关键词：直流调速装置；参数测试；软件平台；LabVIEW
中图分类号： 文献标识码：A
（1.Automation Engineering Department, Tianjin University of Technology and Education,
Tianjin 300222, China；State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments, Tianjin University, Tianjin 300072, China）
李宏伟1，2,丁茹1 ,郑桐1
（1.天津工程师范学院自动化工程系，天津 300222；2.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室 天津 300072）
Abstract: The parameter test of DC speed adjusting device is the prime method for ensuring the product quality and reducing breakdown ratio. Some existing test means and methods can’t satisfy the need that the corporations develop toward autoimmunization direction. According to actual needs of corporation and the development of test technology, test software framework based on LabVIEW technology depending on the new parameter test system of DC speed adjusting device is developed in this paper. The design and development process are introduced in detail. The actual application shows that it is reliable, easy maintenance and can achieve a high accuracy.
Keywords: DC speed adjusting device; Parameter test; Software platform; LabVIEW
1.引言
直流调速装置在自动化控制领域中有着广泛的应用，许多控制系统是以西门子6RA70系列直流调速装置作为核心控制设备[1]，它对整个系统产生着重要影响。严格的产品测试是保证其质量、降低故障率的根本措施[2]。目前，国内外对直流调速装置参数的测试主要是采用手动、半自动的方法，这些方法需要专门的试验测试人员，对各参数的测量需要人为设定相关数据并对检验结果进行记录，需记录数据量大，易受到人为因素及外界的干扰，而且操作繁琐、复杂，不能满足现代生产型企业对生产效率、产品质量检测、系统更新等方面的要求。
本文根据国内外直流调速装置参数测试技术的发展及生产企业的实际要求，以6RA70系列直流调速装置为基本对象[3]，设计了一种新型直流调速装置多参数测试系统，并依托此硬件系统开发了基于LabVIEW技术的直流调速装置多参数测试软件平台，该软件平台亦可对其他系列直流调速装置进行参数测试。
2.测试系统结构
直流调速装置多参数测试系统结构如图1所示。它由计算机系统、电源系统、仪器仪表单元、PLC控制单元、负载单元及自检单元6个部分组成。电源系统提供直流调速装置和负载电机所需的各种电压；仪器仪表单元包括数字万用表、示波器等；计算机系统的作用是与直流调速装置进行通讯（x300总线，Modbus协议），与各类仪表、PLC单元进行通讯，通过给测试系统下达相应测试命令，实时获取直流调速装置工作在不同测试环境时的各种工作参数，并对测试数据进行分析与处理，显示测试结果；负载单元用于给被测对象加载，满足直流调速装置在额定负载下的工作要求，以获取被测对象在负载工作时的参数信息；自检单元由编码器、模拟测速机等组成，包括系统初始化信息的检测以及对负载单元各执行机构运行状态数据的采集并实时反馈给直流调速装置，实现参数比较，保证该系统正常运行。
图１ 测试系统框图
3.软件平台
作为测试与测量领域的工业标准之一的LabVIEW，可以通过GPIB、VXI、PLC、串行设备和插卡式数据采集板构成实际的数据采集系统。它提供工业界最大的仪器驱动程序库，并且支持通过Internet、ActiveX、DDE、SQL等交互式通信方式实现数据共享。此外，由于LabVIEW强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计，使得它为过程控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案[4-5]。
