基于LabVIEW的配電產(chǎn)品精度測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李明波，王 鵬，劉騰飛，葉叢林

（石家莊科林電氣股份有限公司，河北 石家莊 050222）

配電產(chǎn)品（如FTU、DTU）在研發(fā)、測(cè)試階段需要進(jìn)行大量的測(cè)試工作，以驗(yàn)證采集的電壓、電流、頻率、相角、P、Q、S等參數(shù)的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的人工測(cè)試，需要頻繁手動(dòng)操作DK-34B1 的按鍵，讀取施加值，同時(shí)通過維護(hù)軟件人工讀取配電產(chǎn)品采集到的顯示值，最后通過公式計(jì)算出顯示值與施加值的百分比誤差，這一操作流程煩瑣，嚴(yán)重影響著測(cè)試進(jìn)度與測(cè)試準(zhǔn)確性。

LabVIEW 是美國(guó)NI 公司開發(fā)的一個(gè)虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示和存儲(chǔ)的工具包，內(nèi)置了多種通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，包括RS232、TCP、UDP、DAQ、GPIB、PXI、VXI等，提供了強(qiáng)大的傳統(tǒng)程序調(diào)試工具和外部程序接口能力。本系統(tǒng)正是利用基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)，對(duì)DK-34B1多功能交流采樣變送器校定裝置和配電產(chǎn)品進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集、處理、保存。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)以上位機(jī)為核心，利用串口通信控制DK-34B1 輸出指定的電壓、電流、頻率、相角、諧波，回讀DK-34B1當(dāng)前的施加值；同時(shí)利用TCP 通信給配電產(chǎn)品發(fā)送連接命令、總召命令，讀取配電產(chǎn)品的突發(fā)、總召的顯示值；進(jìn)行實(shí)時(shí)誤差計(jì)算、按照指定格式保存為原始記錄。完成電壓遙測(cè)、電流遙測(cè)、頻率遙測(cè)、功率遙測(cè)、功率因數(shù)遙測(cè)、波形畸變影響、功率因數(shù)影響、不平衡電流影響、被測(cè)量超限、三相功率元件相互作用影響、輸入電壓變化影響、輸入電流變化影響、零電壓零電流-遙測(cè)、零電壓零電流-波形畸變等測(cè)試。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件介紹

2.1 DK-34B1多功能交流采樣變送器校定裝置

DK-34B1 多功能交流采樣變送器校驗(yàn)裝置是采用大規(guī)模進(jìn)口集成電路、高速數(shù)字處理器（DSP）、DDS波形合成、復(fù)雜可編程邏輯陣列（CPLD）、大規(guī)模集成功放、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)而設(shè)計(jì)。適用于交流采樣、變送器、指示儀表的檢定和校準(zhǔn)，是各工礦企業(yè)和電力系統(tǒng)用于產(chǎn)品檢定和校準(zhǔn)的理想設(shè)備。應(yīng)用電力通信規(guī)約和計(jì)算機(jī)，DK-34B1可很方便地對(duì)交流采樣裝置和各種變送器進(jìn)行全自動(dòng)檢定和管理，備有接口和軟件，接口協(xié)議開放，用戶可自行編程控制儀器。

2.2 配電產(chǎn)品

本測(cè)試系統(tǒng)目前適配的配電產(chǎn)品包括配電網(wǎng)自動(dòng)化饋線終端（FTU）和配電網(wǎng)自動(dòng)化站所終端（DTU），此2 類產(chǎn)品配置靈活，應(yīng)用方便，通過維護(hù)軟件配置可以實(shí)現(xiàn)目前各種運(yùn)行方式，完成多回線全電量測(cè)量，包括直流信號(hào)量、交流電壓、相電流、零序電流、頻率、諧波數(shù)據(jù)等基本參數(shù)，同時(shí)計(jì)算有功功率、無功功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程包括測(cè)試流程控制模塊、串口數(shù)據(jù)發(fā)送接收模塊、TCP 數(shù)據(jù)發(fā)送接收模塊、數(shù)據(jù)處理保存模塊共4個(gè)部分，上位機(jī)軟件流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

3.1 測(cè)試流程控制模塊

該模塊用于按照已選擇的測(cè)試項(xiàng)目控制測(cè)試流程，產(chǎn)生測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試條件、擬測(cè)量。測(cè)試開始后，首先初始化DK-34B1，包括設(shè)置電壓電流檔位、3～15次諧波清零、相角清零、頻率設(shè)置50 Hz、電壓電流清零，然后按照選擇的測(cè)試項(xiàng)目依次進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完成后彈出對(duì)話框提示用戶。

3.2 串口數(shù)據(jù)發(fā)送接收模塊

該模塊用于與DK-34B1通信，發(fā)送參數(shù)控制命令，通過測(cè)試流程控制模塊輸出的擬測(cè)量確定回復(fù)的數(shù)據(jù)幀中所需的施加值。

用“VISA Configure Serial Port”進(jìn)行串口初始化，計(jì)算機(jī)通過選定的串口與DK-34B1相連，串口初始化按照串口默認(rèn)屬性進(jìn)行設(shè)置：波特率115200，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)位。

