應用領域：產(chǎn)品測試 使用產(chǎn)品： LabVIEW 6i、PCI-6025E、Application Builder、Database Connectivity工具包 挑戰(zhàn)：準確測量三相電流三相電壓信號，判斷各種異常情況并實現(xiàn)正 確操作，通過與儀器通信和數(shù)據(jù)庫調(diào)用構(gòu)建經(jīng)濟靈活的多功能自動化測試系統(tǒng)。 應用方案：用NI公司的LabVIEW 6i結(jié)合PCI6025E 開發(fā)的基于PC 變壓器自動測試系統(tǒng)，可集成原有設備儀器，實現(xiàn)自動調(diào)壓，故障分析，試驗參數(shù)及試驗結(jié)果的自動存取等功能，完成多項產(chǎn)品試驗，交互性良好，維護簡易。 介紹：變壓器試驗原理統(tǒng)一采用IEC 標準，各變壓器制造廠商的試驗部門在儀器設備及試驗方法上都具有共性。本系統(tǒng)可在較少經(jīng)濟投入下實現(xiàn)手動系統(tǒng)到自動系統(tǒng)的升級，并能進一步實現(xiàn)一機多儀的虛擬儀器概念，相信其將在變壓器制造業(yè)擁有廣闊的應用前景。本系統(tǒng)已于本單位試運行半年，勝任各項產(chǎn)品的例行試驗，并因其高度智能化受到試驗人員的好評。 系統(tǒng)概述 變壓器自動測試系統(tǒng)主要采用National Instruments （簡稱NI）的數(shù)據(jù)采集卡和虛擬儀器軟件搭建系統(tǒng)主體，由于數(shù)采卡自帶驅(qū)動程序，省卻編程人員在創(chuàng)建應用軟件和采集卡間的接口程序所耗時間，軟件本身的可在計算機程序的控制下完成變壓器常規(guī)試驗全過程的實驗系統(tǒng)，可實現(xiàn)合閘、調(diào)壓、讀數(shù)、數(shù)據(jù)處理、打印報告的一次完成，提高試驗的準確性及快速性，減少試驗人員的機械重復勞動。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下： [align=center] 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 信號測量 系統(tǒng)測量的信號是變壓器試驗中高低壓側(cè)的三相電壓/電流值，及時計算不平衡率和相關參數(shù)作為出錯判斷的依據(jù)，在電壓/電流到達設定值時，鎖定調(diào)壓器，并測量此時的電壓/電流值用以計算試驗數(shù)據(jù)。此模塊的硬件部分有PCI-6025E 和自制接口電路板組成，由于大多數(shù)變壓器廠家的測試線路中，電流電壓信號在0～600A 和0～1000V 之間，顯然與DAQ 卡的0～5A 和0～10V 的測量范圍不符，因此采用0.1級的電流電壓變送器將普通測試線 路的信號傳送到DAQ 卡上進行測量。 PCI-6025E 是National Instruments 公司的一塊多功能、低價位的數(shù)據(jù)采集卡，12 位精度，16 路單端/8 路差分模擬量輸入, 2路模擬量輸出，8 位數(shù)字量I/O，200K 采樣率，使用PCI 接口，可直接應用于普通PC的PCI 插槽上。利用NI 的軟件Measurement & Automation Explore 快速啟動，安裝驅(qū)動程序，設置工作模式（差分還是單端），重新啟動便可使用。此卡不需跳線、電位器和地址轉(zhuǎn)換器，是一種安裝使用方便、即插即用的板卡。在這個應用中，我們選擇6025作我們的采集卡，主要是因為它使用方便，更為重要的是和LabVIEW有良好的接口，無需花時間編寫板卡和軟件間的驅(qū)動程序，節(jié)省了工程人員的大量精力。我們要測3 路電流量和3 路電壓量，共需使用6個通道，因此我們采用差分輸入模式。正常情況下，電網(wǎng)提供三相交流電為正弦波，常用測量儀表讀取有效值用于計算，我們在每個周期每相電壓采樣600 點瞬時值，因此DAQ 卡測得數(shù)據(jù)先經(jīng)有效值計算，再傳遞到面板及計算子程序。 試驗控制 本系統(tǒng)需根據(jù)試驗指令依次執(zhí)行調(diào)壓器原，副邊合閘，調(diào)壓器升壓降壓，調(diào)壓器分閘等功能，根據(jù)試驗種類和參數(shù)調(diào)整執(zhí)行次序和調(diào)壓速度，在到達設定電壓（電流）值時，保持電壓不變并等候功率分析儀采集數(shù)據(jù)，時刻對比檢測電壓電流與標準值，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤馬上切斷電源，給出出錯信息?？刂茖ο鬄槿舾衫^電器和調(diào)壓器。 