基于LabVIEW與PCI-1712L的變壓器測試系統(tǒng)

0引 言

　　當(dāng)前國內(nèi)對(duì)電力變壓器的性能測試基本上仍處于手工測量的階段，每項(xiàng)性能指標(biāo)都由專用的儀器進(jìn)行測量，很多測試項(xiàng)目仍采用一些指針式儀表，存在讀數(shù)誤差大、費(fèi)工、耗時(shí)，功能簡單等問題，測量的重復(fù)性、可信度較差。虛擬儀器的出現(xiàn)有效的解決了這一問題，所謂虛擬儀器就是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的高檔低價(jià)的新型儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。軟件對(duì)硬件采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加工、分析，得到各種所需要的信息。 本文采用研華公司的PCI-1712L高速數(shù)據(jù)采集卡及其為LabVIEW定制的Advantech DA&C工具包，結(jié)合LabVIEW成功地開發(fā)出一套變壓器測試系統(tǒng)。

1變壓器測試系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)原理及功能

　　用于變壓器空載／帶載的輸入／輸出電壓、電流的測試，可以完成變壓器常規(guī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自調(diào)壓、數(shù)據(jù)測量、分析、實(shí)時(shí)顯示、保存及打印功能。電流、電壓信號(hào)經(jīng)過互感器后轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集卡采集后，系統(tǒng)判斷其區(qū)間范圍，通過串口與CPLD進(jìn)行通信來選擇具有合適量程的電流和電壓互感器，從而提高系統(tǒng)的測量精度。

1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　電壓互感器：采用VSM型系列霍爾電壓傳感器，能在電隔離條件下測量交流，脈沖以及各種不規(guī)則波形的電壓。

　　電流互感器：采用6個(gè)不同量程的CSM系列霍爾電壓傳感器，CSM025B、CSM050B、CSM100B、CSM200B、CSM300B。

　　數(shù)據(jù)采集卡：PCI-1712L是研華公司的一款功能強(qiáng)大的高速多功能PCI總線數(shù)據(jù)采集卡。它有1M轉(zhuǎn)換速度的12位A／D轉(zhuǎn)換器，卡上帶有FIFO緩沖器(可存儲(chǔ)lK A／D采樣值和32K D／A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù))。PCI-1712L提供16路單端或8路差分的模擬量輸入(也可單端差分混合使用)，2路12位D／A模擬量輸出通道，16路數(shù)字量輸出通道，以及3個(gè)10 MHz時(shí)鐘的16位多功能計(jì)數(shù)器通道。采集方式包括輸入預(yù)觸發(fā)、過觸發(fā)、延時(shí)觸發(fā)等數(shù)據(jù)采集方式，模擬輸入通道通道可以進(jìn)行獨(dú)立編程增益控制，端子板選用研華公司配套的ADAM-3968。

　　CPLD：采用altera公司的MAXII系列的EPM1270CPLD，包含1270個(gè)LE相當(dāng)于40K門數(shù)，980個(gè)等效宏單元，8K用戶可用Flash比特?cái)?shù)。

3測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件功能

　　自調(diào)壓測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.2數(shù)據(jù)采集

　　研華公司不僅為LabVIEW編程開發(fā)了專用的VI工具包，并且提供了豐富的實(shí)例程序，利用其Advantech DA&C工具包，可以快速高效地開發(fā)出數(shù)據(jù)采集模塊。

　　設(shè)置參數(shù)如下：觸發(fā)源，觸發(fā)模式，時(shí)鐘源，觸發(fā)邊緣，信號(hào)源類型，采樣通道，采樣開始通道，采樣個(gè)數(shù)，采樣頻率，通道增益；以上可以根據(jù)實(shí)際測試的硬件配置和需求進(jìn)行設(shè)置。

3.3數(shù)據(jù)測量及頻譜分析

　　LabVIEW擁有強(qiáng)大數(shù)組分析和數(shù)據(jù)處理功能，測量參數(shù)值包括交流有效值，直流分量，有效值，占空比，上升時(shí)間，下降時(shí)間，過沖，峰峰值，最大值，最小值。運(yùn)用LabVIEW提供的信號(hào)處理工具包，可以快速對(duì)采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT功率譜密度分析。

