介绍

随着多功能逆变电焊机、全数字焊机等新机型的投入，检测的项目和要求都迅速增多，以前利用电压表、电流表、功率表、示波器等传统仪器进行的测试，并不能实现检测过程的自动化和焊机信号的处理及自动判断分析。现使用LabVIEW和PXI相结合的软硬件平台， 自主开发出灵活稳定的虚拟仪器系统，实现电焊机的自动测试、异常判断、短路试焊等功能。本文介绍了系统软硬件架构及其特点。

系统组成

逆变焊机的检测过程中会产生高频信号干扰及引弧高电压产生的尖峰脉冲，因此选用PXI硬件平台，以提高整个系统的稳定性和抗干扰性。系统采用数字IO控制焊机输入输出变化以及测试电路的转换，用数字化仪和NI-SCOPE驱动软件进行信号分析，数字万用表及计数器卡采集测量各项电压、电流、转速、时间参数等信号。检测到的结果通过LabVIEW软件进行自动判断并作相应控制处理，优异的人机界面方便了检测过程中的电气参数调节，并且避免了人为失误造成的检测错误和疏漏。通过LabVIEW附带的database工具包把检测数据存为Access数据库，以便日后进行检测结果的统计分析。

电焊机的外部模拟电路控制

应用PXI-6528数字IO卡配合NI DAQ测试驱动程序，可以轻松完成电焊机输入状态的控制，如：50/60HZ转换、单相三相转换、缺相保护检测等。在控制焊机的输出负载方面，负载的大小以数字形式进行控制，如果接入13个负载，就可以组合出8192个不同的阻值，满足全系列电焊机的负载输出线性（见图1）。

图1 系统组成模块（略）

PXI-6528是各通道隔离的控制模块，可以承受焊机输出造成的高频干扰和尖峰高电压的冲击，避免了因设备或人为误动作造成不必要的损失。
PXI-6528的数字输入功能，用以检测焊机外部输出电平接点的数字输入信号。如果把保护信号接入数字输入端口，可以从软硬件两方面保护整个系统的安全运行，使整个测试系统更加协调。

各测试点信号的精确测量

PXI-4070的最大电压量程为300V，最大电流量程为1A，最大阻值量程为100M ，并且具有直接测量频率、晶体管导通等功能，同时它的分辨率高达6.5位，能够满足各个测试点的检测需求。配合PXI-6528对各检测信号的切换，可以按照流程自动检测各个测试点信号。而且，PXI-4070具有1.8M/s的数字化仪功能，对一些简单的信号可以直接分析处理。用两块PXI-4070，可以轻松实现三相电参数的测量和分析。分别采集焊机输入的电压信号和电流信号，利用LabVIEW强大的运算分析功能，可测得电焊机的输入电压、电流、有功功率、功率因数、频率等参数。

送丝转速和时间参数的测量

传统的转速测量方式为60P/R的旋转编码器和线速转速表配合使用，其采样频率为每秒2～5次，如果送丝稍有不稳，测量值就会出现较大误差。本系统选用PXI-6602配合3000P/R的旋转编码器，其采样频率迅速提升至10K/S，再利用平均值法对转速值进行平滑处理，得到稳定的转速测量。PXI-6602的采样频率为80M/s，并且有8个输入端口。通过隔离转换电路，还可以精确地测量电焊机的提前送气、滞后停气时间、电流上升时间、下降时间、脉冲频率、各测试点的相位差等信号，这对于逆变焊机的精确测量是必不可少的。

焊机输出信号的精确分析

逆变焊机的输出信号较复杂，而且不同机型的焊机，其输出的电压电流信号都相差很大，其中多数信号为交流信号、高频信号和直流信号的叠加，在进行实际焊接时，焊接波形更加复杂，用传统的电压表和电流表都不能准确地测量实际结果，而PXI-5112拥有最高采样率为100MHZ两路输入通道，选用10倍衰减的电压探头，可以对焊机的电压输出信号直接进行测量。配合Tektronix公司的A6304XL电流探头和TM502A电流放大器，可以实现500A的交直流电流信号的测量。通过NI SCOPE驱动软件，可设定电压电流信号的采样方式，获取精确稳定的波形信号。

虽然用传统的示波器也可以实现此类功能，但对于多功能焊机的检测，检测的项目和要求非常多，要反复设定测试量程和调用这些高级功能会浪费大量的工时，而且检测结果需要目测判断和手工记录。这时，使用虚拟仪器平台能有效实现测试测量的自动化，由软件程序控制各个测量硬件的使用，最大程度的减少了出错概率。

LabVIEW强大的软件功能

整个系统最重要的当然是检测程序协调运行，这对于LabVIEW而言正是强项，如自动电压调节过程，就是用PXI-4070先读取焊机的供电电压值，再与需要的电压进行比较，采用闭环控制，其判断结果控制数字IO的动作，通过变频器输入接点来控制调压器升压或降压，当符合检测条件时自动退出循环，见图2。此外具有人机界面功能，用Dialog对话框可以提示作业者下一步的作业内容，每一台焊机的检测结果和测试波形都一目了然地显示在计算机屏幕上，避免产生作业遗漏和误判断。作业者只需轻点鼠标和键盘就能实现检测过程的自动执行。

图2 电压自动调节界面（略）

图3 信号波形的采集和分析（略）

方便快速的开发过程 PXI板卡通过插入方式安装在PXI机箱内，这种独特的设计给开发产品和以后的板卡更新及维护提供了便利。和以往版本不同，LabVIEW7和7.1集合了大量的Express VI，这对于产品开发人员提供了极大的方便。并且各个板卡都自带了相应的软件包。利用这些Express VI，可以在极短的时间内构建检测系统的基本框架。

LabVIEW软件还提供了大量的应用例程，为开发人员提供了最佳的开发思路。例如，在编写送丝机转速程序时，调用了Measure Frequency（NI-TIO）.vi例程，未作任何修改就可以直接使用。这些都迅速加快了系统的开发进程。当然，为提高程序运行速度，还要对程序进行进一步的优化。


丰富的功能扩展

PXI-8186控制器集合了GPIB通讯口和RS232串口，可以对检测设备周边的绝缘耐压仪和噪音计等辅助检测设备进行功能设置和数据读取控制。同时，新型全数字焊机具有和机器人或电脑串口通讯的功能，这样，通过PXI8186的串口就可以直接进行串口检测程序。此外，PXI-8186还集合了USB口和百兆网卡通讯口。通过USB口可以方便地接入移动存储、USB系列采集卡等设备，为以后的硬件升级提供了足够的空间。使用网卡和LabVIEW的datasocket功能，可以和公司内部局域网相连接，实现检测过程的远程监控和检测数据的共享，极大地方便了数据管理工作。


总结

此检测装置的部分机型已调试完毕。调试结果表明：该测试系统运行稳定，测量精度高。通过与需要人工目测记录和多次手工操作的分离式老测试设备系统相比，新系统减少了测量时间达30%以上，并且提高了可靠性和测量精度，新系统在数据采集、存储、显示、信号处理、数据传输等方面显示了强大的性能优势，以较低的开发成本实现了手动操作向自动检测的转变。

最重要的是新系统具有可持续开发性，这是传统仪器无法比拟的。随着检测机型地增多，把软件编成模块化是很有必要的。这样，作业者就可以利用现成的子VI“组装”新的检测程序，为程序的二次开发提供了极大的帮助。