摘 要： 變壓器產(chǎn)品出廠前，為了驗(yàn)證變壓器性能好壞，需要對(duì)其進(jìn)行溫升試驗(yàn)。溫升即變壓器油、繞組、鐵心等位置的溫度與環(huán)境溫度之差。在此以LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)一款軟件，該軟件主要通過取幾個(gè)環(huán)境溫度點(diǎn)的平均值，然后每個(gè)通道的溫度與平均值做差，得到溫升曲線。最終得到一款包括溫度、溫升實(shí)時(shí)顯示，通道配置以及數(shù)據(jù)、圖像保存等功能的軟件。

關(guān)鍵詞： 串口； VISA； 34901A； LabVIEW； 數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）04?0155?04

變壓器產(chǎn)品在出廠前，都必須做溫升試驗(yàn)。只有達(dá)到國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)的變壓器產(chǎn)品才可以合格出廠[1]。在該試驗(yàn)中，采用agilent34970A數(shù)據(jù)采集控制箱作為硬件設(shè)備來進(jìn)行溫升數(shù)據(jù)的采集[2]。但Agilent公司自帶的軟件系統(tǒng)過于繁雜，而且僅有溫度曲線的實(shí)時(shí)顯示，沒有溫升曲線，溫升數(shù)據(jù)還需要后續(xù)工程技術(shù)人員手動(dòng)計(jì)算，使用非常不便[3]。從方便工程技術(shù)人員使用的角度出發(fā)，即打開軟件界面就能使用，該項(xiàng)目利用LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單易用的溫升數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[4]。

1 溫升試驗(yàn)硬件組成

1.1 溫升試驗(yàn)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

上位機(jī)軟件在LabVIEW中編寫，通過USB接口，經(jīng)過一條USB轉(zhuǎn)RS 232串口的數(shù)據(jù)線連接到Agilent 34970A，Agilent 34970A后面有三個(gè)插槽，可以插接3個(gè)34901A數(shù)據(jù)采集板卡，每個(gè)采集板卡可輸入20路數(shù)據(jù)，即可以對(duì)外布置60個(gè)測(cè)點(diǎn)。

1.2 硬件介紹

1.2.1 Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集、切換單元主機(jī)

控制箱內(nèi)包含三個(gè)插槽，分別標(biāo)記為100，200，300。與外部通信接口包括RS 232，GPIB兩種。本文采用RS 232方式進(jìn)行通信，主要對(duì)其波特率、奇偶校驗(yàn)和電流控制模式進(jìn)行設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)LabVIEW軟件平臺(tái)與Agilent 34901A數(shù)據(jù)采集卡的聯(lián)系與通信，見圖2。

1.2.2 Agilent 34901A數(shù)據(jù)采集卡

該插件模塊是包含20個(gè)通道的電樞多路復(fù)用器?？蓪⒃摬杉ú迦胫鳈C(jī)箱后面插槽內(nèi)，見圖3。

1.2.3 T型熱電偶

由于變壓器溫升試驗(yàn)溫度范圍在300 ℃以下，所以選擇康銅T型熱電偶，該熱電偶在所有廉價(jià)金屬熱電偶中精確度等級(jí)最高。共有60路溫度信號(hào)經(jīng)過T型熱電偶被采集卡采集，如圖4所示。

1.2.4 USB轉(zhuǎn)串口線

變壓器溫度信號(hào)采集，需要將采集到的信息傳輸?shù)诫娔X界面顯示出來。這就需要在安捷倫34970A和PC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，筆記本上通常帶有較多的USB接口，34970A后面擁有串口和GPIB兩種。鑒于溫度信號(hào)采集一般在1 min采1次，所以對(duì)傳輸速度要求不高，本課題選擇用一條USB轉(zhuǎn)串口線將USB接口和串口連接起來，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信。本課題選擇臺(tái)灣ATEN公司的UC?232A轉(zhuǎn)換線。

2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

2.1 LabVIEW簡(jiǎn)介

LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司開發(fā)的基于C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)采集、輸出控制大型平臺(tái)。用戶可以根據(jù)自己的需要，在此平臺(tái)下，編寫不同的程序來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，比如加速度信號(hào)、溫度信號(hào)等。根據(jù)采集卡硬件的不同，NI公司開發(fā)了一系列針對(duì)不同硬件的驅(qū)動(dòng)程序包。只需要將驅(qū)動(dòng)程序包在自己編寫的程序中調(diào)用，就可以完成硬件和軟件的結(jié)合使用。無需用戶再自己編寫底層驅(qū)動(dòng)，這樣大大節(jié)省了開發(fā)時(shí)間，是一款非常適合工業(yè)測(cè)試、學(xué)校學(xué)習(xí)的通用數(shù)據(jù)采集軟件[5]。

