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船舶用發(fā)電機在出廠前和正式使用前，要測試其在不同輸出功率下的性能表現(xiàn)，還要測試其負載突加、突減時的功率輸出能力，由于輸出功率較大（如我們測試的是單臺560kW，最大要求3臺同時并聯(lián)發(fā)電)，這就需要專用負載箱來測試其性能，我們所做的設備，就是測試發(fā)電機性能的負載箱，通過控制PLC，實現(xiàn)負載的可控增減，監(jiān)視其輸出有功、無功的輸出情況，分析發(fā)電機的性能表現(xiàn)。原方案對數(shù)據(jù)采集與分析這一塊做的不是很好，客戶要求采集突加、突減過程中的電壓、電流變化情況，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)采集與記錄，并希望能采集到發(fā)電機在不同功率下的振動信息，以實現(xiàn)更多參數(shù)的功能評價。
軟件部分：
LabVIEW 2011：圖形化開發(fā)平臺
主要的軟件開發(fā)平臺，用它可以快速實現(xiàn)用戶界面設計和邏輯功能控制，節(jié)省開發(fā)時間，提高工作效率。
附加工具包：
Report Generation Toolkit：報表生成工具包
把采集到的數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶要求，設計成報表，這樣就可以自動打印測試報告。
Database Connectivity Toolkit數(shù)據(jù)連接工具包
采集到的實時數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，存入歷史數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫連接工具包可以實現(xiàn)LabVIEW 數(shù)據(jù)采集和MySQL數(shù)據(jù)庫之間的連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存功能。
數(shù)據(jù)庫：
MySQL 5.5
免費開源的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，占用空間小，執(zhí)行效率高，滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的功能需求。
硬件部分：
NI-9073 NI-9225 NI-9227 NI-9234
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模塊 |
信號 |
通道數(shù) |
采樣率 |
輸入分辨率 |
輸入范圍 |
備注 |
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NI 9225 |
電壓 |
3差分 |
50kS/s |
24 |
±300V |
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NI 9227 |
電流 |
4差分 |
50kS/s |
24 |
±5Arms |
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NI 9234 |
加速度 |
4差分 |
51.2kS/s |
24 |
±5V |
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NI 9073 |
機箱 |
8插槽 |
CPU:266MHz |
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采用NI 9225 作為電壓采集模塊，由于發(fā)電機輸出的額定相電壓是220V，所以±300V的量程可以滿足測量的需要；電流采集模塊采用NI 9227，系統(tǒng)輸出的電流，經(jīng)過電流互感器，變成0~5A的標準輸出電流，NI 9227可以滿足其測量的要求，另外，在測試過程中，需要測試發(fā)電機的振動情況，采用 NI 9234可以實現(xiàn)加速度測試的要求。
船舶發(fā)電機在正式發(fā)電使用前，要經(jīng)過帶負載的測試后才能正式投入使用，實驗的類型分為兩類：穩(wěn)態(tài)實驗和瞬態(tài)實驗。穩(wěn)態(tài)實驗就是在規(guī)定的時間內，發(fā)電機完成連續(xù)的功率輸出。瞬態(tài)實驗是事先設定幾個功率輸出點，當外部負載發(fā)生瞬間變化時，發(fā)電機輸出功率的變化情況。
1) 實時數(shù)據(jù)采集；
采集系統(tǒng)實時的電流、電壓等信號，計算有功、無功、功率因數(shù)、頻率等指標參數(shù)，為系統(tǒng)的實時控制提供參考依據(jù)。
2) 有功、無功輸出控制；
根據(jù)實驗方案，設定目標值，根據(jù)實時采集到的數(shù)據(jù)信息，控制PLC的輸出節(jié)點，來調節(jié)負載的增加和減少，控制負載的輸出功率。
3) 數(shù)據(jù)存儲；
測試過程中，按照設定的保存條件，記錄實驗數(shù)據(jù)，用于報表的生成和歷史數(shù)據(jù)的查詢。
4) 故障報警；
當系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障時，如電壓異常，過溫時，可以發(fā)出告警信號。
5) 穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)實驗。
實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)實驗的功能，按設定的運行數(shù)據(jù)，達到實驗的要求。
1) 歷史測試曲線查詢；
查以查詢測試過程保存的歷史數(shù)據(jù)，以曲線和報表的方式顯示給用戶。
2) 測試報告生成；
對各種實驗數(shù)據(jù)，生成測試報告，具備打印輸出功能。
圖1系統(tǒng)結構圖
整個系統(tǒng)分為三大部分，待測發(fā)電機，負載箱（含PLC控制器、電阻、電抗器、數(shù)據(jù)采集模塊），遠程監(jiān)控系統(tǒng)。待測發(fā)電機每臺額定功率是560kW，可以單臺進行測試，最多可三臺并聯(lián)，同進進行檢測。負載箱的電阻和電抗器，通過PLC和接觸器，控制負載的增減，采集模塊實時采集系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)，使用戶及時了解發(fā)電機的功率輸出情況。
(四) 系統(tǒng)的設計與軟件實現(xiàn)
1、 人機界面
系統(tǒng)監(jiān)控主界面總體上分為二部分，左邊為顯示區(qū)域，實時顯示發(fā)電機輸出的有功、無功和目標值，了解發(fā)電機的功率輸出情況，右邊部分為系統(tǒng)控制和運行狀態(tài)顯示部分，在這兒可以設置發(fā)電面的額定功率，系統(tǒng)依據(jù)發(fā)電機的額定功率、功率因數(shù)和設定的百分比，計算需加載的有功、無功值，根據(jù)事先做好的算法，計算需控制PLC哪些輸出點，把生成的指令發(fā)送給PLC，控制負載的投入和切除，因為負載不是線性負載，并且隨著負載溫度的變化，阻抗也會發(fā)生變化，所以還需根據(jù)采集模塊采集到的實際值，和目標值進行對比，實時調節(jié)負載的輸出。
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