黃海燕

（廈門明翰電氣股份有限公司，福建 廈門 361100）

0 引言

市場上對配電網(wǎng)智能終端的校準及出廠檢測多數(shù)停留在人工手動測試并填寫測試報告的模式。人工檢測可能存在因人員疏忽或?qū)I(yè)檢測人員能力參差不齊導致配電網(wǎng)管理終端存在如校準精度不足、功能漏檢、測試報告記錄不規(guī)范等問題，不良的配電網(wǎng)管理終端進入實際工程應用，增加了配電網(wǎng)的不穩(wěn)定性[1]。

因此，研制一款適用于配電網(wǎng)智能終端單元的全自動校準及測試系統(tǒng)，轉(zhuǎn)人工手動測試為機器自動測試校準，對提高配電終端的產(chǎn)品質(zhì)量，降低人工成本有重要意義。

1 設計需求及關鍵技術分析

1.1 配電網(wǎng)智能終端介紹

配電網(wǎng)自動化終端包括饋線終端(FTU)、三遙站所終端（DTU）、配變終端（TTU），用于電力系統(tǒng)中壓配電網(wǎng)中的開閉所，柱上分段開關、環(huán)網(wǎng)柜以及配電變壓器的監(jiān)視與控制，與配網(wǎng)自動化主站通信，提供配電網(wǎng)運行控制及管理所需的數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站給出的對配網(wǎng)設備進行調(diào)節(jié)控制的指令[2]。三遙站所終端DTU 安裝在配電網(wǎng)饋線回路的開關站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站等處，具有遙信、遙測、遙控、故障隔離與錄波等功能。

1.2 生產(chǎn)線上遇到的問題

1.2.1 DTU 生產(chǎn)線上校準測試效率低下

DTU 生產(chǎn)線上工藝流程：原料檢驗→電路板高溫老化→主板、外殼裝配→電路板、后蓋板裝配→整機組裝→外觀檢查→裝置鏡像燒寫→裝置校準→整機功能檢測→耐壓絕緣檢測→帶電老化→出廠檢測→包裝入庫。

三相程控標準源作為模擬電壓電流信號輸入的設備，每個工序原則上只設置1 臺設備，只能提供1 個間隔單元三相電壓和三相電流輸入。而單個DTU 終端最大支持16個間隔單元的信號采集，每個控制單元回路都需要單獨測試三相電流、功率等，以工序8 校準一臺8 間隔單元DTU為例，為了防止電流分流，校準裝置時，需要將程控電源電流輸出線連接到DTU終端的第1個間隔單元的電流端子上，然后打開程控源輸出，采用手動計算的方法，做好校準工作。校準后，必須關閉程控電源輸出，之后將DTU 終端上第1 間隔單元的接線拆下接到第2 間隔單元，進行第2 間隔單元校準測試。以此類推，進行8 個間隔單元的參數(shù)校準。以校準1 個間隔回路需要2min 時間為例，完整校準一臺8 間隔單元DTU 需要時間16min。另外，工序9整機功能檢測和工序12 出廠檢測，需要進行繁多的接線端子拔插操作，高頻率啟停程控標準源，才能達到完整的測試目的。整個測試過程效率低下，測試人員工作疲勞，嚴重影響DTU 終端整機設備的生產(chǎn)。

1.2.2 程控標準源切換次數(shù)過多，壽命降低

三相程控電源壽命有限，過多的啟停、開關，都會縮短使用壽命，導致按鍵不靈、輸出不準等種種問題，從而增加了三相程控電源的維護和使用成本。

1.2.3 手動填寫測試報告，容易出錯

出廠測試報告采用測試過程手動記錄測試值，進行模擬量精度等的人工判斷，效率低下，計算過程容易出錯，測試報告紙質(zhì)形式，不易保存。

1.3 關鍵技術分析

將手動測試改為自動測試，在測試DTU 終端多間隔電參量時，需要解決所存在的電流切換問題。切換電流電路通過繼電器控制可以實現(xiàn)，但切換過程應確保電流不開路，也不能產(chǎn)生分流現(xiàn)象。電壓測試時，2 路交流電壓并聯(lián)測試，在測試過程中，如果指標不符合標準，應自動退出測試，并發(fā)出語音報警提醒測試人員將不達標的測試值記錄下來。完成測試之后，測試報告需自動生成到指定的目錄中供查詢。