在該課題中，LabVIEW選擇2012破解版，Windows XP和Windows 7系統(tǒng)均可以安裝相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)軟硬件的結(jié)合。

2.2 VISA簡(jiǎn)介

VISA（Visual Instrument Software Architecture）是一種通用的用于軟件和硬件之間通信的架構(gòu)。包括硬件設(shè)備的打開、關(guān)閉、讀取、寫入等基本控件?？梢岳眠@些控件，通過簡(jiǎn)單的連線編程，建立軟件LabVIEW和Agilent 34970A的通信[6]。

2.3 程序前面板設(shè)計(jì)

程序前面板主要包括三大部分（見圖5）。

（1） 數(shù)據(jù)采集前的參數(shù)設(shè)置。主要包括環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)的選擇，該部分用一個(gè)下拉列表框控件來設(shè)計(jì)，測(cè)點(diǎn)通道可以實(shí)現(xiàn)多選。一般情況下，變壓器溫升試驗(yàn)中需要選擇4個(gè)點(diǎn)來測(cè)量環(huán)境溫度。還有筆記本電腦USB端口的選擇，采集間隔時(shí)間的設(shè)定。

（2） 溫度實(shí)時(shí)顯示和溫升實(shí)時(shí)顯示。該部分可以實(shí)現(xiàn)60個(gè)通道的溫度實(shí)時(shí)顯示和溫升實(shí)時(shí)顯示。并可以通過復(fù)選框，具體讓某幾條曲線顯示，這里根據(jù)需要具體選擇。

（3） 數(shù)據(jù)的保存，曲線的保存。

2.4 程序后面板設(shè)計(jì)

程序后面板主要包括幾大模塊：通信模塊，采樣時(shí)間控制模塊，通道配置模塊，取環(huán)境平均溫度模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，曲線顯示模塊，數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊。下面主要介紹通信模塊、通道擴(kuò)展和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。

2.5 通信模塊

LabVIEW作為一款數(shù)據(jù)采集軟件平臺(tái)，必須與硬件結(jié)合起來才能真正發(fā)揮其作用。但是對(duì)于不熟悉軟硬件的工程技術(shù)人員來說，將軟件和硬件設(shè)備結(jié)合起來工作是一件困難的事。雖然LabVIEW包含了對(duì)數(shù)據(jù)采集卡、相關(guān)儀器設(shè)備的控制模塊，但是還有一些其他的硬件設(shè)備控制驅(qū)動(dòng)模塊LabVIEW是沒有的。這就要求自己來安裝驅(qū)動(dòng)。

以LabVIEW為軟件平臺(tái)，與Agilent 34970A進(jìn)行連接通信。中間選擇一條USB轉(zhuǎn)串口的轉(zhuǎn)換線。其中USB轉(zhuǎn)串口的轉(zhuǎn)換芯片就需要驅(qū)動(dòng)程序來完成，該部分驅(qū)動(dòng)程序可以根據(jù)操作系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換芯片類型從官網(wǎng)或者論壇下載相應(yīng)驅(qū)動(dòng)。

在建立了USB轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動(dòng)后，需要PC對(duì)USB進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。LabVIEW軟件功能十分強(qiáng)大，NI公司設(shè)計(jì)開發(fā)了VISA（Visual Instrument Software Architecture），該架構(gòu)包含了對(duì)USB、GPIB、串口、VXI、PXI、以太網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)，即可以通過LabVIEW將控制數(shù)據(jù)采集卡或者相關(guān)儀器設(shè)備的命令以及儀器設(shè)備反饋回來的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳遞。所以還需要安裝VISA驅(qū)動(dòng)程序，該程序可以到NI官網(wǎng)下載[7]。通信模塊如圖6所示。

建立好以上驅(qū)動(dòng)后，就可以向Agilent 34970A發(fā)送控制命令了。本課題涉及到的對(duì)安捷倫Agilent 34901A的控制主要包括以下命令：

CONF：TEMP TC，T，（@101：120，201：220，301：320）

/*配置傳感器為T型熱電偶，通道為101～320，測(cè)量溫度

UNIT：TEMP C，（@101：120，201：220，301：320）

/*配置溫度單位為℃

Read？ /*向34970A發(fā)送掃描通道的命令

2.6 通道擴(kuò)展和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

采用for循環(huán)，將一維數(shù)組內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)輸出。for循環(huán)內(nèi)部有條件結(jié)構(gòu)，共有60個(gè)通道，按照for循環(huán)的循環(huán)計(jì)數(shù)參數(shù)依次選擇0～59。利用for循環(huán)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)通道數(shù)目的擴(kuò)展。

