魏偉　黃曉智　黃藝航　程剛　李光榆

技術應用

基于虛擬儀器的電源柜性能檢測系統(tǒng)

魏偉1黃曉智2黃藝航2程剛1李光榆1

（1.廣州市紫晶通信科技有限公司，廣東 廣州 510030 2.廣東工業(yè)大學機電工程學院，廣東 廣州 510006）

移動通信基站電源柜是通信不間斷的基本保證。電源柜出廠性能檢測大多采用人工方式，檢測速度慢、適應性差，無法滿足不同品種規(guī)格的電源柜測試要求。利用計算機通信技術、嵌入式技術和電力通信設備測試技術構建基于虛擬儀器的電源柜性能檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)電源柜智能檢測，有效解決了測試精度低、效率低、測試報告填寫不規(guī)范、測試工具不可靠、測試服務升級擴展困難等問題。

電源柜；性能檢測；虛擬儀器

0　引言

隨著移動通信基站數(shù)量增多，對通信電源柜的性能要求也不斷提高。目前，基于常規(guī)儀器采用人工檢測電源柜性能的方式，已經無法滿足其規(guī)格、品種、產量發(fā)展的需求，且可擴展性差[1]；同時測試數(shù)據大多為紙質記錄，不利于數(shù)據共享[2]。

現(xiàn)有自動化檢測技術主要針對數(shù)據采樣方法進行研究，如通過光耦和隔離運放進行電壓采樣；利用霍爾互感器進行電流采樣，以提高采樣精度[3]；或針對人機交互進行研究，如采集通信系統(tǒng)基站開關電源柜的數(shù)據，通過無線移動網絡傳送給遠端管理人員，實時監(jiān)控現(xiàn)場電源數(shù)據，減少通信系統(tǒng)損壞的幾率[4]。

本文利用虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器人工檢測電源柜性能，并設計適用于多規(guī)格電源柜的性能檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程自動化批量電源柜性能檢測。

1　系統(tǒng)方案設計

基于虛擬儀器的電源柜性能檢測系統(tǒng)主要包括基礎層、應用數(shù)據層、應用支持層、應用管理層、展現(xiàn)層，架構如圖1所示。

圖1 基于虛擬儀器的電源柜性能檢測系統(tǒng)架構

基于虛擬儀器的電源柜性能檢測系統(tǒng)由多個測試模塊組成，每個測試模塊支持獨立部署、動態(tài)添加，可適用于不同規(guī)格的電源柜性能檢測。該系統(tǒng)利用LabVIEW虛擬儀器采集電源柜參數(shù)。

2　系統(tǒng)組成

2.1 應用管理層

應用管理層是客戶使用的應用層，主要包括電源柜測試、報表打印、檔案管理、系統(tǒng)管理等模塊，結構圖如圖2所示。

1）電源柜測試模塊具有常見的交流配電柜、高頻開關電源柜、直流配電柜等性能檢測功能。利用傳感器實時檢測電源柜的電壓、電流等重要參數(shù)。根據電源柜的相關測試標準，選擇相應的測試規(guī)范。

2）報表打印模塊具有數(shù)據導出功能。報表來源于測試后的電源柜或檔案，可生成紙質報表或pdf格式的電子報表。

3）檔案管理模塊具有檔案檢索和檔案導出功能。

4）系統(tǒng)管理模塊具有時間校準、版本信息、運行日志、用戶管理、測試配置、報表配置及系統(tǒng)升級功能。

2.2 應用支持層

應用支持層由操作認證、測試、數(shù)據處理、報表分析、系統(tǒng)管理、檔案管理等組件組成。

1）操作認證組件用于確認用戶權限，主要分為管理員與操作員2種用戶。

圖2 應用管理層結構圖

2）測試組件檢測電源柜性能，包括選擇測試規(guī)范、測試項目、在測電源柜數(shù)量、測試啟動或停止等。

3）數(shù)據處理組件具有數(shù)據存儲、交換、添加、刪除等功能。

4）報表分析組件通過調用、分析處理數(shù)據庫中的數(shù)據，生成表格化、圖形化的數(shù)據報表，更直觀地展現(xiàn)電源柜性能。

5）系統(tǒng)管理組件具有系統(tǒng)信息管理功能，提高系統(tǒng)的可用性及安全性。

6）檔案管理組件可對電源柜性能數(shù)據檢索或導出，工作流程如圖3所示。

2.3 應用數(shù)據層

應用數(shù)據層采用虛擬儀器技術采集電源柜性能參數(shù)。虛擬儀器技術利用模塊化硬件，結合軟件完成測試任務。隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬儀器已經成為數(shù)據采集的主要工具之一[5]，其打破傳統(tǒng)儀器的概念[6]，配合計算機系統(tǒng)功能，結合相應的軟硬件，替代傳統(tǒng)測量儀器，實現(xiàn)工業(yè)自動化控制[7]，相比傳統(tǒng)儀器具有維修成本低、可重復利用、開放性強、配置靈活、用戶自定義等特點[8]。

