電纜導(dǎo)通絕緣智能化測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)

葛 勇，王 軍，方詩(shī)麟

（上海機(jī)電工程研究所，上海 201109）

0 引言

電纜的導(dǎo)通電阻和絕緣電阻是電纜的重要性能，關(guān)系到電纜傳輸信號(hào)的質(zhì)量及使用的安全性。傳統(tǒng)的測(cè)試方法是使用手搖式兆歐表點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量，不僅測(cè)量誤差大，接線繁瑣，工作量大，而且測(cè)試結(jié)果無法自動(dòng)保存、分析和打印輸出[1]?，F(xiàn)代工程生產(chǎn)中電纜數(shù)量成千上萬(wàn)，要求能快速完成電纜的性能測(cè)試，高效交付用戶使用。

本文介紹了一種智能化電纜測(cè)試設(shè)備，測(cè)試前定義被測(cè)電纜的芯線和導(dǎo)通絕緣指標(biāo)要求后，能夠自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)判別結(jié)果的符合性，并可導(dǎo)出測(cè)試結(jié)果。

1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)由主測(cè)試設(shè)備和輔助測(cè)試設(shè)備共同組成，輔助測(cè)試設(shè)備用于導(dǎo)通測(cè)試時(shí)配合主測(cè)試設(shè)備。系統(tǒng)概念圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)概念圖

在進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試時(shí)，被測(cè)電纜通過適配電纜連接在主測(cè)試設(shè)備和輔助測(cè)試設(shè)備之間。根據(jù)系統(tǒng)命令，將主測(cè)試設(shè)備和輔助測(cè)試設(shè)備里的繼電器動(dòng)作到相應(yīng)的被測(cè)芯線上，與適配電纜構(gòu)成待測(cè)電阻Rx。將這一電阻放在恒流源電路上，利用AD采樣芯片采到電阻兩端的電壓，即可算出電阻值。

在進(jìn)行絕緣測(cè)試時(shí)，不需要輔助測(cè)試設(shè)備，只需將待測(cè)電纜通過適配電纜連接到主測(cè)試設(shè)備上。根據(jù)系統(tǒng)命令，將繼電器動(dòng)作到被測(cè)的兩根芯線上，兩根芯線間形成一個(gè)很大的絕緣電阻Rx就是待測(cè)電阻。將這一電阻放在500 V高壓下，利用AD芯片采集某兩處節(jié)點(diǎn)電壓。采用電壓比較法計(jì)算出絕緣電阻的值。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示，主要由測(cè)試控制主板，導(dǎo)通測(cè)試電路，絕緣測(cè)試電路和繼電器控制電路等組成。

圖2 系統(tǒng)硬件框圖

PC主機(jī)是一個(gè)Windows XP操作系統(tǒng)，帶有液晶顯示屏、網(wǎng)口、鍵盤/鼠標(biāo)和USB口等。測(cè)試控制主板與PC主機(jī)通過串口連接，在硬盤中拷入系統(tǒng)軟件程序，程序控制測(cè)試控制主板選擇進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試還是絕緣測(cè)試。測(cè)試控制主板根據(jù)溫度感應(yīng)判斷是否啟動(dòng)風(fēng)扇給主機(jī)降溫。

2.1 導(dǎo)通測(cè)試電路設(shè)計(jì)

導(dǎo)通測(cè)試電路原理圖如圖3所示。

圖3 導(dǎo)通測(cè)試電路原理圖

電壓 VCC 是一個(gè) 5 V 的電壓；KA1、KA2、KC1、KC2等均為繼電器，這些繼電器受測(cè)試控制主板控制開啟或閉合；恒流源I是讓電路上的電流恒定；回線電纜是固定長(zhǎng)度的5芯線電纜，包含正電壓、地、RS485通訊正、RS485通訊負(fù)和回線，回線的電阻是固定的，回線與被測(cè)電纜線組成一個(gè)等效電阻Rx；RL為可變電阻，根據(jù)Rx的大小自動(dòng)調(diào)整，保證AD（模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)）芯片采集的電壓在一個(gè)合適的值上。其等效電路如圖4所示。