采集回來的數(shù)據(jù)在LabVIEW中有多種顯示，有二進(jìn)制、十六進(jìn)制、字符顯示。手動(dòng)選擇字符顯示，得到的數(shù)據(jù)格式為“+1.177 600 00E+02，-2.962 300 00E+01，……”，根據(jù)ASCII對(duì)照表，將1，3，4，5，6，14位的字符取出，并與48相減，可得十進(jìn)制顯示的溫度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序面板如圖7～圖9所示。

其余模塊不再贅述。

2.7 程序設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵點(diǎn)

2.7.1 接收字節(jié)數(shù)

在利用VISA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)筆記本電腦和Agilent通信的時(shí)候，其中讀數(shù)據(jù)的控件有一個(gè)參數(shù)——接收字節(jié)數(shù)。通過串口采集位于采集卡數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，Agilent 34970A可以插3板卡，共采集60路數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到數(shù)據(jù)的格式“+1.177 600 00E+02，-2.962 300 00E+01，…”得到，每個(gè)通道有16個(gè)字符，共60個(gè)通道，總計(jì)60×16=960個(gè)字符，加上數(shù)據(jù)結(jié)束終止符LF，共計(jì)961個(gè)字符。只要所取的接收字節(jié)數(shù)值大于等于961即可，取整1 000作為接收字節(jié)數(shù)。如果所填數(shù)值小于961，則造成讀取數(shù)據(jù)不完整。

2.7.2 串口延時(shí)時(shí)間

發(fā)送read？命令給儀器后，不要立即讀取數(shù)據(jù)緩存區(qū)的值，因?yàn)橥ǖ罃?shù)高達(dá)60個(gè)，所以需要給3個(gè)采集卡一定的緩沖時(shí)間，使其可以在接收到read？命令后按順序依次讀取完60個(gè)通道的數(shù)據(jù)。具體時(shí)間可以自己嘗試逐漸增加來驗(yàn)證。該課題中，延時(shí)達(dá)到1.8 s即可將數(shù)據(jù)全部采集后存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)供串口讀取。

2.7.3 數(shù)據(jù)保存

存放在波形圖表中的數(shù)據(jù)必須選擇自動(dòng)調(diào)整x，y標(biāo)尺，這樣才能將波形圖表中緩存的數(shù)據(jù)全部讀出，但是波形圖表可供緩存的數(shù)據(jù)有限，默認(rèn)為1 024個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)，具體讀者可自行驗(yàn)證。該課題中，基本上讀取數(shù)據(jù)速率為2 min 1次，實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為8 h，所以總計(jì)采樣次數(shù)為240。波形圖表完全滿足要求。如果需要波形圖由右向左依次顯示，并將左側(cè)圖形逐步覆蓋，則不要選擇自動(dòng)調(diào)整x，y標(biāo)尺。

另外，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)很有可能是多個(gè)重復(fù)數(shù)據(jù)，因?yàn)橐淮尾蓸咏Y(jié)束后，數(shù)據(jù)保持一個(gè)采樣周期。該課題中解決辦法是將重復(fù)數(shù)據(jù)歸零處理，然后將非零數(shù)據(jù)輸出到新建波形圖表中。

2.7.4 其他

編程過程中，實(shí)時(shí)性要求好的地方盡量不要選擇用局部變量。因?yàn)長(zhǎng)abVIEW按照數(shù)據(jù)流來工作，沒有連線的程序并不確定是什么時(shí)間運(yùn)行的，這也造成程序的不穩(wěn)定，最好的解決辦法是從原控件引出數(shù)據(jù)。如果要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波形圖表各部分內(nèi)容對(duì)應(yīng)顯示，最好的辦法是復(fù)制，而不是重新建立一個(gè)新的波形圖表。調(diào)試程序時(shí)候要善于取出其中的中間值進(jìn)行驗(yàn)證，按數(shù)據(jù)流查看哪一步出現(xiàn)了問題。善于利用LabVIEW自帶的即時(shí)幫助、范例和VI子程序，這樣可以大大減輕編程人員工作量。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過以上設(shè)計(jì)編程，做出一套Agilent 34970A儀器控制軟件，不僅實(shí)現(xiàn)了變壓器溫升數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，還可以通過簡(jiǎn)單的儀器命令改寫，很方便地用來測(cè)溫度、電壓、電阻、電流、頻率等信號(hào)?？蓴U(kuò)展性很強(qiáng)。后面可以通過將通信模塊改成GPIB架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)儀器的聯(lián)合控制。

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