Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt ein System, das LabVIEW- und SPS-Technologien kombiniert, um die Echtzeitbeobachtung und -überwachung von Daten zu ermöglichen, die während der Inbetriebnahme, Prüfung und Alterung von Frequenzumrichtern benötigt werden. Das System zeichnet sich durch gute Echtzeitfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit, geringe Kosten und hohe Funktionalität aus. Schlüsselwörter: Virtuelles Instrument, SPS, Online-Überwachung, Online-Steuerung. Entwurf eines Messsystems für Umrichterparameter mit LabVIEW. Hu Hunquan 1, Zhang Qingfan 1, Ma Yunsheng 2, Kang Hongxia 2 (1. Shandong University School of Control Science and Engineering 250061, 2. Shandong Xingfengguang Electronic Developments Co., LTD 272500). Zusammenfassung: Dieses System nutzt virtuelle Instrumente und SPS-Techniken zur Überwachung und Steuerung des Wechselrichters während der Justierung, Prüfung usw. Es bietet gute Echtzeitfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit, geringe Kosten und vielfältige Funktionen. Schlüsselwörter: Virtuelles Instrument, SPS, Online-Überwachung, Online-Steuerung. 1. Einleitung. Frequenzumrichter (FU) gewinnen in China zunehmend an Bedeutung und haben einen vielfältigen Markt hervorgebracht. Vor Verlassen des Werks müssen Frequenzumrichter (VFDs) Fehlersuche, Tests und Alterungsprüfungen unterzogen werden. Der Einsatz mehrerer Messgeräte wie Multimeter und Oszilloskope kann umständlich und verwirrend sein. Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. hat daher mithilfe der überlegenen virtuellen Instrumente von NI sein Testsystem für Fehlersuche und Tests modernisiert. Dies vereinfacht und optimiert die Fehlersuche und Tests von Frequenzumrichtern und verschafft dem Unternehmen einen Branchenvorsprung in der Fehlersuche- und Testtechnologie für Frequenzumrichter. So wird die Qualitätspolitik des Unternehmens, eine 100%ige Produktqualifizierungsrate zu gewährleisten, weiter gestärkt. • Systemzusammensetzung und Funktionsprinzip: Die Produkte von Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. sind in verschiedenen Spannungsbereichen erhältlich, darunter 380 V, 660 V, 1140 V, 2300 V, 6000 V und 10000 V. Der Leistungsbereich der Frequenzumrichter ist groß und reicht von wenigen Kilowatt bis zu mehreren Tausend Kilowatt. Folglich ist auch der Eingangsstrombereich sehr groß und reicht von einigen zehn bis zu einigen hundert Ampere. Das System benötigt eine SPS zur entsprechenden Spannungs- und Strompegelwandlung. Das System besteht im Wesentlichen aus den folgenden Komponenten (siehe Abbildung 1): [ALIGN=CENTER] Abbildung 1: Systemaufbaudiagramm[/ALIGN] • Industrieller Steuerungsrechner: Mensch-Maschine-Schnittstelle, Echtzeitanzeige der für die Analyse benötigten Wellenformdaten, Ausgabe von Fehlermeldungen, Meldungen usw. sowie Anzeige des Echtzeitstatus verschiedener Kurven auf dem Bildschirm. • Datenerfassung: Die Daten werden mithilfe der NI PCI-6023E Datenerfassungskarte über analoge Eingangskanäle und DIO-Kanäle an den Host-Rechner übertragen. • Datenaufbereitung: Da die von NI benötigten Eingangsdaten einen bestimmten Bereichsbeschränkung aufweisen, muss das angezeigte Steuersignal entsprechend verarbeitet werden. Aufgrund der vielen Spannungspegel und des großen Strombereichs ist die Datenaufbereitung in zwei Teile gegliedert: eine Trennfilterplatine und die entsprechende Erfassung und Aufbereitung von Spannung und Strom. • Spannungs- und Stromwandlung: Die Siemens S7-200 SPS ist einfach zu programmieren und zu steuern und kann zur Echtzeit-Schaltung des Hauptstromkreises mit unterschiedlichen Spannungspegeln eingesetzt werden. Dieser Teil des Stromkreises ist komplexer und erfordert eine sichere Verriegelung. • Implementierung mit LabVIEW: Gemäß der oben beschriebenen Systemstruktur und dem zugehörigen Steuerungsgesetz kann die Implementierung durch die Kombination von LabVIEW und SPS erfolgen. Die wichtigsten Schritte der Systemimplementierung werden im Folgenden erläutert und die grafische Darstellung der Implementierung veranschaulicht. 