上位機軟件基于LabVIEW開發平臺，采用模塊化設計理念，實現了電機電參數、轉速、振動等測試數據的采集、處理和顯示，并具備完善的數據管理功能，可以實現數據查詢、數據統計、數據刪除以及報表打印等功能，見圖2。

1）系統工作流程

系統的工作流程圖見圖3。系統軟件主程序由測試與數據管理兩大部分組成，運行主程序后首先選擇測試還是數據管理：測試則首先進行參數設定，選擇被測電機的型號，設置此型號的合格電機的標準參數。為了對測試數據進行有效的管理，在測試之前操作人員對各臺電機進行編號，設定完測試日期與人員之后開始測試。具體的測試方式又分為全檢和抽檢兩大類，對采集進來的數據進行計算分析，判斷合格與否；管理則直接選擇相應的管理功能，主要實現數據存儲，對歷史測試數據進行查詢、統計和刪除以及報表打印等功能；退出系統則選擇退出功能。

2）軟件測試界面

系統軟件操作界面圖見圖4，主要包括標題欄、測試信息輸入、功能按鈕、測試結果和測試信息顯示等5個部分。整個測試模塊完全符合軟件設計原則，其模塊化的結構設計，良好的可操作性，完善的功能操作，以及形象、直觀的測試界面，滿足了風機廠商的測試要求，保證了操作人員輕松地完成工作。

3）上下位機通訊

串口通訊流程圖見圖5A程序設計包括3個方面：一方面是單片機的通信程序；另一方面為計算機的通信程序；此外為了保證通信數據的可靠性，還要為其雙方制定通信協議。單片機通過RS232與上位機相連，PC機作為主控方，單片機接受到上位機的響應，從而實現上下位機的通訊。

九洲風機廠總結通信協議如下：

(1)串口通訊端口設置為1，波特率為9600b/s；

(2)幀格式為11位：1位起始位，8位數據位，1位停止位，1位奇偶校正位；

(3)數據格式：每個參數由5個字節組成，前4個字節表示數值，后1個字節表示數符(“0”代表正數，“1”代表負數），其結構見圖6；

(4)通訊方式采用中斷方式；

(5)采用上位機主動發握手信號聯絡下位機的方式；

(6)為了避免PC機出現死循環，設計程序時按任意鍵即可退出程序。

二、提高精度所采用的方法

(1)大排量自動化測試場合通常環境較差、干擾源眾多，濾波是抑制和防止干擾的一項重要措施。在測試模塊中，干擾信號主要是高頻信號，因此系統采用了二階有源低通濾波器，獲得了較好的效果。

(2)在測試過程中不可避免地存在一些誤差較大的點，這些點稱為粗差點。可以通過測試多次，按從小到大順序排列，取中間幾個值進行平均后，再用剩余標準差來判斷是否還存在粗差點。如果還有，則剔除此粗差點，再進行平均并判斷，直到沒有粗差點為止。

三、結論

利用虛擬儀器平臺LabVIEW設計的外轉子風機性能測試系統，不僅能夠自定義用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統集成，提高測試的效率和可靠性，而且能夠對九洲普惠風機的各項參數進行顯示、分析、處理和實時儲存，具有智能化、可靠性高、實時性強等優點將先進的虛擬儀器技術運用于風機的性能測試中，使風機的性能測試實時性更強、工作效率更高、測量精度更加準確。這對于保證風機在工業生產中的經濟性和安全性具有重大的意義。

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