基于DCS技术应用的电机耐久试验自动监控系统设计
摘 要
针对汽车座椅小型直流电机耐久性能测试中多路数据交换困难及干扰抑制等问题，提出了采用DCS结构串行通信方式的电机耐久试验台自动监控系统，实现了对电机的电压、电流、速度以及输出力矩等信号进行实时监测和控制的功能，利用自主设计的直流稳压、稳流电源实现了多台电机相互干扰的抑制问题。本系统具有高可靠性，抗干扰能力强，稳定性好等特点。
【关键词】耐久试验 工控机 电机 直流稳压稳流电源
随着汽车行业的微型化、集成化和可靠性要求的不断提高，各企业对小型直流电机的质量问题倍加关注，致使对电机性能测试设备的功能提出了更高的要求。国外先进设备的造价比较昂贵，而国内相关设备的研制尚未完善，尤其是在处理采集数据的速度和多通道交换数据方面诸多问题还未解决，采用工控机作为控制器处理采集数据的全自动控制设备更加少见。
本文主要设计一种高速、高精度、多通道的电机耐久性试验自动检测与控制装置，有效解决了处理采集数据的速度、交换数据困难及干扰抑制等问题，具有高可靠性，抗干扰能力强，稳定性好等特点。
1 电机耐久试验监控系统的构成
电机耐久试验监控系统主要完成电机扭矩限制器工作耐久试验和反复工作高、低温耐久试验，通过更换夹具实现其他型号电机的耐久测试。该系统是由工控机（或称上位机）、相关的传感器、试验台控制器（或称下位机）以及支架等构成，对电机动态转矩、转速、电流、电压及温度等参数进行监控。
工控机和电源主要完成测试条件的设定，数据采集，试验记录，动作控制等工作；测试机架完成转矩控制检测和环境温度模拟。在调试开始前，需要人工在高低温箱内三维可调机架上安装好测试电机，在耐久试验软件界面下选择设置好试验参数；启动试验后，工控机记录相关的试验数据，并做出测试曲线以备观察和分析电机各种性能和工作状态。
上位机主要是由工控机构成，下位机主要是由直流稳压稳流电源（0～30V、0～100A）、AD 调理卡、FV 转换器组成。测试工艺在工控机上设置，工控机通过 RS232 控制直流电源完成对电机施加正负电压；通过 RS485 控制高低温箱的温度操作；通过磁粉离合器产生输出转矩；通过力矩传感器检测转矩；AD 卡采集电流、电压、速度、转矩等信号。试验后将其测试数据制表、绘图、保存、输出，提供试验分析数据。图1给出直流稳压稳流电源前、后面板的布局图。
2 电机耐久试验系统的基本原理
电机耐久试验系统主要是完成以工控机为控制中心，控制电机在高、低温环境下，工作电流、电压、输出转矩、速度等各项耐久参数的测试。系统控制框图如图2所示。
在电机扭矩限制器耐久测试中，工控机通过 RS485 设置高、低温箱的温控仪，温控仪采用 PID 算法输出把试验环境温度调到试验所需温度；通过 RS232 设置直流稳压电源的大小，将所设定电压加到电机两端，使电机转动。力矩传感器将电机速度和转矩信号送到工控机，计算机根据速度信号，通过直流电源调节磁粉制动器的电压，作为电机速度的设定值。如果更改电机电压的极性，可使其反转，可以检测电机反方向的各个参数。试验过程中可记录电机电压、电流、速度以及输出力矩等信号，得到实时数据曲线图。
在电机综合性能高低温耐久试验中，工控机通过RS485设置高、低温箱的温控仪，温控仪采用 PID 算法输出把试验环境温度调到试验分段的设定温度。工控机还根据当前电机输出的设定电流计算出电机的电压以及磁粉制动器电压，并同时调节好这两个控制对象。根据电流控制的要求，电流可分为斜线上升、下降和水平保持三个分段类型。每完成一个分段将设定新分段的温度设定值，以及计算、输出新的分段电机的电压以及磁粉制动器电压。为保证电流曲线控制更好，除软件调节外，还采用了硬件的限流措施。
3 电机耐久试验监控系统的软件介绍
电机耐久试验系统上位机软件采用Java开发，运行于 Windows XP操作系统。它能够按照用户的需求设定，进行电机扭矩限制器耐久、电机综合性能高低温反复耐久试验。
主界面下有【测试试验】【试验参数】、【数据处理】【手动调试】【帮助说明】、【安全退出】六个菜单，部分菜单含有附属子菜单，该软件界面友好丰富，操作灵活方便。
4 结论
本文所设计的电机耐久试验监控系统在进行参数测试拥有比较高的精度，通过RS-232和RS-485通讯方式实现了上、下位机的数据交换，并实现了多路数据采集和实时交换处理数据等功能，有效抑制多路电机同时测试产生的互相干扰问题，具有高可靠性，抗干扰能力强，稳定性好等特点。
参考文献
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作者简介
邹存名（1982-），男，辽宁省大连市人。硕士研究生学历。现为大连科技学院讲师。主要研究方向为多自由度机器手臂控制研究。
作者单位
大连科技学院电气工程系 辽宁省大连市 116052