合閘與分閘的動作由PCI-6025E 輸出數(shù)字信號控制，調(diào)壓器由PCI-6025E 輸出的模擬量控制。由于PCI-6025E 和控制對象存在功率不匹配的問題，因此兩種信號都需經(jīng)小功率元件控制大功率的控制對象。我們采用的方案是用兩級繼電器將數(shù)字信號傳遞到大功率的繼電器上，過渡的繼電器與模擬信號輸入變送器集成在同一塊接口電路板上，并用隔離芯片防止電信號反串入DAQ 卡中；模擬信號則通過控制變頻器達到控制調(diào)壓器的目的，變頻器的控制方式有數(shù)字控制和模擬量控制兩種，為實現(xiàn)調(diào)壓器電機的無級調(diào)速，我們通過輸出模擬量控制變頻器的輸出，用變頻調(diào)速控制調(diào)壓器的升壓速度，滿足各種試驗電壓等級的升壓要求，實現(xiàn)電壓的全閉環(huán)精確調(diào)節(jié)控制。 變壓器試驗基本包括空負載試驗，耐壓實驗，針對不同產(chǎn)品如鐵心電抗器，消弧線圈等還包括零序阻抗測量等，由于各項試驗都包含基本的測量和控制步驟，因此我們采用按產(chǎn)品組建系統(tǒng)，分級調(diào)用子程序的結(jié)構(gòu)，同一產(chǎn)品的所有試驗集成在同一程序中，通過程序數(shù)據(jù)接口和全局變量在程序間傳遞數(shù)據(jù)。對于全局變量的應用，由于全局變量沒有即時刷新功能，因此經(jīng)常出現(xiàn)某事件的幾個輸入值不同步的情況。我們在每個需即時刷新的全局和本地變量的外圍建立一個只有一個FRAM 的SEQUENCE 結(jié)構(gòu)，在事件發(fā)生的同時激活變量，可保證變量采得最新數(shù)據(jù)。由于全局變量在主程序運行期間始終占用內(nèi)存，而本地變量只在子程序調(diào)用期間存在，子程序關閉后自動釋放空間，因此為節(jié)省內(nèi)存空間，在每個需調(diào)用全局變量的子程序中將全局變量的值賦給一個INDICATOR 的本地變量，然后用WHILE 循環(huán)刷新，可用 程序停止標志做停止循環(huán)的判斷。 由于試驗系統(tǒng)控制對象為高壓大電流系統(tǒng)，因此防誤操作在系統(tǒng)設計中占據(jù)很大的比重。我們將接口電路板電流超差，三相電壓/電流不平衡判斷置于數(shù)據(jù)采集子程序中，將零序阻抗超差，阻抗電壓超差，空載電流過大分別置于零序阻抗試驗，負載試驗和空載試驗中。如果按以往程序流程設計，程序每執(zhí)行一個循環(huán)只判斷一次出錯信息，顯然不能滿足要求，因此錯誤判斷獨立于正常操作流程以外，可以高速刷新數(shù)據(jù)和計算以遠小于正常操作周期的時間進行判斷，這正是LabVIEW 數(shù)據(jù)流編程允許多線程事件的顯著優(yōu)勢。由于正常操作流程由各種結(jié)構(gòu)組成，因此設定一個出錯信息的CONTRAL，在出錯判斷程序中被賦值，作為CASE 進入正常操作和退出WHILE 的條件，可將程序事件盡快進行到降壓步驟。操作面板上的緊急停止按紐應置于醒目位置，并在程序啟動DAQ 卡輸出后置于FOUCAS ON 的狀態(tài)，以滿足操作人員在任何時候停止調(diào)壓器輸出的要求，按紐的狀態(tài)同樣被賦予出錯CONTRAL，在其他出錯判斷的循環(huán)結(jié)構(gòu)中不斷檢測。每種出錯的原因都會在被判斷確定的同時，用單按紐對話框顯示，并不影響程序自動執(zhí)行分閘和調(diào)壓器復位的操作。 現(xiàn)有系統(tǒng)在經(jīng)過試運行階段后，將用Application Builder 將其生成執(zhí)行文件，保護后臺程序的運行。 [align=center] 圖2 操作面板[/align] 儀器通信 考慮到大部分廠家原都配有０.１級功率分析儀，為給用戶提供一個參考值及充分利用原有設備，我們運用LabVIEW 提供的VISA操作模塊，創(chuàng)建針對功率分析儀的儀器驅(qū)動程序，將儀器采得的數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)，并顯示在面板上或進行計算。VISA 是用于對儀器編程的標準I/O應用程序接口，是目前開發(fā)儀器驅(qū)動程序的工業(yè)標準，用同一個API 可控制一系列不同儀器，包括使用了VXI,GPIB和串口的儀器，由于它面向?qū)ο缶幊蹋舍槍Σ煌瑥S家的不同儀器不同接口作出修改，將程序移植到新接口上。我們的儀器驅(qū)動程序包括初始化儀器，寫入鎖定數(shù)據(jù)命令，讀出測量值，關閉通信等功能。