2 設計原理及時序圖

配電網(wǎng)智能終端單元的全自動校準及測試系統(tǒng)硬件部分主要由后臺主機、標準功率源、直流信號源、通信模塊、多功能I/O 模塊、配電網(wǎng)管理終端六大部分組成。通信接口包括RS232、RS485 以及以太網(wǎng)接口，接線方式如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)接線原理框圖

后臺主機：指安裝有全自動校準及測試系統(tǒng)的電腦主機。

標準功率源：提供交流電壓電流信號輸出的三相程控標準源。

直流信號源：具備直流電流電壓信號輸出的標準源。

多功能I/O 模塊：指帶有多路的開關量輸入輸出功能并具有通信功能的模塊。

通信模塊：后臺主機跟多功能I/O 模塊進行對話的橋梁，一方面接收后臺主機的控制命令給多功能I/O 模塊，控制其繼電器閉合與斷開；另一方面，采集多功能I/O 模塊的開關量及繼電器狀態(tài)信號，轉(zhuǎn)發(fā)給后臺主機做判斷。

配電網(wǎng)管理終端：整個系統(tǒng)的測試對象，可以是配電網(wǎng)終端DTU/FTU/TTU 單元。

2.1 設計要點一：終端自動校準

后臺主機根據(jù)預設的參數(shù)傳輸命令，控制標準電源和直流信號源輸出指定大小的交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流等信號至測試DTU 終端，后臺終端自動校準及測試系統(tǒng)讀取并分析測試終端DTU 單元的上送數(shù)據(jù)，將DTU 上送的測試數(shù)據(jù)與標準源數(shù)據(jù)進行比較，系統(tǒng)自動將校準值計算出來之后，通過后臺主機發(fā)送寫命令，將校準值寫入測試DTU 終端的校準寄存器中，完成一個參數(shù)值的校準，由此系統(tǒng)自動投切完成下一參數(shù)的校準，直至完成所有的電參量校準，控制過程如圖2 自動校準時序圖所示。

圖2 自動校準時序圖

2.2 設計要點二：模擬量采集功能測試

后臺主機通過運行通信模塊發(fā)出控制命令，關閉多功能I/O 模塊中控制電路1 的電流繼電器組和電壓繼電器組，然后主機同步發(fā)出控制命令至標準程控電源，輸出指定大小的三相交流電流和電壓信號，通過多功能I/O 模塊，輸入至測試DTU 終端單元；后臺主機根據(jù)測試邏輯，通過通信模塊發(fā)出控制指令，以控制多功能I/O 模塊繼電器的開關，依次控制模擬電流、電壓信號的輸入輸出至測試DTU終端的指定間隔單元，DTU 單元將采集到的相應間隔回路的模擬量值轉(zhuǎn)發(fā)給后臺主機，系統(tǒng)對比采集到測量值與標準源輸出值，自動計算精度，并自動切換下一間隔單元測試，完成測試DTU 終端多個間隔回路的模擬量循環(huán)測試。時序控制過程與校準相似。

2.3 設計要點三：開入開出量功能測試

DTU 配電終端根據(jù)配電網(wǎng)需求，須具備多路的開入開出量接入功能。開入量功能測試主要是驗證終端的遙信能否被及時、準確地接收。開出量測試，是驗證終端執(zhí)行后臺系統(tǒng)遙控命令的準確性。后臺系統(tǒng)通過控制多功能I/O模塊，模擬工程相關的開入開出信號輸入至測試終端DTU單元，DTU 通過標準電力通信協(xié)議再將模擬信號傳輸至后臺系統(tǒng)，后臺進行綜合邏輯判斷信號及遙控執(zhí)行的準確性。開入量測試時序圖如圖3 所示，測試過程一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)則自動終止測試，并輸出報警信號，等待處理。

