王新寧

在我國(guó)機(jī)電行業(yè)的智能發(fā)展趨勢(shì)下，優(yōu)化機(jī)電 綜合能效，構(gòu)建一套科學(xué)完善的性能測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)關(guān)注 系統(tǒng)的準(zhǔn)確度與效率，從而滿足日益增長(zhǎng)的使用需求。同 樣在信息化技術(shù)的發(fā)展下，對(duì)于機(jī)電綜合能效測(cè)試系統(tǒng)的 優(yōu)化，需要朝著測(cè)試便捷、準(zhǔn)確度高和智能化方向發(fā)展， 以此提高機(jī)電企業(yè)的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力，保障機(jī)電的使用質(zhì) 量，降低機(jī)電測(cè)試工作的難度，為機(jī)電領(lǐng)域的健康發(fā)展提 供保障。因此，本文對(duì)機(jī)電智能化綜合能效測(cè)試系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究分析顯得尤為重要。

在機(jī)電設(shè)施的智能化發(fā)展趨勢(shì)下，從能源與成 本節(jié)省的角度出發(fā)，推動(dòng)機(jī)電智能化的發(fā)展，有助于實(shí)現(xiàn) 整體機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)化。同樣對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的智能感知、監(jiān)控 以及人機(jī)交互等部分進(jìn)行優(yōu)化，提升機(jī)電系統(tǒng)的整體性能 ，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電運(yùn)行的安全、穩(wěn)定、可靠。

同樣，機(jī)電智能化的發(fā)展作為機(jī)電領(lǐng)域的重要 分支，其智慧化建設(shè)能夠借助人工智能技術(shù)來(lái)發(fā)散、發(fā)展 概念，對(duì)其結(jié)構(gòu)性能與材質(zhì)進(jìn)行變更，以此滿足多樣化的 使用需求。在機(jī)電智能化發(fā)展上，借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與 人工智能技術(shù)，優(yōu)化機(jī)電的制動(dòng)控制與自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊，以 此加強(qiáng)機(jī)電系統(tǒng)的整體功能，為機(jī)電一體化水平的提升奠 定基礎(chǔ)。機(jī)電智能化發(fā)展是在以往的機(jī)電控制理論基礎(chǔ) 上，通過(guò)多方面的新思想與新方法的融入，從而讓機(jī)電系 統(tǒng)本身具備一定的思考推斷能力，以此滿足實(shí)際的、更高 層面的控制需求?；诂F(xiàn)階段的機(jī)電領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)，智能 化與一體化發(fā)展作為未來(lái)發(fā)展的主要方向，雖然兩者之間 無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展，但是借助智能化與一體化的協(xié)調(diào)發(fā)展 ，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能、高速度且具備一定智能性質(zhì)的產(chǎn)品研 發(fā)，具備較高的市場(chǎng)需求價(jià)值。

在機(jī)電智能化的發(fā)展下，借助綜合能效測(cè)試系 統(tǒng)的構(gòu)建，能夠盡早對(duì)機(jī)電的檢測(cè)傳感模塊、電子控制模 塊、執(zhí)行器模塊、動(dòng)力源模塊進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)對(duì)整體機(jī)電 系統(tǒng)的實(shí)際能效進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)試，優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)下 的各個(gè)子系統(tǒng)的有機(jī)連接，從而保障機(jī)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 運(yùn)行。一個(gè)好的機(jī)電綜合能效測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于機(jī)電企業(yè)的發(fā) 展能夠起著決定性作用，基于機(jī)電的安全與產(chǎn)品質(zhì)量的需 求，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的安全和成本進(jìn)行有效控制，以此滿足生 活實(shí)際的應(yīng)用需求。

