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)、測試階段需要進行大量的測試工作,以驗證采集的電壓、電流、頻率、相角、P、Q、S等參數(shù)的準確性。傳統(tǒng)的人工測試,需要頻繁手動操作DK-34B1 的按鍵,讀取施加值,同時通過維護軟件人工讀取配電產(chǎn)品采集到的顯示值,最后通過公式計算出顯示值與施加值的百分比誤差,這一操作流程煩瑣,嚴重影響著測試進度與測試準確性。
LabVIEW 是美國NI 公司開發(fā)的一個虛擬儀器開發(fā)平臺,提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示和存儲的工具包,內(nèi)置了多種通信協(xié)議的標準庫函數(shù),包括RS232、TCP、UDP、DAQ、GPIB、PXI、VXI等,提供了強大的傳統(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DK-34B1多功能交流采樣變送器校定裝置和配電產(chǎn)品進行控制和數(shù)據(jù)采集、處理、保存。
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)以上位機為核心,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當前的施加值;同時利用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;進行實時誤差計算、按照指定格式保存為原始記錄。完成電壓遙測、電流遙測、頻率遙測、功率遙測、功率因數(shù)遙測、波形畸變影響、功率因數(shù)影響、不平衡電流影響、被測量超限、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、零電壓零電流-波形畸變等測試。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
DK-34B1 多功能交流采樣變送器校驗裝置是采用大規(guī)模進口集成電路、高速數(shù)字處理器(DSP)、DDS波形合成、復雜可編程邏輯陣列(CPLD)、大規(guī)模集成功放、嵌入式計算機系統(tǒng)等先進技術(shù)而設計。適用于交流采樣、變送器、指示儀表的檢定和校準,是各工礦企業(yè)和電力系統(tǒng)用于產(chǎn)品檢定和校準的理想設備。應用電力通信規(guī)約和計算機,DK-34B1可很方便地對交流采樣裝置和各種變送器進行全自動檢定和管理,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。
本測試系統(tǒng)目前適配的配電產(chǎn)品包括配電網(wǎng)自動化饋線終端(FTU)和配電網(wǎng)自動化站所終端(DTU),此2 類產(chǎn)品配置靈活,應用方便,通過維護軟件配置可以實現(xiàn)目前各種運行方式,完成多回線全電量測量,包括直流信號量、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),同時計算有功功率、無功功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)軟件流程包括測試流程控制模塊、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個部分,上位機軟件流程圖如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)軟件流程圖
該模塊用于按照已選擇的測試項目控制測試流程,產(chǎn)生測試項目、測試條件、擬測量。測試開始后,首先初始化DK-34B1,包括設置電壓電流檔位、3~15次諧波清零、相角清零、頻率設置50 Hz、電壓電流清零,然后按照選擇的測試項目依次進行測試,測試完成后彈出對話框提示用戶。
該模塊用于與DK-34B1通信,發(fā)送參數(shù)控制命令,通過測試流程控制模塊輸出的擬測量確定回復的數(shù)據(jù)幀中所需的施加值。
用“VISA Configure Serial Port”進行串口初始化,計算機通過選定的串口與DK-34B1相連,串口初始化按照串口默認屬性進行設置:波特率115200,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無奇偶校驗位。
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的數(shù)據(jù)幀長度為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)測試流程控制模塊輸出的擬測量,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。
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,通過測試流程控制模塊輸出的擬測量確定突發(fā)幀和總召幀中所需的顯示值。
用“打開TCP連接”進行TCP初始化,計算機通過選定的IP地址、端口號與配電產(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“讀取TCP 數(shù)據(jù)”函數(shù),首先讀取TCP 數(shù)據(jù)幀的長度,然后根據(jù)長度讀取剩余的數(shù)據(jù),再使用“連接字符串”得到完整的數(shù)據(jù)幀。
對于突發(fā)幀,由于突發(fā)報文中信息體數(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)報文中的信息體數(shù)量,然后依次判斷每一個信息體地址是否為擬測量。當判斷出報文中有所需的擬測量時,進入數(shù)據(jù)處理保存模塊。
對于總召幀,由于在維護軟件中配置的遙測量數(shù)量可包括在一幀總召報文,所以按照總召報文格式截取固定字節(jié)的字符串,便可得到所需的遙測量,進入數(shù)據(jù)處理保存模塊。
該模塊用于對施加值、顯示值處理,按照相關(guān)公式實時計算出誤差,并把該測試數(shù)據(jù)自動保存在“原始記錄.tdms”文件中。
按照圖1 連接好電腦、DK-34B1 和配電產(chǎn)品,運行本測試系統(tǒng),進入主界面,如圖3所示。
圖3 上位機主機面
選擇設備IP 地址,點擊“連接TCP”,TCP 連接燈會變亮;選擇連接的串口號,點擊“打開串口”,串口燈會變亮;當測試過程中,發(fā)生TCP、串口通信異常,如測試人員不慎碰到網(wǎng)線、串口線導致數(shù)據(jù)異常時,系統(tǒng)彈出提示對話框,并關(guān)閉DK-34B1停止測試。
選擇所測試的配電產(chǎn)品的設備類型為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。
在“測試項目”中勾選要測試的試驗項目,系統(tǒng)會計算出結(jié)束時間。確認無誤后,點擊“開始”按鈕開始測試。
實驗過程中的數(shù)據(jù)將實時地自動保存在以“當前時間+原始記錄”為名的.tdms 文件中,原始記錄的格式按照“測試項目”新建各sheet,按照“測試條件”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”。
當誤差超過參數(shù)設定值時,系統(tǒng)自動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。
實驗結(jié)束后,在“報文/結(jié)果”中進一步處理由.tdms 文件生成的Excel 文件,如圖4 所示,將每種測試條件下的誤差最大值篩選出來并保存,測試人員可省去篩選誤差最大值的時間,直接使用該結(jié)果生成檢測報告。
圖4 篩選結(jié)果
通過上述實驗結(jié)果可知,該精度測試系統(tǒng)能夠準確控制DK-34B1進行配電產(chǎn)品測試,將測試數(shù)據(jù)按照固定格式自動保存,并可進一步處理為最終結(jié)果,供測試人員使用。測試過程中,當誤差超過設定的值時,該條超差記錄會顯示在主界面并保存。實驗結(jié)果表明,該精度測試系統(tǒng)具有較好的實用性。
該系統(tǒng)采用LabVIEW可視化虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)平臺,運用了串口技術(shù)、TCP 技術(shù)、高速數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、虛擬儀器技術(shù),實現(xiàn)了對配電產(chǎn)品的自動化測試,達到了儀器控制準確、采集數(shù)據(jù)完整、存儲數(shù)據(jù)穩(wěn)定、告警保護功能完善等要求。在實際應用中取得了良好的效果,極大地提高了自動化測試的水平。