电机寿命测试系统中AI仪表的推广应用———电机寿命测试系统中AI

关键词：触摸屏、电机测试、AI808P程序调节器
         寿命测试一般都属于抽检测测试，采用随机取样、批量处理的检测方式和批量数据分析可以得到更准确和更具参考价值的测试结果，使测试数据更具代表性！目前大多数电机企业及电机应用厂家的电机寿命实验现状是采用分离部件组成实验系统、手工操作、手工记录、人工监控，费事费力，而且数据失真，不能真正反应测试电机的质量特性。
         根据市场的需求宇电设计出操作人性化的电机起停耐久性试验系统；试验台装有彩色人机界面，触摸设定【起/停】时间间隔以秒计算最长60000秒，同时记录动作次数999999次。设定延时：闭合时间、断开时间；电压自动程序调整、过流、过压、超温保护。自动保存测试结果，自动生成测试曲线图谱，。是目前功能最多、智能化程度最高的寿命测试仪器。应用简单，让操作者一学就会，无需采用PLC来编程；改变机械传动结构可测试各种需要做疲劳试验的产品。
  一、 系统功能
  1．1 系统的主要功能：
  本系统采用模块化结构，其中40台电机测试组成一独立模块，完成后具有如下功能：
  （1）疲劳试验逻辑控制电机起停AI-2057C彩色触摸控制屏， 8组任意设定时间，逻辑控制电机起/停，时间可随时设置；AI-3013开关量8路输出模块，控制电机起/停；
  （2）程序自动调节电压，10台一组单独供电，电机电压用AI-808PAI8L5S可调电压150V-250V；
  （3）自动计算电机功率，用AI-601ANS4仪表；
  （4）每台电机使用单独的参数采集模块，用AI704ME5I7I8I8L5S仪表采集电流、电压、电容端电压；
  （5）；
  （7）所有电参数采用计算机自动采集分析，各类报表可导出到软件外以Microsoft Excel文档或浏览器的形式保存待用。
  （8）系统对所有采集参量实时监控；具备监控系统所具有的一般实用功能：如：参数显示、参数量程上下限设置、报警输出、电机在测试期间根据电流、电压等电量参数的变化，自动绘制历史曲线生成，实时曲线生成，历史趋势分析等功能。当系统参量异常时，具有画面报警和声音报警功能。当某台电机电流等参数异常时发出报警信号相应的指示灯亮，软件并进行记录；打印及报表输出，用户管理；
  （9）具备集中监控功能，能单独对每台在测电机进行参数采集及处理后，集中打印报表。
  （11）可以10台组实现人工调节或者自动程序调节供电电压，模拟电机的实际电压运行状况。
  （13）系统参数修正时，采用分级授权方式，其权限高低分别为主管、现场工程师、现场操作员，不能越权修正系统，最大限度的减少避免人为造成损失。
  （14）系统无需配置高级计算机人员，现场仅需配置普通操作人员即可。
  （15）允许用户生成一个可靠、灵活的、易于使用的系统来报告潜在的问题和系统的执行情况，写入备忘录报告。
  （16）提供一个自动、易于理解的、长期的过程数据取样、存储和显示的方法。还能够监视实验过程的变化，分析电机性能。能够收集并管理数据、存储历史数据并保存在标准的SQL数据（软件内部使用）。电机在不同运行状态下自动采集记录保存一次数据，形成标准数据库，数据存储1年。用户可以形成报表，打印。
  （17）可以提供多种形式的报表。除传统报表等外，还有各种管理报表，如巡检报表等。
  1.2系统电气部分构成
  系统由电源柜、电机测试柜、微机操作台、测试电机架等组成。
  1.3 系统控制方式
        在测电机采用稳定的工业控制计算机【研华IPC-610型】对现场监控数据采集，网络通讯采用成熟的总线技术，通讯线采用屏蔽超五类四对双绞线(网络线)；监控站内留有以后可连接到工厂管理层在局域网接口。
  二、系统硬件
  2.1实验电源控制
  程序调节供电电压AI-808PAI8L5S；直接输入0～500VAC交流电；可调电压150V-250V；
         调节开关量输出控制正反转，为10台每组测试工位提供可调节供电电压，范围从150V至220V连续可调，满足模拟空调电机实际运行电压的测试需求。
  2.2主要控制参数、检测参数
  ( 1 )  8组逻辑控制电机起停
  AI-2057C触摸控制屏，任意设定8组时间，逻辑控制电机起/停，时间可随时设置；                                       图1
   