圖3 開入量測試時序圖

3 硬件平臺

3.1 標準功率源

三相標準功率源主要提供測試用的交流電壓電流信號，輸出失真度滿足0.05%（典型值）的純凈弦功率信號，輸出頻率可在40Hz～65Hz 進行調(diào)整，分辨率至少0.002Hz，精度至少0.004Hz，具有開放的通信協(xié)議，提供二次開發(fā)API 接口。

3.2 多功能I/O 模塊

指含有多個開關量輸入和繼電器輸出，并帶有通信功能的一個或者多個采集模塊組成的整體?？蛇x用具備遙信采集功能和遙控采集功能的模塊組合使用。

遙信采集模塊，具有32 路無源開關量輸入，帶RS485通信接口，支持MODBUS 通信規(guī)約。

遙控采集模塊，具有16 路繼電器輸出，帶RS485 通信接口，支持MODBUS 通信規(guī)約。

3.3 通信模塊

通信模塊采用成熟的VxWorks 微內(nèi)核多任務操作系統(tǒng)[3]，具有以太網(wǎng)、串行接口（RS232、RS485、RS422）等多種高速可靠的通信接口，負責將后臺主機跟多功能采集模塊對接，處理好通信數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)及控制執(zhí)行任務，支持多種通信規(guī)約，同時滿足自定義規(guī)約需求。

4 軟件平臺

軟件測試平臺采用Java 語言開發(fā)，開發(fā)時使用多任務機制[4]。軟件開發(fā)的困難在于異步通信[4]存在時效差異，尤其是在多回路模擬循環(huán)切換試驗中，為了保證電流源不是處于開路狀態(tài)，后臺系統(tǒng)運行的過程中需要先接收到電流測試控制電路的電流繼電器組的閉合信號，然后才能開始將前控制電路的電流繼電器組斷開。在每個測試任務的處理過程中，都需要滿足每個步驟的條件，當信號到達后臺軟件系統(tǒng)之后才能被允許測試。

配電網(wǎng)智能終端單元的全自動校準及測試系統(tǒng)的測試流程，分為以下步驟：啟動標準功率源，并設置遠程控制模式→啟動直流電源，并設置遠程控制模式→初始化系統(tǒng)配置→后臺系統(tǒng)與測試 DTU 終端進行通信→進行終端的按鍵測試→自動進行終端的校準測試→終端裝置自動進行零漂測試→開入量自動采集測試→開出量自動輸出測試→模擬量功能自動測試→出廠定值自動寫入→自動生產(chǎn)出廠報告→自動關閉交流標準源→自動關閉直流標準源→語音提示自動測試完成。

從初始化系統(tǒng)配置至步語音提示自動測試完成，系統(tǒng)均根據(jù)邏輯自動完成終端檢測并生成測試報告，無須人員干預，若測試過程出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會馬上跳出自動測試模式，語音提示自動測試異常并提示異常原因，等待測試人員解決。

5 結語

經(jīng)過生產(chǎn)線上驗證測試，使用配電網(wǎng)全自動校準及測試系統(tǒng)后，生產(chǎn)效率大幅提高，生產(chǎn)線上原工序8 裝置校準和工序9 整機功能檢測兩道工序，合并為裝置全自動校準及功能檢測 1 道工序，而且生產(chǎn)人員可以在裝配終端的同時，兼顧檢測工序，無須額外增加檢測人員，極大地減少了生產(chǎn)人員投入。同時，通過自動檢測校準系統(tǒng)，單臺8 間隔單元DTU 的精度校準耗時從原來16 min 縮短至2min，功能測試耗時從原來的2h，縮短至0.5h，極大地提高了生產(chǎn)效率，解決了原DTU 生產(chǎn)線上校準測試效率低下的困擾。

單臺終端的測試過程無須啟停標準功率源，無須人工拔插接線端子，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，避免了原產(chǎn)線上檢測設備因開合切換次數(shù)過多，壽命降低的問題，還能自動生成檢測報告，并且存儲于指定目錄，便于管理，避免因手工填寫紙質(zhì)報告造成的各種管理問題。不僅提高了終端的生產(chǎn)合格率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，也為企業(yè)帶來了實實在在的經(jīng)濟效益。