面向?qū)ο笾悄茈姳砀叩蜏刈詣踊瘻y試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

孫應(yīng)軍 鄭雷 廖向華 李開慧 王成龍

摘要：隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，國網(wǎng)對面向?qū)ο笾悄茈姳淼男阅芤笤絹碓礁?，對面向?qū)ο箅娔鼙磉m應(yīng)不同環(huán)境的能力提出了更高的要求，針對面向?qū)ο箅娔鼙砀叩蜏貙嶒灉y試時間長，設(shè)備效率低下，手動接線與人工記錄數(shù)據(jù)工作量大等瓶頸，本文介紹了一種高低溫自動化測試的解決方案。利用計算機通信和控制技術(shù)、研制了電能表高低溫實驗的接線、控制與數(shù)據(jù)輸出于一體的測試設(shè)備，在保證測試結(jié)果準(zhǔn)確的前提下提升了高低溫實驗工作效率，節(jié)省人力成本，達到了提高電能表高低溫實驗效率低下及減少測試?yán)速M的目的。

Abstract： With the construction of smart grids， the performance requirements of the object-oriented smart meters of the State Grid are getting higher and higher， and higher requirements are placed on the ability of object-oriented energy meters to adapt to different environments. For the bottleneck of Long test times for high-low temperature experiments on object-oriented energy meters， equipment inefficiency， huge workload of manual wiring and manual recording of data and others， this article describes a high and low temperature automated testing solutions. Utilizing computer communication and control technology， we have developed test equipment that integrates the wiring， control and data output of the high-low temperature experiments of the electric energy meter， which improves the work efficiency of high-low temperature experiments while ensuring the accuracy of the test results， saving labor costs and reached the goal of improving the efficiency of high and low temperature test of the electric energy meter and reducing test waste.

關(guān)鍵詞：智能電表；高低溫；自動化；測試

Key words： smart meters；high-low temperature；automation；test

中圖分類號：TM933.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）31-0148-03

0 引言

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)在科學(xué)突飛猛進的今天發(fā)展迅速，不僅要求工業(yè)設(shè)備改進、工作效率提高，還對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性要求越來越高。無論是軍工、汽車、還是各類電子產(chǎn)品，其元件、部件、設(shè)備等產(chǎn)品的應(yīng)用日益廣泛，所經(jīng)歷的環(huán)境條件也更加的多元化和復(fù)雜。因此這些產(chǎn)品都需要進行老化和測試，其中溫度測試便是重要環(huán)節(jié)，產(chǎn)品高低溫試驗便是模擬這樣的環(huán)境。然而由于高低溫測試時間跨度長，測試時需要對每個溫度點的數(shù)據(jù)進行記錄，這樣會存在測試效率低下的問題，如何避免這些浪費，提高高低溫測試的效率是各個電表廠家需要考慮的問題?，F(xiàn)在高低溫箱雖然可以通過程序設(shè)定來控制其在不同溫度點的運行時間，但是仍然不能解決測試效率低下、測試數(shù)據(jù)實時記錄的問題，因此必須通過設(shè)計高低溫自動化測試系統(tǒng)來解決人員浪費與數(shù)據(jù)實時抄讀的問題。

針對上述情況，我公司技術(shù)團隊經(jīng)過半年多的市場調(diào)研和需求分析，開發(fā)設(shè)計了一套集電能表[1]在高低溫環(huán)境下時鐘誤差、計量誤差[2]、RS485通訊、載波通訊于一體的測試設(shè)備，其測試范圍包括IR46單相電能表和三相電能表。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電能表高低溫自動化測試系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由可調(diào)交流電源、壓接式接線設(shè)備、切換線路控制設(shè)備、PC數(shù)據(jù)處理（上位機控制軟件）、RS-232、數(shù)據(jù)顯示[3]、按鍵控制組成。

下面對各個電路模塊做簡要介紹：

電源模塊：為測試電能表在不同諧波影響下的計量誤差，所選用的可調(diào)交流電源的三相電壓和電流可同時設(shè)定相同的諧波分量，也可分別設(shè)定某一相或幾相。電源具備輸出功率穩(wěn)定，輸出電壓電流頻率可調(diào)的功能，滿足電能表對誤差測試的要求。

壓接式接線設(shè)備：用于固定被測電能表，且將每只電能表的時鐘、脈沖、485線串行引出接入對應(yīng)的測試設(shè)備。

切換線路控制設(shè)備：用于控制被測樣機的電源、時鐘、脈沖、485信號，同時顯示當(dāng)前被測電能表的具體位置。

上位機控制軟件：為整個測試裝置的核心，該軟件同時控制7路串口，這7路串口分別為電源控制口、脈沖線控制口、時鐘線控制口、時鐘校驗儀數(shù)據(jù)讀取口、誤差測試儀數(shù)據(jù)讀取口、切換線路設(shè)備控制口、高低溫箱溫度調(diào)節(jié)控制口。上位機軟件負責(zé)控制高低溫箱、交流電源、切換線路部分、同時上位機讀取時鐘誤差和計量誤差，數(shù)據(jù)讀取完成后自動切換到下一個測試表位。