    AI-3013D5开关量8路输出模块，控制电机起/停，接线图；   图2
   
  
  ( 2 )  AI－704MAFI7I8I8S仪表输入信号4～20mA；采集电机电流、电压、电容端电压；参数设置量程范围就可显示对应的数据。设置报警值就有保护动作。
  测量范围：
  电机电流I；输入信号0～5A；测试电机电流范围0.1A到5A电流；
  电机电压U；输入0～500VAC交流电压；
  电机电容电压；输入0～500VAC交流电压；
  ( 3 )  AI-601FNS4仪表直接输入：交流电流0～5A、交流电压0～500VAC计算功率；电机有功功率P范围：500W功率；
  （ 4 ）如在系统中要测量温度选用AI-704ME5JOJOJOL5L5S就增加了温度测量报警功能。更完善了系统的要求。
  三、 系统硬件配置
         空调电机寿命实验测试系统方案，每台测试柜能测试40台电机，测试电机的参数采集以及电源控制、实验电机控制、等采用总线方式。系统如图所示：                                图3
  
  
     3.1系统硬件3.1系统硬件配置
         计算机配置：计算机采用研华工控机P4级CPU、40G以上硬盘DDR256M内存，4个232口多串口卡、光驱、软驱、声卡，不间断电源。
  软硬件配置                                 系统配置表1
  
  
3.2  系统构成
  整个寿命实验系统由电源自动调压控制部分、参数采集处理部分、上位机处理部分等组成。
  （1） 电源自动调压控制部分包括电源柜、电源电压测量模块、电动调压器、 等组成；
  （2） 参数采集处理部分包括控制器、电量测量模块，总线模块、HMI逻辑控制电机起停、等组成；
  （3） 上位机处理部分包括总线转换器、显示数据仪表、工业控制计算机含控制软件、显示器、打印机等组成。
         各部分之间通过现场总线进行通讯，速度快，可靠性高，实时性强，能够满足系统的需求。系统的运行状态及参数都能及时被监控到，保证在测电机正常工作。
  3.3  主要部件及作用：
  （1）工业控制计算机：安装AI-FCS软件，完成每组实验电机供电电源的检测及控制，采集所有被测电机参数，进行数据处理。
  （2）电机参数采集仪表：采集被测电机的电压、电流、功率、电容电压等参数送给工业控制计算机；
  （3）程序控制器：自动调压器：为被测电机提供合适的电源，在上位机的控制下根据用户设定的额定电压进行自动调压。整个系统的主控制器，完成自动调压，
  （4）触摸屏控制：电控制柜上AI-2057C触摸控制屏设置逻辑控制电机起停，设定8组时间，设定延时：闭合时间、断开时间，逻辑控制电机起/停，可随时设置时间；AI-3013开关量8路输出模块输出控制电机起/停；触摸设定【起/停】时间间隔以秒计算最长60000秒，同时记录动作次数999999次，有设置清零功能。
  （5）总线系统：传输数据信号、控制信号和地址信号等
  四、系统软件配置
         宇电开发具有自主知识产权数据监控软件，功能强大，界面友好，操作简单的上位机监控软件。系统主要开发界面如下
         在控制室按装一台电脑并安装多串口卡，用四条总线连接计算机，采用屏蔽超五类四对双绞网络线利用RS485作为AI仪表与电脑连接现场通讯总线。在电脑上按装已组态好的AIFCS监控软件，并采用简洁可靠的自有的通讯协议在计算机上对现场控制器实现100%的功能操作。实时读取测量值，随时修改控制参数。
  （1）信息显示画面
  流程图功能：可根据现场的要求添加工业现场的量程图片。仪表显示画面主要显示在测电机当前运行状态信息值，如当前电压、电流、功率、电容电压等、等参数。                                 工艺流程图4
   