圖3 檔案管理組件工作流程圖

采集的電源柜數(shù)據通過PCI-1200數(shù)據采集卡進行A/D轉換后傳送給PC機，數(shù)據傳送過程如圖4所示。

圖4 數(shù)據傳送過程圖

應用數(shù)據層由信息采集控制器和數(shù)據庫組成。虛擬儀器和應用數(shù)據層分別組成上、下位機結構。首先，信息采集控制器通過機械探針和電壓、電流、脈沖傳感器等采集待測電源柜數(shù)據；然后，采集的數(shù)據經PCI-1200數(shù)據采集卡轉換后傳給虛擬儀器組件；接著，通過虛擬儀器萬用表、負載箱及鉗流表等組件輔助工具對采集的數(shù)據進行處理；最后，數(shù)據庫保存電源柜性能參數(shù)。

數(shù)據庫采用的PCI-1200卡具有數(shù)據采集、信號控制和輸出等功能。PCI局部總線接口技術具有高性能、線性突發(fā)傳輸、采用總線主控和同步操作、不受處理器限制和兼容性強的特點，將獲取的電信號通過A/D轉換為數(shù)字信號。

數(shù)據采集過程中，PCI-1200數(shù)據采集卡采用的巡回掃描采集模式分為連續(xù)掃描和間隔掃描。間隔掃描采集模式使用2個計數(shù)器定時，其中一個用于采集間隔定時，另一個用于掃描間隔定時。外部定時間隔掃描示意圖如圖5所示。

圖5 外部定時間隔掃描圖

數(shù)據采集時，先進行DAQ配置，運行MAX對PCI-1200數(shù)據采集卡進行通道配置，包括設置通道名、輸入輸出類型、測量類型（電壓、電流、頻率）、測量單位和范圍、刻度模式、DAQ設備及通道號等。

3　遠程監(jiān)控系統(tǒng)

為實時遠程監(jiān)控電源柜性能參數(shù)變化，需對程序進行Web發(fā)布。通過LabVIEW的遠程面板技術，客戶端計算機可遠程操作服務器端計算機的VI前面板。在服務器端計算機編寫程序，先通過DAQ設備完成數(shù)據采集，再通過設置將服務器前面板發(fā)布到客戶端計算機，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。目前有2種遠程控制方式：一是基于LabVIEW環(huán)境，用Connect to Remote Panels工具鏈接遠程面板；二是利用網頁瀏覽器，操作Remote Panels。本系統(tǒng)采用第二種方式。具體配置方法如下：

1）網絡配置，在軟件菜單中選擇“Tools-Options”，彈出的窗口中選擇“Web Server”，啟用遠程前面板功能，并定義HTTP端口，默認為8 000，如果端口發(fā)生沖突，修改為其他值，其他配置為系統(tǒng)默認值；

2）客戶端訪問設置，在“Web Server”設置中下拉找到“Browser Access”，選擇Allow Viewing and Controlling，設置客戶端的訪問權限，允許客戶端查看并控制前面板；

3） Web發(fā)布工具，選擇電源柜性能檢測VI程序，有內嵌、快照和顯示器3種模式，采用內嵌方式，客戶端可在網頁實時查看子面板數(shù)據，實現(xiàn)與前面板同樣的控制功能。

完成Web配置后，生成瀏覽Web網頁的URL地址。在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，服務器端先運行VI程序前面板，再在客戶端瀏覽器中輸入URL地址，即可遠程監(jiān)控電源柜性能參數(shù)。

4　系統(tǒng)故障預警及測試數(shù)據分析

4.1 故障預警

本電源柜檢測系統(tǒng)的待檢測區(qū)域裝有重力傳感器和機器攝像頭，通過電源開路電壓、電流參數(shù)，可判斷該區(qū)域電源柜是否在位或接線是否存在問題。當電源柜不在位或接線有問題時，電壓、電流參數(shù)出現(xiàn)異常，生成錯誤參數(shù)報告。如果接線出現(xiàn)問題，系統(tǒng)還會提示相應接口位置。

4.2 電源柜性能檢測流程

電源柜性能檢測內容如表1所示。

表1 電源柜性能檢測內容

電源柜性能檢測主要包括交流三相輸入電壓、輸入電流、頻率和溫度等。本系統(tǒng)所用傳感器及其測量精度滿足各參數(shù)所需的誤差范圍要求。

電源柜性能檢測流程如圖6所示。

1）檢測到至少一臺電源柜進入待檢測區(qū)域時，獲取重力傳感器和機器攝像頭檢測的電源柜信息；

2）電源柜在位或接線正常時，選擇相應電源柜品牌及電源柜類型；

3）選擇相關測試規(guī)范；

4）根據預設的測試項目（輸入電壓、輸入電流、頻率等）對電源柜進行檢測；

5）如需同時測試多臺電源柜性能，只需繼續(xù)添加選項并如上述步驟創(chuàng)建測試任務即可，系統(tǒng)支持最多8臺電源柜同時檢測；

6）信息采集控制器利用機械探針和電壓、電流、脈沖傳感器讀取待測電源柜狀態(tài)，若測試通過，生成該電源柜的電子報表并存儲，否則報告錯誤號，等待測試人員修正，再重復以上步驟復測。

