應用領域：產品測試 使用產品： LabVIEW 6i、PCI-6025E、Application Builder、Database Connectivity工具包 挑戰：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正 確操作，通過與儀器通信和數據庫調用構建經濟靈活的多功能自動化測試系統。 應用方案：用NI公司的LabVIEW 6i結合PCI6025E 開發的基于PC 變壓器自動測試系統，可集成原有設備儀器，實現自動調壓，故障分析，試驗參數及試驗結果的自動存取等功能，完成多項產品試驗，交互性良好，維護簡易。 介紹：變壓器試驗原理統一采用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。本系統可在較少經濟投入下實現手動系統到自動系統的升級，并能進一步實現一機多儀的虛擬儀器概念，相信其將在變壓器制造業擁有廣闊的應用前景。本系統已于本單位試運行半年，勝任各項產品的例行試驗，并因其高度智能化受到試驗人員的好評。 系統概述 變壓器自動測試系統主要采用National Instruments （簡稱NI）的數據采集卡和虛擬儀器軟件搭建系統主體，由于數采卡自帶驅動程序，省卻編程人員在創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試驗全過程的實驗系統，可實現合閘、調壓、讀數、數據處理、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。系統結構圖如下： [align=center] 圖1 系統結構圖[/align] 信號測量 系統測量的信號是變壓器試驗中高低壓側的三相電壓/電流值，及時計算不平衡率和相關參數作為出錯判斷的依據，在電壓/電流到達設定值時，鎖定調壓器，并測量此時的電壓/電流值用以計算試驗數據。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、低價位的數據采集卡，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動程序，節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 卡測得數據先經有效值計算，再傳遞到面板及計算子程序。 試驗控制 本系統需根據試驗指令依次執行調壓器原，副邊合閘，調壓器升壓降壓，調壓器分閘等功能，根據試驗種類和參數調整執行次序和調壓速度，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據，時刻對比檢測電壓電流與標準值，一旦發現錯誤馬上切斷電源，給出出錯信息?？刂茖ο鬄槿舾衫^電器和調壓器。 合閘與分閘的動作由PCI-6025E 輸出數字信號控制，調壓器由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壓器的目的，變頻器的控制方式有數字控制和模擬量控制兩種，為實現調壓器電機的無級調速，我們通過輸出模擬量控制變頻器的輸出，用變頻調速控制調壓器的升壓速度，滿足各種試驗電壓等級的升壓要求，實現電壓的全閉環精確調節控制。 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，因此我們采用按產品組建系統，分級調用子程序的結構，同一產品的所有試驗集成在同一程序中，通過程序數據接口和全局變量在程序間傳遞數據。對于全局變量的應用，由于全局變量沒有即時刷新功能，因此經常出現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 結構，在事件發生的同時激活變量，可保證變量采得最新數據。由于全局變量在主程序運行期間始終占用內存，而本地變量只在子程序調用期間存在，子程序關閉后自動釋放空間，因此為節省內存空間，在每個需調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 循環刷新，可用 程序停止標志做停止循環的判斷。 由于試驗系統控制對象為高壓大電流系統，因此防誤操作在系統設計中占據很大的比重。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據采集子程序中，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，程序每執行一個循環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，可以高速刷新數據和計算以遠小于正常操作周期的時間進行判斷，這正是LabVIEW 數據流編程允許多線程事件的顯著優勢。由于正常操作流程由各種結構組成，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，以滿足操作人員在任何時候停止調壓器輸出的要求，按紐的狀態同樣被賦予出錯CONTRAL，在其他出錯判斷的循環結構中不斷檢測。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行分閘和調壓器復位的操作。 現有系統在經過試運行階段后，將用Application Builder 將其生成執行文件，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，創建針對功率分析儀的儀器驅動程序，將儀器采得的數據傳到系統，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，是目前開發儀器驅動程序的工業標準，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，由于它面向對象編程，可針對不同廠家的不同儀器不同接口作出修改，將程序移植到新接口上。我們的儀器驅動程序包括初始化儀器，寫入鎖定數據命令，讀出測量值，關閉通信等功能。由于LabVIEW 提供創建此種API 的大量范例程序，我們可從中學習創建簡單VISA 程序的方法，并實現我們的要求。系統PC 與儀器的連接采用串口通信的方式，可根據儀器操作手冊進一步實現功率分析儀的其它功能。 數據處理 本系統涉及變量眾多，為方便對所有變量的調用和初始化，我們在程序框圖的起始位置放置所有CONTRAL 和INDICATOR，所有本地調用均通過創建本地變量進行，犧牲部分內存以換取數據的高效，減少同功能變量的重復設置，保證初始化的全面性。 本系統的測量數據處理，除操作必須的依據和出錯判斷外，都在操作結束后調用數據處理子程序進行。用彈出子程序面板的方式顯示最終采集的數據及初步計算結果，可進行將損耗和阻抗折算到額定條件或直接退出數據處理，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] 數據庫調用 由于產品的規范化設計已使產品形成系列，而產品的多樣化則令產品參數繁多，因此我們創建了產品參數的數據庫存放相關參數。而隨著產量的增大，建立實驗數據庫存放試驗數據是試驗結果保存和追溯的必然趨勢。而本系統則充分利用LabVIEW的DATABASE套件提供的數據庫調用模塊實現以上兩個數據庫的自動存取功能。 [align=center] 圖3 報告生成器界面[/align] 用戶啟動本系統，首先選擇試驗類型，然后輸入產品代號和出廠號，此時程序首次通過ODBC 調用產品參數數據庫，查找對應產品代號的標準技術數據，并將本次試驗所需數據傳回主程序并顯示在面板上，如果數據庫中沒有對應產品代號的記錄，則提示需手工輸入數據，試驗人員將按照技術條件在面板輸入數據，完成后，程序將在產品數據庫中新增一條記錄以存放新產品代號的技術參數。試驗結束后，三相電流／電壓及計算處理后的數據都將存入試驗數據庫，程序將在數據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，可輸入產品類型，代號和出廠號后調用兩個數據庫文件，運用VBA 技術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品試驗后，批量編寫試驗報告。 總結 本系統是將LabVIEW 應用在變壓器試驗部門的成功嘗試，我們在開發的過程中節省下了設計制作電路板實現D/A 轉換及數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功能的開發，而不是基本程序的編寫上，NI 經驗豐富的技術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思路，從而使我們在短短兩個月內完成本套系統的設計成為現實。由于本系統由本單位自主開發，成本僅為購買相同系統價格的25％，而且是國內首次將LabVIEW 應用在變壓器試驗部門的成功嘗試，可實現低成本完成手動系統到自動系統的升級，極具推廣價值。由于其具有數字信號分析方面的強大工具，在原有系統擴展電流諧波分析，功率測量等功能將輕松實現，而其提供的網絡功能也將完成本單位各試驗站數據互訪和共享的設想。