同樣，機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量關(guān)系著使用的安全性， 同時(shí)也會(huì)影響我國(guó)機(jī)電產(chǎn)品的出口。因此，優(yōu)化機(jī)電設(shè)施 產(chǎn)品的綜合能效測(cè)試系統(tǒng)，不僅能夠進(jìn)一步擴(kuò)大我國(guó)高質(zhì) 量機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)，同時(shí)也能夠推動(dòng)我國(guó)機(jī)電領(lǐng)域的發(fā)展。 機(jī)電智能化綜合能效測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步整合我 國(guó)機(jī)電產(chǎn)品的檢測(cè)模式，降低檢測(cè)成本，以此推動(dòng)測(cè)試工 作效率的提升，減少相應(yīng)的機(jī)電測(cè)試工作量，為我國(guó)機(jī)電 企業(yè)的健康發(fā)展提供保障。

（一）設(shè)計(jì)理念

在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的背景下，機(jī)電智能 綜合能效測(cè)試系統(tǒng)需要將人工智能、機(jī)電、通信、數(shù)據(jù)分 析以及圖像顯示等諸多技術(shù)進(jìn)行融合，構(gòu)建機(jī)電綜合能效 測(cè)試的虛擬儀器，以此實(shí)現(xiàn)智能測(cè)試系統(tǒng)的搭建。在該系 統(tǒng)的構(gòu)建上，需要相應(yīng)的前端設(shè)備數(shù)據(jù)處理設(shè)施，借助數(shù) 字功率計(jì)，讓總線接口與窗口和電腦端能夠進(jìn)行連接，從 而確保能夠在電腦端進(jìn)行虛擬面板的操作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)處理功能，并對(duì)機(jī)電產(chǎn)品測(cè)試的電流電壓、諧波頻率、 運(yùn)行時(shí)間、功率因素以及相位角等功能進(jìn)行逐步測(cè)試。同 時(shí)，智能化設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地自動(dòng)計(jì)算測(cè)量功能，以系 統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義測(cè)試的智能化發(fā)展。

（二）設(shè)計(jì)方案實(shí)施要點(diǎn)

在機(jī)電智能化綜合能效測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，其 主要設(shè)計(jì)模塊涉及虛擬儀器、系統(tǒng)需求、關(guān)鍵技術(shù)等三部 分。虛擬儀器模塊主要是將測(cè)試技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合， 基于機(jī)電智能化綜合能效的測(cè)試需求來(lái)設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，從 而建立直觀的測(cè)試面板，提升測(cè)試系統(tǒng)的使用效率。虛擬 儀器模塊的存在不僅能夠優(yōu)化相應(yīng)的測(cè)試工作，同時(shí)也能 夠合理地借助信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與傳輸工作，讓系統(tǒng)的建 設(shè)更加方便靈活。虛擬儀器借助重組定義，方便測(cè)試參數(shù) 的有效調(diào)整，讓測(cè)試精準(zhǔn)度與效率根據(jù)需求發(fā)生改變。系 統(tǒng)需求模塊主要是對(duì)實(shí)際的測(cè)試需求進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化， 從而讓機(jī)電智能化綜合能效測(cè)試得以實(shí)現(xiàn)。在具體表現(xiàn)上 ，系統(tǒng)需求能夠讓前端的處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集傳輸，借 助測(cè)量?jī)x器，對(duì)操作面板的功能鍵進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，從而保 障測(cè)量數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)之間的明確顯示。同時(shí)系統(tǒng)需求能 夠?qū)Χ鄠€(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的 形式進(jìn)行存儲(chǔ)，方便后續(xù)的查看。在智能化發(fā)展上，系統(tǒng) 能夠?qū)ο鄳?yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析與提示，從而保障測(cè)試網(wǎng) 絡(luò)的整體效果，滿足機(jī)電智能化綜合能效的測(cè)試需求。在 關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用上，智能化需要基于人工智能技術(shù)與數(shù)據(jù) 分析技術(shù)進(jìn)行測(cè)試優(yōu)化，通過(guò)多個(gè)新興技術(shù)的合理運(yùn)用來(lái) 提升測(cè)試系統(tǒng)的整體性能，同時(shí)構(gòu)建專屬的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)方便 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分析。在關(guān)鍵技術(shù)中以模塊化建設(shè)來(lái)加大系統(tǒng) 的管理與可移動(dòng)性，通過(guò)對(duì)權(quán)限控制來(lái)保障系統(tǒng)的安全; 通過(guò)緩沖來(lái)減輕系統(tǒng)的負(fù)擔(dān);通過(guò)設(shè)置引導(dǎo)來(lái)方便操作人 員的使用;通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)管來(lái)保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，借助程 序設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)模塊優(yōu)化后續(xù)的發(fā)展與維護(hù)工作。

