基于PXI和SCXI板卡系统的空调自动检测和故障诊断

一、系统概述

本系统主要用于对空调设备的关键器件进行自动检测和故障诊断。该系统由自动检测系统和故障诊断系统两个分系统组成。自动检测系统可以进行温度、湿度、制冷剂压力、强电电压/电流、标准电流信号等多个信号的测量和数据采集处理，并将检测结果传输到便携式计算机中；故障诊断系统通过故障诊断系统对自动检测系统传入的数据进行分析，对空调设备所出现的故障进行定位并给出具体的解决方法。

二、系统设计与实现

1. 系统硬件设备

本系统主要基于NI公司的信号采集和调理设备搭建硬件平台，它主要由一系列PXI和SCXI板卡组成；同时，为了方便连接传感器，自制了集成接线箱。该系统的工作原理如图1所示，机箱PXI-1042Q和SCXI-1000的电源为市电AC/220V；SCXI-1581对RTD温度传感器提供电流激励；其余传感器分别由集成接线箱中的15V和24V直流电源供电；自动工况模拟由SCXI-1124提供电流输出。对各传感器采集到的物理参数，使用PXI－6123同步采集卡对380V三相交流运行电参数信号进行采样，可获得各相电压与相应电流初始相角相同的数据；使用具有32通道、每一个输入通道都具有信号放大及低通滤波功能的SCXI－1102板卡完成6路24V直流电源运行参数信号、2路压力信号、9路RTD温度信号、1路环境湿度、1路大气压力和5路标准电流信号，共24路电压信号的调理工作；SCXI－1102通过背部接线端将所有信号送到PXI－6251采集卡的第一个通道CH0。PXI－6123和 PXI－6251采集到的信号由PXI总线送入PXI-8106控制器进行分析处理。

图1：系统工作原理图

1.1 信号采集和调理硬件

信号采集和调理硬件主要由一系列PXI和SCXI板卡组成，其中PXI-6123同步采集卡用于采集三相交流电的电压和电流；PXI-6251数据采集卡用于控制SCXI板卡，同时采集经SCXI-1102调理后的温度、湿度、压力和24V直流电源运行参数。

1.2 集成接线箱

集成接线箱将前端的模拟信号和采集/调理设备的各通道对应地连接起来，是自动检测系统的信号连接中枢。它主要实现以下四个功能：

1）更好的电气连接性

前端应用航空插头与传递各测量模块信号的线缆连接，后端是与信号调理/采集设备连接的总线接口，如图3所示。它使信号的输入输出连接快速方便、稳定可靠。

图2 集成接线箱外形图

2）连接电缆的一致性

前端的航空插座有4芯、10芯和24芯三种，每根连接电缆无须与传感器一一对应，只要对应的插座相同就可以随意接插，而且无法接插不同的插座，防止了错误连接。由于传感器种类较多、数量较大，使用时前端连接传感器的线缆很纷繁，线缆长度又较大，因此线缆的一致性使得每次使用时不必针对不同的传感器寻找对应的线缆，既保证了连接传感器的方便快捷，又保证了一定的冗余性(在线缆出现故障时，能及时找到替换线缆)。

3）传感器直流供电

运行电参数测量模块的传感器需要直流±15V供电，压力、湿度、大气压力以及标准直流信号测量模块需要直流24V供电，集成接线箱内安放了直流电源，通过线缆给不同的传感器供电。

4）电流信号的转换

由于连接线缆较长，为了增强抗干扰能力，传感器输出信号都选择了4mA～20mA的标准电流信号，电流信号进入集成接线箱后，通过高精度的取样电阻（阻值250Ω和100Ω、精度1‰、功率1/4W），电阻上的压降供给调理/采集设备进行A/D转换。

1.3 信号调理附件

由于数据采集卡PXI-6123的电压输入范围是±10V，而要检测的380V三相供电参数超出PXI-6123的测试范围。我们通过分压的办法将其转化到±10V的范围内。被测电参数（A相N相间电压、B相N相间电压、C相N相间电压、A相电流、B相电流、C相电流）通过电压互感器和电流互感器，将大电压和大电流衰减为采集系统允许值范围内的小信号。所选用的传感器是LEM（莱姆电子）生产的应用霍尔原理闭环补偿的LV25-P/SP2电压传感器和LA55-P/SP50电流传感器。

为便于使用，设计制造了“交流380V三相供电测量盒”，测量盒的结构示意图如图3所示，盒体的左右两侧装配的是用于与被测系统相连接的航空插座，左侧为输入端，连接系统的380V供电电源，测量电缆从电流传感器中心孔穿过后连接到右侧的航空插座（输出端），再通过线缆连接到被测系统用电设备。衰减后的信号由信号输出接口经线缆传送到集成接线箱，再供数据采集卡采集。

图3交流380V三相供电测量盒结构示意图