3.4數(shù)據(jù)判斷

　　對(duì)采集到的電流、電壓值大小進(jìn)行區(qū)間判斷，并發(fā)出控制信號(hào)給CPLD，選擇相應(yīng)的電流電壓互感器，提高系統(tǒng)的測量精度。為進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性，在判斷前，利用防脈沖干擾平均值濾波的原理對(duì)采集到的電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。用一個(gè)for循環(huán)將某一通道采集的數(shù)據(jù)變成一為數(shù)組，數(shù)組的長度可以自己定義，假設(shè)系統(tǒng)中定義為N，即將通道采集的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，去掉最大值和最小值，將剩下N-2個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，即得到一次有效的采樣值。運(yùn)用LabVIEW數(shù)組工具包中的Array Max & Min，Delete From Array以及mean．vi即可完成對(duì)采集數(shù)據(jù)的軟件濾波。

　　由于電流、電壓判斷的區(qū)間較多，用LabVIEW實(shí)現(xiàn)起來略顯繁瑣，因此本文采用C語言與Lab-VIEW相互結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。先在Visual C++中編寫判斷程序并生成dll文件，然后通過Lab-VIEW中的代碼接口點(diǎn)(Code Interface Node)調(diào)用，即可實(shí)現(xiàn)該功能，事實(shí)證明，這是一種高效、易行的方法。C語言部分程序代碼原理如下：

 
　　中Singal為CIN接口的輸人參數(shù)，及采集、濾波后的電流信號(hào)，pattern為CIN接口的輸出參數(shù)，及控制信號(hào)，通過串口直接寫入到CPLD，從而選擇相應(yīng)的電流或電壓互感器。

3.5串口通信

　　LabVIEW不僅在儀器I／O中，專門提供了串口通信的Ⅵ，而且提供了串口范例以加快開發(fā)速度。首先通過VISA Configure Serial Port．vi進(jìn)行相應(yīng)的串口配置，通過VISA write．vi將控制信號(hào)寫入串口與CPLD通信，最后用VISA dose.vi關(guān)閉串口。

3.6顯示、打印及保存

　　LabVIEW最吸引人的特性是對(duì)數(shù)據(jù)的圖形化顯示有豐富的支持，強(qiáng)大的圖形顯示功能增強(qiáng)了用戶界面的表達(dá)能力，通過這些豐富的圖標(biāo)控件，工程師們無需再為復(fù)雜的界面編程花費(fèi)大量精力。Graph控件對(duì)已經(jīng)采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)實(shí)際要求將這些數(shù)據(jù)組織成所需的圖形。測試系統(tǒng)軟件的前面板的波形顯示采用Graph控件，如圖3所示。通過設(shè)置前面板菜單文件-VI屬性一類別打印選項(xiàng)即可將打印出前面板中的波形。

　　LabVIEW提供的強(qiáng)大的文件I／O函數(shù)是一組功能較強(qiáng)的文件處理工具，可以滿足不同的文件按操作要求。為了滿足不同數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式和性能要求，LabVIEW提供了多種文件類型。用戶可以采用文本文件(text files)、表單文件(spreadsheet)、二進(jìn)制文件(binary files)、數(shù)據(jù)記錄文件(data-log files)、波形文件、LabVIEW測試文件等格式將所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用戶可以使用電子表格或文本編輯器打開查看。本測試系統(tǒng)采用的是表單文件，可以用Microsoft Excel打開。

4結(jié) 論

　　該測試系統(tǒng)應(yīng)用LabVIEW在測試儀器開發(fā)突出的特性，配合第三方板卡，使得LabVIEW的應(yīng)用更加寬廣，更加靈活，驗(yàn)證了"軟件即儀器"這一虛擬儀器的宗旨。該測試系統(tǒng)原型機(jī)已經(jīng)投入到實(shí)際生產(chǎn)測試中，效果良好。