3.1 Einführung in die LabVIEW-Technologie: LabVIEW ist eine grafische Entwicklungsplattform für Instrumente, die auf der Programmiersprache G basiert. Sie zeichnet sich durch gute Übersichtlichkeit, intuitive Bedienung sowie einfache Programmierung und Steuerung aus. (1) Flussdiagramm-basierte Entwicklungsumgebung: Ein LabVIEW-Programm besteht aus Benutzeroberfläche und Symbolcode. Die Benutzeroberfläche verwendet bekannte Elemente von Instrumenten- und Anzeigetafeln wie Schaltflächen, Anzeigen und Diagramme als Basiskomponenten. Benutzer können zudem Steuerungsobjekte anpassen und eigene Bildbibliotheken sowie Symbolcodes für spezifische Felder erstellen. Dadurch wird das Programm übersichtlich, intuitiv und leicht modifizierbar. (2) Umfangreiche Analysewerkzeuge: LabVIEW bietet zahlreiche Datenanalysepakete, darunter Wahrscheinlichkeits- und Statistikanalyse, Filteranalyse, FFT-Analyse, Spektrumanalyse, Wellenformkorrektur, Grenzwertüberschreitungserkennung, Wellenformbearbeitung usw. (3) Offene Systemverbindung und umfassende Hardware- und Kommunikationsunterstützung mit DDL- und CIN-Schnittstellen ermöglichen die direkte Anbindung an verschiedene Datenerfassungskarten. LabVIEW verwendet die Programmiermethode grafischer Instrumente. Virtuelle Instrumente (VIs) dienen der Schichtung und Modularisierung. Das gesamte System ist ein virtuelles Instrument. 3.2 Entwurfsprozess für Datenerfassung und -analyse Das grundlegende Ablaufdiagramm der LabVIEW-Datenerfassung und des Systementwurfs ist in Abbildung 2 dargestellt. [ALIGN=CENTER] Abbildung 2: Grundlegendes Systemablaufdiagramm[/ALIGN] Die Testdatenerfassung und -analyse erfolgt in folgenden Schritten: (1) Signalerfassung und Echtzeitdarstellung (2) Datenerfassung und -speicherung (3) Spektralanalyse des Testsignals 3.3 Analyse der einzelnen Schritte der Datenerfassung und -analyse Im Folgenden wird die Implementierung der drei oben genannten Schritte in LabVIEW beschrieben. Die Frontplatte der ersten beiden Schritte ist in Abbildung 3 dargestellt. [ALIGN=CENTER] Abbildung 3 Frontplattenanzeige[/ALIGN] • Signalerfassung und Echtzeitanzeige Die Rückseite dieses Programmteils ist in Abbildung 4 dargestellt. Zunächst werden über das Analogeingangs-VI mithilfe des herkömmlichen VI-Moduls die Gerätenummer, die Kanalnummer, die Abtastfrequenz usw. so eingestellt, dass die abgetasteten Daten in Echtzeit auf dem Oszilloskop angezeigt werden können. [ALIGN=CENTER] Abbildung 4 Programm für Erfassung und Anzeige auf der Rückseite[/ALIGN] • Datenerfassung und -speicherung Die Rückseite dieses Programmteils ist in Abbildung 5 dargestellt. Zunächst werden die Daten gemäß dem vom Kunden gewählten Speicherpfad als Tabellenkalkulationsdatei (Datei.xls) gespeichert. Diese kann mit Microsoft Excel geöffnet werden, und es können Teildaten zum Drucken und Speichern ausgewählt werden. [ALIGN=CENTER] Abbildung 5 Datenerfassungsprogramm (Rückseite) [/ALIGN] • Testsignal-Spektrumanalyse Dieses System verfügt über verschiedene Testsignale wie Eingangsstrom, Ausgangsstrom, Eingangsspannung, Ausgangsspannung, Eingangs- und Ausgangsleistung usw. und kann entsprechende Testsignal-Spektrumanalysen durchführen. Die Programmierung hierfür kann je nach Testanforderungen vor Ort in Echtzeit erfolgen. 4. Fazit Nach Abschluss der Systemmodifikation wurde das System über einen gewissen Zeitraum eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Programm die Funktionen für Echtzeitmessung, -anzeige, -berechnung und -speicherung sehr gut erfüllt und die erwarteten Ziele erreicht. Es bietet dem Personal vor Ort eine intuitive und einfache Bedienung und macht die experimentelle Technologie des Unternehmens effizienter und fortschrittlicher. Referenzen: 1. Deng Yan, Wang Lei (Hrsg.), LabVIEW 7.1 Testtechnologie und Instrumentenanwendung, Peking: Maschinenbauverlag, 2004. 2. Cheng Yonghong, Leistungselektronik-Messtechnik – Sensorik und Steuerungstechnik, Peking: China Electric Power Press, 2002. 3. SIEMENS S7-200 Programmierbare Steuerung, SIEMENS Corporation . Über den Autor: Hu Shunquan (geb. 1976), männlich, studiert derzeit im Masterstudiengang an der Shandong-Universität mit dem Schwerpunkt Leistungselektronik und elektrische Antriebe. Zhang Qingfan (1949-), männlich, Doktorvater, Direktor des Instituts für Leistungselektronik an der Shandong-Universität, Mitglied des Redaktionsausschusses von Power Electronics Technology, spezialisiert auf Theorie und Anwendung der Leistungselektronik, Sicherheitswissenschaft in der Leistungselektronik usw. Ma Yunsheng, männlich, Ingenieur, forscht im Bereich Leistungselektronik, elektrische Antriebe und Steuerung, derzeit Leiter der Qualitätsabteilung der Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. Kang Hongxia, weiblich, Ingenieurin, forscht im Bereich Leistungselektronik, elektrische Antriebe und Steuerung, derzeit in der Technologieabteilung der Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. Kontaktinformationen des Autors: Hu Shunquan: Tel.: 13153764218, Tel.: 0537-7237190; Postanschrift: Forschungs- und Entwicklungsabteilung, Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd., Nr. 2, Guangchang Road, Wenshang County, Provinz Shandong, China; Postleitzahl: 272500