（三）設(shè)計(jì)關(guān)鍵流程

在機(jī)電智能化綜合能效測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，其 流程涉及以下幾點(diǎn)。其一，管理。該部分主要是系統(tǒng)啟動(dòng) 后對(duì)于用戶進(jìn)行劃分，從而區(qū)分管理員和用戶，并提供相 應(yīng)的管理服務(wù)功能。其二，連接。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì) 于信息的接收與發(fā)送都依賴于儀器連接效果。在實(shí)際的數(shù) 據(jù)查詢上，需要具備保存功能，同時(shí)還需要進(jìn)行針對(duì)性連 接，從而實(shí)時(shí)保存數(shù)據(jù)文件。其三，模式。系統(tǒng)需要根據(jù) 實(shí)際的需求進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試模式的選擇，以此獲取儀器的實(shí) 時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù);借助參數(shù)的對(duì)比，從而完成數(shù)據(jù)的批量處理 ，并在顯示設(shè)置過(guò)程中對(duì)相應(yīng)的儀器數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度等進(jìn)行 顯示;同時(shí)借助實(shí)時(shí)圖像顯示，方便工作人員進(jìn)行查詢和 管理。其四，斷開(kāi)。在測(cè)試工作完成以后，需要關(guān)閉相應(yīng) 的系統(tǒng)，斷開(kāi)連接儀器，從而為下一次使用提供保障。

（一）硬件模塊

在機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)上，硬件模 塊儀器需要使用數(shù)字功率計(jì)WT210，該儀器作為當(dāng)前先 進(jìn)功能性較多的新型儀器設(shè)備，能夠滿足機(jī)電智能綜合能 效測(cè)試的所有需求。同樣，該功率計(jì)的基本精準(zhǔn)能夠達(dá)到 千分之一，且作為小型儀器，其僅有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架的一半大小 ，一般種類大約為3千克。其可實(shí)現(xiàn)的機(jī)電測(cè)量最小電流 為5毫安，具備線路的濾波測(cè)試功能，且更新速度最快為 每秒更新十次讀數(shù);另外，還具備諧波測(cè)試功能和用戶基 本校準(zhǔn)功能，同時(shí)借助外部傳感器的使用能夠?qū)斎氲淖?大電流進(jìn)行測(cè)定。機(jī)電智能化綜合能效測(cè)試系統(tǒng)硬件模塊 主要由WT210功率計(jì)、通用接口型、計(jì)算機(jī)和打印機(jī)等組 成，規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)及組裝，具備組裝便捷性吲。相對(duì) 而言，機(jī)電智能化綜合能效測(cè)試系統(tǒng)的硬件模塊前期的投入 相對(duì)較大，但是其性能優(yōu)良有助于組建大型的智能化綜合 效能測(cè)試系統(tǒng)。機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)連接如圖1所示 ：

