Кафедра АППиЭ

Авторы: Осипенко Л.Е.,Лызо О.М.
Руководитель: Штыкин М.Д.


Разработка виртуальных приборов для исследования асинхронного электропривода на основе АСНИ LabVIEW

ВВЕДЕНИЕ


   Сегодня уделяется значительное внимание разработке и использованию в учебном процессе электронных образовательных ресурсов (ЭОР). Исследователю и экспериментатору предоставляется широкий выбор обучающих программ, электронных энциклопедий и справочников и т.п. Примером использования таких ресурсов в учебном процессе могут служить виртуальные лаборатории, позволяющие моделировать объекты и процессы окружающего мира, а также организовывать компьютерный доступ к реальному лабораторному оборудованию. Их использование актуально при преподавании многих технических дисциплин. Примером такой лабораторной установки является комплект ЭМП1-Н-К.    Упрощенная структурная схема комплекта ЭМП1-Н-К приведена на рисунке 1.

 
   Для осуществления требуемых измерений используется плата ввода-вывода, устанавливаемая на PCI-шине лабораторного компьютера.
LabVIEW или Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (Среда разработки лабораторных виртуальных приборов) представляет собой среду графического программирования, которая широко используется в промышленности, образовании и научно-исследовательских лабораториях в качестве стандартного инструмента для сбора данных и управления приборами.
Концепция LabVIEW отличается от последовательной природы традиционных языков программирования, предоставляя разработчику легкую в использовании графическую оболочку, которая включает в себя весь набор инструментов, необходимых для сбора данных, их анализа и представления полученных результатов. С помощью графического языка программирования LabVIEW, именуемого G (Джей), можно программировать задачу из графической блок-диаграммы, которая компилирует алгоритм в машинный код. Сфера применимости LabVIEW  непрерывно расширяется. В образовании она включает лабораторные практикумы по электротехнике, механике, физике. В фундаментальной науке LabVIEW используют такие передовые центры как CERN (в Европе), Lawrence Livermore, Batelle, Sandia, Oak Ridge (США), в инженерной практике - объекты космические, воздушного, надводного и подводного флота, промышленных предприятий и т.д.
     Для проведения экспериментальных испытаний имеется лабораторная установка ЭМП1-Н-К (рис. 2).
Модульная конструкция комплекта обеспечивает возможность сборки электрической цепи требуемой конфигурации, с необходимыми параметрами её элементов и измерения параметров режима этой цепи.
 





    Через плату ЦАП-АЦП компьютер получает исходные данные. Далее они обрабатываются в приложении, которое можем разработать под требуемые задачи,  используя возможности LabVIEW.

    Проектирование Виртуального Прибора «Управление асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором в автоматическом режиме»
   
    Сигналы от реальных промышленных объектов являются непрерывными  функциями.  Для обработки на компьютере требуется перевести сигналы в цифровую форму. Один из способов сделать это - равномерно по времени измерить значения сигнала на определенном промежутке времени и ввести полученные значения амплитуд  в  компьютер.  По полученному дискретному  сигналу можно  будет  достаточно  точно восстановить вид исходного непрерывного сигнала.
   Процесс создания начинаем с определения функциональных действий подприбора. Управление реверсивным ходом асинхронного двигателя осуществляется при помощи двух выключателей, управление выключателями будет осуществляться с помощью воздействия сигнала 24 В на катушку, имеющую выводы 1-2 к терминальному шлейфу, терминальный шлейф подключен к терминалу, который соединён с блоком усиления цифровых сигналов. Так же выключатель конструктивно реализует блокировку от одновременного включения движения «вперёд» и «назад», для реализации блокировки используются выводы 7-8 к терминальному шлейфу.  Следовательно, необходимо задействовать два дискретных выхода 5В, которые соединены шлейфом с блоком усиления цифровых сигналов, и на выходе дают сигнал в 24В.  Для измерения величин необходимы 3 аналоговых выхода. Для управления аналоговыми и дискретными сигналами необходимо в приложение Measurement & Automation Explorer создать соответствующие каналы.
Для канала тока создаём виртуальный канал аналогового входа, в нашем случае он будет назван Аi6, и соединён с выходами ACH3-ACH11, что соответствует виртуальному аналоговому выводу номеру 3. Для напряжения создаём виртуальный канал аналогового входа BI_1, который соединён с выводами ACH1-ACH9, который соответствует виртуальному аналоговому выходу 1. Для канала измерения частоты вращения создаём виртуальный канал аналогового выхода n, соединённый с выводами ACH1-ACH8, который соответствует виртуальному аналоговому выходу 0.