2 壓接式接線和切換線路設(shè)備

壓接式接線設(shè)備，采用耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)的不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，用于固定被測電能表，在壓接式接線設(shè)備的內(nèi)部每只電能表的電流、脈沖、時鐘、485在內(nèi)部串聯(lián)，電壓線單獨引出。

切換線路控制設(shè)備硬件主要由數(shù)據(jù)處理器、串口控制、脈沖切換、時鐘切換，表位顯示、表位切換、聲光報警組成。上位機軟件通過串口控制切換線路部分來控制表位切換、脈沖切換、時鐘切換。切換線路控制部分設(shè)計有表位顯示和聲光報警；表位顯示采用七段數(shù)碼管設(shè)計，顯示當(dāng)前被測樣機的位置；聲光報警具有自檢功能，上電或測試過程中，檢測各功能模塊連接與輸出，異常時給出提示或報警。CPU選用端口引腳多、端口配置靈活、外設(shè)資源豐富的CP3268芯片[4]。該芯片可用端口多達70個，4路異步通訊接口、3個IIC總線接口、2個SPI接口、12位模數(shù)轉(zhuǎn)換、4個外部中斷、系統(tǒng)時鐘可達100M，功能較強，完全可以滿足該切換線路的設(shè)計要求。其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 上位機軟件

本軟件是為了滿足公司面向?qū)ο箅娔鼙砀叩蜏刈詣踊瘻y試需求而開發(fā)的，為滿足各地送樣測試要求，系統(tǒng)需要兼容不同的測試方案，還需要能夠各自靈活配置。通過對被測樣機的測試方案、測試項目進行配置后系統(tǒng)會自動根據(jù)設(shè)定的測試項目和方案進行測試，軟件開發(fā)完成后的基本信息設(shè)置界面如圖3所示。

4 測試方法

①將受測樣機接到壓接式接線設(shè)備中并置于高低溫箱中，按照規(guī)定的接線方式將高低溫箱、PC機、切換線路設(shè)備、接線設(shè)備連接；然后給各個設(shè)備上電，上電后檢查切換線路控制設(shè)備顯示表位為“00”。

②啟動上位機軟件，設(shè)置高低溫箱在不同溫度點的運行時間，然后上位機軟件控制啟動高低溫箱，并使高低溫箱在設(shè)定的時間內(nèi)達到設(shè)定的溫度點運行，然后使高低溫箱在當(dāng)前設(shè)定的溫度點運行設(shè)定的時間后保持溫度恒定。

③通過上位機軟件，依據(jù)被測樣機基本信息，設(shè)置交流電源基本參數(shù)，使之輸出適合被測樣機的電壓、電流、電表常數(shù)、功率因數(shù)等運行條件，保證被測樣機在特定的輸入條件下運行。

④待高低溫箱在設(shè)定的溫度點運行設(shè)定的時間后，上位機會自動對受測樣機的時鐘誤差、計量誤差、485通訊成功率，載波通訊成功率和高低溫條件下的走字進行測試，并記錄測試數(shù)據(jù)。

⑤待第一只樣機測試完成后，上位機會自動控制切換線路設(shè)備將表位切換到下一只被測樣機，以此類推直到對每只被測樣機進行測試并保存測試記錄。

⑥測試完畢，上位機軟件會自動切斷其他設(shè)備的供電電源，然后根據(jù)測試數(shù)據(jù)生成測試報告。

5 測試結(jié)果分析

電能表高低溫自動化測試系統(tǒng)[5]經(jīng)過1年試運行，在實際使用過程中，隨機抽取一組測試樣機，然后將該樣機用傳統(tǒng)測試方法進行測試，將兩次測試結(jié)果做對比，時鐘誤差對比結(jié)果如表1所示，計量誤差測試結(jié)果如表2所示，從表1、表2可以看出，兩種測試方法所得測試結(jié)果無太大差別，完全符合國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對誤差的要求。

6 結(jié)論

隨著產(chǎn)品對可靠性的要求越來越高，文章設(shè)計并搭建了電能表高低溫自動化測試系統(tǒng)試驗環(huán)境，并編制了詳細的測試方法和檢測項目，使高低溫測試人員由原來的4人減少到1人，同時在測試過程中自動對測試數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確記錄，基本滿足了高低溫自動化測試的需求。該套設(shè)備已經(jīng)在我公司運行1年半，各項測試數(shù)據(jù)均控制在較好的誤差范圍內(nèi)，能夠滿足公司產(chǎn)品高低溫測試的需要，且對提高高低溫箱設(shè)備的利用率，減少測試?yán)速M起到了關(guān)鍵作用，取得了較好的效益，值得推廣。

參考文獻：

[1]宗建華，閆華光，史樹冬，等.智能電能表[M].北京：中國電力出版社，2010：21-28.

[2]張有順，馮井崗.電能計量基礎(chǔ)[M].北京：中國計量出版社，2002.

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[4]周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[5]李紹炎，鐘健，熊偉堂.自動化裝配生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)原理及節(jié)拍優(yōu)化設(shè)計[J].深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，7（1）：22-24.