圖1 機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)連接圖

（二）軟件模塊

機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)的軟件模塊需要基于 電腦的操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)，需要基于實(shí)驗(yàn)室虛 擬儀器的通用編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)展。借助通用語(yǔ)言適用于測(cè) 試和控制的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)簡(jiǎn)化儀器的收集與處理工作，從而 實(shí)現(xiàn)測(cè)試時(shí)間的有效縮短。虛擬儀器通用程序語(yǔ)言的應(yīng)用 可以滿足機(jī)電智能綜合能效系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用開(kāi)發(fā)，也可 以滿足智能開(kāi)發(fā)的需要。同時(shí)，為方便客戶對(duì)于數(shù)據(jù)的查 找，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)需求向?qū)У拈_(kāi)發(fā)儀器以驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置， 并借助輸入儀器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速查詢。同時(shí)，根據(jù)調(diào)用 測(cè)試庫(kù)進(jìn)行儀器管理，對(duì)儀器類型進(jìn)行劃分，且允許相關(guān) 工程師對(duì)儀器進(jìn)行細(xì)化管理，以此節(jié)省軟件模塊的構(gòu)建時(shí) 間和維護(hù)費(fèi)用。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)便攜式代碼，因?yàn)闇y(cè)試 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品中的不同儀器需要借助第三方源代碼來(lái)進(jìn)行控制 ，以保障機(jī)電智能綜合能效測(cè)試系統(tǒng)的性能。機(jī)電智能化 綜合能效測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用虛擬儀器通用程序語(yǔ)言，可以重新 設(shè)計(jì)改進(jìn)的應(yīng)用程序生成器，使項(xiàng)目庫(kù)限制代碼重用，借 助二進(jìn)制模式的寫(xiě)入模式，提升實(shí)際的工作效率，然后在 系統(tǒng)的混合信號(hào)圖上，對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。在工具欄創(chuàng) 建更專業(yè)的用戶界面，優(yōu)化快捷菜單，提高使用者的滿意 度。同時(shí)將共享變量進(jìn)行簡(jiǎn)化，逐一擴(kuò)展成相應(yīng)的集成函 數(shù)，讓其具備嵌入組件的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

虛擬儀器通用程序語(yǔ)言是一種圖形化編程語(yǔ)言 ，它使用的是圖標(biāo)和連接來(lái)創(chuàng)建應(yīng)用程序，而不是文本 行。傳統(tǒng)的文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的順序來(lái)決定 程序的執(zhí)行順序，而虛擬儀器的通用程序語(yǔ)言采用數(shù)據(jù)流 編程模式，即程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流決定了VI和功 能的執(zhí)行順序，這是虛擬儀器的通用程序語(yǔ)言的程序模塊 。虛擬儀器通用程序語(yǔ)言提供了許多類似于傳統(tǒng)儀器示波 器和萬(wàn)用表的控件，可以用來(lái)輕松地創(chuàng)建用戶界面。該用 戶界面在虛擬儀器的通用程序語(yǔ)言中被稱為前面板。使用 圖標(biāo)和連接，可以以編程方式控制前面板上的對(duì)象，這是 圖形化源代碼，也稱為源代碼。虛擬儀器的通用程序語(yǔ)言 的圖形化源代碼有點(diǎn)類似于流程圖，因此也被稱為程序方 框圖代碼。對(duì)于開(kāi)發(fā)特定的程序，需要使用額外的軟件工 具包。所有的工具包都與虛擬儀器的通用程序語(yǔ)言無(wú)縫集 成。這正是因?yàn)樘摂M儀器的通用程序語(yǔ)言提供了豐富的資 源，但它也可以根據(jù)需要修改或編寫(xiě)自己的代碼，再加 上應(yīng)用軟件包、用戶界面庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng)程序的應(yīng)用，大大 減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間。虛擬儀器的通用程序語(yǔ)言所提供的圖形 用戶界面，可以通過(guò)使用菜單、按鈕、對(duì)話框、編輯框、 收音機(jī)、復(fù)選框和滾動(dòng)條等操作，極大地促進(jìn)軟件的開(kāi) 發(fā)。機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)基本框架如圖2所示：

