蔣曉旭 王之軍 毛志寬

(平高集團(tuán)有限公司，河南 平頂山 467001)

0 前言

智能高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備是智能變電站的核心設(shè)備之一，它由開(kāi)關(guān)設(shè)備本體和智能組件組成，具有測(cè)量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動(dòng)化的特征[1-4]。智能組件的可靠性是決定智能開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行可靠和設(shè)備壽命的重要因素。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，集成在高壓設(shè)備上或近旁的電子裝置，其平均無(wú)故障時(shí)間普遍遠(yuǎn)低于預(yù)期水平，無(wú)法滿足高壓智能開(kāi)關(guān)設(shè)備的技術(shù)需求，因此開(kāi)展智能組件功能測(cè)試系統(tǒng)的研究對(duì)智能組件的研制及其可靠性提升具有重要價(jià)值。本文搭建了基于LabVIEW和數(shù)據(jù)庫(kù)的智能組件測(cè)試平臺(tái)，對(duì)智能組件的研究具有一定的借鑒意義。

1 測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)的搭建

1.1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇

LabVIEW是基于圖形的開(kāi)發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行程序的集成化環(huán)境。由于采用流程圖的圖形化編程方式，因此也被稱為G語(yǔ)言(graphical language)，它是最早出現(xiàn)的編譯型的圖形化編程語(yǔ)言。它對(duì)儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和信號(hào)分析等任務(wù)設(shè)計(jì)提供了較為豐富的功能圖標(biāo)，用戶只需連接調(diào)用即可免去復(fù)雜程序編寫(xiě)的麻煩。同時(shí)，LabVIEW還提供了豐富完善的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及各種接口總線和常用儀器的驅(qū)動(dòng)程序[5-7]。因此，本系統(tǒng)選擇LabVIEW作為程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。

1.2 測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

LabVIEW并不能直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，但LabVIEW提供了豐富的外部程序接口，如.NET和Active。LabVIEW與數(shù)據(jù)庫(kù)連接有很多種方法，其中ADO是使用最為廣泛的技術(shù)，因?yàn)锳DO組件集成于Windows操作系統(tǒng)中。ODBC是微軟公司開(kāi)放服務(wù)結(jié)構(gòu)中有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)重要組成部分，它通過(guò)建立一系列的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，最重要的是一組對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的標(biāo)準(zhǔn)API,即應(yīng)用程序編程接口,它通過(guò)SQL來(lái)實(shí)現(xiàn)其大部分的功能。對(duì)于ODBC本身,它也提供了對(duì)SQL語(yǔ)言的支持，因此用戶可以直接將SQL語(yǔ)句傳遞給ODBC。LabSQL VIs按照ADO對(duì)象分為了3類(lèi)，并分別位于不同的文件夾下：Command、Connection和Recordset。如圖1所示為L(zhǎng)abVIEW數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)附加工具包[8]。

圖1 LabVIEW數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)附加工具包

1.3 測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)

系統(tǒng)從被測(cè)對(duì)象開(kāi)始，通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號(hào)處理，將信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)經(jīng)軟件進(jìn)行處理后保存至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和管理，流程框圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程框圖

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，總共分為7大模塊和若干個(gè)子模塊，各模塊分別實(shí)現(xiàn)獨(dú)立功能，模塊之間耦合度低。也使整個(gè)程序結(jié)構(gòu)更加清晰，降低程序開(kāi)發(fā)過(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率，提高程序的可靠性，如圖3所示為采集系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。

圖3 采集系統(tǒng)軟件子模塊

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及測(cè)試結(jié)果

作為智能高壓開(kāi)關(guān)測(cè)試平臺(tái)的子系統(tǒng)，傳感器信號(hào)IO平臺(tái)上集成的板卡分別具有電壓、電流、脈沖信號(hào)、RS485等信號(hào)的采集和輸出功能，可實(shí)現(xiàn)常用傳感器的信號(hào)檢測(cè)及模擬輸出。如：分合閘線圈電流傳感器、儲(chǔ)能電機(jī)電流傳感器、油壓傳感器、觸頭位移傳感器、氣體狀態(tài)傳感器、機(jī)構(gòu)箱溫濕度傳感器等。