圖6 電源柜性能檢測流程圖

本系統(tǒng)對復測流程進行優(yōu)化，在對同一電源柜進行復測時，不需要再次選擇測試標準及相關測試規(guī)范，系統(tǒng)自動進入檢測流程，提高復檢效率。

4.3 電源柜參數(shù)分析處理

系統(tǒng)將LabVIEW提供的數(shù)據采集功能與數(shù)學分析功能相結合，對采集的數(shù)據進行整合，對待測電源柜性能參數(shù)和標準過檢電源柜參數(shù)進行線性擬合；對合格和不合格的電源柜分類，并自動對不合格的電源柜執(zhí)行復測程序。

5　結語

本系統(tǒng)采用虛擬儀器技術、嵌入式技術等將傳統(tǒng)人工檢測轉換為計算機輔助檢測，同時實現(xiàn)遠程監(jiān)控電源柜性能參數(shù)的功能，為企業(yè)提供高效率、高可靠性、易管理、自動化檢測的電源柜性能檢測管理系統(tǒng)，可滿足企業(yè)對電源柜性能測試動態(tài)擴展的需求。

[1] 程祥瑞.基于虛擬儀器的無線檢定系統(tǒng)[J].中國計量,2021(8): 109-110.

[2] 郭強,鄭麗娟,余桂華,等.箱式變電站出廠試驗智能化測試管理系統(tǒng)設計[J].華電技術,2021,43(1):24-30.

[3] 李光華,周俊青.電源屏模塊的檢測方法及檢測設備: CN101482588 [P].2009-07-15.

[4] 唐毅,曹亮,劉明宇,等.具有電源監(jiān)控設備的通信系統(tǒng)基站用開關電源柜:CN210534295U[P].2020-05-15.

[5] 邢耀文,高偉,鄧召文.基于虛擬儀器的發(fā)動機檢測系統(tǒng)開發(fā)[J].拖拉機與農用運輸車,2021,48(5):49-52+64.

[6] 孫建.虛擬儀器技術在汽車性能測試中的應用[J].時代汽車,2021(24):13-14.

[7] 許紹華,張宏斌,吳志東,等.基于虛擬儀器的機械振動測試系統(tǒng)設計[J].齊齊哈爾大學學報(自然科學版),2022,38(3):16-20.

[8] 蘇雨晴,周銀鋒,王子馳,等.基于虛擬儀器的新型微電網運行智能控制系統(tǒng)設計[J].電子設計工程,2022,30(5):154-158.

Power Cabinet Performance Testing System Based on Virtual Instrument

WEI Wei1HUANG Xiaozhi2HUANG Yihang2CHENG Gang1LI Guangyu1

(1. Guangzhou Zijing Communication Technology Co., Ltd. Guangzhou 510030, China 2. Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)

The power cabinet of mobile communication base station is the basic guarantee for uninterrupted communication. The ex factory performance testing of power supply cabinets is mostly conducted manually, which is slow in testing speed and poor in adaptability, and cannot meet the testing requirements of power supply cabinets of different varieties and specifications. Using computer communication technology, embedded technology and power communication equipment testing technology, a power cabinet performance testing system based on virtual instrument is built to realize intelligent testing of power cabinet, which effectively solves the problems of low testing accuracy, low efficiency, non-standard test report filling, unreliable testing tools, and difficulty in upgrading and expanding testing services.

power cabinet; performance testing; virtual instrument

F407.67

B

1674-2605(2022)05-0009-05

10.3969/j.issn.1674-2605.2022.05.009

魏偉,黃曉智,黃藝航,等.基于虛擬儀器的電源柜性能檢測系統(tǒng)[J].自動化與信息工程,2022,43(5):45-49.

WEI Wei, HUANG Xiaozhi, HUANG Yihang, et al. Power cabinet performance testing system based on virtual instrument[J]. Automation & Information Engineering, 2022,43(5):45-49.

魏偉，男，1981年生，本科，總工程師，主要研究方向：智能制造。E-mail: weiw@zijingkeji.com

黃曉智，男，1999年生，研究生，主要研究方向：智能制造。

黃藝航，男，1999年生，研究生，主要研究方向：智能制造。

程剛，男，1988年生，本科，工程師，主要研究方向：智能制造。

李光榆，男，1992年生，本科，工程師，主要研究方向：智能制造。