由于LabVIEW 提供創(chuàng)建此種API 的大量范例程序，我們可從中學習創(chuàng)建簡單VISA 程序的方法，并實現(xiàn)我們的要求。系統(tǒng)PC 與儀器的連接采用串口通信的方式，可根據(jù)儀器操作手冊進一步實現(xiàn)功率分析儀的其它功能。 數(shù)據(jù)處理 本系統(tǒng)涉及變量眾多，為方便對所有變量的調(diào)用和初始化，我們在程序框圖的起始位置放置所有CONTRAL 和INDICATOR，所有本地調(diào)用均通過創(chuàng)建本地變量進行，犧牲部分內(nèi)存以換取數(shù)據(jù)的高效，減少同功能變量的重復設置，保證初始化的全面性。 本系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)處理，除操作必須的依據(jù)和出錯判斷外，都在操作結(jié)束后調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序進行。用彈出子程序面板的方式顯示最終采集的數(shù)據(jù)及初步計算結(jié)果，可進行將損耗和阻抗折算到額定條件或直接退出數(shù)據(jù)處理，可與設計值比較，給出超差提示。由于功率計算公式及溫度折算公式比較復雜，我們普遍采用FORMULA NODE 進行計算。 [align=center] [/align] 數(shù)據(jù)庫調(diào)用 由于產(chǎn)品的規(guī)范化設計已使產(chǎn)品形成系列，而產(chǎn)品的多樣化則令產(chǎn)品參數(shù)繁多，因此我們創(chuàng)建了產(chǎn)品參數(shù)的數(shù)據(jù)庫存放相關參數(shù)。而隨著產(chǎn)量的增大，建立實驗數(shù)據(jù)庫存放試驗數(shù)據(jù)是試驗結(jié)果保存和追溯的必然趨勢。而本系統(tǒng)則充分利用LabVIEW的DATABASE套件提供的數(shù)據(jù)庫調(diào)用模塊實現(xiàn)以上兩個數(shù)據(jù)庫的自動存取功能。 [align=center] 圖3 報告生成器界面[/align] 用戶啟動本系統(tǒng)，首先選擇試驗類型，然后輸入產(chǎn)品代號和出廠號，此時程序首次通過ODBC 調(diào)用產(chǎn)品參數(shù)數(shù)據(jù)庫，查找對應產(chǎn)品代號的標準技術(shù)數(shù)據(jù)，并將本次試驗所需數(shù)據(jù)傳回主程序并顯示在面板上，如果數(shù)據(jù)庫中沒有對應產(chǎn)品代號的記錄，則提示需手工輸入數(shù)據(jù)，試驗人員將按照技術(shù)條件在面板輸入數(shù)據(jù)，完成后，程序?qū)⒃诋a(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中新增一條記錄以存放新產(chǎn)品代號的技術(shù)參數(shù)。試驗結(jié)束后，三相電流／電壓及計算處理后的數(shù)據(jù)都將存入試驗數(shù)據(jù)庫，程序?qū)⒃跀?shù)據(jù)庫中以出廠號為關鍵字建立新記錄。 我們用VB 編寫了一個報告生成程序，可輸入產(chǎn)品類型，代號和出廠號后調(diào)用兩個數(shù)據(jù)庫文件，運用VBA 技術(shù)完成試驗報告及記錄的自動編制。程序可獨立操作，方便試驗人員在完成所有產(chǎn)品試驗后，批量編寫試驗報告。 總結(jié) 本系統(tǒng)是將LabVIEW 應用在變壓器試驗部門的成功嘗試，我們在開發(fā)的過程中節(jié)省下了設計制作電路板實現(xiàn)D/A 轉(zhuǎn)換及數(shù)字信號輸出等功能的時間和精力，維護簡便，而LabVIEW 提供的基本功能模塊使我們將精力主要集中在系統(tǒng)功能的開發(fā)，而不是基本程序的編寫上，NI 經(jīng)驗豐富的技術(shù)支持工程師也給予我們強有力的幫助，尤其NI 提供的大量應用實例為我們提供了最佳的學習范本和開發(fā)思路，從而使我們在短短兩個月內(nèi)完成本套系統(tǒng)的設計成為現(xiàn)實。由于本系統(tǒng)由本單位自主開發(fā)，成本僅為購買相同系統(tǒng)價格的25％，而且是國內(nèi)首次將LabVIEW 應用在變壓器試驗部門的成功嘗試，可實現(xiàn)低成本完成手動系統(tǒng)到自動系統(tǒng)的升級，極具推廣價值。由于其具有數(shù)字信號分析方面的強大工具，在原有系統(tǒng)擴展電流諧波分析，功率測量等功能將輕松實現(xiàn)，而其提供的網(wǎng)絡功能也將完成本單位各試驗站數(shù)據(jù)互訪和共享的設想。