圖4 導(dǎo)通測(cè)試電路等效電路

AD芯片采集到電壓U1，根據(jù)公式Rx=U1/I計(jì)算出Rx的值，減去適配電纜和回線電纜的固定電阻，得到被測(cè)電纜的導(dǎo)通電阻值。

2.2 絕緣測(cè)試電路設(shè)計(jì)

絕緣測(cè)試電路原理圖如圖5所示。

圖5 絕緣測(cè)試電路原理圖

高壓 U 在 500 V ～ 600 V 之間，K、KA1、KA2、KB1、KB2等均為繼電器，這些繼電器受測(cè)試控制主板控制開啟或閉合。R1、R2和R L為已知電阻，Rx為芯線之間或芯線與外殼之間的虛擬的等效絕緣電阻。其等效電路如圖6所示。

圖6 絕緣測(cè)試電路等效電路

當(dāng)要測(cè)量某兩芯線之間的絕緣電阻時(shí)，如圖5要測(cè)量第一根和第二根芯線的絕緣電阻，則將繼電器K和KA1、KB2閉合，形成等效電路，利用公式

（V1、V2為采集到的電壓，R1、R2和RL為已知）

計(jì)算出Rx的值，即為絕緣電阻值。

3 軟件及測(cè)試設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，在VC++平臺(tái)上進(jìn)行系統(tǒng)的軟件開發(fā)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的程序。

程序分為主測(cè)試程序和輔助測(cè)試程序。輔助測(cè)試程序接收主測(cè)試儀的操作命令，并依據(jù)主測(cè)試設(shè)備的命令來切換繼電器。主測(cè)試程序分為上位機(jī)程序和下下位機(jī)程序，上位機(jī)程序流程圖如圖7所示，軟件界面如圖8所示。下位機(jī)程序包括單點(diǎn)號(hào)導(dǎo)通測(cè)試程序和兩點(diǎn)間絕緣測(cè)試程序，主要依據(jù)上位機(jī)程序命令調(diào)用相應(yīng)程序進(jìn)行測(cè)試。

圖7 系統(tǒng)軟件流程圖

圖8 測(cè)試軟件主界面

點(diǎn)擊“電纜表”，可對(duì)電纜的名稱、型號(hào)、芯點(diǎn)定義名稱、導(dǎo)通要求指標(biāo)、絕緣要求指標(biāo)等進(jìn)行設(shè)置，即電纜芯線及指標(biāo)要求定義，定義好后可保存在系統(tǒng)中。

點(diǎn)擊“測(cè)試配置”，選擇本次測(cè)試要進(jìn)行的測(cè)試點(diǎn)號(hào)或測(cè)試選項(xiàng)（導(dǎo)通測(cè)試和絕緣測(cè)試），默認(rèn)為全選，即所有的點(diǎn)號(hào)全部進(jìn)行導(dǎo)通和絕緣測(cè)試。

點(diǎn)擊“開始/暫?！睖y(cè)試按鈕，即開始進(jìn)行電纜測(cè)試，界面顯示進(jìn)度條以及進(jìn)度百分比。測(cè)試過程中，若結(jié)果超出指標(biāo)要求，則在故障列表中顯示。

點(diǎn)擊“查看測(cè)試報(bào)表”，在word界面中查看測(cè)試的結(jié)果，當(dāng)結(jié)果不合格時(shí)顯示紅色。

對(duì)某機(jī)器中實(shí)際電纜進(jìn)行測(cè)試，選擇一根電纜作為被測(cè)電纜，將被測(cè)電纜通過適配電纜與設(shè)備連接好后，打開主程序進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試設(shè)備見圖9所示，測(cè)試結(jié)果表見圖10所示。

圖9 設(shè)備圖

圖10 測(cè)試結(jié)果表

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要研究了一種智能化電纜測(cè)試設(shè)備，對(duì)其硬件和軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。該設(shè)備使用簡(jiǎn)單，具有人機(jī)交互界面，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、速度快，有效解決了傳統(tǒng)測(cè)試方法帶來的諸多問題，提高了工程生產(chǎn)的效率[2-3]。