  
         在流程图、实时趋势图或仪表画面上：点击【仪表显示框】出现操作平台：可看到该AI仪表定义控制设备的名称，位号、仪表型号，地址，量程上限，量限下限，测量单位，此时AI仪表的所有显示参数与控制按纽都体现在该平台上。
  （2）实时报警处理画面
         对系统实时采集的数据进行判断，当符合报警条件后，屏幕将弹出闪烁的醒目报警信号，具有画面报警和声音报警功能。实时检测被测电机参数以及系统电源等故障异常报警。
         可以对程序运行中发生的事件进行记录。具体在监控程序中可以设置所记录事件的类型，起止时间，对应的动作等。
  
（3）量程设置、程序设置画面
         具有一定权限的用户可以用密码登录后，对所测量的参数进行量程的设定，这样可以对因各种不可预知的外界因素产生的测量误差进行细微校正，保证所测量数据的有效性和真实性。此软件适合各种工业现场应用。
         对仪表所有的参数可设定，可编排程序，查看编排程序的走向，保存多条程序曲线，实现上传、下传，在线修改曲线，参数。
  电机参数设置画面
  配置电机的手自动参数，运行时间，起停时间、运行电压等
        如点击【参数】名称修改【上限绝对值报警值HAL】在对话框里填写参数，点击“确定”参数就下传到现场AI仪表温度调节器，
  （4）报表打印画面
         选择报表名称、设置查询时间范围的打印时间段，选择查询间隔等，生成报表，随时打印，还可选择数据导出功能按Excel类型报表导出。各类报表可导出到软件外以Microsoft Excel文档或浏览器的形式保存。报表查询：输入起始与结束时间段查询历史数据；采样有1；3；5；15；30；60分钟可选择报表。
  用Excel类型报表导出后供其他应用。
  （5）实时数据曲线画面
        监视电机有关参数的变化趋势曲线，从而可以了解电机在一段时间的运行状况。工业现场温度控制器采集测量值，编辑实时曲线，可同时显示8条实时曲线，用颜色来区别。曲线显示可选百分比与实时曲线2种图。也可屏蔽其他曲线，显示单条曲线。呈现的实时数据，并存入系统内数据库，以便日后数据查询等使用。
  （6）历史趋势画面
         功能与实时数据曲线类似，只是它显示的是过去一段时间设备的运行参数值。选中历史曲线组别，设置查询时间范围，显示的是单条或显示全部曲线，点击查询。在历史曲线上可写入备忘录，可写入59个字。直接打印在历史曲线上。可有选择1条或多条来打印历史曲线。
  （7）运行记录画面
        记录软件运行中操作对应的动作记录备案。如：登陆系统、退出系统、打印曲线名称、修改参数等。选择时间段可查询某段时间的记录运行情况。
  （8）用户管理画面
         可以允许不同权限的用户登陆，登陆后，可进行相关的操作。同时还可以允许用户注销自己的身份，这样既可实现灵活，方便的应用，又能保证系统的安全性。
  （9）巡检报告画面
        用户根据电机的运行情况，随时巡检电机并记录运行情况，生成报告。可用于下达工作计划、留言备忘、可随时添加。
  