 

   Добавим требуемые для прикладной задачи структуры и функции на функциональную панель (блок-схему). Чтобы сделать это, выберем в меню Window=>Show Block Diagram. На блок схеме видны прямоугольные терминалы, соответствующие органам управления и индикаторам лицевой панели. Терминалы окрашены в различные цвета (в зависимости от формата представляемых данных) и имеют те же метки, что и соответствующие им объекты на лицевой панели.  Чтобы вывести на экран палитру Functions (функции), выберем из меню Window=>Show Functions Palette.
    Функции для получения и формирования аналоговых сигналов располагаются в палитре Functions - Data Acquisition. Перечислим основные из них (рисунок 4 ):
     

    Для всех функций входными параметрами являются:
                        -   Device (устройство) - номер устройства присвоенный плате;
                        -   Channel (канал) - определяет физический канал на DAQ устройстве;
                        -   Number of samples - количество выборок на канал;
                        -   Sample rate - частота, с которой производиться считывание;
                        -   High, Low limit - верхнее и нижнее ограничение по уровню сигнала.
   Из подменю Data Acquisition палитры Functions выбираем 3 элемента AI Acquire Waveform, так как нам необходимо непрерывное считывание по одному каналу и записать данные в виде одномерного массива чисел.




    Объектом управления является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Исследуемыми величинами - электрический ток, напряжение и частота вращения ротора. Управление движением и частотой вращения асинхронного двигателя осуществляется при помощи преобразователя частоты. Преобразователь частоты имеет возможность работы в ручном и автоматическом режимах. В ручном режиме выбор направления вращения осуществляется нажатием на кнопки «вперед» и «назад» на блоке преобразователя частоты, изменение частоты питающей сети осуществляется при помощи вращения регулятора. В автоматическом режиме пуск, выбор направления вращения и останов осуществляются по средством дискретных сигналов, изменение частоты осуществляется аналоговым сигналом 0-10В, что соответствует изменению частоты с 0-100Гц.
    Из подменю I/O палитры Controls выбираем 3 элемента DAQ Channel Name, который предназначены  для выбора каналов, переносим их на лицевую панель и размещаем в левой части. Вводим название «Выберите канал тока»,  «Выберите канал напряжения». «Выберите канал частоты». С помощью 3 элементов  DAQ Channel Name мы может одновременно получать данные с 3 каналов, в нашем случае считываем информацию о токе и напряжении действующих в сети, а так же частоте вращения ротора асинхронного двигателя.
    Из подменю I/O палитры Controls выбираем 3 элемента DAQ Channel Name, который предназначены  для выбора каналов, переносим их на лицевую панель и размещаем в левой части. Ставим галочку в настройках объекта на digital output, тем самым мы создали каналы для управления пуском вперёд, назад и остановом.
     Из подменю Numeric палитры Controls выбираем 3 элемента Meter для обозначения  амперметра и вольтметра, а так же тахометра, предназначенные для  регистрации мгновенного значения тока и напряжения, а так же частоты вращения. 
     Из подменю Numeric палитры Controls выбираем один элемент Dial, который будет служить регулятором частоты.
     Добавляем 2 кнопки и 3 светодиода, которые будут соответствовать кнопки движения вперёд, кнопки движения назад, а так же индикатором движения вперёд, назад и останов.
     В итоге получаем лицевую панель нашего виртуального прибора, представленную на рисунке 6.

 
 

   Для достижения необходимой задачи на функциональной панели (блок диаграмме) добавим необходимые  математические функции.
   Из подменю Data Acquisition палитры Functions выбираем 3 элемента AI Acquire Waveform, т. к. нам необходимо непрерывное считывание по 3 каналам и запись данных в виде одномерного массива чисел.
   Для расчета значений действующих величин добавим Basic Averaged DC-RMS для каждого измеряемого параметра, из палитры Functions меню Analyze . Создаём иконку нашего подприбора и задаём параметры соединительной панели. Сохраняем подприбор под названием ASDV. В итоге получим очередной  subVI, который можно использовать в блок схеме другого VI.
   Построение механической характеристики  происходит с помощью функции Bundle (объединение в кластер), которая находиться в подменю Claster меню Function .





            В итоге по окончании эксперимента с применением разработанного виртуального прибора получаем механическую характеристику исследуемого асинхронного двигателя, по которой можно оценить основные параметры этой электрической машины.



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7/ Под. ред. Бутырина П. А. -М.: ДМК Пресс, 2005. - 264 с.
2. Виноградова Н. А., Листратов Я. И., Свиридов Е. В. Разработка прикладного программного обеспечения в среде Labview: Учебное пособие. - М.: МЭИ, 2005. - 47 с.
3.  Евдокимов Ю. К. Labview для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора / Ю. К. Евдокимов, В. Р. Линдваль, Г. И. Щербаков. - М.: ДМК Пресс, 2007. - 400 с.
4.  Трэвис Дж. Labview для всех. - М.: ДМК Пресс, 2004. - 544 с.

Спасибо.
Вопрос: а у Вас пользователь - это компьютер (судя по рис. 1)?
Пожелание: на рис. 2 неплохо было бы добавить Вашего руководителя (ну, где-нибудь там сбоку), а то мы по нему уже соскучились.

Он открыл окно и выбросил в него  боченок с розгами.

(https://d.radikal.ru/d13/2004/5d/9190da19ee7f.png)

? ?

!!

!,  ?  и !!!