LabVIEW 在智能高壓開關機械特性測試中的應用

毛志寬 寇新民 馬東嶺

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

隨著智能電網(wǎng)建設的推進，智能高壓開關的需求越來越大，而機械特性是衡量智能高壓開關性能的重要參數(shù)之一。目前，業(yè)內主要使用KOCOS 進行開關機械性能的檢測，且在進行開關機械性能檢測時，仍然在使用傳統(tǒng)的模擬傳感器用于位移信號的測量，而不使用智能高壓開關設備上安裝的高精度數(shù)字式位移傳感器。筆者認為主要原因是測量時二者供電電平不一致，導致二者不能同時使用。

美國國家儀器公司(NI 公司)的產(chǎn)品在數(shù)據(jù)采集、儀器控制、仿真等領域極富盛名。筆者使用NI 公司的LabVIEW 軟件及數(shù)據(jù)采集板卡，搭建了一套用于智能高壓開關機械特性檢測的平臺，經(jīng)實驗檢驗，具有一定的使用價值。

1 硬件選型及物理連接

NI PXI-6281 是一款高精度多功能M 系列數(shù)據(jù)采集(DAQ)模塊，經(jīng)優(yōu)化可提供18 位模擬輸入精度，同時具有24 條數(shù)字I/O 線；2 個32 位、80 MHz 計數(shù)器等資源[1-4]。筆者使用PXI-6281 數(shù)據(jù)采集板卡，采集智能高壓開關設備上的位移信號、分合閘線圈電流信號、斷口信號，用于機械特性的計算分析。

智能高壓開關用數(shù)字式位移傳感器輸出信號為差分脈沖對(A+/A-,B+/B-)，且工作電源為5VDC，需將差分脈沖對轉為單端脈沖信號后接入板卡PXI-6281。小電流傳感器用于監(jiān)測分合閘線圈電流值，其輸出信號為差分模擬量，可直接將差分模擬信號接入板卡PXI-6281。PXI-6281 的數(shù)字輸入通道可實現(xiàn)斷口信號的采集。

2 軟件實現(xiàn)

LabVIEW 是一種圖形化編程語言，且包含功能豐富的軟件包，使用LabVIEW 開發(fā)能夠從繁瑣的代碼編寫和調試過程中解脫出來，僅需選擇軟件包中不同的子VI，然后完成各子VI 之間的連線即可[5]。

程序的核心部分主要在三個while 循環(huán)內實現(xiàn)，以便實現(xiàn)連續(xù)的數(shù)據(jù)采集與機械特性計算分析。循環(huán)一的主要功能是獨立獲取三個采樣通道的采樣數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)簡單處理之后，將三個通道的采樣數(shù)據(jù)以二維數(shù)組的形式存入隊列A。循環(huán)二的主要功能為通過閾值觸發(fā)模塊，實現(xiàn)大量無效采樣數(shù)據(jù)與較小有效采樣數(shù)據(jù)的分離及存儲，若閾值觸發(fā)則將截取的采樣數(shù)據(jù)存入隊列B。循環(huán)三的主要功能為獲取隊列B 中的有效采樣數(shù)據(jù)，并進行機械特性的計算與分析。

首先使用6281/Ctr0 產(chǎn)生指定頻率(15KHz)的時基信號，通過PFI接口作為三個采樣通道的時鐘源。使用”CI 角度編碼器VI”創(chuàng)建位移信號的采集通道。位移采集通道的默認數(shù)據(jù)為轉軸的角度值，通過S近似轉換為直線位移值，其中220 為動觸頭的行程，78 為機構的額定轉角，ω 為轉軸的轉角。使用”數(shù)字輸入VI”和”AI 電壓VI”分別創(chuàng)建斷口、分合閘線圈電流采集通道。在while 循環(huán)內將三個通道的數(shù)據(jù)以二維數(shù)組的形式存入隊列A 中。

循環(huán)二的主要功能為從隊列A 中獲取采樣數(shù)據(jù)，同時進行數(shù)據(jù)的遍歷與閾值觸發(fā)的檢查。如果滿足閾值觸發(fā)的條件，則截取設定采樣長度的有效數(shù)據(jù)存入隊列B，同時將截取固定采樣長度的數(shù)據(jù)以文件的格式進行本地存盤，否則繼續(xù)進行閾值觸發(fā)的檢查。如果超過設定時間，無閾值觸發(fā)，則清空隊列A，以減少內存的壓力。

循環(huán)三的主要功能是實現(xiàn)機械特性的計算分析與波形的顯示。首先獲取隊列B 中的有效采樣數(shù)據(jù)，并對二維數(shù)組進行遍歷，獲取每個采樣通道的數(shù)據(jù)。遍歷位移通道的數(shù)據(jù)，獲取位移通道的起始值與結束值，二者之差即為斷路器的行程。遍歷斷口通道數(shù)據(jù)的第一次跳變位置，并記錄數(shù)據(jù)跳變位置的索引(斷口索引)。由于三個通道是同步采集，因此由斷口索引可以獲取斷口位移和斷口時間。零點時間通過“瞬態(tài)特性測量VI”根據(jù)設定好的參考電平值獲取，零點時間除以采樣頻率得到零點索引，根據(jù)零點索引遍歷時標通道數(shù)據(jù)得到零點時間。斷口時間減去零點時間得到分閘時間(或合閘時間)[6-8]。根據(jù)“分前合后10ms”的原則[9-12]，由斷口索引加(減)10ms 時間對應的采樣點數(shù)，即可得到分合閘參考位移索引。由分合閘參考位移索引，遍歷位移通道數(shù)據(jù)，即可得到分合閘參考位移，再除以10ms，即得到分合閘速度。流程圖如圖1 所示。

圖1 機械特性計算分析Fig.1 Calculation and analysis of mechanical characteristic

3 實驗與數(shù)據(jù)

為了驗證NI 平臺計算結果的準確性，使NI 平臺與KoCos 進行同步采集，測試數(shù)據(jù)如下。

圖2 軟件界面顯示Fig.2 Display of the software interface

表1 NI 平臺與KoCoS 同步計算結果對比Table.1 Synchronous calculation results of NI platform and KoCoS

4 結束語

筆者使用NI 公司的多功能數(shù)據(jù)采集板卡，采集智能高壓開關機械特性測試過程中的傳感器信號，通過labVIEW 編程，開發(fā)出用于智能高壓開關設備機械特性計算的軟件。為了檢驗機械特性計算結果的準確性，將NI 平臺的采集與分析系統(tǒng)與KoCoS 平臺，搭建在一起，同時對同一次分合操作進行測量，通過同步采集結果的可知，整個系統(tǒng)具有較高的計算精度。

［1］DAQ M Series User Manual-NI 622X NI 625X NI 628X Device[Z].National Instruments,2008.

［2］DAQ M Series-NI 6238/6239 User Manual[Z].National Instruments,2006.

［3］DAQ NI 660X User Manual[Z].National Instruments,2009.

［4］DAQ NI 671X/673X User Manual[Z].National Instruments,2002.

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