鉴于LabVIEW技术具有的优势，本软件平台在LabVIEW 7.0 Express环境下制作开发，依靠LabVIEW功能完善的软件开发环境及其功能强大的编程语言来实现系统的各项功能要求[6]。根据实际测试要求，本软件系统主要支持以下需求点，即插卡式设备类（示波器、万用表）、总线式设备、并口及串口设备类（打印机、扫描仪）、数据库、权限管理、用户界面。因此，设计方案将系统分为5大模块组成，分别是主程序、硬件驱动程序、数据库管理程序、权限管理程序和界面显示及人机交互程序。图2是软件平台架构示意图。
3.1 主程序
主程序是用户访问该软件的唯一接口，也是连接各程序模块的核心和数据流的主线。程序运行之初，首先由主程序对各数据变量和参数标志等进行初始化。计算机时间由单独的线程从系统中读取，并通过全局变量传递至其他界面。此外，该线程也负责整个软件的结束和退出。其代码如图3所示。
主程序负责数据从各子程序的采集和分发，因此合理高效的数据传递方式是主程序的重要任务。根据数据采集量、采集频率、实时性和重要性等要求，主程序会从Synchronization模版中选择Notification、queue等技术确保数据的同步性和对系统资源的最优化使用。为了进一步节省系统资源和提高软件的稳定性，考虑到各子界面使用频率相对较低，故采用LabVIEW的动态调用技术对各子界面进行操作，即只有当用户在主界面点中子界面按钮时，其才会载入内存并运行。
3.2 硬件驱动程序
硬件驱动程序主要由LabVIEW直接驱动和第三方驱动库两部分组成。硬件驱动程序部分框图如图4所示，驱动的硬件大致分为两类：LabVIEW直接驱动和第三方硬件驱动。LabVIEW直接驱动的硬件包括Windows默认打印机和能通过MAX检测到的硬件；第三方硬件驱动的设备则是MAX不能直接识别的设备。
图4 硬件驱动程序框图
3.3数据库管理程序
LabVIEW标准版中并不包含对数据库操作的函数节点。鉴于NI提供的附加函数包价格较为昂贵，本软件系统采用自制的函数对数据库进行管理和读写。自制的函数是基于Microsoft ADO技术和Sql语言制作的。根据通用的ODBC方式，利用微软提供的Microsoft ActiveX Data Objects（ADO）数据访问技术来建立并访问数据库，实现日常所需的数据增加、删除、修改、查询等功能。数据库操作流程如图5所示。
图5 数据库操作流程
3.4权限管理程序
权限采用两级管理方式，分超级用户及普通用户两种方式；超级用户具有全部权限，可删除历史记录等信息；而普通用户只具有浏览权限；用户密码可采用数据库、注册表或文件的方式保存。超级用户名是固定的，而密码可修改；普通用户可任意增加多个；当某个用户尝试登陆系统时，本程序会对其进行有效性验证，若通过有效性验证后，依据其用户权限，会针对其权限集对相应的各个菜单、按钮及面板控件进行屏蔽。
3.5 界面显示及人机交互程序
界面显示将充分利用LabVIEW的各种显示控件及合理的布局，既实现美观的用户界面又能实现良好的人际交互功能。在主界面和其他界面中都需要数据和图形的显示。数据的显示相对简单，将处理后的数据通过queue传递至负责界面显示的线程中，根据用户需求判断是否超差、用何种颜色显示数字等。对于曲线图形显示，首先需要创建空白模版，含有所有固定文字的内容和位置。根据输入数据，将公差带等的标记画于模版上，并加入滑块的影响，使公差带可以按照滑块的控制而变化。再加入端点数组将其连成闭合曲线，最后放入显示数据即可输出。
4.实际应用
为了检测该软件平台的使用效果，本文结合设计的直流调速装置多参数硬件测试系统与软件平台，对西门子6RA70系列装置各种参数进行实际检测。运行主界面如图6所示。通过实际使用，证明该软件运行正常，响应时间短，功能完善，易于维护，测试准确性高。
图6 测试运行界面
5.总结
本文介绍了基于LabVIEW技术的直流调速装置参数测试软件平台的设计和开发过程。实际使用证明设计思路正确，方案可行，为高效、准确地实现直流调速装置参数自动测试提供了新的、有效的软件平台，对类似应用系统的开发具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 杨学锋．针对西门子6RA70系列控制器仿真调试软件的开发．[硕士学位论文]，山东：山东大学，2001
[2] 李云飞，谈臻峰等．变频器通用测试软件平台的设计与实现[J]．计算机工程与应用．2007，47（10）：115～116
[3] SIMOREG DC Master 6RA70系列使用说明书．Siemens Electrical Drives Ltd.．http://www4.siemens.
[4] 薛朝改，曹海旺，谷文韬．基于虚拟仪器的动态参数测试系统的研制[J]．微计算机信息．2006，22（7）：96～98
[5] 关浩，孙儒通，刘安生．虚拟仪器技术在液压系统检测中的应用[J]．机床与液压．2003，3：301～302
[6] 杨乐平，李海涛，杨磊．LabVIEW程序设计与应用（第二版）[M]．北京：电子工业出版社，2007
作者简介：
李宏伟（1978-）男，天津人，讲师，硕士研究生，主要研究方向：现代传感与测试信息技术、智能仪器。电话：13920677713，Email：Li_hong_wei811@yahoo.com.cn
丁茹：（1977-）女，吉林省农安人，讲师，硕士，主要研究方向：测控技术及仪器
郑桐：（1970-）男，天津人，副教授，硕士，主要研究方向：现代传感与测试信息技术、智能仪器。