五、系统安装施工方案
  1、  制作电源柜、电机测试柜、微机操作台、测试电机架
  2、提供每台设备名称，编辑软件。
  3、按仪表软功能说明表设置参数。在每台仪表安装通讯模块。仪表上窗口显示温度值，下窗口显示给定值特别是量程范围dIL 输入下限显示值； dIH输入上限显示值，关系到曲线的量程范围。
  4、在仪表上按功能表设定好地址号。将所有仪表通讯端A-B连接AI485/232转换器，按串口号以次插入计算机。在控制室按装一台电脑并采用屏蔽超五类四对双绞网络线利用RS485作为AI仪表与电脑连接现场通讯总线。在电脑上按装已组态好的AIFCS网络版监控软件，并采用简洁可靠的自有的通讯协议在计算机上对现场控制器实现100%的功能操作。实时读取测量值，随时修改控制参数。
  5、计算机配置：计算机采用研华工控机P4级CPU、40G以上硬盘DDR256M内存，4个232口多串口卡、光驱、软驱、声卡，不间断电源。
  六、 系统调试
  以宇电AI-808PFI8L5S程序型电压控制仪表为例：
         参数设定后首先要自整定。AI人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法进行调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用改进后的PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。具有无超调、高精度、参数确定简单、对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点。
         AI系列调节仪表还具备参数自整定功能，AI人工智能调节方式初次使用时，可启动自整定功能来协助确定M 5、P、t等控制参数。初次启动自整定时，可将仪表切换到显示状态①是PV测量值SV给定值的状态下，按住半园弧键并保持约2秒钟，此时仪表下显示器将闪动显示“At”字样，表明仪表已进入自整定状态。自整定时，仪表执行位式调节，经2~3次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M 5、P、t等控制参数。如果在自整定过程中要提前放弃自整定，可再按住半园弧键并保持约2秒钟，使仪表下显示器停止闪动“At”字样即可。视不同系统，自整定需要的时间可从数秒至数小时不等。仪表在自整定成功结束后，会将参数CtrL设置为3（出厂时为1）或4，这样今后无法从面板再按住键启动自整定，可以避免人为的误操作再次启动自整定。已启动过一次自整定功能的仪表如果今后还要启动自整定时，可以用将参数CtrL设置为2的方法进行启动。具体的操作要参考说明书。
         系统在不同给定值下整定得出的参数值不完全相同，执行自整定功能前，应先将给定值设置在最常用值或是中间值上（对于AI-708P/808P程序型仪表，可通过修改当前程序段值来改变给定值以满足要求），如果系统是保温性能好的电炉，给定值应设置在系统使用的最大值上，再执行启动自整定的操作功能。参数CtI（控制周期）及dF（回差）的设置，对自整定过程也有影响，一般来说，这2个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确度越高。但dF值如果过小，则仪表可能因输入波动而在给定值附近引起位式调节的误动作，这样反而可能整定出彻底错误的参数。推荐CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要学习的原因，自整定结束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段时间（一般与自整定需要的时间相同）后方可获得最佳效果。
        在使用过程中AI调节器 结合PID调节、自学习及模糊控制技术，实现了自整定/自适应功能及无欠调的精确调节，性能远优于传统PID调节器。
  程序设置：
         电压程序曲线的编排；程序表调节器可用于按一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合。具有50段程序编程功能，可设置任意大小的给定值升、降斜率；具有跳转（目标段只限于前30段）、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，可在程序控制运行中修改程序；具有二路事件输出功能。可通过报警输出控制其他设备联锁动作，进一步提高设备自动化能力；具有停电处理模式、测量值启动功能及准备功能，使程序执行更有效率及更完善。
         仪表提供了具有手动自整定模式。方法是设定给定值后，先用手动方式进行调节，等手动调节系统基本稳定后，再在手动状态下启动自整定，这样电压输出将限制在当前手动值+10%及-10%的范围，从而避免了电压变化现象。仪表经2～3次振荡后仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型、来自动计算出M5、P、T等控制参数后整定结束。使手动自整定方式能获得更准确的自整定结果
        厦门宇电AI-808PFI8L5S增强型人工智能调节器,组成独立的电压控制系统.自动调整保持恒定，计算机记录电压波动的曲线。
  AI-808PFI8L5调节器参数  V 7.0版                 参数表2
   
  
手动自整定：
  第一步：编排程序给定值；
  第二步： 将第1段程序改最大电压，启动程序运行；
  第三步：按手动/自动切换A/M键切手动，先用手动方式进行调节调压器，等手动调节基本稳定后，再在手动状态下启动自整定，按A/M键2秒钟出现“At”字样，此时仪表输出值限制在当前手动值±10％的范围，而不是OPL及OPH定义的范围，从而避免了生产现场不允许电压大幅度变化的现象。经2～3次振荡后，显示器停止闪动“At”字样即可。此时自整定参数M5、P、t自动计算出控制参数。
        此外，当被控物理量反应快速时，手动自整定方式能获得更准确的自整定效果，整个自整定过程几十秒就结束了。
  结束语：经过部分客户应用，反应一至良好，应用方便，改变了手工操作、手工记录、人工监控，费事费力，造成数据失真。采用计算机监控系统真正反应了测试电机的质量特性。本系统稍加改动就可实现多种用途。