基于PXI和SCXI板卡系統(tǒng)的空調(diào)自動檢測和故障診斷

一、系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)主要用于對空調(diào)設(shè)備的關(guān)鍵器件進行自動檢測和故障診斷。該系統(tǒng)由自動檢測系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)兩個分系統(tǒng)組成。自動檢測系統(tǒng)可以進行溫度、濕度、制冷劑壓力、強電電壓/電流、標準電流信號等多個信號的測量和數(shù)據(jù)采集處理，并將檢測結(jié)果傳輸?shù)奖銛y式計算機中；故障診斷系統(tǒng)通過故障診斷系統(tǒng)對自動檢測系統(tǒng)傳入的數(shù)據(jù)進行分析，對空調(diào)設(shè)備所出現(xiàn)的故障進行定位并給出具體的解決方法。

二、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1. 系統(tǒng)硬件設(shè)備

本系統(tǒng)主要基于NI公司的信號采集和調(diào)理設(shè)備搭建硬件平臺，它主要由一系列PXI和SCXI板卡組成；同時，為了方便連接傳感器，自制了集成接線箱。該系統(tǒng)的工作原理如圖1所示，機箱PXI-1042Q和SCXI-1000的電源為市電AC/220V；SCXI-1581對RTD溫度傳感器提供電流激勵；其余傳感器分別由集成接線箱中的15V和24V直流電源供電；自動工況模擬由SCXI-1124提供電流輸出。對各傳感器采集到的物理參數(shù)，使用PXI－6123同步采集卡對380V三相交流運行電參數(shù)信號進行采樣，可獲得各相電壓與相應電流初始相角相同的數(shù)據(jù)；使用具有32通道、每一個輸入通道都具有信號放大及低通濾波功能的SCXI－1102板卡完成6路24V直流電源運行參數(shù)信號、2路壓力信號、9路RTD溫度信號、1路環(huán)境濕度、1路大氣壓力和5路標準電流信號，共24路電壓信號的調(diào)理工作；SCXI－1102通過背部接線端將所有信號送到PXI－6251采集卡的第一個通道CH0。PXI－6123和 PXI－6251采集到的信號由PXI總線送入PXI-8106控制器進行分析處理。

圖1：系統(tǒng)工作原理圖

1.1 信號采集和調(diào)理硬件

信號采集和調(diào)理硬件主要由一系列PXI和SCXI板卡組成，其中PXI-6123同步采集卡用于采集三相交流電的電壓和電流；PXI-6251數(shù)據(jù)采集卡用于控制SCXI板卡，同時采集經(jīng)SCXI-1102調(diào)理后的溫度、濕度、壓力和24V直流電源運行參數(shù)。

1.2 集成接線箱

集成接線箱將前端的模擬信號和采集/調(diào)理設(shè)備的各通道對應地連接起來，是自動檢測系統(tǒng)的信號連接中樞。它主要實現(xiàn)以下四個功能：

1）更好的電氣連接性

前端應用航空插頭與傳遞各測量模塊信號的線纜連接，后端是與信號調(diào)理/采集設(shè)備連接的總線接口，如圖3所示。它使信號的輸入輸出連接快速方便、穩(wěn)定可靠。

圖2 集成接線箱外形圖

2）連接電纜的一致性

前端的航空插座有4芯、10芯和24芯三種，每根連接電纜無須與傳感器一一對應，只要對應的插座相同就可以隨意接插，而且無法接插不同的插座，防止了錯誤連接。由于傳感器種類較多、數(shù)量較大，使用時前端連接傳感器的線纜很紛繁，線纜長度又較大，因此線纜的一致性使得每次使用時不必針對不同的傳感器尋找對應的線纜，既保證了連接傳感器的方便快捷，又保證了一定的冗余性(在線纜出現(xiàn)故障時，能及時找到替換線纜)。

3）傳感器直流供電

運行電參數(shù)測量模塊的傳感器需要直流±15V供電，壓力、濕度、大氣壓力以及標準直流信號測量模塊需要直流24V供電，集成接線箱內(nèi)安放了直流電源，通過線纜給不同的傳感器供電。

4）電流信號的轉(zhuǎn)換

由于連接線纜較長，為了增強抗干擾能力，傳感器輸出信號都選擇了4mA～20mA的標準電流信號，電流信號進入集成接線箱后，通過高精度的取樣電阻（阻值250Ω和100Ω、精度1‰、功率1/4W），電阻上的壓降供給調(diào)理/采集設(shè)備進行A/D轉(zhuǎn)換。

1.3 信號調(diào)理附件

由于數(shù)據(jù)采集卡PXI-6123的電壓輸入范圍是±10V，而要檢測的380V三相供電參數(shù)超出PXI-6123的測試范圍。我們通過分壓的辦法將其轉(zhuǎn)化到±10V的范圍內(nèi)。被測電參數(shù)（A相N相間電壓、B相N相間電壓、C相N相間電壓、A相電流、B相電流、C相電流）通過電壓互感器和電流互感器，將大電壓和大電流衰減為采集系統(tǒng)允許值范圍內(nèi)的小信號。所選用的傳感器是LEM（萊姆電子）生產(chǎn)的應用霍爾原理閉環(huán)補償?shù)腖V25-P/SP2電壓傳感器和LA55-P/SP50電流傳感器。

為便于使用，設(shè)計制造了“交流380V三相供電測量盒”，測量盒的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，盒體的左右兩側(cè)裝配的是用于與被測系統(tǒng)相連接的航空插座，左側(cè)為輸入端，連接系統(tǒng)的380V供電電源，測量電纜從電流傳感器中心孔穿過后連接到右側(cè)的航空插座（輸出端），再通過線纜連接到被測系統(tǒng)用電設(shè)備。衰減后的信號由信號輸出接口經(jīng)線纜傳送到集成接線箱，再供數(shù)據(jù)采集卡采集。

圖3交流380V三相供電測量盒結(jié)構(gòu)示意圖