用“VISA 寫入”向DK-34B1 發(fā)送參數(shù)控制命令和回讀命令。

用“Bytes at Port”獲取串口緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù)，根據(jù)字節(jié)數(shù)使用“VISA讀取”讀取數(shù)據(jù)。DK-34B1多功能交流采樣變送器校定裝置回復(fù)的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度為132 字節(jié)，其中包括的頻率、量程、幅值、相位、P、Q、S等數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)幀的固定位置，根據(jù)測(cè)試流程控制模塊輸出的擬測(cè)量，使用截取字符串即可獲取所需的施加值。

用“VISA關(guān)閉”關(guān)閉串口，釋放串口資源。

3.3 TCP數(shù)據(jù)發(fā)送接收模塊

該模塊用于與配電產(chǎn)品通信，發(fā)送連接命令和總召命令，通過測(cè)試流程控制模塊輸出的擬測(cè)量確定突發(fā)幀和總召幀中所需的顯示值。

用“打開TCP連接”進(jìn)行TCP初始化，計(jì)算機(jī)通過選定的IP地址、端口號(hào)與配電產(chǎn)品相連。

在TCP 寫命令的While 循環(huán)中，用“寫入TCP數(shù)據(jù)”每2 s寫入連接命令和總召命令。

在TCP 讀數(shù)據(jù)的While 循環(huán)中，用2 個(gè)“讀取TCP 數(shù)據(jù)”函數(shù)，首先讀取TCP 數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度，然后根據(jù)長(zhǎng)度讀取剩余的數(shù)據(jù)，再使用“連接字符串”得到完整的數(shù)據(jù)幀。

對(duì)于突發(fā)幀，由于突發(fā)報(bào)文中信息體數(shù)量、信息體地址具有不確定性，需根據(jù)104 協(xié)議，判斷幀突發(fā)報(bào)文中的信息體數(shù)量，然后依次判斷每一個(gè)信息體地址是否為擬測(cè)量。當(dāng)判斷出報(bào)文中有所需的擬測(cè)量時(shí)，進(jìn)入數(shù)據(jù)處理保存模塊。

對(duì)于總召幀，由于在維護(hù)軟件中配置的遙測(cè)量數(shù)量可包括在一幀總召報(bào)文，所以按照總召報(bào)文格式截取固定字節(jié)的字符串，便可得到所需的遙測(cè)量，進(jìn)入數(shù)據(jù)處理保存模塊。

3.4 數(shù)據(jù)處理保存模塊

該模塊用于對(duì)施加值、顯示值處理，按照相關(guān)公式實(shí)時(shí)計(jì)算出誤差，并把該測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在“原始記錄.tdms”文件中。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)步驟和方法

按照?qǐng)D1 連接好電腦、DK-34B1 和配電產(chǎn)品，運(yùn)行本測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)入主界面，如圖3所示。

圖3 上位機(jī)主機(jī)面

選擇設(shè)備IP 地址，點(diǎn)擊“連接TCP”，TCP 連接燈會(huì)變亮；選擇連接的串口號(hào)，點(diǎn)擊“打開串口”，串口燈會(huì)變亮；當(dāng)測(cè)試過程中，發(fā)生TCP、串口通信異常，如測(cè)試人員不慎碰到網(wǎng)線、串口線導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常時(shí)，系統(tǒng)彈出提示對(duì)話框，并關(guān)閉DK-34B1停止測(cè)試。

選擇所測(cè)試的配電產(chǎn)品的設(shè)備類型為FTU 或DTU，接線方式為線電壓或相電壓，輸入額定電壓、額定電流及誤差等級(jí)。

在“測(cè)試項(xiàng)目”中勾選要測(cè)試的試驗(yàn)項(xiàng)目，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算出結(jié)束時(shí)間。確認(rèn)無誤后，點(diǎn)擊“開始”按鈕開始測(cè)試。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)地自動(dòng)保存在以“當(dāng)前時(shí)間+原始記錄”為名的.tdms 文件中，原始記錄的格式按照“測(cè)試項(xiàng)目”新建各sheet，按照“測(cè)試條件”新建每列的第一行，從每一列的第二行開始為原始數(shù)據(jù)，格式為“施加值顯示值誤差”。

當(dāng)誤差超過參數(shù)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)把該條超差記錄顯示在“超差記錄”中，并保存在“超差記錄.txt”中。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，在“報(bào)文/結(jié)果”中進(jìn)一步處理由.tdms 文件生成的Excel 文件，如圖4 所示，將每種測(cè)試條件下的誤差最大值篩選出來并保存，測(cè)試人員可省去篩選誤差最大值的時(shí)間，直接使用該結(jié)果生成檢測(cè)報(bào)告。

圖4 篩選結(jié)果

4.3 實(shí)驗(yàn)分析

通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該精度測(cè)試系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確控制DK-34B1進(jìn)行配電產(chǎn)品測(cè)試，將測(cè)試數(shù)據(jù)按照固定格式自動(dòng)保存，并可進(jìn)一步處理為最終結(jié)果，供測(cè)試人員使用。測(cè)試過程中，當(dāng)誤差超過設(shè)定的值時(shí)，該條超差記錄會(huì)顯示在主界面并保存。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該精度測(cè)試系統(tǒng)具有較好的實(shí)用性。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)采用LabVIEW可視化虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用了串口技術(shù)、TCP 技術(shù)、高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電產(chǎn)品的自動(dòng)化測(cè)試，達(dá)到了儀器控制準(zhǔn)確、采集數(shù)據(jù)完整、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、告警保護(hù)功能完善等要求。在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，極大地提高了自動(dòng)化測(cè)試的水平。