基于LabVIEW的水利發(fā)電機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

白娜　崔巧娜　王先宇

【摘要】本系統(tǒng)是以虛擬儀器以及LabVIEW軟件為基礎(chǔ)，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)控。整個(gè)系統(tǒng)可以分為硬件部分和軟件部分。在硬件部分，重點(diǎn)在于電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集模塊的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)將電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)3144電磁霍爾傳感器進(jìn)行處理，然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡獲得能夠讓計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。軟件部分重點(diǎn)在于通過(guò)LabVIEW軟件把初步處理的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行讀取，對(duì)獲得的信號(hào)進(jìn)行調(diào)用、轉(zhuǎn)換、采集等處理，繼而在波形圖上顯示出來(lái)。

【關(guān)鍵詞】LabVIEW；水利發(fā)電機(jī)；3144霍爾傳感模塊；數(shù)據(jù)采集卡

當(dāng)代社會(huì)科學(xué)發(fā)展迅猛，電機(jī)的應(yīng)用伴隨著科學(xué)發(fā)展的迅猛潮流慢慢滲透到各個(gè)領(lǐng)域。電機(jī)的廣泛使用就必須有相應(yīng)的檢測(cè)維護(hù)過(guò)程，其中電機(jī)的轉(zhuǎn)速的測(cè)量和控制是不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是在水利發(fā)電系統(tǒng)中。

1.虛擬儀器和LabVIEW

虛擬儀器一般由硬件和軟件兩部分組成，分別為計(jì)算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件，其中應(yīng)用軟件主要指數(shù)據(jù)處理軟件和結(jié)合計(jì)算機(jī)顯示器模擬信號(hào)輸入輸出的軟件，并由計(jì)算機(jī)及其測(cè)量?jī)x器硬件模塊組成了虛擬儀器硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)。LabVIEW是一種實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境，是NI公司專門為虛擬儀器的研究開發(fā)而設(shè)計(jì)的軟件。作為這一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件，不僅能夠輕松地完成與各種軟硬件的連接，更能為各方面提供強(qiáng)大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)的方式，并將結(jié)果顯示給用戶。

2.水利發(fā)電原理

水利發(fā)電的基本原理是利用水位落差，配合水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，即利用水的位能轉(zhuǎn)為水輪的機(jī)械能，再以機(jī)械能推動(dòng)發(fā)電機(jī)，而得到電能。科學(xué)家以水位落差的天然條件，有效的利用流力工程及機(jī)械物理等知識(shí)，設(shè)計(jì)出高發(fā)電量的設(shè)備，供人們使用廉價(jià)又無(wú)污染的電能。

3.系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件部分主要是電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集部分。本系統(tǒng)采用3144霍爾電磁傳感開關(guān)進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集卡對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速采集到的數(shù)據(jù)可以直接獲取采用，而不需要進(jìn)行信號(hào)處理。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1。

4.軟件部分程序的設(shè)計(jì)

4.1設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分分以下幾個(gè)步驟：（1）發(fā)送信號(hào)；（2）信號(hào)程序調(diào)用；（3）信號(hào)采集；（4）信號(hào)分析；（5）得出波形，測(cè)的轉(zhuǎn)速；（6）比較轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)狀態(tài)。設(shè)計(jì)程序流程圖如圖2。

4.2電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)控軟件部分的程序設(shè)計(jì) 1）程序調(diào)用.設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要進(jìn)行信號(hào)的輸入，進(jìn)行信號(hào)的模擬采集與初步處理，需要調(diào)用3144霍爾傳感器所對(duì)應(yīng)的函數(shù)模塊，從而獲得信號(hào)。2）信號(hào)的采集、處理、分析.由傳感器收集到信號(hào)后，并發(fā)送到計(jì)算機(jī)處理程序中進(jìn)行詳細(xì)處理，存儲(chǔ)到采集卡，并在程序面板上顯示。最后將得到過(guò)調(diào)整、處理的信號(hào)波形進(jìn)行分析。3）程序由桌面顯示.在計(jì)算機(jī)程序上處理完后，一系列數(shù)據(jù)都會(huì)在程序的前面板上顯示。

4.3電機(jī)轉(zhuǎn)速控制部分設(shè)計(jì) 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，霍爾傳感器模塊將測(cè)得的信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集卡，程序?qū)?shù)據(jù)采集卡采集到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，控制PWM的輸出，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速?？刂瞥绦蛞妶D3。

4.4電機(jī)應(yīng)急保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)為保證系統(tǒng)安全，能夠使發(fā)電機(jī)能夠正常并長(zhǎng)期服役運(yùn)行，需要使發(fā)電機(jī)保持在正常的轉(zhuǎn)速，即電機(jī)轉(zhuǎn)速有個(gè)門限值。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為用電壓大小模擬水利閥門的大小。如何控制電壓大小，本系統(tǒng)應(yīng)用一電位器來(lái)控制電壓的大小，電壓輸出由數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸出端口輸出，其輸出電壓恒定為3.3V，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定門限值時(shí)數(shù)據(jù)采集卡輸出端口立即變?yōu)榈碗娖?，即輸出電壓?。此時(shí)相當(dāng)于關(guān)閉閥門停止水流對(duì)水輪機(jī)的沖擊，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制數(shù)字輸出程序如圖4。

結(jié)論

本系統(tǒng)的核心部分則是LabVIEW軟件的程序編寫模塊，它是將數(shù)據(jù)采集卡采集的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)識(shí)別出來(lái)，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)提取，然后將信號(hào)進(jìn)行分析。通過(guò)編寫的LabVIEW程序?qū)?shí)驗(yàn)過(guò)程形象準(zhǔn)確的在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。硬件部分包括微型馬達(dá)、3144霍爾傳感器、信號(hào)調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集卡。電機(jī)轉(zhuǎn)速由傳感器將測(cè)到的物理量—溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；然后通過(guò)信號(hào)調(diào)理器將電信號(hào)進(jìn)行濾波等預(yù)處理；而數(shù)據(jù)采集卡的作用則是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

參考文獻(xiàn)

[1]（美）Jeffrey Travis，（美）Jim Kring.LabVIEW大學(xué)實(shí)用教程（第三版）[M].第三版.北京：電子工業(yè)出版社，2008

作者簡(jiǎn)介

白娜（1981-），女，黑龍江綏化人，本科，研究方向：電子與通信工程。