2.1 電壓信號(hào)檢測(cè)

PXI-6281板卡可對(duì)-10V—+10V的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電壓型傳感器的檢測(cè)。電壓信號(hào)的采集使用DAQmx中的AI Voltage多態(tài)VI，用來(lái)指定采樣通道和模擬信號(hào)的范圍。使用Sample Clock VI指定采樣率和緩沖區(qū)大小。使用Analog 1D Wfm NChan NSamp VI讀取緩沖區(qū)中的采樣數(shù)據(jù)，再把采樣數(shù)據(jù)輸出到波形圖控件從而完成顯示，如圖4所示。

圖4 電壓信號(hào)采集及存儲(chǔ)

2.2 電流信號(hào)檢測(cè)

PXI-6238板卡可對(duì)-20mA—+20mA的電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可使用該板卡對(duì)電流型傳感器進(jìn)行檢測(cè)。使用AI Current VI指定信號(hào)采集的物理通道及信號(hào)范圍，使用Sample Clock VI指定采樣率和緩沖區(qū)的大小。使用Analog 1D Wfm NChan NSamp VI讀取緩沖區(qū)中的采樣數(shù)據(jù)，再把采樣數(shù)據(jù)輸出到波形圖控件從而完成顯示，如圖5所示。

圖5 電流信號(hào)采集及存儲(chǔ)

圖6 脈沖信號(hào)采集及存儲(chǔ)

2.3 脈沖信號(hào)檢測(cè)

傳感器信號(hào)IO平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)編碼器脈沖信號(hào)的檢測(cè)。使用PXI-6281的ctr0產(chǎn)生20kHz的時(shí)基信號(hào)提供采樣時(shí)鐘，使用數(shù)字輸入VI指定輸入物理通道，如圖6所示。另外使用文件IO中的TDMS寫(xiě)入VI將讀取的采樣值寫(xiě)入到TDMS文件中。

2.4 頻率和脈寬信號(hào)檢測(cè)

PXI-6608板卡可對(duì)脈沖序列進(jìn)行采樣、分析，能夠用于特殊傳感器檢測(cè)，如基于頻率和脈沖寬度的SF6密度傳感器。該傳感器的信號(hào)中頻率、脈沖寬度分別與SF6氣體的密度、溫度有關(guān)。LabVIEW編程中，使用PXI-6608的ctr2和ctr4作為兩個(gè)獨(dú)立的通道分別檢測(cè)脈沖序列的脈沖寬度和頻率，根據(jù)對(duì)應(yīng)公式確定的關(guān)系，計(jì)算出對(duì)應(yīng)實(shí)際密度和溫度值，如圖7所示。

圖7 頻率和脈寬信號(hào)檢測(cè)

2.5 RS485 信號(hào)檢測(cè)

PXI-8431/4可進(jìn)行RS485信號(hào)的采集和模擬。檢測(cè)方法：上位機(jī)發(fā)送讀取指令序列，下位機(jī)(傳感器)上傳對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)序列，上位機(jī)獲取數(shù)據(jù)序列中對(duì)應(yīng)物理量的值，并在前面板顯示。程序?qū)崿F(xiàn)上，使用VISA配置串口配置串口參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等，通過(guò)指令讀取傳感器上傳的數(shù)據(jù)，并按照通訊協(xié)議解析出實(shí)際物理值及顯示，如圖8所示。

圖8 微水傳感器信號(hào)檢測(cè)

3 結(jié)論

本測(cè)試系統(tǒng)是智能高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備機(jī)械特性測(cè)試系統(tǒng)的一部分，具有以下特點(diǎn)：

1)集傳感器信號(hào)檢測(cè)及模擬輸出、智能組件功能測(cè)試功能于一體，滿足傳感器及二次裝置進(jìn)廠驗(yàn)收、智能高壓開(kāi)關(guān)廠內(nèi)聯(lián)調(diào)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的需求。

2)基于傳感器信號(hào)檢測(cè)及模擬輸出技術(shù)，可與機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED的開(kāi)關(guān)機(jī)械特性同步測(cè)試，可在缺少傳感器的情況下，測(cè)試狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED接收傳感器信號(hào)及數(shù)據(jù)處理功能。

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