圖2 機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)基本框架圖

（三）實(shí)效分析

在機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)上，需要借 助基本的霓虹燈電路的研制測(cè)試進(jìn)行試驗(yàn)，以此保障機(jī) 電智能化綜合能效系統(tǒng)的實(shí)際效果。在實(shí)際的運(yùn)用上，當(dāng) 用戶向系統(tǒng)中輸入用戶名和密碼時(shí)，首先要輸入的是系統(tǒng) 的主界面。系統(tǒng)主界面主要包括菜單欄、通用功能按鈕、 連接儀器列表和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示列表。利用計(jì)算機(jī)操作界面 優(yōu)化的虛擬儀表板操作，實(shí)現(xiàn)WT210數(shù)字功率表的所有參 數(shù)測(cè)試操作。機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)曲線能 夠顯示測(cè)量參數(shù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和發(fā)展趨勢(shì)，為數(shù)據(jù)分析提供 最直觀的參考;機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)各種參數(shù)易于設(shè) 置，也可批量獨(dú)立設(shè)置。在機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)的運(yùn) 用上，其測(cè)試數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)處理，如多次測(cè)試數(shù) 據(jù)的最大、最小、極差、方差、功率、電能等。同時(shí)，機(jī) 電智能化綜合能效系統(tǒng)以數(shù)據(jù)文件命名，通過(guò)自動(dòng)存儲(chǔ)功 能來(lái)避免測(cè)試數(shù)據(jù)覆蓋與丟失問(wèn)題。而系統(tǒng)運(yùn)用的WT210 數(shù)字功率表與計(jì)算機(jī)通信，不僅能夠進(jìn)行串口連接，也 能夠進(jìn)行通用接口連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸。將其運(yùn)用 在機(jī)電智能綜合能效系統(tǒng)上，不僅操作簡(jiǎn)單實(shí)用，且數(shù)據(jù) 可靠完整，具備較高的應(yīng)用價(jià)值。機(jī)電智能化綜合能效系 統(tǒng)的維護(hù)和更新速度快，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給系統(tǒng)的更新 帶來(lái)了新的活力。

基于總線的虛擬儀器以其靈活、價(jià)格低廉的優(yōu) 勢(shì)，將成為我國(guó)最受歡迎的虛擬儀器。同時(shí)只要儀器具 有串口或接口，則具備明顯的可推廣價(jià)值，能夠產(chǎn)生良好 的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。運(yùn)用該虛擬儀器構(gòu)建的機(jī)電智能綜合 測(cè)試系統(tǒng)，可廣泛用于進(jìn)出口機(jī)電檢驗(yàn)業(yè)務(wù)，也可廣泛應(yīng) 用于相關(guān)科研工作當(dāng)中。另外，將機(jī)電行業(yè)的檢測(cè)技術(shù)和 檢測(cè)能力提升到一個(gè)新的水平，為實(shí)驗(yàn)室綜合干預(yù)“綠色 家電”產(chǎn)品認(rèn)證檢測(cè)提供基礎(chǔ)的技術(shù)保障，具有推廣意義 和應(yīng)用前景。機(jī)電智能化綜合能效系統(tǒng)具備的系統(tǒng)開(kāi)放 性，不僅保證了其未來(lái)工作的可行性，而且具備著隨需求 變化進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整或擴(kuò)展的靈活性;另外，隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技 術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析和挖掘能力大大提高，為機(jī) 電智能化綜合能效系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供發(fā)展保障。同時(shí)， 系統(tǒng)保留的容量擴(kuò)展端口也為后續(xù)開(kāi)發(fā)做好了準(zhǔn)備。

由此可見(jiàn)，在機(jī)電智能化的發(fā)展趨勢(shì)下，對(duì)于 綜合能效系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，不僅能夠滿足機(jī)電企業(yè)日常 的測(cè)試需求，同時(shí)也能夠以智能化發(fā)展推動(dòng)測(cè)試工作的優(yōu) 化，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。在現(xiàn)階段的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 上，仍然存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)的兼容與實(shí) 用性研究，從而為系統(tǒng)的推廣和發(fā)展提供技術(shù)保障。